Bài giải đề cương máy điện 1

Nguyên nhân các đặc tính ví dụ đặc tính ngoài, đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích độc lập suy ra từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính lại hơi hơi khác so với các đặc tính

Câu 1a:

a.Hãy so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều với nhau.

b.Vẽ một sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song bằng điện áp thấp(U-mm<Uđm) và nêu trình tự thao tác để mở máy.

c.Giải thích hiện tượng xảy ra khi mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song

mà mạch kích thích bị đứt.

Trả lời

a Ưu nhược điểm của các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều:

+ Mở máy trực tiếp: được thực hiện bằng cách đóng thẳng động cơ điện vào nguồn vớ Umm

= U dm

- Ưu điểm: thời gian mở máy nhanh do có mô men mở máy lớn

- Nhược điểm: Ngay lúc đầu mở máy Roto chưa quay nên sức điện động Eu= 0 và dòng điện phần ứng Iu =

U

u

R

E

=

U

R

U

sẽ có trị số rất lớn và bằng ( 510).Idm có thể làm cháy dây quấn và vành góp:

+ Mở máy bằng biến trở:

- Ưu điểm hạn chế được dòng mở máy, an toàn cho động cơ

- Nhược điểm: Thời gian mở máy lâu, có tổn hao công suất nhiệt trên biến trở mở máy + Mở máy bằng điện áp thấp: (Umm< U dm):

- Ưu điểm: hạn chế được dòng mở máy Dùng để mở máy động cơ công suất lớn Mômen

mở máy lớn

- Nhược điểm: đòi hỏi hai nguồn mở máy, một nguồn có thể điều chỉnh để cung cấp cho phần ứng động cơ, một nguồn cố định có U= U dm , lên giá thành sẽ cao hơn 2 phương pháp mở máy kia Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ kích thích độc lập hoặc động cơ kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập

b Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích thich song song bằng điện áp thấp (Umm < Uđm):

Vì phương pháp này chỉ có thể áp dụng cho động cơ kích thích độc lập nên ta phải chuyển động cơ kích thích song song về chế độ kích thích độc lập và ta có sơ đồ mở máy bằng điện áp thấp ở chế độ này như hình vẽ 31 tr14 Sách hướng dẫn thí nghiệm máy điện

Trình tự thao tác mở máy:

- Đặt núm điều chỉnh điện áp cung cấp cho phần ứng của động cơ ở vị trí,

- Đóng cầu giao của bộ nguồn cung cấp, động cơ được kích thích với Ukt= Uktdm,

- Điều chỉnh tăng điện áp đặt vào phần ứng của động cơ để khởi động động cơ, kết thúc quá trình khởi động điện áp đặt vào động cơ bằng định mức U = U dm

C,Hiện tượng xảy ra khi mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song mà mạch kích thích bị đứt:

Nếu nhánh kích thích bị đứt thì dòng kích thích bằng không It =0 , do đó từ thông Φ = 0 , cho nên

mô men điện từ M=CM.Φ Iư=0 , nên động cơ không quay được do đó Eư= 0 , suy ra U=Eu + Iư.Rư = Iư.Rư cho nên Iư = U/ Rư sẽ có trị số rất lớn lam cháy vành gop và dây quấn

Câu 1b:

a.Giải thích vì sao các đặc tính (ví dụ đặc tính ngoài, đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích độc lập) suy ra từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính lại hơi khác so với các đặc tính có được từ thí nghiệm trực tiếp và có dạng nét đứt như trên hình vẽ?

b.Tìm các nguyên nhân khiến cho máy phát điện một chiều kích thích song song không thể

tự kích thích và tạo ra được điện áp.Nếu máy phát kích thích song song không tự kích thích được do mất từ dư thì làm thế nào để tạo ra được điện áp?

c.Nếu chổi than đặt không đúng vị trí mà bị xê dịch ngược chiều quay của rôto thì tốc độ của động cơ điện sẽ như thế nào(tăng,giảm hay không đổi)?

Trả lời

a Nguyên nhân các đặc tính ( ví dụ đặc tính ngoài, đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích

độc lập) suy ra từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính lại hơi hơi khác so với các đặc tính có đựoc từ thí nghiệm trực tiếp và có dạng nét đứt như trên hình vẽ ( Hình 2-7 và 2-9 tr61 SGK) là:

Khi vẽ đặc tính ngoài U =f(I) và đặc tính điều chỉnh It =f(I) bằng tam giác đặc tính và đặc tính không tải là ta vẽ trong trường hợp mạch từ chưa bão hoà, cạnh AB của tam giác đặc tính còn

tỉ lệ vơi phản ứng phần ứng nghĩa là cũng tỉ lệ với dòng điện I Trên thực tế khi ta làm thí nghiệm cho ảnh hưởng của bão hoà khi I tăng và U giảm cạnh AB của tam giác không còn tỉ lệ với I nữa nên đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh thu được bằng thí nghiệm trực tiếp hơi lệch đi theo nét đứt như trên hình vẽ

b Các nguyên nhân khiến cho máy phát điện một chiều kích thích song song không thể tự kích

thích là:

+ Máy bị mất hết từ dư sẽ không thể tự kích được.

+ Máy quay không đúng chiều quy định làm cho từ thông do dòng điện It sinh ra ngược chiều với từ thông dư làm cho từ thông dư bị khử mất máy không thể thành lập được điện áp

+ Điện trở mạch kích thích Rt quá lớn dòng điện It xác lập sẽ rất nhỏ, điện áp xác lập bằng điện áp dư của máy Edu

Nếu máy phát kích thích song song không thể tự kích thích được do mất từ dư thì để tạo ra điện áp chúng ta phải chuyển máy phát kích thích song song đó về máy phát kích thích độc lập sau

đó cho máy phát chạy một thời gian máy sẽ có lại từ dư lúc đó ta lại chuyển máy về máy phát kích thích song song

C Nếu chổi than đặt không đúng vị trí mà bị xê dich ngược chiều quay của Roto thì sẽ có phản ứng phần ứng dọc trục có tính chất khử từ làm giảm trị số từ thông tổng φ Mặt khác ta có công

thức tính tốc độ của động cơ điện một chiều như sau: n = C e* ϕ

E

cho nên khi φ giảm thì tốc độ

động cơ sẽ tăng

Câu 1c:

a.Phân tích ảnh hưởng của từ trường phần ứng đối với từ trường cực từ(từ trường chính) trong máy điện một chiều khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học.

b.Nếu chổi than không ở trên đường trung tính hình học thì điện áp đầu cực của máy phát khi máy quay thuận và quay ngược có bằng nhau không,giải thích tại sao?

c.Tác dụng của từ trường cực từ phụ như thế nào?

Trả lời

a Ảnh hưởng của từ trường phần ứng đối với từ trường cực từ trong máy phát điện 1 chiều khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học là:

( Hình 1.37a, 1.37b tr 35 SGK)

Hình 1.37a mô tả sự phân bố của từ thông tổng do từ trường cực từ chính và từ trường phần ứng hợp lại Hình 1.37b phân tích sự thay đổi của từ thông khe hở khi có phản ứng phần ứng Trong hình 1.37b đường 1 chỉ sự phân bố của từ trường chính, đường 2 là sự phân bố của từ trường phần ứng Khi mạch từ khôn bảo hoà thì theo nguyên lý xếp chồng sự phân bố của từ trường tổng như đường 3 nhận được bằng cách cộng từ trường của cực từ(đường 1) với từ trường của phần ứng (đường 2) Nhưng khi mạch từ bão hoà thì dùng nguyên lý xếp chồng không hoàn toàn đúng vì lúc mạch từ bão hoà từ thông không tăng tỉ lệ với sức từ động nữa nên thực tế sự phân bố từ trường tổng như đường 4 Vậy ta có thể rút ra những kết luận sau:

- Khi chổi than ở trên đường trung tính hình học chỉ có phản ứng phần ứng ngang trục mà tác dụng của nó là làm méo từ trường khe hở Đối với máy phát điện thì ở mỏm ra cực từ ( mỏm cực mà phần ứng đi ra) máy được trợ từ, ở mỏm vào của cực từ thì bị khử từ Đối với ĐCĐ tác động sẽ ngược lại vì chiều quay ngược với chiều quay của máy phát

- Nếu mạch từ không bão hoà thì trường tổng không đổi thì tác dụng trợ từ và khử từ là như nhau Nếu mạch từ bão hoà thì do tác dụng trợ từ ít hơn tác dụng khử từ nên từ thông tổng dưới mỗi cực giảm đi một ít, nghĩa là phản ứng ngang trục phần ứng có một ít tác dụng khử từ

- Từ cảm ở đường trung tính hình học không bằng không, đường mà ở trên bề mặt phần ứng

từ cảm bằng không - gọi là đường trung tính vật lý – đã lệch khỏi đường trung tính hình học một góc thuận chiều quay của máy fát điện (Đường mm trên hình 1.37)

Tóm lại: Khi chổi than đặt trên dường trung tính hình học thì chỉ có phản ứng phần ứng ngang trục làm méo dạngtừ trường khe hở do đó xuất hiện trung tính vật lý Nếu mạch từ không bão hoà thì từ thông tổng không đổi Nếu mạch từ bão hoà thì từ thông tổng giảm đi một ít

b Nếu chổi than không ở trên đường trung tính hình học thì điện áp đầu cực của máy phát khi máy quay thuận và quay ngược không bằng nhau Khi chổi than không ở trên đường trung tính hình học thì sức từ động phần ứng có thể chia làm 2 thành phần ngang trục và dọc trục Khi máy quay thận chiều xê dịch của chổi than thì phản ứng phần ứng dọc trục có tính chất khử từ làm cho

từ thông ϕ giảm do đó sức điện động phần ứng Eu = CM.ϕ.n giảm do đó điện áp đầu ra U cũng

giảm Khi máy phát quay ngược chiều xê dịch của chổi than thì phản ứng phần ứng dọc trục có tính chất trợ từ nên sức điện động phần ứng Eu tăng và điện áp đầu ra cũng tăng Như vậy ta có kết luận điện áp đầu cực của máy phát điện một chiều khi máy quay thuận và quay ngược không bằng nhau

c Tác dụng của từ trường cực từ phụ là:

Cực từ phụ đặt giữa 2 cực từ chính, trên đường trung tính hình học Khi có tải, do có phản ứng phần ứng nên trên đường trung tính hình học từ trường khác không và từ trường đó cùng chiều với từ trường cực từ tính trước đường trung tính hình học theo chiều quay máy phát Để cải thiện đổi chiều, thường yêu cầu ở khu vực đổi chiều ( khu vực có chổi than, chổi than đặt ở đường trung tính hình học) có từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng ở khu vực đó, vì vậy phải đặt cực

từ phụ Tác dụng của cực từ phụ là sinh ra một sức từ động triệt tiêu từ trường phần ứng ngang trục đồng thời tạo ra một từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng ở khu vực đổi chiều

Câu 1d:

a.Tại sao lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kỹ thuật điện,cực từ có thể dùng thép kỹ thuật điện hay thép lá thường ghép lại?Tại sao vỏ máy điện một chiều không dùng gang(loại vật liệu rẻ tiền và dễ đúc)mà lại phải dung thép đúc hoặc thép tấm uốn lại?

b.Sự khác nhau chính giữa dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp,song đơn và song phức tạp như thế nào?

c.Nếu một máy 4 cực dây quấn xếp đơn đổi thành song đơn mà số thanh dẫn và những điều kiện khác không đổi thì điện áp,dòng điện và công suất định mức của máy có thay đổi không,thay đổi thế nào,chứng minh?

Trả lời

a Lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kĩ thuật điện vì: Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ nên phải làm bằng các lá thép kĩ thuật điện ( thép hợp kim silic) dầy 0.5mm, bề mặt có phủ sơn cách điện rồi ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy ( dòng điện fucô) gây lên

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0.5mm được ép lại và tán chặt

Cực từ phụ có thể làm bằng thép thường

Vỏ máy điện một chiều không dùng gang bởi vì gang dẫn từ rất kém mà vỏ máy dùng làm mạch từ để nối liền các cực từ cho nên không dùng gang được

Câu 2a:

Máy biến áp có những kiểu đấu dây nào, ứng dụng của từng kiếu đấu đó?Giải thích tại sao kiếu nối dây Y/Y không dung cho tổ máy biến áp 3 pha,máy biến ỏp 3 pha 5 trụ và chỉ dung chi những mỏy biến ỏp 3 pha 3 trụ cú cụng suất 5600 kVA trở xuống,cũn kiểu đấu dây Y/∆

và ∆/Y được dung cho tất cả các loại trên?

Trả lời

Các kiểu đấu dây quấn

Dây quấn của m.b.a có thể nối hình sao (ký hiệu bằng dấu “Y ”) hoặc hình tam giác (ký hiệu bằng dấu “∆”) Đấu sao thì ba đầu X, Y, Z nối lại với nhau, còn ba đầu A, B, C để tự do (hình 5-16a) Nếu nối hình sao có dây trung tính thì ký hiệu bằng dấu “Y0” Đấu tam giác thì đầu cuối của pha này nối với đầu đầu của pha kia (hình 5-16b và c)

Cách đấu dây quấn CA và HA trong m.b.a thường được ký hiệu như sau: ví dụ m.b.a đấu Y/∆

có nghĩa là dây quấn CA đấu Y, còn dây quấn HA đấu ∆ Ở các m.b.a lực, dây quấn cao áp CA thường được nối hình “Y” còn dây quấn hạ áp HA nối hình “∆” vì khi nối như vậy thì ở phía cao

áp, điện áp pha nhỏ đi 3 lần so với điện áp dây (U p U d

3

1

= ), do đó có thể giảm bớt được chi phí

và điều kiện cách điện; phía hạ áp thì dòng điện pha nhỏ đi 3 lần so với dòng điện dây (

d

I

3

1

= ), do đó có thể chọn được tiết diện dây quấn nhỏ hơn, thuận tiện cho việc chế tạo và kinh

tế Cách nối hình “∆” được dùng nhiều khi không cần điện áp pha Dây quấn “Y0” được dùng ở các m.b.a cung cấp cho tải hỗn hợp vừa dùng điện áp dây (để cung cấp cho các động cơ không đồng bộ) vừa dùng điện áp pha (để cung cấp cho chiếu sáng và sinh hoạt)

Ngoài hai kiểu nối dây chủ yếu trên, dây quấn m.b.a còn có thể nối theo kiểu zic-zăc (ký hiệu bằng dấu “Z”) Khi đó mỗi pha dây quấn gồm hai nửa cuộn dây ở trên hai trụ khác nhau nối nối tiếp và mắc ngược nhau (hình 5-17) Kiểu đấu dây này ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trong các thiết bị chỉnh lưu hoặc trong máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số về góc lệch pha

Hình 5-16 Các kiểu đấu dây quấn

m.b.a

A B C

X Y Z

a)

A B C

X Y Z

c)

A B C

X Y Z

b)

Hình 5-17 Các kiểu đấu zic-zăc

A B C

B

C

Hình 5-26 Đ ờng biểu diễn từ thông (a) và s.đ.đ (b)của tổ máy biến áp ba pha nối Y/Y

e

t b)

e e

1

e 3

φ

φ3

t a)

Vỡ dõy quấn sơ cấp nối Y nờn thành phần

dũng điện bậc 3 (i03) khụng tồn tại, do đú

dũng điện từ hoỏ i0 cú dạng hỡnh sin và từ

thụng Φ do nú sinh ra cú dạng vạt đầu

(đường đậm nột trờn hỡnh 5-26a) Như vậy

cú thể xem từ thụng tổng Φ gồm súng cơ

bản Φ1 và cỏc súng điều hoà bậc cao Φ3,Φ5,

trong đú cú thể bỏ qua cỏc thành phần bậc

cao hơn 3 vỡ chỳng cú trị số rất nhỏ Trờn

hỡnh 5-26a ta chỉ vẽ cỏc từ thụng Φ1và Φ3.

Đối với tổ m.b.a ba pha, vỡ mạch từ của cả

ba pha riờng rẽ, từ thụng Φ3 của cả ba pha

cựng chiều với nhau tại mọi thời điểm, dễ

dàng khộp kớn trong từng lừi thộp của từng

pha như Φ1 (hỡnh 5-27a) Do từ trở của lừi

thộp rất bộ, nờn Φ3 cú trị số khỏ lớn, cú thể

đạt tới (15ữ20)% Φ1 Kết quả là trong dõy

quấn sơ cấp và thứ cấp, ngoài s.đ.đ cơ bản

e1 do Φ1 cảm ứng nờn (chậm pha sau Φ1 90o)

cũn cú s.đ.đ bậc ba e3 khỏ lớn, cú thể đạt

đến trị số E3 = (45 ữ 60)%E1, do từ thụng Φ3

tạo

nờn và chậm sau Φ3 một gúc 900 Do đú s.đ.đ tổng trong từng pha e = e1+e3 sẽ cú dạng nhọn đầu (hỡnh 5-26b), nghĩa là biờn độ của s.đ.đ pha tăng lờn rừ rệt Sự tăng vọt của s.đ.đ như vậy hoàn toàn khụng cú lợi, trong nhiều trường hợp rất nguy hiểm như cú thể làm chọc thủng cỏch điện của dõy quấn, làm hư hỏng thiết bị đo lường và gõy ảnh hưởng đến cỏc đường dõy thụng tin nếu trung tớnh cú nối đất Bởi những lý do trờn, trong thực tế người ta khụng dựng kiểu đấu Y/Y cho tổ m.b.a

ba pha Cũng cần núi thờm rằng, dự s.đ.đ pha cú trị số và hỡnh dỏng biến đổi nhiều nhưng cỏc s.đ.đ dõy vẫn luụn luụn là hỡnh sin, vỡ dõy quấn nối Y thỡ s.đ.đ dõy khụng cú thành phần bậc 3

Hình 5-28 Dòng i n i u ho đ ệ đ ề à

b c ba trong m.b.a n i ậ ố ∆/Y

c A

B

C a

b

i 03

i 03

i 03

Hình 5-27 T thông ừ φ3 trong t m.b.a ba ổ pha (a) v trong m.b.a ba pha ba à

tr (b) ụ

Những hiện tượng xuất hiện trong m.b.a ba pha năm trụ cũng tương tự như vậy, do đó các m.b.a này cũng không dùng kiểu nối Y/Y

Trong các m.b.a ba pha ba trụ, các từ thông Φ3 bằng nhau và cùng chiều trong ba trụ thép tại mọi thời điểm, nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác mà bị đẩy ra ngoài và khép mạch qua không khí hoặc dầu (hình 5-27b) là những môi trường có từ trở lớn Vì vậy Φ3 không lớn lắm và có thể xem từ thông tổng và do đó s.đ.đ pha là hình sin Tuy nhiên cần nhớ rằng từ thông Φ3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng và các bu lông ghép v.v sẽ gây nên tổn hao phụ

làm cho hiệu suất của m.b.a giảm Do đó phương pháp nối Y/Y đối với m.b.a ba pha ba trụ cũng chỉ áp dụng cho các m.b.a với dung lượng từ 5600kVA trở xuống

b Trường hợp m.b.a nối ∆/Y (hình 5-28)

Dây quấn sơ cấp nối tam giác nên dòng

điện i03 sẽ khép kín trong tam giác đó, như

vậy dòng điện từ hoá i0 vì chứa thành phần

bậc ba, nên có dạng nhọn đầu, từ thông tổng

và các s.đ.đ của các dây quấn sơ cấp và thứ

cấp đều có dạng hình sin Do đó sẽ không

có những hiện tượng bất lợi như trường hợp

trên

c Trường hợp m.b.a nối Y/∆

Trên hình 5-29a, do dây quấn sơ cấp đấu Y nên dòng điện từ hoá trong đó không có thành phần điều hoà bậc 3 nên i0 có dạng hình sin, Φ có dạng vạt đầu và có thành phần bậc 3 - Φ3Y Từ thông

Φ3Y cảm ứng sang dây quấn thứ cấp s.đ.đ bậc 3 - e23 chậm sau Φ3Y một góc gần 90o (hình 5-29b) Đến lượt e23 gây nên trong mạch vòng thứ cấp nối hình ∆ dòng điên i23 chậm sau e23 một góc gần

90o (vì điện kháng của dây quấn rất lớn) Dòng điện i23 sẽ sinh ra từ thông Φ3 ∆ coi như trùng pha với i23, nghĩa là gần như ngược pha với Φ3Y Do đó từ thông tổng bậc ba trong lõi thép Φ3 = Φ3Y +

Φ3 ∆ gần như bị triệt tiêu ảnh hưởng của từ thông bậc 3 trong mạch từ không đáng kể nữa, kết quả

là s.đ.đ pha sẽ gần hình sin.

Tóm lại, khi m.b.a làm việc không tải, các cách nối dây ∆/Y hay Y/∆ đều tránh được tác hại của từ thông và s.đ.đ điều hoà bậc 3

Hình 5-29 : a) Dòng i n i u ho b c ba trong m.b.a đ ệ đ ề à ậ

n i Y/ ố ∆ ; b) Tác d ng c a dòng i ụ ủ 23 khi dây qu n u Y/ ấ đấ ∆.

a

b

c

i 03

i 03

i 03

C

Y

3

φ 

3

φ 

) ( φ 3∆

23

E

23

I

b)

A

B

a)

sCõu 2b:

Trỡnh bày cỏc phương phỏp xỏc định tham số mạch từ hoỏ của mỏy biến ỏp.Dũng từ hoỏ của mỏy biến ỏp lớn hay bộ,tại sao?Dũng từ hoỏ phụ thuộc vào những yếu tố nào,chứng minh?Thực chất của dũng điện khụng tải là gỡ,tổn hao khụng tải là gỡ?

Trả lời Cách xác định các tham số của m.b.a

Các tham số của m.b.a có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc tính toán

1 Phương pháp xác định các tham số bằng thí nghiệm

Hai thí nghiệm để xác định các tham số của m.b.a là thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch

a Thí nghiệm không tải

Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như hình 5-36a

Đặt điện áp xoay chiều U1 = Uđm vào dây quấn sơ cấp, dây quấn thứ cấp để hở mạch Nhờ các đồng hồ Ampemet, Oátmet, Vônmet ta đo được dòng điện I0, công suất P0, điện áp sơ cấp U1 và thứ cấp U20 khi không tải Từ các số liệu thí nghiệm ta tính được tổng trở, điện trở và điện kháng của máy biến áp khi không tải:

0

1 0

I

U

z = ; 2

0

0 0

I

P

r = ; 2

0

2 0

x = − (5-46) Thường z0* ≈ x0* = 10 ÷ 50 và r0* = 1,0 ÷ 5,0

Ngoài ra còn xác định được tỉ số biến đổi của m.b.a:

20

1 2

1

U

U W

W

k = ≈ (5-47)

và hệ số công suất lúc không tải:

0 1

0 0

cos

I U

P

=

ϕ (5-48)

Khi không tải, I,

2 = 0, mạch điện thay thế của m.b.a có dạng trên hình 5-36b, do đó các tham

số không tải z0, r0 và x0 chính là:

z0 = z1 +z m ; r0 = r1 + rm và x0 = x1 + xm (5-49)

Trong các m.b.a điện lực, thường r1 << rm và x1 << xm nên có thể coi:

r0 ≈ rm ; x0 ≈ xm và z0 ≈ zm

V

W

Hình 5-37

Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch m.b.a

Hình 5-36: a) Sơ đồ thí nghiệm không tải của m.b.a một pha; b) mạch điện thay thế; c) Đồ thị véc tơ của m.b.a lúc không tải

c)

1

I = 

m

φ 

2

E  =  ′

1

E

− I0r1

1

0Z I 0 1

x I

j 

1

U

ö0

1

I

I = 

r1 x1

x

m

rm

b)

A

V

W

V

a)

Cũng vì lý do đó, công suất không tải P0 thực tế có thể xem là tổn hao sắt pFe do từ trễ và dòng điện xoáy trong m.b.a gây nên:

P0 = pFe (5-50)

Vì điện áp sơ cấp đặt vào không thay đổi nên Φ và do đó B không thay đổi, nghĩa là tổn hao sắt - tức tổn hao không tải không thay đổi

Khi không tải, ta có các phương trình:

U1 = −E1 +I0z1 = −E1 + (r1 + jx1).I1 (5-51)

U 20 ′ =E 2 ′ (5-52)

I1 =I0 (5-53)

Đồ thị véctơ tương ứng ở hình 5 - 36c Từ đồ thị véctơ ta thấy lúc m.b.a không tải góc lệch pha giữa U1 và I0 là ϕ0 ≈ 90o, nghĩa là cosϕ0 rất thấp, thường cosϕ0 ≤ 0,1 Như vậy trong vận hành không nên để m.b.a làm việc không tải hoặc non tải, khi đó sẽ làm xấu hệ số công suất của lưới điện

b Thí nghiệm ngắn mạch

Sơ đồ thí nghiệm như hình 5-37,

trong đó dây quấn thứ cấp bị nối

ngắn mạch và điện áp đặt vào dây

quấn sơ cấp phải được giảm thấp đến

trị số Un sao cho dòng điện trong đó

bằng dòng điện định mức

Từ các số liệu đo được Pn, Un, In

ta xác định được các tham số ngắn

mạch

của m.b.a:

H×nh 5 - 38

M¹ch ®iÖn thay thÕ m.b.a lóc ng¾n m¹ch

r n x n

n

n

I

b)

n

I

n

U z 1 z 2

/

r 1 x 1 r 2’ x 2’

a)

n

n n

I

U

n

n n

I

P

n n

x = − (5-54)

Vì lúc thí nghiệm ngắn mạch, điện áp Un đặt vào rất bé nên từ thông chính và do đó dòng điện

từ hoá cũng rất bé Do đó mạch điện thay thế của m.b.a có thể xem như hở mạch nhánh từ hoá và chỉ còn lại một mạch điện gồm hai tổng trở sơ cấp và thứ cấp nối tiếp nhau (hình 5-38a), hay đơn giản hơn ta thay bằng một tổng trở đẳng trị (hình 5 - 38b) gọi là tổng trở ngắn mạch của m.b.a:

z n = z1 +z2′ ; r n =r1 +r2′ ; x n = x1 +x2 ′ (5-55)

Vì I0 rất bé nên có thể coi công suất lúc ngắn mạch chỉ để bù vào tổn hao đồng trong các

dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

P n p Cu p Cu I n r I n r I n r r I2n r n

1 2 1

2 1 2

2 2 1

2 1 2

Từ mạch điện thay thế lúc ngắn mạch (hình 5-38b) ta thấy rõ, điện áp đặt vào lúc ngắn mạch hoàn toàn cân bằng với điện áp rơi trong m.b.a, hay nói cách khác, điện áp ngắn mạch gồm hai thành phần:

Thành phần tác dụng:

Un = Inrn (5-57)

là điện áp rơi trên điện trở và thành phần phản kháng:

Unx = In xn (5-58)

là điện áp rơi trên điện kháng của m.b.a

Đồ thị véc tơ

của m.b.a lúc ngắn

mạch với In = Iđm vẽ

ở hình 5-39a và b

Tam giác OAB gọi

là tam giác điện áp

ngắn mạch Cạnh

huyền biểu thị điện

áp ngắn mạch toàn

phần Un, các cạnh

góc vuông chính là

các điện áp rơi trên

0

B

A

n

nr

U

A B

0

dm

I

dm

I

n

dmr I

n

I

1

x

Ij dm

1

r

I dm

/ 2

r

I dm

/ 2

x

Ij dm

1

Z

Idm

/ 2

Z

Idm

n

dm Z I

φn

φn

H×nh 5-39 a) §å thÞ vÐc t¬ cña m.b.a ng¾n m¹ch

b) Tam gi¸c ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch.

điện trở và điện

kháng:

Unr = Uncosϕn

Unx = Unsinϕn

trong đó ϕn là góc giữa Un

và In

Như vậy điện áp

ngắn mạch có thể xem

như một đại lượng đặc

trưng cho điện

trở và điện kháng tản của m.b.a

Trong các m.b.a lực, điện áp ngắn mạch được ghi trên nhãn hiệu của máy theo tỷ lệ phần trăm

so với điện áp định mức

% 100 100

dm

n dm dm

n n

U

z I U

U

u = = (5-59)

và các thành phần điện áp ngắn mạch là:

% 100 100

dm

n dm dm

nr nr

U

r I U

U

u = = (5-60)

% 100 100

dm

n dm dm

nx nx

U

x I U

U

u = = (5-61)

Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng còn được tính như sau:

) ( 10

) ( 100

100

%

2

kVA S

W P S

r I I

U

I r I u

dm

n dm

n dm dm

dm

dm n dm

Thường un% = 5,5 ÷ 15 Số đầu là đối với các m.b.a điện lực có Uđm≤ 35 kV, số sau là đối với các m.b.a có Uđm = 500 kV

Chú ý: Ngắn mạch ở trên là do ta tiến hành thí nghiệm với điện áp đặt vào rất nhỏ để cho In

= Iđm, gọi là ngắn mạch thí nghiệm Trong trường hợp m.b.a đang làm việc với điện áp sơ cấp định mức, nếu thứ cấp xảy ra ngắn mạch (hai dây chạm nhau, đứt dây, chạm đất ) thì ta gọi là ngắn mạch vận hành hay ngắn mạch sự cố Lúc đó toàn bộ điện áp định mức đặt vào tổng trở ngắn mạch rất nhỏ của m.b.a, nên dòng điện ngắn mạch sự cố sẽ rất lớn:

n

dm n

z

U

I = (5-63)

hay 100100 100100 n%100

dm

dm

dm n dm

dm

dm n

dm n

u I U

I z

I I

I z

U

(5-64) Thí dụ m.b.a có un% = 10 thì dòng điện ngắn mạch sự cố sẽ là:

I n I dm100 10 I dm

=

Dòng điện ngắn mạch lớn sẽ gây nên sự cố hư hỏng m.b.a Do đó trong thực tế vận hành, các m.b.a cần phải được bố trí những thiết bị bảo vệ rơ le để tự động cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện