Giáo trình Kỹ thuật điện: Phần 2

Giáo trình Kỹ thuật điện có kết cấu gồm 6 chương. Tiếp nối phần 1, phần 2 Giáo trình Kỹ thuật điện gồm nội dung chương 4 đến chương 6. Nội dung phần này trình bày về mạch điện ba pha, máy biến áp, động cơ điện. Giáo trình được biên soạn dành cho sinh viên hệ cao đẳng nghề Điện. Ngoài ra với những ai quan tâm đến nghề Điện thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

Chương 4 Mạch điện ba pha Bài 4.1 khái niệm chung

1 ẹũnh nghúa

Heọ thoỏng ủieọn 3 pha laứ taọp hụùp ba heọ thoỏng ủieọn moọt pha ủửụùc noỏi vụựi

nhau taùo thaứnh moọt heọ thoỏng naờng lửụùng ủieọn tửứ chung, trong ủoự sửực ủieọn ủoọng ụỷ moói maùch ủeàu coự daùng hỡnh sin, cuứng taàn soỏ, leọch pha nhau moọt phaàn

ba chu kyứ

Mỗi mạch điện thành phần của hệ 3 pha gọi là một pha S đ đ ở mỗi pha gọi

là s đ đ pha Hệ 3 pha mà s đ đ các pha có biên độ bằng nhau gọi là hệ s đ đ ba pha đối xứng hay cân bằng

Khoa Điện - Điện Tử CĐ Nghề Nam Định 67

2 Nguyeõn lyự maựy phaựt ủieọn ba pha

Heọ thoỏng ủieọn ba pha ủuụùc taùo ra tửứ maựy phaựt ủieọn ủoàng boọ ba pha, hoaùt ủoọng dửùa treõn nguyeõn lyự caỷm ửựng ủieọn tửứ

a, Caỏu taùo cuỷa maựy phaựt ủieọn 3 pha goàm hai phaàn:

+ Stator (phaàn túnh) Goàm ba cuoọn daõy gioỏng nhau (goùi laứ caực cuoọn daõy pha)

ủaởt leọch nhau 120o trong caực raừnh cuỷa loừi theựp stator Caực cuoọn daõy ba pha

thửụứng kyự hieọu tửụng ửựng laứ AX, BY, CZ

+ Rotor (phaàn quay) Laứ moọt hệ thống cực từ, thường là nam chaõm ủieọn N-S và

cuộn dây để luyện từ cho nam châm Hệ thống cực từ được chế tạo để có cường

độ từ cảm phân bố trên mặt cực theo quy luật hình sin

b, Nguyên lý hoạt động

Khi rotor quay, tửứ trửụứng cuỷa noự laàn lửụùt queựt qua caực cuoọn daõy pha, gaõy

ra caực sửực ủieọn ủoọng hỡnh sin coự cuứng bieõn ủoọ, cuứng taàn soỏ, nhửng leọch pha nhau 120o Neỏu choùn pha ban ủaàu cuỷa sửực ủieọn ủoọng eA trong cuoọn daõy AX baống khoõng ta coự bieồu thửực caực sửực ủieọn ủoọng trong caực pha laứ:

Hoặc biểu diễn dưới dạng phức

Đối với nguồn 3 pha đối xứng ta có:

e A + e B + e C = 0

Hoặc dưới dạng phức:

Nếu nối riêng rẽ từng pha với tải ta được 3 hệ thống một pha độc lập, hay hệ thống 3 pha không liên hệ với nhau Hệ thống này ít sử dụng trong thực tế

do không kinh tế vì cần tới 6 dây dẫn

Thông thường 3 pha nguồn được nối với nhau, 3 pha tải cũng được nối với nhau và có đường dây 3 pha nối giữa nguồn và tải Có 2 phương pháp nối mạch 3 pha thường sử dụng trong công nghiệp là nối hình sao (Y) và nối hình

Quy ước:

1 Chiều dòng điện trong các pha của nguồn đi từ điểm cuối đến điểm đầu, còn trong các pha của phụ tải đi từ điểm đầu đến điểm cuối

2 Điểm đầu và điểm cuối trong các pha của nguồn và của phụ tải không thể quy

ước một cách tùy tiện mà phải theo một quy tắc nhất định sao cho:

+ Đối với nguồn: sđđ trong các pha là đối xứng (EAEBEC 0)

+ Đối với phụ tải: Dòng điện trong các pha là đối xứng (IAIBIC 0)

Phụ tải 3 pha đối xứng là khi tổng trở các pha bằng nhau: ZA = ZB = ZC = Z Mạch ba pha đối xứng là mạch ba pha có nguồn, phụ tải và tổng trở đường dây đối xứng Ngược lại mạch 3 pha không hội tụ đủ một trong các điều kiện trên gọi là mạch 3 pha không đối xứng

3 ý nghĩa của hệ ba pha

Heọ thoỏng ủieọn 3 pha coự nhieàu ửu ủieồm hụn haỳn heọ thoỏng ủieọn moọt pha ẹeồ truyeàn taỷi ủieọn moọt pha ta caàn duứng 2 daõy daón, nhửng ủeồ truyeàn taỷi heọ thoỏng 3 pha chổ caàn duứng 3 hoaởc 4 daõy daón do vaọy tieỏt kieọm vật liệu nối dây tiện lợi vaứ kinh teỏ hụn Heọ 3 pha deó daứng taùo ra tửứ trửụứng quay, laứm cho vieọc cheỏ taùo ủoọng cụ ủieọn được ủụn giaỷn và kinh tế hơn Caực ủoọng cụ coõng suaỏt lụựn ủeàu phaỷi dùng nguoàn ủieọn 3 pha Vì vậy hệ 3 pha được dùng phổ biến trong công

nghiệp điện lực

Bài 4.2: PHệễNG PHAÙP NOÁI HèNH SAO

1 Nguyeõn taộc noỏi

Moói pha cuỷa nguoàn vaứ taỷi ủeàu coự ủieồm ủaàu vaứ ủieồm cuoỏi Ta thửụứng kyự hieọu caực ủieồm ủaàu pha laứ A,B,C, caực ủieồm cuoỏi pha laứ X,Y,Z ẹeồ noỏi hỡnh sao ngửụứi ta noỏi 3 ủieồm cuoỏi cuỷa caực pha laùi vụựi nhau taùo thaứnh ủieồm trung tớnh ẹoỏi vụựi nguoàn, 3 ủieồm cuoỏi X, Y, Z cuỷa caực cuoọn daõy maựy phaựt ủieọn ủửụùc noỏi laùi vụựi nhau taùo thaứnh ủieồm trung tớnh O

ẹoỏi vụựi taỷi, 3 ủieồm cuoỏi X’, Y’, Z’ ủửụùc noỏi laùi vụựi nhau taùo thaứnh ủieồm trung tớnh O’ Ba daõy noỏi caực ủieồm ủaàu cuỷa nguoàn vaứ taỷi AA’, BB’, CC’ goùi laứ caực daõy pha

Dây dẫn nối điểm trung tính của nguồn với điểm trung tính tải, gọi là dây trung tính 00’ Dây pha trong thực tế còn gọi là dây lửa, dây trung tính là dây nguội Mạch chỉ có 3 dây pha A, B, C gọi là mạch 3 pha 3 dây Nếu mạch có cả dây pha và dây trung tính A, B, C, 0 thì gọi là mạch 3 pha bốn dây

- Điểm trung tính ký hiệu là 0 hoặc N

- Dòng điện đi trong các cuộn dây pha gọi là dòng điện pha ( IP )

- Dòng điện đi trên các dây pha gọi là dòng điện dây (Id )

- Dòng điện đi trên dây trung tính gọi là dòng điện trung tính (I0 )

- Điện áp giữa 2 đầu cuộn dây pha gọi là điện áp pha ( UP ).đó cũng chính là

điện áp giữa một dây pha và dây trung tinh

- Điện áp giữa 2 dây pha gọi là điện áp dây ( Ud )

2 Quan heọ giửừa caực ủaùi lửụùng daõy - pha

a Quan heọ giửừa doứng ủieọn daõy I d vaứ doứng ủieọn pha I p

Trong sơ đồ đấu sao ta có:

- Dòng điện dây bằng dòng điện pha:

Id = IP

b Quan heọ giửừa ủieọn aựp daõy vaứ ủieọn aựp pha

- ẹieọn aựp pha Up laứ ủieọn aựp giửừa ủieồm ủaàu vaứ ủieồm cuoỏi cuỷa moói pha

(hoaởc giửừa daõy pha vaứ daõy trung tớnh)

U A , U B , U C , sau ủoự dửùa vaứo coõng thửực ta dửùng ủoà thũ veực tụ ủieọn aựp daõy nhử

treõn hỡnh vẽ Ta coự:

– Veà trũ soỏ, ủieọn aựp daõy U d lụựn hụn ủieọn aựp pha là 3 laàn Thaọt vaọy, xeựt tam giaực OAB tửứ ủoà thũ ta coự:

Deó thaỏy raống, khi ủieọn aựp pha ủoỏi xửựng, thỡ ủieọn aựp daõy ủoỏi xửựng

– Veà pha, caực ủieọn aựp daõy U AB , U BC , U CA leọch pha nhau moọt goực 1200 vaứ vửụùt trửụực ủieọn aựp pha tửụng ửựng moọt goực 300

3 Mạch ba pha phụ tải đấu sao có dây trung tính, trở kháng không đáng kể

Giả sử tải 3 pha có tổng trở lần lượt là ZA, ZB, ZC đấu thành hình sao, đặt vào nguồn điện áp 3 pha đấu sao đối xứng Trở kháng các dây nối nhỏ không đáng

kể Vì vậy các điểm A -A’; B - B’ ; C - C’; O - 0’ là đẳng thế Kết quả là điện áp ở nguồn và tải bằng nhau: UA = U’

A; UB = U’

B; UC = U’

C

Dòng điện các pha là: IPA = 2 2

A A

P A

P

x r

U Z

P B

P

x r

U Z

P C

P

x r

U Z

X B

tg  

C

C R

X A

Hoặc

A

A A

Nghĩa là: Dòng điện trong dây trung tính bằng tổng ( số phức hoặc trị số tức

thời) dòng điện 3 pha

Nếu dòng điện 3 pha là đối xứng thì tổng của chúng bằng không.(I0 = 0) Trong thực tế, nói chung dòng điện 3 pha là gần đối xứng nên dòng điện trong dây trung tính rất bé Vì thế dây trung tính thường dùng loại dây có tiết diện nhỏ

Do tổng trở của dây trung tính nhỏ có thể bỏ qua, hai điểm 0 và 0 , đẳng thế, nên nếu điện áp 3 pha của nguồn là đối xứng, thì điện áp ở tải cũng đối xứng Kể

cả khi tải 3 pha không đối xứng Tuy nhiên, nếu tải 3 pha không đối xứng mà dây trung tính bị đứt, hai điểm 0 và 0’ không đẳng thế, điện áp ba pha tải sẽ mất

đối xứng

Phụ tải mắc vào mạch điện có thể chia làm 2 loại Loại thứ nhất là loại tải 1

pha như đèn sợi đốt, dụng cụ đốt nóng, động cơ 1 pha Loại này không cần đảm

bảo điều kiện 3 pha cân bằng Tuy nhiên, khi bố trí mạch điện, cần phân các tải 1 pha đều ra 3 pha, nhằm đảm bảo dòng điện 3 pha tương đối cân bằng Loại tải 1 pha thường mắc vào điện áp pha ( một dây pha và dây trung tính ) Điện áp định mức của tải phải bằng điện áp pha của mạng điện Loại thứ hai là loại tải 3 pha, như động cơ 3 pha, lò điện 3 pha…Loại này phải đảm bảo tổng trở 3 pha là đối xứng, dòng điện không cần dùng dây trung tính, chỉ cần 3 dây pha nối với 3 pha của mạng Điện áp dây định mức của tải phải bằng điện áp dây của mạng

Bài tập ví dụ 1:

Máy phát điện 3 pha đấu sao có dây trung tính, điện áp pha Up = 240 V, mắc vào tải là các bóng đèn Có trở kháng các pha là ZA = rA = 20 ; ZB = rB = 8 ; ZC = rC = 50 Điện trở dây nối bỏ qua Xác định dòng điện trong các dây pha và dây trung tính

A Z

j Z

Dòng điện trong dây trung tính:

I0 IAIB IC 1215 j26 j2,4 j4,16(5,4 j21,6)A

I0  5,4221,62 22A

4 Mạch 3 pha, tải đấu sao đối xứng

Phụ tải 3 pha có thành phần trở kháng giống nhau gọi là phụ tải đối xứng:

x r

Khi taỷi ủoỏi xửựng:

Vậy : trong mạch 3 pha đấu sao đối xứng , dòng điện trong dây trung tính

bằng không, vì thế đối với mạch phụ tải đối xứng, như động cơ 3 pha, lò điện 3

pha người ta bỏ dây trung tính đi, ta có mạch 3 pha 3 dây

Khi mạch 3 pha là đối xứng, việc tính toán mạch 3 pha sẽ tính theo 1 pha, rồi suy kết quả cho 3 pha

Bài tập ví dụ 2:

Động cơ 3 pha, cuộn dây mỗi pha ở trạng thái làm việc ổn định, có điện trở

8 , và cảm kháng 6 , đấu thành hình sao, đặt vào nguồn điện áp 3 pha đối xứng, U d = 380 V

Xác định dòng điện qua các cuộn dây pha, điện áp đặt vào các cuộn dây, và

hệ số công suất mỗi pha

Đáp số: UP = 220 V, IP = 22 A, cos  = 0,8

Bài 4.3 PHệễNG PHAÙP NOÁI HèNH TAM GIAÙC

1 Đại cương về cách đấu tam giác

Cuộn dây máy phát điện cũng như phụ tải 3 pha đều có thể nối theo hình tam giác Cách đấu như sau:

Đấu cuối cuộn AX với đầu cuộn BY

Đấu cuối cuộn BY với đầu cuộn CZ

Đấu cuối cuộn CZ với đầu cuộn AX

Tức là đấu X với B, đấu Y với C, đấu Z với A

Như vậy 3 pha sẽ tạo thành một mạch vòng tam giác kín, ba đỉnh tam giác nối với ba dây dẫn, gọi là 3 dây pha Cách nối tam giác không có dây trung tính Nếu hệ s đ đ ba pha của máy phát là hoàn toàn đối xứng và có dạng đúng hình sin thì tổng s đ đ trong mạch vòng tam giác bằng không

e = eA + eB + eC = 0

Do đó trong mạch vòng tam giác không có dòng điện kín mạch Thực ra, sđđ ba pha không hoàn toàn đối xứng và biến thiên không hoàn toàn đúng theo quy luật hình sin, nên s đ đ trong mạch vòng Eo  0 Mà trong mạch vòng tam giác gồm 3 cuộn dây có tổng trở rất nhỏ, do đó Eo sẽ tạo thành dòng điện mạch vòng Iv khá lớn gây tổn thất năng lượng và nguy hiểm cho máy Vì vậy máy phát

điện 3 pha rất ít đấu theo hình tam giác Riêng cuộn dây thứ cấp của máy biến áp

Đấu nguồn thành tam giác

2 Quan heọ giửừa caực ủaùi lửụùng daõy – pha

a Quan heọ giửừa ủieọn aựp daõy vaứ ủieọn aựp pha

Tửứ hỡnh veừ ta thaỏy khi noỏi tam giaực thỡ ủieọn aựp giửừa hai daõy chớnh laứ ủieọn aựp pha:

U d = U p

b Quan heọ giửừa doứng ủieọn daõy I d vaứ doứng ủieọn pha I p

AÙp duùng ủũnh luaọt Kirchhoff 1 cho caực nuựt, ta coự:

ẹoà thũ veực tụ caực doứng ủieọn daõy I A , I B , I C vaứ doứng ủieọn pha I AB , I BC ,I CA như

treõn hỡnh vẽ Ta coự:

– Veà trũ soỏ, doứng ủieọn daõy lụựn gaỏp 3 laàn doứng ủieọn pha

Id = 3 Ip

Thaọt vaọy, xeựt tam giaực OEF tửứ ủoà thũ như hình vẽ ta coự:

Veà pha, caực doứng ủieọn daõy IA, IB, IC leọch pha nhau moọt goực 120o vaứ chaọm pha sau doứng ủieọn pha tửụng ửựng moọt goực 30o

Để tính mạch 3 pha đấu tam giác đối xứng , ta cũng tách ra 1 pha để tính rồi suy kết quả cho 3 pha

Bài tập ví dụ 1:

Ba cuộn dây giống nhau, có r = 8 , x = 6 , nối tam giác, đặt vào nguồn

điện áp 3 pha đối xứng, có U d = 220 V Tìm dòng điện pha, dòng điện dây, hệ số công suất pha

a, Vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha, trên sơ đồ ghi rõ các đại lượng pha và dây

b, Hãy xác định dòng điện pha và điện áp pha của tải Ipt , Upt

* Cách nối nguồn và tải trong mạch 3 pha

Nguồn điện và tải 3 pha đều có thể nối hình sao hay tam giác, song tuỳ thuộc vào điện áp định mức của thiết bị, của mạng điện và các yêu cầu kỹ thuật

ta sẽ chọn cách nối dây phù hợp

- Cách nối nguồn điện: Các nguồn điện dùng trong sinh hoạt lấy từ dây quấn 3 pha stato máy phát điện, hoặc lấy từ dây quấn 3 pha thứ cấp máy biến áp Các dây quấn này thường nối hình sao có dây trung tính Nối như vậy có ưu điểm là

có thể cung cấp 2 điện áp khác nhau: điện áp pha và điện áp dây Trên thế giới tồn tại hai loại mạng điện 380/220V (Ud = 380 V; Up = 220 V) và mạng điện 220/127V(Ud = 220 V; Up = 127 V) Hiện tại ở nước ta sử dụng mạng điện 380V/220V

- Cách nối động cơ điện ba pha: Mỗi động cơ điện 3 pha gồm có 3 dây quấn pha Khi thiết kế chế tạo người ta đã quy định điện áp định mức cho mỗi dây quấn

Động cơ làm việc phải đúng với điện áp quy định ấy

Việc đấu tải thành hình sao hay hình tam giác là tuỳ thuộc vào điện áp của mạng và điện áp định mức của tải Chẳng hạn ở mạng điện 220V/127V (điện

áp dây là 220V, điện áp pha là 127V), nếu điện áp định mức mỗi pha của tải là 127V thì ta dùng cách đấu sao (để điện áp pha đặt vào tải bằng điện áp pha của nguồn); Ngược lại, nếu điện áp định mức mỗi pha của tải là 220 V, thì ta đấu tải thành tam giác( để điện áp pha đặt vào tải bằng điện áp dây của nguồn) Động ơ

3 pha có ghi 380/220V - Y/ có nghĩa là nếu mạng điện có điện áp dây là 380 V thì động cơ đấu hình sao, còn nếu mạng có Ud = 220V thì động cơ đấu tam giác

AX, BY, CZ ra ngoài vỏ động cơ và nối tới 6 bu lông ở hộp nối dây Việc đấu dây thành hình sao hay tam giác thực hiện bằng cách thay đổi cầu nối dây giữa các bu lông

Bài 4.4: công suất mạch ba pha

1 Công suất mạch 3 pha chung

- Hệ thống điện 3 pha là tợp hợp của 3 mạch điện 1 pha, nên công suất chung của hệ thống là tổng công suất các pha Goùi PA, PB, PC tửụng ửựng laứ coõng suaỏt taực duùng cuỷa caực pha A, B, C, ta coự coõng suaỏt taực duùng cuỷa maùch ba pha baống toồng caực coõng suaỏt taực duùng cuỷa tửứng pha:

+ Công suất tác dụng 3 pha ( P )

P = PA + PB + PC ( W )

P = PA + PB + PC = UAIA cos A + UBIB cos B + UCIC cos C

+ Công suất phản kháng 3 pha ( Q )

Q = QA + QB + QC ( VA r )

Q = QA + QB + QC = UAIA sin A + UBIB sin B + UCIC sin C

+ Công suất biểu kiến 3 pha ( S )

2 Công suất mạch 3 pha đối xứng

Trong mạch 3 pha đối xứng, hiệu dụng dòng điện , điện áp, và góc lệch pha ở các pha là như nhau

Chuyển sang các đại lượng dây

Trong cách nối hình sao:

A Z

Điện năng tác dụng trong 12 giờ:

Wr = P.t = 7230.12 = 86760 Wh

Bài 4.5: GIAÛI MAẽCH ẹIEÄN BA PHA ẹOÁI XệÙNG

ẹoỏi vụựi maùch ủieọn ba pha ủoỏi xửựng, doứng ủieọn vaứ ủieọn aựp caực pha coự trũ soỏ

baống nhau vaứ leọch pha nhau moọt goực 1200 Khi giaỷi maùch ba pha đối xứng ta chổ caàn tớnh cho moọt pha, sau ủoự suy ra caực pha coứn laùi

Khi noỏi vaứo nguoàn coự ủieọn aựp là U d, boỷ qua toồng trụỷ cuỷa ủửụứng daõy, neỏu bieỏt toồng trụỷ của taỷi, caực bửụực tớnh toaựn seừ thửùc hieọn nhử sau:

–Bửụực 1 Xaực ủũnh caựch noỏi phuù taỷi : hỡnh sao hay tam giaực?

–Bửụực 2 Xaực ủũnh ủieọn aựp pha cuỷa taỷi:

+ Neỏu noỏi hỡnh sao:

– Bửụực 3 Xaực ủũnh toồng trụỷ pha vaứ heọ soỏ coõng suaỏt cuỷa taỷi

Trong đó RP , XP tương ứng là điện trở pha, điện kháng pha của mỗi pha tải

– Bửụực 4 Tớnh doứng ủieọn I p cuỷa phuù taỷi

+ Neỏu taỷi noỏi sao: I d = I p + Neỏu taỷi noỏi tam giaực: I d = 3I p

– Bửụực 5 Tớnh coõng suaỏt tieõu thuù treõn phuù taỷiù

Bài tâp ví dụ 1

Moọt taỷi 3 pha coự ủieọn trụỷ pha R p = 20Ω, ủieọn khaựng pha X p = 15Ω, noỏi

hỡnh tam giaực vaứ ủaỏu vaứo lửụựi ủieọn 3 pha coự ủieọn aựp daõy U d = 220V

Tớnh doứng ủieọn pha I p , doứng ủieọn daõy I d , coõng suaỏt taỷi tieõu thuù vaứ veừ ủoà

thũ veực tụ ủieọn aựp daõy vaứ doứng ủieọn pha phuù taỷi

Dòng điện chậm pha hơn điện áp một góc là  = 36,870 Đồ thị véctơ

dòng điện và điện áp pha (vẽ trên hình b)

Bµi tËp v í dụ 2 :

Một tải 3 pha là 3 cuộn dây được đấu vào lưới điện 3 pha có điện áp dây

là 380 V Cuộn dây có điện trở R = 2Ω, điện kháng X = 8Ω và được thiết kế

làm việc ở điện áp định mức là 220V

1 Xác định cách nối các cuộn dây thành tải 3 pha

2 Tính công suất P, Q và cosϕ của tải

Bài giải

a Các cuộn dây phải nối hình sao, vì khi đấu vào lưới điện 3 pha thì điện áp

pha đặt lên mỗi cuộn dây bằng điện áp định mức:

Nếu tải nối tam giác, điện áp pha đặt lên cuộn dây (hình b)ø:

U p = U d = 380 V

Giá trị điện áp 380 V lớn hơn điện áp định mức của cuộn dây, nên cuộn dây sẽ bị hỏng

b Tổng trở pha của tải là:

Hệ số công suất:

Dòng điện pha Ip của tải:

Dòng điện dây:

Công suất tác dụng của tải:

Công suất phản kháng của tải:

Công suất biểu kiến:

Chương V : máy biến áp

Bài 5.1 khái niệm và phân loại máy biến áp

Để biến đổi điện áp của lưới điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp, hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ta dùng máy biến áp Ngày nay do việc sử dung điện năng phát triển rất rộng rãi, nên có nhiều loại máy biến

áp khác nhau : máy biến áp một pha, ba pha,hai dây quấn, ba dây quấn nhưng chúng dựa vào cùng một nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ

1- Định nghĩa

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng

điện từ, dùng để biến đổi điện áp của lưới điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp ( trước lúc biến đổi ) có : điện áp

U1, dòng điện I1, tần số f hệ thống điện đầu ra của máy biến áp có : điện áp U2, dòng điện I2 và tần số f

Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp Các đại lượng, các thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ

số 1 : Số vòng dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất sơ cấp P1 Các đại lượng và các thông số thứ cấp có ghi chỉ số 2 : Số vòng dây thứ cấp W2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất thứ cấp P2

Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp là máy biến áp tâng áp Nếu

điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp là máy biến áp giảm áp

2- Công dụng của máy biến áp

Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện Nó là một khâu quan trọng ding để truyền tải và phân phối điện năng các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện ( khu công nghiệp , đô thị ) vì thế cần phải xây dung các đường dây truyền tảI điện năng

Điện áp máy phát thường là 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 kV để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây, phải giảm dòng điện chạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp truyền tải Vì vậy ở đầu đường dây cần phải đặt máy biến áp tăng áp Mặt khác điện áp của tảI thường khoảng 127V đến 500V; động cơ công suất lớn thường 3 hoặc 6 kV, vì vậy ở cuối

đường dây cần đặt thêm máy biến áp giảm áp ( hình 2- 1 )

Hình 2- 1 Sơ đồ truyền tải điện năng Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bị lò nung ( máy biến áp lò ), trong hàn điện ( máy biến áp hàn ) , làm nguồn cho các thiết bị

điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau, trong lĩnh vực đo lường ( máy biến điện áp, máy biến dòng điện )

3 Cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp có hai bộ phận chính : Lõi thép và dây quấn

a, Lõi thép máy biến áp

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện Lõi thép gồm hai bộ phận :

- Trụ là nơi để đặt dây quấn

- Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ

Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín

b- Dây quấn máy biến áp

Daõy quaỏn maựy bieỏn aựp thửụứng ủửụùc cheỏ taùo tửứ daõy ủoàng hoaởc nhoõm, coự tieỏt dieọn troứn hoaởc chửừ nhaọt, beõn ngoaứi daõy coự boùc lụựp caựch ủieọn Daõy quaỏn ủửụùc quaỏn thaứnh nhieàu voứng vaứ loàng vaứo truù loừi theựp Giửừa caực voứng daõy quaỏn coự caựch ủieọn vụựi nhau vaứ caựch ủieọn vụựi loừi theựp Maựy bieỏn aựp moọt pha coự hai

cuoọn daõy: moọt cuoọn daõy noỏi vụựi nguoàn xoay chieàu goùi laứ cuoọn sụ caỏp , coứn cuoọn daõy noỏi vụựi taỷi goùi laứ cuoọn thửự caỏp

Loừi theựp ủoựng vai troứ maùch tửứ ủửụùc gheựp baống caực laự theựp kyừ thuaọt daứy 0,35 - 0,5mm Caực laự theựp ủửụùc sụn caựch ủieọn ủeồ choỏng hieọu ửựng Fucoõ Loừi theựp coự tieỏt dieọn daùng vuoõng hoaởc chửừ thaọp Caực MBA coõng suaỏt lụựn tieỏt dieọn truù ủửụùc laứm thaứnh nhieàu baọc ủeồ daùng tieỏt dieọn gaàn troứn (Hỡnh 2-2)

Hỡnh 2- 2 Hỡnh daùng tieỏt dieọn loừi theựp MBA

Theo hình dạng của mạch từ, MBA được chia làm kiểu bọc và kiểu trụ Trong kiểu trụ, mạch từ không phân nhánh có dạng chữ O Các cuộn dây của MBA quấn thành hình trụ Để tạo liên hệ từ tốt và giảm tổn hao từ tản cuộn sơ cấp và thứ cấp được đặt lồng vào nhau, cuộn dây điện áp thấp đặt bên trong và cuộn dây điện áp cao đặt ngoài Thường mỗi cuộn dây được chia làm hai phần quấn trên hai trụ của mạch từ (hình 2-3), trên mỗi trụ có một phần của cuộn sơ và một phần của cuộn thứ Hai phần của mỗi cuộn dây được nối với nhau sao cho từ thông do chúng sinh ra cùng chiều

Hình 2-3 Máy biến áp kiểu trụ

Loại MBA kiểu bọc, hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được cuốn trên cùng một trụ, hai cuộn được cách điện với nhau (Hình 2-4)

Hình 2- 4 MBA kiểu bọc

Các MBA công suất lớn thường phải làm mát bằng dầu, toàn bộ lõi thép và các cuộn dây được ngâm trong thùng dầu, các đầu dây được đưa ra ngoài qua sứ xuyên bắt chặt trên nắp thùng (hình 2-5)

Hỡnh 2-5 Maựy bieỏn aựp ủieọn lửùc

1- Caực cuoọn daõy, 2- Goõng maùch tửứ

3- ẹaàu sửự cao aựp, 4- ẹaàu sửự haù aựp 5- Thuứng daàu, 6- OÁng daàu ủoỏi lửu toỷa nhieọt

là định mức Người ta quy ước, với máy biến áp một pha điện áp định mức là

điện áp pha, với máy biến áp ba pha là điện áp dây đơn vị điện áp ghi trên máy thường là V hoặc kV

Căn cứ vào điện áp sơ cấp U 1đm và điện áp thứ cấp U 2đm người ta tính chọn số vòng các cuộn dây W1 và W2 bảo đảm sử dụng mạch từ hợp lý Đồng thời điện áp định mức quyết định việc bố trí các cuộn dây, cách điện giữa các cuộn, các lớp , các vòng và lựa chọn vật liệu cách điện để đảm bảo chịu được độ bền cách điện đối với điện áp đã chọn

- Dòng điện định mức

Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây quấn của máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với máy biến áp

một pha, dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với máy biến áp ba pha , dòng điện định mức là dòng điện dây đơn vị của dòng điện ghi trên máy thường

là A Dòng điện sơ cấp định mức ký hiệu I 1đm, dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu I 2đm

Căn cứ vào dòng điện định mức , người ta tính chọn tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, xác định tổn hao điện năngở điện trở của cuộn dây,

đảm bảo độ tăng nhiệt khi máy làm việc không vượt quá giới hạn quy định đối với cách điện

Bài 5.2 Máy biến áp một pha

1 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Trên hình vẽ sơ đồ nguyên lý của máy biến áp một pha có hai dây quấn

W1 và W2

Khi ta nối dây quấn sơ cấp W1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1, sẽ

có dòng điện sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp W1 Dòng điện I1 sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng ( xuyên qua ) đồng thời cả hai dây quấn sơ cấp W1 và thứ cấp W2, được gọi là từ thông chính