Bài giảng kỹ thuật điện chương 7 máy biến áp

7.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP1 Lõi thép mạch từ : dùng để làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn sơ cấp và thứ cấp.. Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thàn

MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN

CHƯƠNG 7

MÁY BIẾN ÁP

7.1 KHÁI NIỆM CHUNG

1) Công dụng MBA : Để dẫn điện từ

các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần

phải có đường dây tải điện Vấn đề đặt

ra là làm sao việc truyền tải điện năng

đi xa là kinh tế nhất  nâng cao điện

áp trên dây truyền tải đến 35, 110, 220

và 500KV  dùng máy tăng áp ở đầu

đường dây (phía các trạm phát điện) và

dùng máy hạ áp ở cuối đường dây (hộ

tiêu thụ)

MBA tăng áp

MBA

hạ áp Đường dây tải

2) Định nghĩa : MBA là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lýcảm ứng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống xoaychiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.

Đầu vào của MBA nối với nguồn điện: sơ cấp  U1, I1, P1, W1

Đầu ra nối với tải : thứ cấp  U2, I2, P2, W2

Nếu U1 > U2 : MBA hạ áp ; U1 < U2 : MBA tăng áp

1dm

dm 1dm

U

S I

; U

S

c) Dòng điện định mức :

Đối với MBA 1 pha :

Điện áp định mức là điện áp pha

Dòng điện định mức là dòng điện pha

Đối với MBA 3 pha :

Điện áp định mức là điện áp dây

Dòng điện định mức là dòng điện dây

2dm

dm 2dm

1dm

dm 1dm

U 3

S I

U

3

S I





4) Phân loại MBA :

a) MBA công suất (MBA điện lực)

Dùng để truyền tải và phân phối công

suất trong hệ thống điện lực

b) MBA tự ngẫu : biến đổi điện áp trong

phạm vi không lớn lắm dùng trong

phòng thí nghiệm hay để mở máy động

cơ AC

c) MBA đo lường : dùng để giảm các

điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các

đồng hồ đo

d) MBA chuyên dùng : mba hàn điện, dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu trong kỹ thuật vô tuyến điện, âm thanh…

7.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP

1) Lõi thép (mạch từ) : dùng để làm mạch

dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây

quấn sơ cấp và thứ cấp Gồm nhiều lá thép

kỹ thuật điện dày 0.35mm sơn cách điện

cả hai mặt, ghép lại với nhau Lõi thép

gồm hai bộ phận : trụ là nơi để đặt dây

quấn, gông là phần khép kín mạch từ giữa

7.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

Xét sơ đồ nguyên lý của mba

một pha, hai dây quấn như hình

vẽ

Khi mba không tải i2 = 0   do suất từ động i1w1 sinh ra

Dòng i1 lúc này được gọi là dòng điện không tải i0

Khi mba có tải i2  0   do suất từ động tổng (i1w1 + i2w2) sinh ra

Load

u 2

Khi đặt điện áp Sin u1 vào dây

quấn sơ cấp w1  dòng điện i1

 trong lõi thép có từ thông

chính  biến thiên theo hàm Sin

móc vòng với cả hai dây quấn,

cảm ứng các sức điện động e1 ,

e2

Hệ số mba : nếu bỏ qua tổn hao dây

quấn và từ thông tản ra ngoài không khí

Nếu w2 > w1  U2 > U1 : máy tăng áp

w2 < w1  U2 < U1 : máy hạ áp

Nếu bỏ qua tổn hao trong mba : U2I2  U1I1 

2

1 2

1 2

1

w

w U

U E

E

1

2 2

1

I

I U

2E

2

π-ωtsin

2Φ

4.44fwdt

tsinωΦ

dwdt

dΦw

e

1

max 1

max 1

1 1

trong đó E1 = 4.44fw1max

Ta có  = max sint

Tính toán tương tự ta có : E2 = 4.44fw2max

7.4 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ

1) Các phương trình cân bằng điện :

Chọn chiều e1 , e2 phù hợp với chiều từ thông chính , chiều i2 cùngchiều e2 tức phù hợp với chiều  theo quy tắc vặn nút chai Ngoài từthông chính  chạy trong lõi thép, một phần rất nhỏ từ thông do cácstđ i1w1 và i2w2 sinh ra bị tản ra ngoài khép mạch qua không khíhay dầu mba, gọi là các từ thông tản t 1 , t 2 (chỉ móc vòng riêng rẽvới mỗi dây quấn)

1

t1 1

a) Phương trình cân bằng điện sơ cấp :

1 1 1

1 1 1

1 1

2 2 2

2 2

1 2

2 1

1 1

7.5 SƠ ĐỒ THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP

Từ mô hình toán (các pt cân bằng điện từ), ta xây dựng mô hìnhmạch điện để thuận lợi cho việc tính toán, nghiên cứu MBA

Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thành mộtmạch điện, ta phải quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp đểchúng có cùng cấp điện áp

Quá trình quy đổi phải đảm bảo không thay đổi các quá trình vật lý

và năng lượng xảy ra trong mba như công suất truyền tải, các loạitổn hao hay năng lượng từ trường tích lũy trong mba

1) Sđđ và điện áp thứ cấp quy đổi E’2 và U’2 :

E’2 = E1= E2 w1/w2 = kE2 và U’2 = kU2

2) Dòng điện thứ cấp quy đổi I’2 : Do công suất truyền tải không đổinên E2I2 = E’2I’2  I’2 = I2 /k

4) Sơ đồ thay thế MBA :

 th th  0 th0

3) Điện trở, điện kháng, tổng trở thứ cấp quy đổi R’2 , X’2 , Z’2

Do tổn hao đồng không đổi R2I22 = R’2 I’22  R’2 = k2 R2

Công suất phản kháng từ trường tản không đổi X2I22 = X’2 I’22

7.6 CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

1) Sơ đồ thay thế mba khi không tải (thứ cấp hở mạch) : I’2 = 0

I1 = I0 , R1 << Rth , X1 << Xth  R0  Rth ; X0  Xth ; Z0  Zth

Rth R1

R

RQ

P

Pcos

2 0

2 0

0 2

0

2 0

Dòng điện không tải: I0  U1đm / z0  2% - 10% I1đm

Công suất không tải: P0 = R0I02  RthIth2 = PFe

Hệ số công suất không tải:

Rất thấp  ảnh hưởng lưới điện

2) Thí nghiệm không tải MBA : dùng để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ PFe , Xth , Rth , cos0 , I0

Sơ đồ thí nghiệm không tải như hình vẽ

2 0

U

P X

R

R cos

0 1dm

0 2

0

2 0

7.7 SỰ CỐ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

1) Sơ đồ thay thế mba khi ngắn mạch thứ cấp : U’2 = 0

2) Thí nghiệm ngắn mạch MBA : dùng để xác định tổn hao dây

quấn PCu1 , PCu2 , X1 , R1 , X2 , R2

Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch như hình vẽ

2 n

7.8 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Chế độ có tải là khi dây quấn sơ cấp MBA nối với U1đm , dây quấnthứ cấp nối với tải Hệ số tải : kt = I2 / I2đm  I1 / I1đm

Nếu kt =1 : tải định mức, kt <1 : non tải, kt > 1 : quá tải

1) Đặc tính ngoài của MBA :

U2 = f(I2) = f’(kt) khi U1 = U1đm và cost = const

2) Tổn hao và hiệu suất MBA

P = Pcu1 + Pcu2 + PFe = Pn + P0

Hiệu suất

 = max 

Fe cu

2

2 1

2

P P

P

P P

P η

Đặc tính ngoài MBA

7.9 MÁY BIẾN ÁP BA PHA

1) Cấu tạo : Lõi thép mba 3 pha gồm 3 trụ Ký hiệu dây quấn sơ cấp: AX, BY, CX Dây quấn thứ cấp : ax, by, cz

2) Tổ nối dây của mba : được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dq

sơ cấp so với dq thứ cấp, cho phép xác định góc lệch pha giữa cácsđđ dq sơ cấp và dq thứ cấp Góc lệch pha này phụ thuộc các yếu tố: chiều quấn dây, cách ký hiệu các đầu dây, kiểu đấu dây quấn Yhay  ở sơ cấp và thứ cấp

Tổ nối dây cũng cho phép xác định tỷ số điện áp dây giữa sơ cấp vàthứ cấp Ký hiệu tổ nối dây :

I/I-6 : mba 1 pha, góc lệch pha là 1800 ,

Y/Y-12 : dq 3 pha sơ cấp nối Y,

p1 d2

d1

w

w U

U U

p1 d2

d1

w

w U

3

U 3 U

p1 d2

d1

w

w 3 U

U 3 U

U





MÁY BIẾN ÁP BA PHA

7.10 CÁC MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG

Trong hệ thống điện, các mba thường làm việc song song cho phépnâng cao công suất lưới điện và đảm bảo tính liên tục cung cấp điệnkhi một máy bị hỏng hóc hoặc phải sửa chữa

Điều kiện để các mba làm việc song song :

a) Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của các mba phải bằng nhautương ứng : U1I = U1II = U1III = … ; U2I = U2II = U2III = …

b) Các mba phải có cùng tổ nối dây

c) Điện áp ngắn mạch của các mba phải bằng nhau

7.11 MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU

Có khả năng cung cấp điện áp thứ cấp thay đổi trơn trong phạm vi không lớn lắm, được dùng trong phòng thí nghiệm, trong các thiết

bị cần nguồn điện thay đổi và dùng để mở máy ĐC KĐB 3 pha

công suất lớn Về cấu tạo chỉ có một dây quấn, dq thứ cấp là một bộ phận của dq thứ cấp  truyền tải điện năng bằng hai đường : điện

7.12 Máy biến áp đo lường

Các máy biến áp đo lường dùng để mở rộng thang đo các dụng cụ đo

lường

a) Máy biến điện áp Dùng biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp

để đo lường bằng các dụng cụ thông thường Như thế số vòng dây thứ cấp

W2 phaỷi nhỏ hơn số vòng dây sơ cấp W1 Thông thường người ta quy

định điện áp thứ cấp U2 định mức là 100V

Khi mắc dây, cuộn dây sơ cấp nối song song với điện áp lớn cần đo, cuộn thứ cấp nối với vôn mét hoặc các mạch điện áp của các dụng cụ khác như cuộn dây điện áp của oát mét.v.v

Trong khi làm việc, không được để cho máy biến điện áp ngắn mạch thứ cấp

U t

U 2

A X

x a

b) Máy biến dòng điện Dùng biến đổi dòng điện lớn xuống dòng

điện nhỏ để đo lường và một số mục đích khác Vỡ dòng điện thứ cấp nhỏ hơn dòng điện sơ cấp nên số vòng dây thứ cấp W2 nhiều hơn số

vòng dây sơ cấp Dòng điện thứ cấp định mức là I2 =5A

Khi mắc dây, cuộn dây sơ cấp đấu nối trực tiếp với dòng điện lớn cần đo; cuộn thứ cấp nối với ampemét hoặc mạch dòng điện của các dụng cụ

khác như cuộn dòng điện của oát mét

ẹối với máy biến dòng không được để hở mạch thứ cấp

A

I 1

I 2