Tóm tắt công thức máy điện 1 - Chương 2 Máy biến áp

Mạch tương đương gần đúng của máy biến áp qui về sơ cấp Hình 2.3.. Mạch tương đương gần đúng của máy biến áp qui về sơ cấp.. Các đại lượng trong mạch tương đương gần đúng của máy biến á

Chöông 1

1 Quy ước

❖ Phần sơ cấp: Ký hiệu có ghi thêm chỉ số 1

Số vòng dây sơ cấp N1

Điện áp sơ cấp U1; dòng điện sơ cấp I1; công suất sơ cấp P1

❖ Phần thứ cấp: Ký hiệu có ghi thêm chỉ số 2

Số vòng dây sơ cấp N2

Điện áp sơ cấp U2, dòng điện sơ cấp I2, công suất sơ cấp P2

2 Công suất biểu kiến định mức của máy biến áp

2.1 Máy biến áp 1 pha

2.2 Máy biến áp 3 pha

3 Nguyên lí làm việc và mô hình toán của máy biến áp

3.1 Nguyên lí làm việc

❖ Giá trị hiệu dụng của suất điện động phía:

❖ Tỉ số máy biến áp: 1 1

k

❖ Nếu bỏ qua sụt áp gây ra do điện trở và từ tản dây quấn thì: U1 = E1 và U2 = E2:

k

❖ Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp thì ta có: U1I1 = U2I2:

k

MÁY ĐIỆN TĨNH: MÁY BIẾN ÁP

3.2 Mô hình toán

3.2.1 Phương trình điện sơ cấp

❖ Phương trình điện áp phía sơ cấp được viết dưới dạng như sau:

di t

dt

❖ Phương trình điện áp phía thứ cấp được viết dưới dạng như sau:

2

di t

dt

3.2.2 Phương trình dòng điện

❖ Theo định luật Ohm từ:

1 1 2 2

(10)

Trong đó:

R: Từ trở của mạch từ (At/Wb)

: Từ thông chính của mạch từ lúc hoạt động ở chế độ có tải

❖ Chế độ không tải [i2(t) = 0, i0(t) = i1(t)]:

.

❖ Thông thường : Z1i1(t) << E1 nên U1 ≈ E1: m 1

1

U

4, 44.f N

❖ U1 = const nên φ = const nghĩa là φ = φ0:

❖ Dòng điện thứ cấp qui về sơ cấp:

.

2

I I k

3.2.3 Mô hình máy biến áp

Mô hình toán của máy biến áp là các phương trình sau:

1

.

'

= +

= +

(15)

4 Mạch tương đương của máy biến áp

4.1 Các mạch tương đương

4.1.1 Mạch tương đương chính xác

4.1.1.1 Mạch tương đương chính xác của máy biến áp

Hình 2.1 Mạch tương đương chính xác của máy biến áp

4.1.1.2 Mạch tương đương của máy biến áp qui về sơ cấp

Hình 2.2 Mạch tương đương của máy biến áp qui về sơ cấp

4.1.1.3 Các đại lượng trong mạch tương đương qui về sơ cấp

❖ Các thành phần qui đổi về sơ cấp:

'

U =k U ; R'2=k R2 2; X'2 =k X2 2

Zt' =k Z2 t;

.

2

I I k

'

U =k U

❖ Dòng tổn hao lõi thép:

.

1 R

m

E I

R

(I) (II)

❖ Dòng từ hoá:

.

1 X

m

E I

jX

❖ Dòng điện phía sơ cấp:

.

'

❖ Điện áp phía sơ cấp:

Áp dụng định luật K2 cho vòng (I), ta được:

.

Áp dụng định luật K2 cho vòng (I), ta được:

4.1.1.4 Mạch tương đương gần đúng của máy biến áp qui về sơ cấp

Hình 2.3 Mạch tương đương gần đúng của máy biến áp qui về sơ cấp

4.1.1.5 Các đại lượng trong mạch tương đương gần đúng của máy biến áp qui về sơ cấp

❖ Tương tự mạch tương đương của máy biến áp qui về sơ cấp, ngoài ra ta còn có thêm các thành phần sau:

'

R =R +R

'

X =X +X

❖ Dòng điện phía sơ cấp:

.

'

(I)

❖ Điện áp phía sơ cấp:

Áp dụng định luật K2 cho vòng (I), ta được:

5 Chế độ không tải của máy biến áp

5.1 Các đặc điểm của chế độ không tải

5.1.1 Dòng điện không tải

0

.

1 0

U I Z

5.1.1.1 Mạch tương đương chính xác máy biến áp ở chế độ không tải

Hình 2.4 Mạch tương đương chính xác máy biến áp không tải

❖ Dòng điện không tải:

.

0

I

5.1.1.2 Mạch tương đương gần đúng của máy biến áp ở chế độ không tải

Hình 2.5 Mạch tương đương gần đúng máy biến áp không tải

❖ Dòng điện không tải:

0

.

0

I

5.1.2 Tổn hao không tải

❖ Công suất ở chế độ không tải P0 của máy biến áp gồm: tổn hao lõi thép Pt và tổn hao đồng trong cuộn dây sơ cấp Pđ1:

2

m

E

R

❖ Vì I0 nhỏ nên Pđ1 không đáng kể Công suất ở chế độ không tải P0 của máy biến áp:

2 1 0 m

E P R

5.2 Thí nghiệm không tải của máy biến áp

Hình 2.6 Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp

5.2.1 Tỉ số biến áp

k

5.2.2 Dòng điện không tải phần trăm

dm

0 0

1

I

I

5.2.3 Hệ số công suất không tải

0

0

P

cos

+

(31)

5.2.4 Điện trở tổn hao trong lõi thép

2 1 m 0

U R

P

5.2.5 Điện kháng từ hoá

Ta có:

0

Với: m

m

1 G

R

m

1 B

X

6 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp

Hình 2.7 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp

6.1 Các đặc điểm ở chế độ ngắn mạch

6.1.1 Điện áp sơ cấp ngắn mạch

R =R +R

Xn =X1+X'2

6.1.2 Dòng điện sơ cấp ngắn mạch

n

.

U

Z

6.1.3 Tổn hao ngắn mạch

Công suất ở chế độ ngắn mạch Pn là tổn hao đồng trong 2 cuộn dây

6.2 Các thông số của chế độ ngắn mạch

6.2.1 Tổn hao đồng định mức

dm

6.2.2 Tổng trở, điện trở, điện kháng ngắn mạch

dm

n n

1

U Z

I

dm

n

1

P R

I

6.2.3 Điện trở, điện kháng của cuộn sơ cấp

R

2

= = ; X1 X'2 Xn

2

6.2.4 Điện trở, điện kháng của cuộn thứ cấp

' 2

R R k

' 2

X X k

6.2.5 Điện áp ngắn mạch phần trăm

dm

n n

1

U

U

6.2.6 Hệ số công suất ngắn mạch

n dm

n

n 1

cos

6.2.7 Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm

6.2.8 Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm

7 Chế độ có tải của máy biến áp

7.1 Máy biến áp ở chế độ có tải

Cho chế độ có tải là chế độ mà sơ cấp đấu vào nguồn áp định mức

dm

1

U , thứ cấp đấu vào tải Tải có thể cho dưới 2 dạng:

Tổng trở tải: Zt =  Zt 2

Công suất P2 và hệ số công suất cos2

Cả 2 nếu biết điện áp tải:

.

o

U =U 0 Khi đó dòng tải được tính trong 2 trường hợp:

❖ Trường hợp 1:

t

.

Z Z

 − 

❖ Trường hợp 2: . 2

P

U cos

7.2 Hệ số tải k t

t

k

7.3 Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải

7.3.1 Độ biến thiên điện áp thứ cấp

'

7.4 Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm

dm

2

❖ Nếu biết U2, I2 và cos2 Khi đó ta tính U1:

Với: U'2=kU2; I'2 I2 I1

k

7.5 Đặc tuyến ngoài của máy biến áp

dm

dm

2

U %

100



(54)

7.6 Tổn hao trong máy biến áp

7.6.1 Tổn hao lõi thép

7.6.2 Tổn hao đồng

dm

dm

Tổng tổn hao trong máy biến áp làm việc: Pth =P0+k P2t n (59)

7.7 Hiệu suất của máy biến áp

Gọi P2 là công suất phát cho tải và P1 là công suất nhận từ nguồn

2

Hiệu suất của máy biến áp là: 2 t dm 2 2

P



7.8 Hiệu suất cực đại của máy biến áp

Hệ số tải cực đại:

n

P

P

Hiệu suất cực đại của máy biến áp là:

max

2

2

P



 = =

8 Các cách đấu dây máy biến áp 3 pha

8.1 Tỉ số máy biến áp 3 pha

Gọi số vòng dây 1 pha sơ cấp và thứ cấp lần lượt là N1 và N2 Tỷ số máy biến là:

p1 1

p

U N k

d2

U k

U

8.2 Công suất biểu kiến cho mỗi máy

t p

S S 3

8.3 Công suất máy biến áp đấu dây

8.4 Các cách đấu

8.4.1 Sơ cấp đấu sao và thứ cấp đấu sao (Y – Y)

Hình 2.8 Máy biến áp 3 pha đấu Y – Y

U = 3U ; Ud2 = 3Up2 ; Id =Ip ; kd =kp (78)

p p2

p2

S I

U

p2

S I

U

8.4.2 Sơ cấp đấu sao và thứ cấp đấu tam giác (Y – )

U = 3U ; Ud2 =Up2 ; Id2 = 3Ip2 ; kd = 3kp (79)

p p1

p1

S

I

U

p2

S I

U

Hình 2.9 Máy biến áp 3 pha đấu Y – 

8.4.3 Sơ cấp đấu tam giác và thứ cấp đấu sao ( – Y)

Hình 2.10 Máy biến áp 3 pha đấu  – Y

3

p p1

p1

S

I

U

p2

S I

U

3

8.4.4 Sơ cấp đấu tam giác và thứ cấp đấu tam giác ( – )

Hình 2.11 Máy biến áp 3 pha đấu  – 

U =U ; Ud2 =Up2 ; Id2 = 3Ip2 ; kd = 3kp (81)

p p1

p1

S

I

U

p2

S I

U

8.5 Một số vấn đề cần lưu ý khác

8.5.1 Ba máy biến áp 1 pha đấu thành 1 tổ máy 3 pha (Y – ∆)

Hình 2.12 Ba máy biến áp 1 pha đấu thành 1 tổ máy 3 pha (Y – )

❖ Vì sơ cấp đấu Y, thứ cấp đấu  nên: d1

U

3

❖ Công suất tác dụng cho phía thứ cấp phát cho tải: P2 =Pt = 3U Id2 d2cos t

d2

P I

=



❖ Tính Id1:

Cách 1:

Công suất tác dụng cho phía sơ cấp: Pt =3U I cosp1 p1  Suy ra: t

p1

P I

3U cos

=

 Cách 2:

Áp dụng công thức: U Ip1 p1=U Ip2 p2 Suy ra: p1 p2 p2

p1

U I I

U

❖ Vì sơ cấp đấu Y nên: Id1=Ip1

8.5.2 Động cơ được cấp điện từ MBA 3 pha đấu ∆ – Y

❖ Vì sơ cấp đấu , thứ cấp đấu Y nên: Ud1=Up1

3

Hình 2.13 Động cơ được cấp điện từ MBA 3 pha đấu  – Y

S

3

Dòng dây và dòng pha phía thứ cấp: t d2 d2 d2 t

d2

S

3U

=  = Và Id2 =Ip2

❖ Dòng dây và dòng pha phía cao áp:

Ta có: U Ip1 p1=U Ip2 p2 Suy ra: p1 p2 p2

p1

U I I

U

= Và Id1= 3Ip1

9 Các máy biến áp đặc biệt

9.1 Máy giảm áp

Hình 2.14 Máy tự giảm áp

9.1.1 Tỉ số biến áp

k

+

9.1.2 Điều kiện để đấu thành máy tự giảm áp

Cuộn dây phải chịu được áp và dòng như lúc đấu theo kiểu máy biến áp 2 dây quấn

❖ Dòng qua Aa = Dòng định mức sơ cấp của máy tự biến áp cũng là dòng thứ cấp định mức của máy biến áp 2 dây quấn

dm

dm

dm

2

S

U

❖ Dòng qua ax = Dòng qua cuộn chung của máy tự biến áp cũng là dòng sơ cấp định mức của máy biến áp 2 dây quấn

dm

dm

dm

ax 1

1

S

U

❖ Dòng qua tải là dòng định mức thứ cấp của máy tự biến áp:

❖ Công suất ra của máy tự biến áp:

dm

9.2 Máy tăng áp

Hình 2.15 Máy tự tăng áp

9.2.1 Tỉ số biến áp

k

9.2.2 Điều kiện để đấu thành máy tự tăng áp

Cuộn dây phải chịu được áp và dòng như lúc đấu theo kiểu máy biến áp 2 dây quấn

❖ Dòng qua Aa = Dòng định mức thứ cấp của máy tự biến áp cũng là dòng thứ cấp định mức của máy biến áp 2 dây quấn

dm

dm

dm

2

S

U

❖ Dòng qua ax = Dòng qua cuộn chung của máy tự biến áp cũng là dòng sơ cấp định mức của máy biến áp 2 dây quấn

dm

dm

dm

1

S

U

❖ Dòng qua tải là dòng định mức thứ cấp của máy tự biến áp:

❖ Công suất ra của máy tự biến áp:

dm

dm