Kỹ thuật điện I

Tác giả : Nguyễn Chu Hùng - Tôn Thất Cảnh Hưng NXB: Đại học quốc gia TP .HCM

PHẦN 3

MÁY BIẾN ÁP

CHƯƠNG9_ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA -ssstersterrseer 261

9.1 Đại cương về máy biến áp ceeenerrrnrrrrnrnrrrnrrrrre 261 9.2 Máy biến áp một pha hoạt động không tải e- 266 9.3 Máy biến áp một pha hoạt động có tải ccenn 269

CHUONG 10 MÁY BIẾN ÁP BA PHA -s-cssseeererrrrrrrrere 273

10.1 Mạch từ của máy bién Ap ba pha - cece tee 273 10.2 Mach diện thay thé cla may bi€n Ap eee 277 10.3 Giản đồ vectơ của máy biến áp -eerrrrrrnrnrree 280 10.4 Tổ nối dây của máy biến áp -. -enenerrrrrrrrrrrrree 281

10.5 Xác định các tham số của máy biến áp - 284

10.6 Đặc điểm vận hành của máy biến áp ba pha 286

10.7 Máy biến áp làm việc song song - neo 290

10.82 VIỚN uuananesaablueke bia GBl SE EEb TI KD iu giieerceedeer 205

Bài tẬp co chen ha HÀ tre c1, 299

CHUONG 11 MAY BIEN AP ĐO LƯỜNG -<ecceererrreerreer 301

11:1 Máy biến điện áp cá .eesoeeoeaeecceeoe-D TS, MÙA cu nbaeseke 301

11.9 Máy biến dòng ccccsnsereenrrerrrrrtrrdrtritrdtrtrrdrtrre 302

TÀI LIỆU THAM KHẢO -seeertrrrrirrriiiiiiiiiiiiirrrrriir 303

5

CHƯƠNG 9

MAY BIEN AP MOT PHA >

9.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

1 Định nghĩa máy biến áp

- Máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng 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 thay đổi

Do đó máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không biến đổi năng lượng Thực tế một máy biến áp gồm có hai hoặc nhiều

cuộn dây liên hệ nhau bởi từ thông móc vòng Nếu một cuộn dây được đặt vào

một ngưồn điện áp xoay chiều (gọi là cuộn dây sơ cấp), thì sẽ có một từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp và số vòng dây quấn sơ cấp

Từ thông này sẽ móc vòng các cuộn dây quấn khác (dây quấn thứ cấp) và cảm ứng trong dây quấn thứ cấp có một sức điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào số vòng dây quấn thứ cấp

Với tỷ số tương ứng giứa số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp chúng ta sẽ

có tỷ lệ tương ứng giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp

2 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Nguyên lý hoạt động của

máy biến áp dựa trên ý niệm

về cảm ứng điện từ Để tăng

hiệu quả, mạch từ được cấu tạo

bởi vật liệu dẫn từ tốt (vật liệu

tôn silic) thay vì dùng mạch từ (

là không khí

Ta hãy xét sơ đồ nguyên

lý của một máy biến áp sau

dây được quấn trên lõi thép 3 Khi đặt một điện áp xoay chiều uị vào dây quấn

1 (dây quấn sơ cấp), sẽ có dòng điện ¡¡ chạy trong dây quấn 1 Trong lõi thép

sẽ sinh ra từ thông ® móc vòng với cả hai dây quấn 1 va 2, cảm ứng ra các sức

điện động e và es Dây quấn 2 có sức điện động ea, sẽ sinh ra dòng điện ia đư:

261

ra tải với điện áp xoay chiều là ug Nhu vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin, thì từ thông do

Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn, thì có thể xem U # Ey va Up # Eo,

do đó k được xem như là tỷ số biến áp giữa dây quấn 1 và dây quấn 2:

E U

3 Các đại lượng định mức

Các đại lượng định mức của máy biến áp là :

1- Công suốt định mức Sam:

Công suất toàn phần (hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp Đơn vị tính bằng KVA hoặc VA

2- Điện ớp dây sơ cấp định mức Uìam :

Là điện áp của dây quấn sơ cấp Đơn vị tính bằng RKilo volt (KV) hay Volt (V)

+

262

3- Điện áp dây thú cấp định múc U2am: -

Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện

áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức Đơn vị tính bằng kilo Volt (KV) hay

4- Dòng điện dây định mức sƠ cấp (I\am) uồ th cốp (Ïaam):

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất

và điện áp định mức Đơn vị tính bing Ampere (A) hay kilo Ampere (KA)

5- Tan sé dinh mitc f 1a don vj tinh bang Hertz (Hz)

6- Các đại lượng khác Số pha m Sơ đồ và tổ nối dây quấn Điện áp ngắn mạch Uạ % Chế độ làm việc: ngắn hạn hay dài hạn

4 Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có các bộ phận chính như sau: lõi thép (mạch từ), dây quấn

và vỏ máy

1- Lõi thép

Dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn Thông thường, để giảm tổn hao do dòng xoáy sinh ra, lõi thép cấu tạo gồm các lá thép

kỹ thuật điện (tole silic) dây 0,35 mm ghép lại đối với máy biến áp hoạt động

ở tần số đến vài trăm Hertz Đối với các máy biến áp dùng trong lãnh vực thông tin, tần số cao, thường cấu tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại Theo hình

dạng lõi thép, có hai loại mạch từ:

‹« Kiểu trụ (hay kiểu lõi) ;

Dây quấn bao quanh trụ thép Loại này thông dụng cho các máy biến áp

một pha và ba pha cổ công suất nhỏ và trung bình

1 {

Mạch từ được phân nhánh hai bên vài ,— - * SS as = bọc lấy một phần dây quấn Loại nay

thường dùng trong các lĩnh vực chuyên

môn như: ngành luyện kim, ngành vô

tuyến điện v v

2 - Dây quấn

Dây quấn của máy biến áp làm nhiệm

vụ truyền dẫn năng lượng, thường bằng

Theo cách sắp xếp và bố trí của dây

quấn cao áp và hạ áp người ta chia thành Hình 9.8: Máy biến áp hiểu bọc hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng

tâm và dây quấn xen kẻ

Dây quốn đồng tâm: tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp (H.9.4)

Hình 9.4 Dây quấn đồng tâm của máy biến dp

Déy quan xen ké:

Các bánh dây của dây quấn cao áp và hạ áp quấn xen kẽ nhau dọc theo trụ thép (H.9.5) Kiểu dây quấn này dùng cho dây quấn kiểu bọc

3- Vỏ máy

Gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng

Thùng máy biến áp: thường cấu tạo bằng thép, có hình dạng tròn hay bầu dục Để đảm bảo tuổi thọ vận hành của máy biến áp, phải tăng cường làm mát máy, bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng đựng đầy đầu Nhờ sự đối lưu trong đầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang đầu, rồi từ đầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh

264

Tùy theo dung lượng của máy

biến áp, chúng ta có hình dáng và kết

cấu của thùng dầu khác nhau Đối

với máy biến áp dung lượng từ 30

KVA trở xuống, thường dùng loại

thùng đầu đơn giản, vỏ ngoài phẳng

Đối với máy biến áp cở trung bình và

lớn, người ta thường dùng loại thùng Hình 9.5 Dây quấn xen hẻ của móy biến

Hình 9.6 Thùng máy biến áp có cánh tản nhiệt

Nắp thùng: dùng để đậy kín thùng đầu, và trên đó có các chỉ tiết khác

như:

- Sứ cách điện đầu ra của dây quấn hạ và cao thế :

- Bình giãn đầu: Dầu trong thùng máy biến áp thông qua bình giãn đầu

- Ống bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng Một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tỉnh Nếu vì một lý do nào đó, áp suất trong thùng dầu tăng lên đột ngột, đầu thủy tỉnh sẽ vỡ, đầu theo đó phụt

ra ngoài để giảm áp suất nén trong thùng (H.9.7)

- Bộ điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp

265

Hình 9.7: Bình giãn dầu uà ống bảo hiểm

9.2 MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA HOẠT ĐỘNG KHÔNG TẢI

Nghiên cứu chế độ hoạt động không tải của máy biến áp là rất cần thiết Qua đó, chúng ta có thể xác định được các đại lượng chính của máy biến áp, bằng phương pháp tính toán và phương pháp thực nghiệm, như: tỷ số biến áp, dòng điện không tải, và tổn hao không tải Hơn nứa, phối hợp giứa đặc tính không tải và đặc tính có tải, chúng ta có thể xác định được hiệu suất của máy biến áp

1 Phương trình điện áp

Xét một máy biến áp một pha với sơ đồ nối dây như ở (H.9.8)

U, = Uim cos ot = V2 Uj; cos 2zft (9.7)

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

Nh oat ale

Hình 9.6: Sơ đồ nối dây của máy biến óp một pha uới dây quấn thứ cdp hé mach,

đây quan so cép d&t vao mét dién dp xoay chiéu hinh sin

Giá trị hiệu dụng của sức dién déng e sé la:

ER

Eị “Tư Fe EN1 On = 4442 Ni Op (9.10)

Tương ứng, giá trị hiệu dụng của sức điện động e¿ ở dây quấn thứ cấp là:

E

E = Je = SEIN, ® m = 4,44£No ©, (9.11) Theo đồ thị ở (H.9.9), chúng ta thấy từ Ủ ^

thông ® chậm pha so với điện áp U¡ một góc at

90 ° và sớm pha hơn sức điện động e\ và es

Các biểu thức (9.10), (9.11) tương tự SSS

như trong biểu thức (9.3a) và (9.3b), còn được

gọi là biểu thức KAPP E, = U, Ỳ

2 Dòng điện không tải

Dòng điện i¿, chạy trong dây quấn sơ E,v

_ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch, được gọi Hình 3.9 Giản đồ Vectơ của

là dòng điện không tải may Sida Up mr PAG Nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép, thì dòng điện i„ thuần ty chi

là dòng điện phản khang, i, = i,,, Lo i i,

dùng để từ hóa lõi thép Do đó quan Ø aa

quan hệ từ hóa B = f(H) của lõi 4 /5

Vì từ thông biến đổi theo thời I

gian theo hàm hình sin, biểu thức

(9.10), chúng ta có thể sử dụng

đường cong từ hóa B = f(H)y, để 3

xác định sự biến thiên của dòng Hình 9 10 Đồ thị biến thiên của từ thông điện io theo thời gian (H.9.10) uò dòng điện theo thời gian

Trước hết chúng ta dựng đặc tính từ thông ® = ®„ sin œ t và qua đó xác

định các giá trị tức thời của i„ tương ứng với giá trị của các từ thông ® Ví dụ,

lấy giá trị ® tại điểm 1, và tương ứng tại điểm 2, sẽ xác định giá trị của i„ tương ứng tại điểm ð (qua các điểm 3 và 4), giao nhau giữa đường nằm ngang và kéo dài từ điểm 4 và đường thẳng đứng kéo từ điểm 1

Chúng ta thấy với ® là hình sin thi dòng điện không tải io sẽ không là hình sin, ma có dạng nhọn đầu và trùng pha với ® Hàm tuần hoàn i„, ngoài thành phần sóng cơ ban i,j, còn có các thành phần sóng điều hòa bậc cao: bậc 3 (ioa), bậc 5ð (ios), bậc 7 (io;), trong đó thành phần ios là đáng kể nhất Chính thành phần i¿a này có tác dụng làm cho dòng điện từ hóa có dạng nhọn đầu Nếu mạch từ càng bão hòa từ, thì iy càng nhọn đầu, nghĩa là i¿s càng lớn Khi kể đến tổn hao trong lõi thép, thì quan hệ giữa ® và i¿ được suy từ quan hệ từ trễ B = f(H) khi đó, tương tự như phương pháp trên, cho thấy dòng điện không tải iạ có dạng nhọn đầu, nhưng vượt pha so với từ thông ® một góc

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

Vi thé œ được gọi là góc tổn hao từ trễ

Hình 9.11: biểu diễn sơ đồ vectơ của máy biến áp khi không kể đến tổn hao trên lõi thép mạch từ (H.9.11a) và khi có kể đến tổn hao trên lõi thép mạch

Dong dién không tải lạ gồm hai thành phần:

- Thònh phần phỏn khóng độc là dòng điện từ hóa lõi thép, tạo nên từ thông

và cùng chiều với từ thông |

- Thành phần tóc dụng lạy, là dòng điện gây nên tổn hao sắt từ trong lõi thép

Giá trị hiệu dụng:

268

3 Tổn hao không tải

Tổn hao không tải P„ của máy biến áp bao gồm các tổn hao lõi thép Ppẹ

và tổn hao phần đồng trong dây quấn sơ cẩn Pout-

Tổn hao thép pre, thông thường khoảng 0,1% đến 0,2% của tổng công suất máy biến áp, bao gồm: Tổn hao do từ trễ Py, tỷ lệ với tan số từ hóa f và tỷ lệ bình phương với cảm ứng từ B, và tổn hao do dòng xoáy P„, tỷ lệ với bình phương tần số f“ và bình phương cảm ứng từ B

Thực tế tính toán, có thể sử dụng biểu thức sau:

My - khối lượng của lõi thép ở đoạn k (kg);

B - cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k (Tesia);

9.3 MAY BIEN AP MOT PHA HOAT DONG CO TAI

Dây quấn thứ cấp của máy biến áp được nối với tải, do đó xuất hiện dòng điện is chạy trong dây quấn thứ cấp

Để thấy rõ quá trình năng

lượng trong máy biến áp,

Một máy biến áp một pha

được vẽ ở (H.9.12) Khi đặt vào

Hình 9.19 Máy biến ớp một pho

289

từ thông do TIN¡ và igN» sinh ra, khép mạch qua lõi thép và móc vòng với cả hai dây quấn sơ và thứ cấp, gọi là từ thông chính ©

Từ thông chính sinh ra trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sức điện động chính (như trong phần 9.2),

Một phần nhỏ từ thông, do các sức từ dong i, Ny va ip Ne sinh ra, bi tan

ra ngoài lõi thép và khép mạch qua không khí hay môi trường làm mát, goi là

từ thông tản sơ cấp ®„¡ và từ thông tản thứ cấp Do Cac tix thong tan nay sinh

U;, +e, +eg, =i, 7] (9.21)

với rị là điện trở của dây quấn sơ cấp Hay:

Tương tự đối với dây quấn thứ cấp:

Với ra là điện trở dây quấn thứ cấp

Nếu điện áp, sức điện động, dòng điện đều là những đại lượng xoay chiều

biến thiên theo hàm hình sin với thời gian, thì các phương trình (9.22), (9.24)

trong đó: xị = œL¡ - là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp

Tương tự, chúng ta có sức điện động tan của dây quấn thứ cấp:

trong d6: x9 = wLgg - là điện kháng tản của dây quấn thứ cấp

Như vậy, nếu thay các giá tri cia E,) va Egg vào các phương trình (9.25), chúng ta sẽ có các phương trình cân bằng sức điện động của dây quấn và thứ cấp viết dưới dạng số phức

U, =-B, t+jlxythmn=-Bj, +h @i+fxp=- Dã +1421 (9.27a)

chỉ do sức từ động iạ Ñ¡ sinh ra Nếu bỏ qua điện áp rơi lị Z¡ trong máy biến

áp, thì điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng sức điện động cảm ứng trong nó

do từ thông chính sinh ra:

U¡ =Eị= 444fN¡®m

Nhưng điện 4p U, dat vào thường được giữ là điện áp định mức và luôn

luôn không đổi dù máy biến áp làm việc không tải hay có tải, do đó sức điện động E¡ và từ thông ®„ trong máy biến áp luôn luôn có giá trị không đổi Như vay, sic tu dong (i, Nj + ig Ng) sinh ra từ thông chính ®„ lúc có tải phải bằng sức từ động i¿ Nị lúc không tải, để đảm bảo sinh ra một từ thông chính không đổi ®„ Do đó chúng ta có phương trình cân bằng sức từ động

Do đó khi tải tăng lên, tức là dòng điện thứ cấp 1s tăng lên thì thành phân (- T's) cũng tăng lên, nghĩa là dòng điện sơ cấp h tăng lên để đảm bảo dòng

điện l¿ không đổi

_ Chính vì vậy dây quấn sơ cấp nhận thêm năng lượng từ dưới truyền sang dây quấn thứ cấp, cung cấp cho tải

CHƯƠNG 10

MÁY BIẾN ÁP BA PHA

10.1 MẠCH TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA

áp ba pha có hệ thống mạch từ chung

Trong thực tế, để đơn giản về cấu tạo và công nghệ chế tạo, người ta thường

bố trí ba trụ còn lại nằm trong cùng mặt phẳng (H.10.2c) Tất nhiên kết cấu lõi sắt trong trường hợp này rõ ràng là không đối xứng, ở trụ giữa mạch từ

273

ngắn hơn, do đó dòng điện từ hóa của ba pha cũng không đối xứng:

đọa = lọc = (1.2 ~ 1.5) Tgp)

Vì dòng điện từ hóa rất nhỏ so với dòng điện định mức, nên sự không đối

xứng này ảnh hưởng không đáng kể đối với sự làm việc bình thường của máy biến áp

Thực tế hiện nay, máy biến áp ba pha 3 trụ, được dùng cho các máy biến

áp có dung lượng nhỏ và trung bình (Pạm < 3000 KVA) - Tóm lại tổ máy biến

áp ba pha dùng cho các máy biến áp cỡ lớn (Pg, 3600 KVA)

Một số trường hợp để dảm bảo được kết cấu đối xứng của mạch từ người

ta có thể chế tạo máy biến thế ba pha có ba trụ bố trí theo đỉnh của tam giác đều (như H.10.3)

Hình 10 3 Máy biến úp ba pha ba trụ có mạch từ đối xứng

2 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Xét một máy biến áp khi hoạt động không tải

Dòng điện bậc ba trong các pha:

Ì03A = To3m sin 3 wt (10.3a)

274

2z

3!

Am

3

ig3p = loam sỉin 3 |œ@t —

- loac = loam sin 3 |@t —

=Ip3 sin 3 wt (10.3b)

Các dòng điện này trùng pha nhau về thời gian Tuy nhiên chúng có tồn tại hay không và dạng sóng như thế nào còn phụ thuộc vào kết cấu mạch từ và cách đấu dây

Trường hợp máy biến úp nối Y/Y

Vì đây quấn sơ cấp nối Y nên thành

phần dòng điện bậc 3 không tồn tại, do

đó đồng điện từ hóa i¿ có dạng hình sin

và từ thông sinh ra nó có dạng vạt đầu |

(H.10.4a) tuần hoàn Như vậy có thể

xem từ thông tổng ® gồm sóng cơ bản

®\¡ và các sóng điều hòa bậc cao đạ,

Ds

Đối với tổ máy biến áp ba pha là

riêng biệt, nên từ thông D3 cua ca ba

pha cùng chiều tạo mọi thời điểm, do đó

sẽ dễ dàng khép kín mạch trong từng

lõi thép như từ thông ®\ (H.10.5) Do

từ trở của lõi thép rất bé, nên ®+s có trị

số khá lớn, có thể đạt tới 20%)4®\ Kết

quả trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp,

ngoài trừ sức điện động e\ do từ thông :

®, tao ra, con có các sức điện động bậc |;

ba ea khá lớn do từ thông ®g sinh ra

Do đó sức điện động tổng trong

pha e = e¡ + es sẽ có dạng nhọn đầu

(H.10.4b), nghĩa là biên độ của sức điện

Hình 10.4 Đường biểu diễn từ thông

® (a) uò sức điện động (b) của tổ móy biến dp ba pha nối Y/Y

động pha tăng lên rõ rệt Sự tăng vọt này hoàn toàn bất lợi, và có thể gây nguy hiểm như chọc thủng cách điện của dây quấn, làm hư hỏng thiết bị cách điện

đo lường và nếu trung tính nối đất, dòng điện bậc 3 sẽ gây ảnh hưởng đến đường

dây thông tin nữa

Do các lý do trên,người ta không dùng kiểu đấu dây Y/Y cho tổ máy biến

áp ba pha Tương tự như vậy cho máy biến áp ba pha 5 tru

Đối với máy biến áp ba pha 3 trụ, từ thông lạ bằng nhau và cùng chiều

275

trong 3 trụ thép tại mọi thời điểm, nên không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác được, mà chỉ có thể khép mạch qua không khí hoặc dâu làm mát, có

từ trở lớn Do vậy I3 không lớn lắm và có thể xem như ảnh hưởng không đáng

kể đến dạng sóng cơ bản, nên từ thông trong mạch từ là hình sin, nghĩa là sức điện động pha cũng là hình sin Tuy nhiên, từ thông bậc 3 sẽ gây nên những tổn hao phụ làm hiệu suất của máy biến áp giảm Do đó, phương pháp đấu Y/Y đối với máybiến áp ba pha 3 trụ cũng chỉ áp dụng cho các máy biến áp với dung lượng hạn chế từ 5600 KVA trở xuống

Trường hợp máy biến áp ba pha đấu nối AJY

Dây quấn sơ cấp nối A, nên dòng điện iọa sẽ khép kín trong tam giác đó,

như vậy dòng điện từ hóa vì có thành phần bậc 3 nên sẽ có dạng nhọn đầu, do

đó từ thông tổng và các sức điện động của dây quấn sơ cấp, thứ cấp đều có dạng hình sin Do đó sẽ không có các hiện tượng bất lợi xảy ra

Trường hợp máy biến áp ba pha đấu nối Y/A (H.10.5a)

Dây quấn sơ cấp nối Y, dòng điện từ hóa trong dây quấn sơ cấp không có thành phần bậc 3, như vậy từ thông sẽ có dạng vạt đầu, nghĩa là có thành phần điều hòa bậc 3 của từ thông, ®sy Từ thông ®ạy sẽ cảm ứng trong dây quấn thứ cấp sức điện động bậc 3 là e2; chậm pha so với lạy 90 ° Sức điện động ea2¿ tạo ra dòng điện thứ cấp ias chạy trong mạch thứ cấp nối A Vì điện kháng của dây quấn thường lớn, nên có thể xem ias chậm pha sau eaa 90 ° (H.10.5b) Dòng -dién igg sẽ sinh ra từ thông thứ cấp ®¿A (gần như trùng pha với ig3) gan nhu ngược pha với ®ạy Do đó từ thông tổng bậc 3 trong lõi thép:

Hình 10 5: Sơ đồ nối dây của máy biến áp ba phú khi nối Y/A

®ạ = ®ạy + ®ạA gần như bị triệt tiêu

Do đó ảnh hưởng của sóng bậc 3 trong mạch từ không đáng kể và sức điện động pha gần hình sin :

276

Tóm lại khi máy biến áp ba pha vận hành không tải, các cách nối dây A/Y hay Y/A đều tránh được tác hại của từ thông và sức điện động điều hòa bậc 3

10 2 MẠCH DIỆN THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để đơn giản hóa trong tính toán hệ thống điện, ngoài máy biến áp còn có các thiết bị khác như máy phát điện, khí cụ điện, đường dây v v , người ta thay các mạch điện và mạch từ của máy biến áp bằng một mạch điện tương đương gồm các điện trở và điện kháng đặc trưng cho may biến áp, gọi là mạch điện thay thế của máy biến áp

_ Để có thể nối trực tiếp mạch sơ và thứ cấp với nhau thành một mạch điện,

các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có cùng điện áp Do đó, thông thường trong máy biến áp, người ta qui đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp, nghĩa là xem dây quấn thứ cấp có vòng dây bằng dây quấn sơ cấp (Na = N¡) Muốn vậy chúng ta phải tính đến hệ số qui đổi

1 Qui đổi máy biến áp

Việc qui đổi máy biến áp chỉ với mục đích thuận tiện cho việc tính toán, chứ tuyệt nhiên không được làm thay đổi các quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong máy biến áp như công suất truyén tai, ton hao, năng lượng tích lũy trong từ trường của máy biến áp

Nếu ký hiệu tất cả các đại lượng qui đổi từ thứ cấp về sơ cấp thêm một dấu phẩy trên đầu, ví dụ như sức điện động thứ cấp qui dổi E`'¿, dòng điện thứ cấp qui đổi Ùạ

Sức điện động uà điện úp thú cấp qui đổi E'› uà U”;:

Khi qui đổi đây quấn thứ cấp về sơ cấp N› = N, nén:

Với: k = — goi lA hé s6 qui đối thứ cấp về sơ cấp

No Tương tự, điện áp thứ cấp qui đổi:

Việc qui đổi phải đảm bảo sao cho công suất thứ cấp của máy biến áp, trước

277

và sau khi qui đổi, không thay đổi, nghĩa là:

Điện trỏ, điện kháng uù tổng trỏ thứ cấp qui đổi r's, x's uồ 2s:

Khi qui đổi, vì công suất không thay đổi nên tổn hao dòng ở dây quấn thứ

2 Sơ đồ mạch điện thay thế của máy biến áp

Máy biến áp ba pha lúc làm việc với tải đối xứng,thì mọi vấn đề liên quan đều có thể xét trên một pha của máy biến áp ba pha, hay tương tự trên máy biến áp một pha Do đó các phương trình cân bằng sức điện động và sức từ động, đã khảo sát ở chương 9, đều có thể áp dụng cho máy biến áp ba pha Do

đó khi thay các đại lượng đã qui đổi của thứ cấp về dây quấn sơ cấp vào các phương trình (9.27a) (9.27b) và (9.32),ta được hệ thống phương trình:

Tổn hao sắt từ trong lõi thép, có thể biểu thị bằng tổn hao trên điện trở r„ đặt nối tiếp Xạ và có trị số:

Mạch 4 cực này biểu thị đầy đủ các hiện U

tượng trong lõi thép và liên hệ giữa các | : | dây quấn sơ và thứ cấp: Trong thực tế, #

thường Zm >> Z¡ và Z'›, nên trong

nhiều trường hợp có thể xem như

Hình 10.7: Mạch điện thay thế đơn

giản của máy biển áp

279

Zm = ®, nghĩa là Ty = 0; do đó I =— I's Như vậy máy biến áp có thể thay bằng một mạch điện đơn giản với tổng trở đẳng trị của mạch sơ cấp và thứ cấp gọi

là tổng trở ngắn mạch của máy biến áp (H.10.7):

-10.3 GIẢN ĐỒ VECTƠ CỦA MAY BIEN ÁP

Để thấy rõ được các quan hệ về trị số và góc lệch pha giữa các lượng vật _ lý trong máy biến áp như từ thông, sức điện động, dòng điện, cũng như thấy được sự biến thiên của các lượng vật lý ở các chế độ làm việc khác nhau, chúng

ta xây dựng giản đồ Vectơ của máy biến áp

H.10.8a: là giản đồ vectơ của máy biến áp trong trường hợp tải có tính chất điện cảm Giản đồ vectơ được vẽ dựa trên các phương trình cân bằng sức điện động và sức từ động

280