Chương 3: Máy biến áp 1 pha

Ngoài ra, chúng còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làm nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử.. CHƯƠNG 3: MÁY BIẾN ÁP.[r]

Trang 1

CHƯƠNG 3: MÁY BIẾN ÁP

3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

3.1.1 Chức năng, nhiệm vụ

- Truyền tải điện

Trang 2

- Truyền tải điện

Trang 3

- Phân phối điện

- Trạm nền (trong nhà, ngoài trời) - Trạm giàn

- Trạm hộp bộ (kiốt) (trong nhà, ngoài trời

Trang 4

Trang 5

- Ứng dụng khác (MBA phụ)

- MBA nhiều cấp điện áp thứ cấp: 110; 48;

36; 24; 12; 5 (V)

Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện đi xa, và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp cho tải Ngoài ra, chúng còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làm nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử

Trang 6

3.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 3.1 Sơ đồ máy biến áp một pha hai dây quấn.

Trang 7

t d N

e1   1 ( )  1  sin   90  1 2 sin   90

N dt

t d N

e2   2 ( )  1  sin   90  2 2 sin   90

m 1 m

1 m

2 m

E

- Theo định luật cảm ứng điện từ các s.đ.đ cảm ứng e1, e2 sinh ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp là:

Trang 8

3- Dòng điện định mức sơ cấp I 1đm và thứ cấp I 2đm: là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn, ứng với công suất định mức và điện áp định mức A, kA

4- Công suất định mức S đm của máy: là công suất toàn phần (hay biểu

kiến) thứ cấp ở chế độ định mức VA, kVA, MVA

Trang 9

Trang 10

3.1.4 Cấu tạo máy biến áp

Trang 11

3.1.4.1 Lõi thép máy biến áp

Trang 12

3.1.4.1 Lõi thép máy biến áp

- Thông thường để giảm tổn hao do dòng điện xoáy sinh ra, lõi thép cấu tạo gồm các lá thép kỹ thuật điện (tole silic) dày 0,35 mm ghép lại đối với máy biến áp hoạt động ở tần số đến vài trăm Hertz

Trang 13

3.1.4.2 Dây quấn máy biến áp

Dây quấn đồng tâm

Dây quấn xen kẽ

Trang 14

3.1.4.3 Vỏ máy

Trang 15

3.1.4.3 Vỏ máy

Thùng máy biến áp có cánh

tản nhiệt

Bình giãn dầu và ống bảo hiểm

Trang 16

3.1.4.4 MBA 1 pha

Trang 17

Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn, nghĩa là r1 = 0, thì điện áp sẽ là:

dt

d N e

U     

.

1 1

1

Và từ thông: t dt t

N

E dt e

t m

t

sin

cos

1

0 1

1 0

1 1

E N

E m

m

2

2 1

1 1

t U

U1  1m cos   2 1 cos 2 

Trang 18

Tương ứng, giá trị hiệu dụng của sức điện động e2 ở dây quấn thứ cấp

sẽ là:

m m

3.2 MBA MỘT PHA HOẠT ĐỘNG KHÔNG TẢI

Trang 19

3.2.2 Dòng điện không tải

Đồ thị biến thiên của từ thông và dòng điện theo thời gian

- ior: gây tồn hao lõi thép

- iox: dùng để từ hóa lõi thép

- Dòng không tải io nhọn đầu => sinh ra các hài bậc cao: 3, 5, 7,

- i0 vượt pha so với từ thông  một góc  gọi là góc tổn hao từ trễ

- Góc  này lớn hay nhỏ là tùy theo mức độ trễ của B đối với H nhiều hay ít

Trang 20

Giản đồ vectơ của máy biến áp khi không kể đến tổn hao trên lõi thép mạch từ (hình a) và khi có kể đến tổn hao trên lõi thép mạch từ (hình b)

3.2.2 Dòng điện không tải

2

2 I I

Trang 21

- Tổn hao không tải P0 của máy biến áp bao gồm các tổn hao lõi thép

PFe và tổn hao phần đồng trong dây quấn sơ cấp PCu1

3.2.3 Tổn hao không tải

+ Tổn hao thép P Fe:

a - Tổn hao do từ trễ Ph:  f và  B2

b - Tổn hao do dòng xoáy Px:  f2 và  B2

k k

k x

/ 0 , 1

mk – khối lượng của lõi thép ở đoạn k (kg)

B – cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k (Tesla)

Trang 22

+ Tổn hao phần đồng P Cu1:

2 0

3.2.3 Tổn hao không tải

Trang 23

3.3.1 Phương trình cân bằng sức điện động

Máy biến áp một pha

1 1 1 1

1 1

2 2 2 2

2 2

3.3 MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA HOẠT ĐỘNG CÓ TẢI

Trang 24

3.3.1 Phương trình cân bằng sức điện động

Nếu bỏ qua sụt áp gây ra do điện trở và từ tản dây quấn thì

E1U1; E2U2

k N

N E

E U

U

2

1 2

k I

I U

U

1

2 2

1  

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp thì U1I1 = U2I2 Vậy

Nếu N2> N1 thì U2 > U1, I2< I1: máy tăng ápNếu N2< N1 thì U2 < U1, I2> I1: máy giảm áp

Trang 25

- Như vậy, sức từ động (i1.N1 - i2.N2) sinh ra từ thông chính m lúc có tải phải bằng sức từ động i0.N1 lúc không tải, để đảm bảo sinh ra một

từ thông chính không đổi m

i1.N1 - i2.N2 = i0.N1hay viết dưới dạng số phức

1 0 2

2 1

1 N I .N I .N

I    

Trang 26

hay: 0

1

2 2

hoặc:

1

2 2 0

N

N I I

I    

' 2 0 1

1 2

Trang 27

k  - gọi là hệ số quy đổi thứ cấp về sơ cấp

Tương tự, điện áp thứ cấp quy đổi:

' k U

U 

3.4 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

3.4.1 Quy đổi máy biến áp

- Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E’ 2 và U’ 2 :

Khi quy đổi dây quấn thứ cấp về sơ cấp N2 = N1 nên:

E’2 = E1

Trang 28

- Dòng điện thứ cấp quy đổi:

Việc quy đôi phải đảm bảo sao cho công suất thứ cấp của máy biến

áp trước và sau khi quy đổi không thay đổi, nghĩa là:

E2.I2 = E’2.I’2

do vậy dòng điện thứ cấp quy đổi:

2 2

' 2

2 '

k

I E

E

- Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi r’ 2 , x’ 2 và z’ 2 :

Khi quy đổi vì công suất không thay đổi nên tổn hao dòng ở dây quấn thứ cấp trước và sau khi quy đổi phải bằng nhau:

Trang 29

' 2

2 ' 2 2

2 ' 2

2 '

2

' 2

Đối với tải ở mạch thứ cấp, nếu có: Z'  k2.Z

Trang 30

3.4.2 Sơ đồ mạch điện thay thế của máy biến áp

Mạch điện thay thế của máy biến áp

1 1 1

' 2

'

2 E I Z

U

) (  '

Trang 31

Giản đồ vectơ của máy biến áp a) tải điện cảm; b) tải dung

3.5 GIẢN ĐỒ VECTƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Trang 32

3.6 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

3.6.1 Thí nghiệm không tải

Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp

Trang 33

Tiến hành thí nghiệm như sau: cung cấp điện áp U1 = U1đm cho sơ cấp; hở mạch thứ cấp Gọi I0, P0, U1, U20 là chỉ số của các dụng cụ đo

Ta tính:

- Tỷ số biến áp:

20

1 2

1

U

U E

E N

dm 1

o o

0

0 U I

P cos  

Trang 34

- Tổng trở không tải của máy biến áp:

Tổng trở:

0

1 0

Trang 35

3.6.2 Thí nghiệm ngắn mạch

Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch của máy biến áp

Trang 36

Tiến hành thí nghiệm như sau: nhờ bộ điều chỉnh điện áp, tăng dần

U1 từ 0 cho đến khi I2 = I2đm; I1 = I1đm Gọi Un, Pn, I1đm, I2đm là số chỉ của các dụng cụ đo Ta tính:

- Điện áp ngắn mạch %: % 100 %

1dm

n n

n

n U I

P cos  

- Tổng trở ngắn mạch:

n

n n

Trang 37

Z I x

U

U U

dm

n dm dm

U

r I x

U

U U

dm

n dm dm

nr

100

U

x I x

U

U U

dm

n dm dm

nx

Trang 38

- Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng cũng có thể được tính với công thức sau:

100 100

100

.

%

2

x S

P x

S

r I x

I

I x U

r I U

dm

n dm

n dm dm

dm dm

n dm

Trang 39

Bài tập 1: Một máy biến áp một pha 12kVA, điện áp 220/440V,

tần số 50Hz với các số liệu thử nghiệm sau:

- Thí nghiệm không tải: 220V; 2A; 165W

Trang 40

3.7.1 Độ thay đổi điện áp của máy biến áp

U% = .(Unr%.cos2 + Unx%.sin2)

- U% phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải

100 sin

U

I X cos

U

I R k 100 U

U

%

U

dm 1

dm 1 n 2

dm 1

dm 1 n t dm

1

' 2

dm dm

t

S

S P

P I

I I

3.7 ĐẶC ĐIỂM VẬN HÀNH CỦA MÁY BIẾN

Trang 41

Bài tập 1: Một máy biến áp một pha 12kVA, điện áp 220/440V,

tần số 50Hz với các số liệu thử nghiệm sau:

- Thí nghiệm không tải: 220V; 2A; 165W

Trang 42

3.7.2 Giản đồ năng lượng của máy biến áp

Giản đồ năng lượng của máy biến áp

Trang 43

- Gọi P1 = U1.I1.cos1 - là công suất đưa vào một pha của máy biến áp

- Một phần của công suất này bị tiêu hao trên điện trở của dây quấn sơ

2 1 1

- Phần còn lại chính là công suất điện từ truyền qua phía thứ cấp

Pđt = P1 – PCu1 – PFe =E’2.I’2.cos2

- Một phần công suất điện lại bị tổn hao trên dây quấn thứ cấp:

2 2 2

Trang 44

- Tương tự như vậy đối với công suất phản kháng Công suất phản kháng đầu vào:

Q1 = U1.I1.sin1

- Công suất Q1 này sẽ trừ đi công suất để thành lập từ tản của dây quấn sơ cấp: q1  x1.I12 , và từ trường trong lõi thép 2

0

.I

x

q m  m

, còn lại sẽ đưa sang phía thứ cấp

Qđt = Q1 – q1 – qm =E’2.I’2.sin2

- Công suất phản kháng đầu ra:

Q2 = Qđt – q2 = U2.I2.sin2với: 2

2 2

2 x I

q  - công suất để thành lập từ trường tản của dây quấn

thứ cấp

Trang 45

3.7.3 Hiệu suất của máy biến áp

% 100

%

1

2 x P

P





% 100 )

1 (

% 100 )

1 (

%

2 1

x P P

P

P x

P

Fe Cu

Trang 46

- Tổn hao đồng ở các dây quấn phụ thuộc vào dòng điện tải I2

n đm

dm n n n

I

I I

r I r

P ( ) 2 2

2

2 2

) cos

.

1

(

0 2

2

P P

S

P P

n đm

Trang 47

- Như vậy hiệu suất của máy biến áp sẽ cực đại ở một tải nhất định

khi tổn hao sắt bằng tổn hao đồng (PFe = PCu)

Trang 48

Bài tập 2: Tính toán hiệu suất của một máy biến áp 100kVA ở chế

độ ½ tải, đầy tải và 1,25 tải tương ứng với:

1/ Hệ số công suất cos = 1

2/ Hệ số công suất cos = 0,8 dòng điện chậm pha

Cho biết trước tổn hao phần đồng là 1000W tại tải định mức và tổn hao thép là 1000W

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	1,58 MB