Giáo trình bài tập bdnldc baigiang2

 Trong truyền tải, phân phối và ứng dụng năng lượng điện: tăng áp hay giảm áp với tần số không đổi 50/60Hz, từ vài trăm W tới hàng trăm MW..  Trong thông tin, MBA có thể được dùng để p

Biến đổi năng lượng

điện cơ

-Máy biến áp

 Biến đổi năng lượng điện từ mạch điện này sang mạch điện khác thông qua từ trường biến thiên

 Ứng dụng: trong cả lĩnh vực điện và thông tin

 Trong truyền tải, phân phối và ứng dụng năng lượng điện: tăng áp hay giảm áp với tần số không đổi (50/60Hz), từ vài trăm W tới hàng trăm MW

 Trong thông tin, MBA có thể được dùng để phối hợp trở kháng, cách

ly DC, thay đổi mức điện áp tại công suất nhỏ với dải tần số rộng

 Nội dung môn học chỉ đề cập đến máy biến áp (MBA) công suất

Giới thiệu

 Xét một lõi thép có quấn 2 cuộn dây như

hình vẽ Bỏ qua các tổn hao, và từ thông tản

 Độ thẩm từ là vô cùng hay từ trở bằng 0



N1 N2

v2

v1

+

–

+

–

 

dt

d N t

1

dt

d N t

2

  N a

N t

v

t

v





2

1 2

1

a được gọi là tỉ số dây quấn

 Tổng stđ mmf bằng mmf  N1i1  N2i2  R   0

  

N t

i

t

1

2 2

1









MBA lý tưởng

 Với MBA lý tưởng

Ideal

N1:N2

+

–

+

–

Ideal

N1:N2

+

–

+

–

a N

N i

i a N

N v

1

2 2

1 2

1 2

1













a N

N i

i a N

N v

1

2 2

1 2

1 2

1









   1 2   2 0

1 t i t  v t i t 

v

    t i t v     t i t

v1 1  2 2

a v

v L

L i

i

1

2 1

2 2

1













MBA lý tưởng (tt)

 Xét một MBA lý tưởng với tải trở mắc ở cuộn dây 2

 Theo định luật Ohm,

Lý tưởng

N1:N2

+

–

+

–

L

R i

v



2 2

a v

v2  1 i 2 ai1

L

N

N R

a i

1

2 2

1

1

















 Mở rộng cho trường hợp tải tổng quát

L

Z N

N I

V N

N I

1

2 2

2 2

1

2 1

1































Đặc tính thay đổi trở kháng của MBA lý tưởng

 Tính chất thay đổi trở kháng có thể được dùng để tối ưu công suất truyền đi giữa các cuộn dây, hay gọi là phối hợp trở kháng

 Một MBA lý tưởng được đặt giữa một nguồn điện (trở kháng Z o) và tải

(trở kháng Z L) Tỉ số vòng dây được chọn sao cho

 VD 3.7: Hai MBA lý tưởng (mỗi MBA có tỉ số 2:1) và một điện trở R được dùng để tối ưu công suất truyền đi, Tìm R

Tải trở 4  kết hợp với R qui về phía đầu vào là (R + 4(2)2)(2)2 Để tối

ưu công suất,

100  4 R  16

 R  9 

Phối hợp trở kháng

 Hai cuộn dây được quấn trên một lõi

từ, để cực tiểu từ thông tản

Cuộn sơ cấp có N1 vòng được nối với

nguồn điện, cuộn thứ cấp có N2 vòng nối

với tải

 Trường hợp MBA lý tưởng: không có từ thông tản, bỏ qua điện trở cuộn dây, lõi từ có độ thẩm từ bằng vô cùng, không có tổn hao

 Cho v 1 (t) = V m1cost là điện áp đưa và cuộn sơ cấp, ta được

max 1

1 2  fN 

max 1

1 4 44 fN 

V 

MBA công suất

Điều khiển

MBA loại nhỏ 3 pha loại nhỏ

Đúc nhựa tổng hợp

Một số hình ảnh MBA

 VD 3.8: Cho N1, N2, tiết diện lõi, chiều dài trung bình lõi, đường cong B-H, và điện áp vào Tìm mật độ từ thông cực đại, và dòng từ hóa cần thiết

max 1

1 4 44 fN 

webers 10

32

4 200

60 44

4

max















Ta được,

2

3

webers/m 864

.

0 005

0

10 32

.

4









m B

Suy ra,

Ta được , giá trị đỉnh của dòng từ hóa

là (259)(0.5)/200 = 0.6475 A Dó đó, I rms = 0.46 A là dòng từ hóa ở phía

sơ cấp

At/m 259

300 864

.



m H

Ví dụ

 Trường hợp MBA có xét từ thông tản và điện trở các cuộn dây Thông

số phía thứ cấp được nhân với hệ số a (= N 1 /N 2 ) và i 2 được thay bởi i 2 /a,

Mạch tương đương của MBA,

RL

N1:N2

+

–

+

–

a 2 R2

aM

2 /a

R1 L1 – aM a 2 L2 – aM

–

+

– +

 L1 – aM là chỉ điện cảm tản của cuộn dây 1, a 2 L2 – aM chỉ điện cảm tản của cuộn 2 qui về phía cuộn 1 aM là điện cảm từ hóa, dòng điện qua nó được gọi là dòng từ hóa.

Mạch điện tương đương của MBA có lõi tuyến tính

 Tổn hao trong lõi từ gây ra bởi hiện tượng từ trễ và dòng điện xóay

Những tổn hao này rất khó để phân tích tính toán, chúng phụ thuộc vào

giá trị của Bm Một điện trở đặt song song với điện cảm từ hóa aM để đại

diện cho tổn hao này.

RL Ideal

N1:N2

+

–

+

–

2

+

–

av2

R1 L1 – aM

1

a 2 R2 a2L2 – aM

 Tải RL, các điện áp và dòng tải có thể qui đổi về phía thứ cấp để được dạng như MBA lý tưởng

Mạch điện tương đương của MBA có lõi tuyến tính (tt)

 Ở xác lập, trở kháng và vector pha có thể được dùng trong mạch tương đương

ZL Ideal

N1:N2

+

–

+

–

+

–

R1 jxl1

m1

a 2 R2 ja2xl2

Trong đó

1

I

2

I

2

V

1

a

I2

















2

2 2

2

2 2

1

1 1

l l m l

x a aM

L a

x a

M L

X aM

x aM

L







 Điện kháng tản của cuộn 1

Điện kháng từ hóa qui đổi về cuộn 1 Điện kháng tản của cuộn 2

Điện kháng tản của cuộn 2 qui đổi về phía 1

MBA ở trạng thái xác lập

 Tất cả các đại lượng có thể được qui đổi về phía cuộn 1

a 2 ZL +

–

+

–

R1 jxl1

m1

a 2 R2 ja2xl2

1

I

1

a

I2

ZL +

–

+

–

R1/a 2 jxl1/a 2

Rc1/a 2 jXm1/a 2

R2 jxl2

1

I a a

2

I

 Hoặc chúng có thể được qui đổi về phía cuộn 2

MBA ở trạng thái xác lập (tt)

 Nhánh từ hóa làm việc tính toán trở nên khó khăn hơn, vì thế nhánh này có thể được di chuyển về phía cuộn 1, ta được mạch tương đương gần đúng

R1 1

I

+

–

m1

1

+

–

jxl1 a2R

2

ja 2 xl2

2

V a

a

I2

R1eq 1

I

+

–

m1

1

+

–

jx1eq

2

V a

a

I2

2

2 1

1

2

2 1

1

l l

eq

eq

x a x

x

R a R

R









Mạch điện tương đương

 Các thông số của mạch tương đương được xác định bằng 2 thí

nghiệm đơn giản: thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch

 Với MBA công suất, các cuộn dây được gọi là cuộn cao áp HV và hạ

áp LV

A

V

W

oc

V

Thí nghiệm không tải

oc V

R

oc I

Mạch tương đương không tải

Thí nghiệm không tải và ngắn mạch của MBA

 Thiết bị đo đặt phía hạ áp, cuộn cao áp hở mạch Điện áp định mức được cấp cho cuộn hạ áp Đo V oc, I oc, và P oc

oc

oc c

P

V R

2



c

oc R

R

V

I  Ioc  IR  I X

Ta được, IX  Ioc2  IR2

X

oc m

I

V

 R c và X m là các giá trị qui đổi về hạ áp

oc V

R

oc I

Thí nghiệm không tải

 Thiết bị đo đặt phía cao áp Dòng định mức được cấp cho cuộn cao

áp Đo V sc, I sc, và P sc

 R eq và X eq được qui đổi về phía cao áp

A

V

W

sc

V

Req Xeq

sc V

sc I

2

sc

sc eq

I

P

sc

sc eq

I

V

Z  Xeq  Zeq2  Req2

Thí nghiệm ngắn mạch

 VD 3.9: Cho các thông số của thí nghiệm không tải và ngắn mạch

Tìm thông số mạch tương đương qui đổi về phía cao áp

Từ thí nghiệm không tải

Từ thí nghiệm ngắn mạch

 





50

220 2

c

968

220





R I

 0 227  0 974 A

12  2 



X

974

0

220

m X

 0 2076

17

60

2

eq

R





 0 882

17

15

eq

Z







 0 8822 0 20762 0 8576

eq

X

Ví dụ

 Hiệu suất được định nghĩa là tỉ số giữa công suất ra với công suất vào

 Độ thay đổi điện áp

% 100

%















i c

out

out

out

out

in

out

P P

P

P losses

P

P P

P



Các tổn hao gồm tổn hao đồng Pc và tổn hao sắt Pi

 Nếu biết công suất vào,

% 100









in

i c

in P

P P

P



% 100 regulation

voltage

%

load

load load



V

V V

Hiệu suất và độ thay đổi điện áp

 Bài tập 3.22 và 3.23.

Bài tập