bai giang may điên trung cap nghe.

Nói cách khác sđđ và dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng điệnsức điện động 1 chiều, nhờ hệ thống vành góp và chổi than.Để có sức điện động lớn → ghép nhiều khung dây đặt lệch

TRƯỜNG TRUNG CẤP KỸ THUẬT – NGHIỆP VỤ CÁI BÈ

KHOA KỸ THUẬT NGHIỆP VỤ

LỜI NÓI ĐẦU

- Đất nước Việt Nam đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện - đại hóa,

nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc cung cấp điện năng cho các khucông nghiệp, khu chế xuất, khu nhà cao tầng ngày càng nhiều Vì vậy việctìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán sử dụng trong MÁY ĐIỆN rất cần thiếtcho sinh viên ngành điện

- Với một vai trò quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đàotạo, chương trình môn học của Trường Trung Cấp Kỹ Thuật & Nghiệp Vụ

Cái Bè Tôi đã biên soạn cuốn giáo trình Máy Điện.

- Giáo trình được biên soạn theo đề cương môn học Máy Điện với những kiến

thức cơ bản về các loại máy điện như:

+ Máy biến áp

+ Máy điện không đồng bộ

+ Máy điện đồng bộ

+ Máy điện một chiều

- Giáo trình Máy Điện được biên soạn phục vụ công tác giảng dạy cho giáoviên và là tài liệu học tập cho học sinh ở trường

- Trong thời gian biên soạn giáo trình mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng dochuyên môn và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót,khuyết điểm Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp đểgiáo trình đạt chất lượng cao hơn

- Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Kỹ Thuật Nghiệp Vụ - Trường TrungCấp Kỹ Thuật & Nghiệp Vụ Cái Bè, Khu IV – Thị Trấn Cái Bè, Huyện Cái

Bè, Tỉnh Tiền Giang

Giáo Viên Biên Soạn :

NGUYỄN ĐỖ CÔNG HIẾN

CHƯƠNG MỞ ĐẦU KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN BÀI 1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI

Máy điện là loại máy phổ biến trong công nghiệp và trong đời sống

Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên

từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau

3

U2,f BA

2.2 Máy điện quay:

Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từtrường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra

Loại máy điện này dùng để biến đổi năng lượng, ví dụ biến đổi điện năng sang cơnăng ( động cơ điện ) hoặc biến đổi cơ năng sang điện năng ( máy phát điện ) quátrình biến đổi có tính thuận nghịch, nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máyphát điện hoặc động cơ điện

Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy điện quay.

Máy điện quay

Máy điện xoay chiều Máy một chiều

Máy phát 1 chiều

Động

cơ một chiều

Máy điện đồng bộ

Máy điện không đồng bộ

Động

cơ không đồng bộ

Máy phát không đồng bộ

Động

cơ điện đồng bộ

BÀI 2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG

MÁY ĐIỆN

Nguyên lý làm việc của tất cả các loại máy điện dựa vào cơ sở hai định luật cảm ứng điện từ và luật điện từ.

1 Định luật cảm ứng điện từ.

1.1 Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây:

Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn Trong vòng dây sẽ cảm ứngmột sức điện động Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của

từ thông theo quy tắc vặn nút chai, thì sức điện động cảm ứng:

e =

dt

d



Dấu (+): chỉ chiều Φ đi từ người đọc vào trang giấy

- Nếu cuộn dây có W vòng :

e=-w

dt

d dt





Trong đó: Ψ = WΦ gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây.

Chiều từ thông theo quy tắc vặn nút chai

1.2 Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường.

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽcảm ứng sức điện động có trị số là: e=BlV

 L chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (m)

Xác định sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải

2 Định luật lực điện từ:

Khi thanh dẫn chuyển động mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức của

từ trường ( trường hợp động cơ điện )

Thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:

F = B.l.I (N)

- Chiều lực từ xác định bằng quy tắc bàn tay trái

Xác định lực điện từ theo quy tắc bàn tay trái

Hình 1-5

Hình 1-6

BÀI 3 NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều

Máy điện gồm khung dây abcd đầu nối với 2 phiến góp Khung dây và phiến gópquay quanh trục với tốc độ không đổi trong từ trường của nam châm N – S Cácchổi than A và B đặt cố định và tuỳ sát vào phiến góp

Khi khung dây quay, theo định luật cảm ứng điện từ trong khung dây xuấthiện sức điện động cảm ứng e = B.l.v (v)

Trong đó:

B: từ cảm nơi dây quấn quét qua (T)

l: chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường (m)

v: vận tốc quét của thanh dẫn (m/s)

Chiều của sức điện động (sđđ) xác định bằng quy tắc bàn tay phải Sức điệnđộng của thanh dẫn ab nằm dưới cực từ N có chiều đi từ b đến a, còn của thanh dẫn

cd nằm dưới cực từ nam (S) có chiều đi từ d→c Nếu mạch ngoài khép kín sđđtrong khung có chiều đi từ chổi than A đến chổi than B

Khi khung dây quay, nếu từ cảm thẳng góc với hướng quay của thanh dẫnphân bố hình sin→sđđ cũng có dạng xoay chiều hình sin do chổi than A luôn tiếpxúc với thanh dẫn nằm dưới cực (N), chổi than B tiếp xúc thanh dẫn nằm dưới cực(S)→dòng điện mạch ngoài chạy từ A→B

7

Hình 1-9 Nguyên lý làm việc máy điện một chiều

Nói cách khác sđđ và dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng điệnsức điện động 1 chiều, nhờ hệ thống vành góp và chổi than.

Để có sức điện động lớn → ghép nhiều khung dây đặt lệch nhau một góctrong không gian→gọi là dây quấn phần ứng, vì thế có nhiều phiến đổi chiều ghépcách điện với nhau→ cổ góp điện ( còn gọi là vành góp )

Ngược lại khi đưa dòng điện một chiều vào chổi than Avà ra ở chổi than B→dưới tác dụng của từ trường lên thanh dẫn tạo ra momen quay có chiều khôngđổi→đó là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ

Trong hình vẽ trên nếu thay hai vành đổi chiều thành hai vành trượt Hai chổithan A và B luôn tì sát, khi khung dây abcd quay với tốc độ n, trên hai vành trượt vàmạch ngoài khép kín → sức điện động và dòng điện xoay chiều có tần số f =p.n/60

Trong đó: n tốc độ quay vòng/ phút

P số đôi cực của máy

→đó là nguyên lý llàm việc của máy điện đồng bộ 1 pha

Thường trong máy điện đồng bộ, cực từ đặt trong roto còn dây quấn phầnứng (khung dây)→đặt trong phần tĩnh (stato) gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau trongkhông gian 1200đấu hình sao(Υ) hoặc hình tam giác(Δ)

Hình 1-10 Sơ đồ đấu sao và tam giác

Hình a Đấu hình sao Hình b Đấu hình tam giác

Quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng nối với một tải ngoài ba pha đối xứngthì trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng nên một sức điện động và dòng điện 3 phalệch nhau một góc 1200về thời gian và do đó sẽ tạo ra một từ trường quay với tốc

độ n1=60p f , nghĩa là tốc độ quay của roto chính vì vậy mà ta gọi là máy điện đồng

bộ ba pha

9

l l n

BÀI 4 ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

Lõi thép máy điện là mạch từ Mạch từ là mạch khép kín dùng để dẫn từ thông.Định luật dòng điện toàn phần H dl i→ H.l = w.i

 L: chiều dài trung bình của mạch từ (m)

 I: tạo ra từ thông trong mạch từ gọi là dòng điện từ hóa

 H1,H2: tương ứng là cường độ từ trường trong đoạn 1,2

 L1, L2: chiều dài trung bình đoạn 1,2

 W1.i1, W2.i2: sức từ động dây quấn 1,2

 Dấu – trước w2.i2 vì chiều i2 không phù hợp

với chiều từ thông đã chọn theo quy tắc vặn nút chai

Mạch từ gồm nhiều cuộn dây

và nhiều đoạn khác nhau

Hình 1-7

l

\ l i

w

Hình 1-8

l

2 , S 2

i2

W2

l1, S1i

W1

Trong đó dòng điện il có chiều phù hợp với chiều Φ đã chọn theo quy tắc vặnnút chai sẽ mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm

BÀI 5 CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN

Vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu kết cấu

1 Vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo bộ phận dẫn điện Vật liệu dẫn điện dùngtrong máy điện là đồng và nhôm Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiếtdiện tròn hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy,nhựa hoá học, sợi emay

2 Vật liệu dẫn từ

Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ dùng các vật liệu sắt

từ để làm mạch từ: Thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn

Thép lá kỹ thuật điện dày 0,35- 0,5mm, trong thành phần thép có 2-5% si( đểtăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy )

Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội.Thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn thép cán nóng, dẫn từ tốt hơn

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn gồm 4 nhóm:

 Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa

 Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh

11

 Các loại men sơn cách điện

BÀI 6 PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN

1 Nguyên lý phát nóng.

Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất Tổn hao trong máy điện gồmtổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy) trong thép, tổn hao đồngtrong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay) Tất cả tổn haonăng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện

2 Làm mát máy điện.

Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh

Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của máy điện mà còn phụthuộc vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi làm mát như dầu máybiến áp v v Thường vỏ máy điện được chế tạo co rãnh tản nhiệt và máy điện có hệthống quạt gió làm mát

Kích thước của máy, phương pháp làm mát, phải được tính toán và lựa chọn

để cho độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện trong máy, không vượt quá độ tăng nhiệtcho phép, đảm bảo cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm

Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tửkhông vượt quá độ tăng nhiệt cho phép Khi máy quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt quánhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép quá tải lâu dài

Câu hỏi ôn tập chương mở đầu:

1 Định nghĩa máy điện Công dụng của máy điện

2 Tính thuận nghịch của máy điện là gì

3 Trình bày các định luật dùng trong máy điện Công dụng của từng định luật vàotừng loại máy điện

13

4 Nêu các loại vật liệu dùng trong máy điện, đặc điểm từng loại.

5 Tại sao phải làm mát động cơ điện

CHƯƠNG 1 MÁY BIẾN ÁP (MBA) BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG

1 Định nghĩa

Máy biến áp (mba) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảmứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một

hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không đổi

Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp có hai dây quấn Dây quấnnối với nguồn điện để thu năng lượng gọi là dây quấn sơ cấp Dây quấn nối với tải

để đưa năng lượng gọi là dây quấn thứ cấp

Các thông số của dây quấn sơ cấp được ký hiệu bằng chữ in hoa và có thêmchỉ số 1, tương tự dây quấn thứ cấp ký hiệu và có thêm chỉ số 2 ( ví dụ dòng điện

sơ cấp I1, điện áp thứ cấp U2)

2 Các đại lượng định mức

Các đai lượng định mức do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên máy

suất biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của mba [KVA], [VA]

 Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng[KV] hay [V]

 Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm ứng với công suất định mức [A, KA]

 Số vòng dây sơ cấp định mức W1

 Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khimba không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, đơn vị là KVhoặc V.

 Dòng điện dây định mức thứ cấp I2đm ứng với công suất định mức, đơn vị là

 Tần số định mức fđm tính bằng Hz (f = 50 Hz)

 Ngoài ra trên nhãn máy của mba còn ghi các số liệu như: số pha m, sơ đồ và

làm lạnh

3 Công dụng của máy biến áp.

Theo công dụng mba gồm những loại chính sau đây:

 Máy biến áp (Mba) điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong

BÀI 2: CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP

1 Lõi thép:

Lõi thép dùng để làm mạch từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn

 Máy biến áp (Mba) kiểu lõi hay kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép, loại

này rất thông dụng cho các máy biến áp 1 pha và 3 pha, dung lượng nhỏ vàtrung bình

 Mba kiểu bọc: mạch từ được phân nhánh ra 2 bên và bọc lấy một phần dây

quấn, loại này dùng cho mba có công suất nhỏ Các mba hiện đại dung lượng

Sứ cao áp

Sứ hạ áp

Cánh tản nhiệt Nắp thùng

lớn và cực lớn (từ 80 đến 100 MVA cho 1 pha) để giảm chiều cao của trụthép, dễ dàng cho việc vận chuyển, mạch từ được phân nhánh sang 2 bên,nên vừa có kiểu bọc, vừa có kiểu trụ.

 Mba có lõi hình xuyến: sử dụng trong máy biến áp đo lường, máy biến áp

điêu chỉnh vô cấp

 Lõi thép mba gồm 2 phần: phần trụ ký hiệu chữ T và phần gông ký hiệu

chữ G Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn, gông là phần lõi thép nối cáctrụ với nhau thành mạch kín và không có dây quấn

Lõi thép được ghép bới các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 – 0,5mm, có phủsơn cách điện trên bề mặt (giảm dòng điện xoáy) Trụ và gông có thể ghép nối hoặcghép xen kẽ, ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng sà ép và bu lông vít siết chặt lại Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lá thép được ghép xen kẽ với nhau Phương pháp này tuy phức tạp nhưng giản được dòng điện xoáy và bền về phương diện cơ học, do vậy hầu hết các máy biến hiện nay đềudùng kiểu ghép này

G

Ф T

G

Hình 2-3 Lõi thép kiểu bọc, 1 pha, 3 pha

Hình 2-4 ghép rời lõi thép Hình 2-5 ghép xen kẻ lõi thép

1 2

T G

G

Ф

Hình 2-2 Lõi thép kiểu trụ: 1 pha và 3 pha

2 Dây quấn

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp làm nhiệm vụ thu năng lượng

và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường là đồng, cũng có thể bằngnhôm nhưng không phổ biến

Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao ápquấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp

Với cách quấn dây này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện dây quấn cáo áp(kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dây quấn cao áp) bởi vì dây quấncao áp và trụ đã có cách điện của dây quấn hạ áp

Đôi khi người ta thực hiện quấn xen kẽ giữa dây quấn hạ áp và cao áp

để đảm bảo vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (từ 15 – 20 năm) vàkhông bị sự cố tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu

3.2 Nắp thùng:

Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng của máy như sứ CA

và HA: làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với vỏ máy

 Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùngbằng một ống dẫn dầu

 Ống bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối vớithùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh

19

Hình 2-6 Mô hình cắt bổ và cuộn dây, lõi thép máy biến áp

BÀI 3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

Khảo sát nguyên lý hoạt động của mba 1 pha có 2 dây quấnW1 , W2 Khi nốidây quấn W1 vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp i1

chạy trong dây quấn sơ cấp W1 Dòng điện i1 sinh ra từ thông phi

biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng (xuyên qua), đồng thời với cả

2 dây quấn W1 vàthứ cấp W2, được gọi là từ thông chính

Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vàodây quấn sơ cấp một suất điện động:

Hình 2-7 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha hai dây quấn

Khi mba có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở Zt dưới tác dụng củadòng e2, có dòng điện thứ cấp i2 cung cấp điện cho tải Khi ấy từ thông chính dođồng thời cả 2 dòng điện sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra.

Vì điện áp U1 hình sin nên từ thông cũng biến thiên hình sin  = max sin t

2 sin(

2 44 , 4 ) sin (

1 max

.

2 sin(

2 44 , 4 ) sin (

2 max

1

W

W E

E

 K: gọi là hệ số biến ápNếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí, có thể coigần đúng U1 E1, U2 E2, ta có:

W

W E

E U

1 2 1

*Đối với máy tăng áp có: U2 > U1, W2 > W1

*Đối với máy giảm áp có: U2 < U1, W2 < W1

21

Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điệnnhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sangthứ cấp.

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy, có thể coi gần đúng quan hệ giữa các đạilượng sơ cấp và thứ cấp như sau:

U1.I1 U2.I2

K I

I U

BÀI 4 CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH

1 Các phương trình cân bằng điện và từ của máy biến áp (mba)

Khi viết hệ phương trình, trước hết ta chọn chiều i1 như hình vẽ Theo quy tắcvặn nút chai, chiều  phù hợp với chiều i1, chiều e1, e2 phù hợp với chiều  nghĩa

là e1, i1 trùng chiều Chiều i2 được chọn ngược chiều với e2 nghĩa là chiều i2 khôngphù hợp với chiều  theo quy tắc trên

Ngoài từ thông chính còn có từ thông tản, từ thông tản không chạy trong lõithép mà chạy tản ra trong không khí, các vật liệu cách điện

Từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ ở mỗi dây quấn Từ thông tản móc vòng sơcấp, ký hiệu t1do dòng điện sơ cấp i1 gây ra, t2 do dòng điện thứ cấp i2 gây ra Từthông tản đặc trưng bằng điện cảm tản

 Điện cảm tản dây quấn sơ cấp L1 =

1.1 Phương trình cân bằng điện sơ cấp

Xét mạch điện sơ cấp gồm điện áp U1, sức điện động e1, điện trở dây quấn R1,điện cảm tản L1 Áp dụng định luật K2 ta có phưong trình cân bằng điện sơ cấp dưới dạng trị số tức thời là:

R1.i1 + L1

1

1 1 1 1 1 1 1

dt

di L i R U e U dt

Nếu viết dưới dạng phức:

*Tổng trở phức dây quấn sơ cấp: Z1 R1 jL1R1 jX1

*Phương trình cân bằng điện sơ cấp: U1R1.I1 j.X1.I1 E1Z1.I1 E1

1.2 Phương trình cân bằng điện thứ cấp

Mạch thứ cấp gồm e2, điện trở dây quấn thứ cấp R2, điện cảm tản L2, tổng trở Zt

2 2 2 2

2   



Nếu viết dưới dạng phức:

* Tổng trở phức dây quấn thứ cấp: Z2 R2  j..L2 R2 j.X2

* Phương trình cân bằng điện thứ cấp

* Điện áp thứ cấp u2 chính là điện áp đặt lên tải do đó: U2 Z2.I2

i0.w1=i1.w1+i2.w2, chia cả hai vế cho w1→i0=i1+i2

, 2 1

2 1

2 1 2 1 1

K

i i w w i i w

Phương trình cân bằng từ viết dưới dạng phức:

] [

), (

1

2 2

' 2

' 2 0 1

W

W I I I I

* Phương trình cân bằng từ cho ta thấy quan hệ giữa mạch điện sơ cấp và thứ cấp

Lúc mba có tải, dòng điện trong dây quấn sơ cấp I1gồm 2 thành phần: một thành phần là I0 dùng để tạo ra từ thông chính trong lõi thép và một phần là (- '

2

I ) dùng để bù lại tác dụng của dòng điện thứ cấp Do đó khi tải tăng lên, nghĩa là dòngđiện sơ cấp I1cũng tăng lên để giữ sao cho dòng điện I0đảm sinh ra từ thông trong máy hầu như không đổi Chính vì thế dây quấn sơ cấp nhận thêm năng lượng từ lưới để truyền sang dây quấn thứ cấp, cung cấp cho tải

2 Mạch điện thay thế của máy biến áp

Khi nghiên cứu chế độ làm việc của máy biến áp dựa vào sự tính toán phối hợp của mạch điện và mạch từ ứng với chế độ bảo hoà khác nhau của lõi thép gặp nhiều khó khăn Để đơn giản trong tính toán, người ta thay mạch điện và mạch từ của mba bằng một mạch điện tương đương gồm điện trở, điện kháng đặc trưng cho máy biến áp gọi là mạch điện thay thế của máy biến áp

Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một mạch điện,các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có cùng điện áp Thực tế, (U1 U2) vì vậy phảiquy đổi một trong hai dây quấn về dây quấn kia, thông thường là quy đổi dây quấn thứ cấp về sơ cấp Việc quy đổi sao cho không làm thay đổi các quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong máy biến áp

Tất cả các lượng đã quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp gọi là những lượng quy đổi

và thêm dấu phẩy (‘) trên đầu (vd: sđđ quy đổi '

1 2

W

W E W

W E

Mặc khác khi thay đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp W2 = W1 nên sđđ thứ cấp quy đổi lúc này bằng sđđ sơ cấp:

'

2 1 .I

K E

2.3 Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi

Khi quy đổi, vì công suất không thay đổi nên tổn hao đồng ở dây quấn thứ

2 2 ' 2 2

2

2 r  I .r

2 2

2 ' 2

2 '

2 ( ) r K r I

I





Về mặt vật lý, điều này có nghĩa là khi quy đổi nếu dòng điện I2 giảm K lần

để giữ cho tổng hao trong dây quấn không đổi, vì tổn hao đồng tỷ lệ với bình

phương dòng điện thì điện trở tăng lên K2 lần

'

2 K X

2 2 2

' 2

' 2

'

2 K  jX K(r  jX ) K .Z

 Đối với tải ở mạch thứ cấp ta cũng có: Zt' K 2Z t (Zt = rt + jXt tổng trở tải lúc chưa quy đổi)

2.4 Các phương trình quy đổi

Thay các đại lượng quy đổi vào các phương trinh cân bằng sức điện động và sức từ động ở trên ta được hệ thống các phương trình đó viết dưới dạng quy đổi như sau:

25

U1 E1I1.Z1

U2  E2I2.Z2

I1I0'  I2'

Sau này việc nghiên cứu mba chủ yếu dựa vào các phương trình quy đổi

2.5 Mạch điện thay thế của mba

Dựa vào các phương trình s.t.d dưới dạng quy đổi, ta có thể suy ra một mạch điện tương đương gọi là mạch điện thay thế của mba

Như vậy, ta đã thay thế mba thực gồm các mạch điện sơ cấp, thứ cấp riêng biệt và mạch từ của nó bằng một mạch điện thống nhất gồm nhánh hai nhánh sơ cấp và thứ cấp có tổng trở: Z1r1 jX1 và '

2

' 2

Sơ đồ mạch điện thay thế máy biến áp

2.6 Mạch điện thay thế đơn giản

xem Zm= nghĩa là coi I0, do đó  

X

, 2

R

R

1 X 1

 1

, 2

I

, 2

2

X

X 1

Sơ đồ mạch điện thay thế đơn giản

3 Đồ thị vectơ của mba

Đồ thị được vẽ dựa vào sức điện động và sức từ động Đặt mtheo chiều dương trục hoành, dòng điện I0sinh ra mvượt trước một góc  Các sức điện động

U

~

Hình 2-10 Đồ thị vectơ Tải mang tính chất điện cảm

, 2

,

2 z I





, 2

2 r I





-j

 , 2

I

 1

I1





nz

I1

 1



U

, 2



U

, 2 1

,

2 ,

, 2 ,

x x arctg

4 Các tham số của máy biến áp

Để xác định các tham số của máy biến áp ta dùng hai thí nghiệm không tải vàthí nghệm ngắn mạch

5 Thí nghiệm không tải

Ampemet và oatmet đo điện áp U1, U20, I0và P0

Từ các tham số thí nghiệm ta xác định đươc tổng trở, điện trở và điện khángmáy biến áp lúc không tải

0

0 0

1

U

U W

0 0

thông số không tải Z0, r0, X0 chính là:

 





 0 1

, 2 2

I I

E U

Từ đồ thị vectơ góc lệch giữa u1và I0 là 0

0  90

không tải rất thấp Thường cos0  0 , 1  không nên để máy biến áp làm việc khôngtải hoặc non tải sẽ làm xấu hệ số cos của lưới điện

6 Thí nghiệm ngắn mạch

Dây quấn thứ cấp bị nối ngắn mạch, điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp phải hạthấp sao cho dòng điện trong đó bằng dòng điện định mức, cũng như thí nghiệmkhông tải các số liệu ngắn mạch Un, In và Pn đo được, ta xác định các tham số ngắnmạch của mba:

, 2 , n n2 n2

n

n n n

n

I

P r I

U

~

Hình 2-12 Sơ đồ thí nghiệm

không tải của máy biến áp

Hình 2-13 Mạch điện thay thế

máy biến áp lúc không tải

I

n Pn

V

W A

Un

, 2

x

, 2

r

r1 x1

 1

U

~

Hình 2-14 Sơ đồ thí nghiệm

ngắn mạch máy biến áp

Hình 2-15 Mạch điện thay thế

của máy biến áp lúc ngắn

~

Hình 2-16 Mạch điện thay

thế đơn giản

Lúc ngắn mạch, điện áp đặt vào rất bé, nên từ thông chính rất bé Do đó mạchđiện thay thế của mba có thể xem như hở mạch từ hoá và còn lại mạch nối tiếpcủa hai tổng trở sơ cấp và thứ cấp, có thể thay thế bằng tổng trở đẳng trị gọi là tổngtrở ngắn mạch của mba.

2 1

, 2 1

, 2

1 Z ,r r r ,X X X Z

2 1

, 2

2 2 1

Tam giá OAB gọi tam giác điện áp ngắn mạch:

Unr=Un.cosn,U nX=Un.sinn, nlà góc giữa Un và In

Trong các mba điện lực điện áp ngắn mạch được ghi trên nhãn của máy vàthường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm

100

100

%

đm

n đm đm

n n

U

Z I U

) ( 10

) ( 100

.

100

100

100

2

KVA S

W P S

r I I

I r U

I U

r I U

U U

đm

n n

đm đm

đm n đm

đm đm

n đm đm

nr

100

100

%

đm

n đm đm

nX nX

U

X I U

đm

đm n

đm n

đm n

U I U

I Z I I

I Z

U Z

a xác định các tham số lúc không tải Z0, r0, X0

I0t=0,045I=0,045.92,5=4,16(A)

Các tham số không tải:

31

Z0= 4859 ( )

16 , 4

20200 0

) ( 4700 356

4850

) ( 356 16

4 3

18500 3

2 2 2

0

2 0 0

2 0

0 0

P r

) ( 8 , 1 5 , 92 3

5700

3

) ( 4 , 16 5 , 92 1520

2 2 2

2

2 2

1

1 1

n n f

n n

r Z X I

P r I

U Z

Các thành phần của điện áp ngắn mạch:

20200

8 , 1 5 , 92 100 1

U

r I

20200

3 , 16 5 , 92 100 1

U r I

BÀI 5 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điện áp địnhmức, dây quấn thứ cấp nối với tải Để đánh giá mức độ của tải, người ta dùng hệ sốtải kt

kt=

dm

dm I

I I

I

1

1 2

2  kt=1 tải định mức

kt<1 non tải

kt>1 quá tải

1 Độ thay đổi điện áp và đường đặc tính ngoài:

Khi mba làm việc điện áp đầu ra U2 thay đổi theo trị số và tính chất điện cảmhoặc điện dung của tải (dòng I2), do có điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp.Hiệu số học giữa các trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2

20

2 2

20 2 2

20

100

% 1

U U U U

U

U U



Tải điện dung I2 tăng thì U2 tăng Khi tải điện cảm hoặc điện trở I2 tăng thì U2

giảm (tải điện cảm U2 giảm nhiều hơn)

33

L R C

U2

1 0,5

L

C R 4

Trong thực tế muốn giữ điện áp U2 không đổi khi mba làm việc với các tảikhác nhau thì phải điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi lại số vòng dây, nghĩa là

thay đổi tỉ số biến đổi K=

2

1

W

W

Thông thường việc điều chỉnh điện áp được thực hiện

ở phía (CA) vì ở dây quấn (CA) dòng điện nhỏ hơn so với dây quấn hạ áp

Nếu công suất nhỏ thì ở mỗi pha có 3 đầu phân nhánh của mỗi pha để điềuchỉnh điện áp trong phạm vi 5%Uđm, nếu máy có công suất lớn thì mỗi pha có 5đầu dây ra và phạm vi điều chỉnh 2,5% Uđm và 5% (hình vẽ)

2 Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (mba):

Hiệu suất của mba là tỷ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1

100 ).

1 ( 100 ).

1 1

2

fe cu

fe cu

P P P

P P P

P P

đm t

t đm t

P K P S

K

S K

cos

.

cos

I

2

2 2

2 

Nếu cost không đổi, hiệu suất cực đại khi  0

t

dK d

n

P K hayP P

P

.

2 0

Đối với mba có công suất trung bình và lớn, hiệu suất cực đại khi hệ số tải

Kt=0,5 – 0,7 muốn vậy cấu tạo mba đảm bảo sao cho 0  0 , 25  0 5

n

P

P

BÀI 6 CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP

1 Máy biến áp đo lường

Gồm hai loại là máy biến điện áp và máy biến dòng điện

1.1 Máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện có dây quấn sơ cấp ít vòng dây và nối tiếp với mạch cần

đo dòng điện, còn dây quấn thứ cấp gồm nhiều vòng dây được nối với ampe-metthường là 5A Tổng trở của những dụng cụ đo này rất nhỏ và trạng thái làm việccủa máy biến dòng điện là trạng thái ngắn mạch, lỏi thép không bảo hòa (=0,8-1Wb) và I0  0do đó sai số đo lường về trị số:

% . .100

1

1 2 1 2

I

I I W

W I

35

thứ cấp có thể xuất hiện điện áp cao hàng nghìn vôn, không an toàn cho người sửdụng.

1.2 Máy biến điện áp

Dùng để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp đưa váo dụng cụ đo tiêuchuẩn thường là 100v Máy biến áp có dây quấn sơ cấp nối song song với lưói điện

và dây quấn thứ cấp nối với vônmet Tổng trở Z của dụng cụ này rất lớn nên máybiến áp làm việc ở trạng thái gần như không tải, điện áp rơi trong máy nhỏ, do đó

% . .100

1

1 2 2 1

U

U U W

W U

V

Hình 2-30 Máy biến điện áp

- Có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu

- Máy biến áp tự ngẫu một pha thường có công suất nhỏ, dùng trong thí nghiệm và

các thiết bị

Máy 3 pha thường dùng để điều chỉnh điện áp

khi mở máy các động cơ xoay chiều 3 pha

Cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng chung một cuộn,

điện áp đầu ra dễ dàng được thay đổi

bằng cách thay đổi vị trí điểm a

Vì sơ cấp và thứ cấp cùng một cuộn dây nên

hiệu suất của máy rất cao, tiết kiệm được vật tư

Nhược điểm là không an toàn về điện vì dây

quấn sơ cấp và thứ cấp quấn chung trên một cuộn dây

3 Máy biến áp đo lường.

3.1 Máy biến áp hàn

Là loại máy biến áp đặc biệt dùng để hàn bằng phương pháp hồ quang điện,

cuộn dây thứ cấp mắc nối tiếp với cuộn kháng để thay đổi dòng điện hàn, khi

không tải điện áp thứ cấp khoảng 60 – 70v, khi hàn giảm xuống còn 30v đặc tính

ngoài của máy rất dốc phù hợp yêu cầu hàn

Nguyên lý làm việc máy biến áp hàn

3.2 Máy biến áp ba pha

3.2.1 Khái quát

Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều 3 pha ta dùng mba 3

pha, ta cũng có thể dùng 3 mba một pha ghép lại

37

 2

I

Ztc

U

 2

Hình 2-33 Đặc tính V-A của máy hàn

Sơ đồ đấu dây máy biến áp tự ngẫu

Về cấu tạo lõi thép gồm 3 trụ, dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa: pha A

ký hiệu là AX, pha B ký hiệu là BY, pha C ký hiệu là CZ Dây quấn thứ cấp ký hiệubằng chữ in thường: pha a ký hiệu bằng ax, pha b ký hiệu bằng by, pha c ký hiệubằng cz

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể đấu (Y) hoặc (), ngoài 2 kiểu đấu dây trêndây quấn mba có thể đấu theo kiểu zic – zắc ký hiệu là Z (hình 2 - 23d)

Nếu sơ cấp đấu hình tam giác, thứ cấp đấu hình sao ta ký hiệu là ∆/Y Nếu sơcấp nối hình sao, thứ cấp đấu sao có dây trung tính ta ký hiệu là Y/Y0

Gọi số vòng dây một pha sơ cấp là w1, số vòng dây một pha thứ cấp là w2, tỷ

a

x X

y Y

z Z

C

Hình 2- 21 Máy biến áp 3 pha mạch từ

riêng (ghép bằng 3 máy 1 pha)

Hình 2-22 Máy biến áp 3 pha mạch từ chung

Tỷ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỷ số vòng dây mà còn phụthuộc vào cách đấu sao hay tam giác.

Khi nối ∆/Y(hình 2-23c), ta có Ud1=Up1, còn thứ cấp nối sao Ud2= 3Up2 Vậy

tỷ số điện áp dây là:

2

1 2

1 2

1

3

w U

U U

U

p

p d

1 2

1

w

w U

U U

U

p

p d

d  

Khi nối Y/Y(hình 2-23a):

2

1 2

1 2

1 3

3

w

w U

U U

U

p

p d

1 2

w

w U

U U

U

p

p d

C B A

Tổ nối dây của mba được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp sovới kiểu đấu dây thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha giữa các suất điện động dây sơcấp và dây thứ cấp của mba Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Chiều quấn dây

 Cách ký hiệu các đầu dây

 Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp

Xét máy biến áp 1 pha có 2 dây quấn sơ cấp AX và thứ cấp ax Nếu có 2 dâyquấn được quấn cùng chiều trên trụ thép thì suất điện động cảm ứng trong chúngkhi có từ thông biến thiên đi qua sẽ hoàn toàn trùng pha nhau Khi đổi chiều quấndây của một trong 2 dây quấn hoặc đổi ký hiệu đầu dây (vd: dây quấn thứ cấp ax)thì suất điện động trong chúng sẽ hoàn toàn ngược pha nhau

Trường hợp thứ nhất góc lệh pha giữa các suất điện động kể từ vectơ suấtđiện động sơ cấp đến vectơ suất điện động thứ cấp theo chiều kim đồng hồ là 3600

hai trường hợp sau là 1800 ở mba còn lại do cách đấu dây quấn Y hay  với nhữngthứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa các suất điện động dây sơ cấp và thứ cấp cóthể là 300, 600 … 3600

Trên thực tế người ta không dùng độ mà dùng

phương pháp kim đồng hồ để biểu thị

và gọi tên tổ nối dây của mba

Hình a hình b hình c hình d hình e hình g

a

X x a

A A

X a x

X x a

360 0

X x

8

4 3 2 1 12