Tài liệu Chương VI: Máy biến áp một pha pptx

Các đại lượng và thông số liên quan đến phía thứ cấp hay dây quấn thứ cấp ghi chỉ số 2 : số vòng dây thứ cấp w„.. [V] là điện áp hoạt động định mức của dây quãn sơ cấp máy biến áp Điện

CHUONG 6 & 7

CHUONG VI MAY BIEN ÁP MOT PHA

Giới thiệu chung về máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyên lý

dùng để 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

> Máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối

năng lượng chứ không biến đổi năng lượng

Máy biến áp gồm hai hay nhiều cuộn dây

liên hệ với nhau bởi từ thông móc vòng:

- Cuộn dây nối vào nguồn điện gọi là

cong suat so cap P,

Các đại lượng và thông số liên quan đến phía thứ cấp hay dây quấn thứ cấp ghi chỉ số 2 : số vòng dây thứ cấp w„ điện áp thứ cấp U, dòng điện thứ cấp

L; công suất thứ cấp P;

Máy biếnáp _ _—_ khiU;<U;

Ký hiệu máy biến áp trong các sơ đồ điện:

TAI LIEU KTD 1

CHUONG 6 & 7

Các đai lương dinh mifc

Điện áp sơ cấp định mức U,„ [V] là điện áp hoạt động

định mức của dây quãn sơ cấp máy biến áp

Điện áp thứ cấp định mức U;„ [V] là điện áp của dây quấn thứ cấp

khi máy biến áp và điện áp đặt vào sơ cấp là định mức

Đổi với máy biên ap ba pha điện ấp định mức là

Dòng điện sơ cấp định mức I,„ [A] và dòng điện thứ cấp định mức

Lz, [A] la dòng điện trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy

Đối với máy biến ba pha dòng điện định mức là

Công suất dịnh mức của máy biến áp S„ [VA] là công suất toàn

Tần số định mức f [Hz] thường là 50 hay 60Hz

Các đại lượng khác như số pha sơ đồ nối dây điện áp ngắn

mạch chế độ làm việc

TAI LIEU KTD 1

Lði thép dẫn từ thông chính trong máy

khung để đặt dây quấn được làm từ những

lá thép kỷ thuật điện (dày 0.35mmm hoặc

0.5mm, hai mặt có sơn cách điện)

Lði thép gồm có trụ để đặt dây quấn và

gông dùng để khép kín mạch từ giữa các tru

Dây quấn máy biến áp bằng

đồng hoặc nhôm được bọc cách

May bién ap kiểu bọc, ¥ NET ° Dây quân xen kê

Võ máy biến áp bằng thép bao bọc

và bảo vệ dây quấn và lði thép

TBD-XTD1-nxcucag-V1-5-05

TAI LIEU KTD 1

CHUONG 6 & 7

Nguyên ly hoạt động của máy biến ấp

Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp

w, và w; : số vòng dây của dây quấn

sơ cấp và thứ cấp

Z, : tổng trở tải

u¡ đặt vào dây quấn sơ cấp dòng điện sơ cấp ¡¡ sức từ déng i,w,

> từ thông chính ® móc vòng qua cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp

® Khi máy biến áp không tải: @ do dòng điện

chạy trong dây quấn sơ cấp sinh ra

jow ¡Ú E = J (21; Ó (các đai lương điên được quy trđc lẫy các giả trí hiệu dụng

Eị =— 42 2 J2 2 cấc giá trị từ trường quy ước lẫy các giá trị biên đồ)

Nếu bỏ qua điện trở và từ thông tản dây quấn sơ cấp

phương trình cân bằng điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

- - owed _ow,d (chon chiéu dién ap va dién déng

U, =-E, = j— ⁄2 U,=£,=-J J5 : và dòng điện như trên sơ đồ)

do tổn hao trong lði thép dòng điện không tải L sớm pha lạ

hơn so với từ thông ở góc ơ gọi là _x# la ;

lox

Dòng điện không tải I gồm:

I, tạo nên từ thông và cùng chiêu với từ thông

I, > bi tổn hao trong lõi thép và vuông góc với từ thông

Thường I„ < 10%I, nên ta có thể xem I =I_

I, = (0.5% + 10% )1

Công suất tổn hao không tải

ldm

Công suất ton hao khéng tai P, cia MBA 18 céng suat nguén dién

cung cap cho MBA hoat déng 6 ché dé

- Một phần lớn từ thông khép kín trong lõi

thép móc vòng qua cả hai dây quấn sơ cấp

động dây quấn sơ cấp hoặc thứ cấp

sinh ra chỉ móc vòng qua chính cuộn

dây đó và khép kín qua các vật liệu

phi từ tính - gọi là

Từ thông tải ÿ„¡ và $„; chỉ móc vòng riêng lẻ qua dây quấn sơ cấp

và thứ cấp nên có từ thông tản móc vòng sơ cấp và thứ cấp tương ứng như sau:

Wo — Mì l 0

w„¡ do dòng điện sơ cap i, gây ra

w„› do dòng điện thứ cấp ¡; gây ra Plea dad

> điện cảm tần của dây quấn sơ cấp và thứ cấp: nh¿

— Wo V „3

Le, ~~ i, Tà; = i,

Vì từ thông tản khép mạch qua các vật liệu phi từ tính có độ dẫn từ kém

> từ thông tản rất nhỏ so với từ thông chính

> dién cam tan L,, va L,, vao dong dién so cap i, va i,

C51 — — dt a Le, dt C52 —— dt a —È„; dt CHE DO TAI CUA BIEN AP

U; = —E, + (7; + IX VM, = —E, + “1ñ x, =@L,: dién khang tân dây quấn sơ cấp

: NĨ " mi x, = @L_,: dién khang tan day quấn thứ cấp

>= + —{Ƒ“ + X — — , we 2 a a ¬ wf

U, E, ( 2 TJX )1 1; “ Z, =r, + Jx,: tong trợ day quan sd cap

Z, =r, + jx,: tong trở dây quấn thứ cấp

Ơ chế độ không tải từ thông chính ¿ do sinh ra

Ơ chế độ tải từ thông chính $ do sức từ động sinh ra

Sơ đồ thay thế của máy biến áp

Hệ phương trình hay mô hình toán học mô tả máy biến áp

Ũ =-k +(ï¡ + )ñ

4Ú = E; —(r› + jA;)1;

A =I, +(-J,)

> Sơ đồ thay thế của MBA gồm các đặc trưng

cho mạch điện và mạch từ của MBA

Do sức điện động dây quấn sơ cấp và thứ cấp khác nhau để nối mạch

sơ cấp và thứ cấp với nhau thành một mạch chung thì hai dây quấn

phải có sức điện động, nghĩa là có số vòng dây

> Quy đổi dây quấn thứ cấp và các đại lượng thứ cấp về sơ cấp

hoặc ngược lại thông qua một

SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA BIẾN ÁP

TAI LIEU KTD 1

CHUONG 6 & 7

Điều kiện quy đổi: các qua trinh vat ly và năng lượng trong máy biến

áp không bị thay đổi

® hảo sắt trường hơp guy đổi cac dai luong may biến ấp thứ cấp về sơ cấp

Điện trở tà điện kháng thứ cấp quy đổi?

Điều kiện quy đổi : Công suất dây quấn thứ cấp và

dây quấn thứ cấp không đổi

Z;.= — _ tổng trở dây quấn thứ cấp guy đổi

z= tổng trở tải quy đổi

TAI LIEU KTD 1

(-E,) là điện áp rơi trên nhánh từ hóa có tổng

trở Z„ đặc trưng cho từ thông chính và tổn

hao sắt từ

“+ =1„ * JX„ tổng trở từ hóa đặc trưng cho mach từ

r= a m điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ

0

X„ :là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính $

Nhánh từ hóa gồm 2 phần tử nối tiếp r„ và x„ có thể biến đổi tương đương

thành nhánh từ hóa gồm 2 phần tử song song R,, va X,,

Thông thường tổng trở từ hóa dong dién I, ta có thể

nhánh từ hóa và có sơ đồ thay thế gần đúng

f„ =f¡ +r`; là điện trở ngắn mạch của máy biến áp n—

X;=X¡ +X'; là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp

CHUONG 6 & 7

Xác định các thông số của máy biến áp

Các điện trở và điện kháng trong sơ đồ thay thế của máy biến áp

có thể được xác định bằng thí nghiệm hoặc tính toán từ các thông

số hình học và các đặc trưng của mạch từ dây quấn máy biến áp

[L1 Các số liệu thí nghiệm: lạ, Py , U,, Us : :

Sơ đồ thay thế MBA ở chế độ không tải ?

Điện trở không tải: lạ =i +1, =—

thường rạ>>I, HÊNH: I„ + Tạ m

Dùng bộ điều chỉnh điện áp tăng dần điện áp đặt vào dây quấn sơ

cấp tới giá trị U, sao cho dòng điện trong các dây quấn

U, : được gọi là điện áp

U¿=(3% + 10% )U¡z„

Thí nghiệm ngắn mạch

Sơ đồ thay thế của MBA ở chế độ ngắn mạch ?

Do U, nhỏ > từ thông $ > dòng điện từ hóa I_

Dién khang ngan mach Xa =V“¿ T1

Để tính các điện trở và điện kháng trong sơ đồ thay thế máy biến

áp người ta thường sử dụng thêm quan hệ gần đúng trong thực tế

U,„ =f,lz„ : là thành phan tác dụng của điện áp ngắn mạch

U, = Xie : là thành phân phản kháng của điện áp

Điện áp ngắn mạch thường được tính bằng phần trăm so với điện áp định mức

CHUONG 6 & 7

Các đặc điểm vận hành của máy biến áp

Giản đồ năng lượng của máy biến áp khi vận hành ở chế độ tải

S,=P, + jQ,

Pour +10;

Công suất máy biến áp nhận được từ nguồn điện S, =P, +jQ,

P,=U,l,cosọ, công suất tác dụng

Q,=U,I,sinọ, công suất phản kháng

Ở phía sơ cấp một phần công suất tác dụng và phần kháng

bị triều hao hoặc được sử dụng trên dây quấn sơ cấp Pout * Jt

Peui= : CS tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp

dị = : CS phần kháng tạo từ trường tản dây quấn sơ cấp

Giản đồ năng lượng của máy biến áp khi vận hành ở chế độ tải

S,=P, + jQ,

Wl

Poy: tJQ, Peet Id,

Ở phía sơ cấp một phần khác của công suất tác dung va

Dp = : công suất ton hao trong 16i thép

din = : công suất phần kháng tạo từ trường chính trong lõi thép

Giần đồ năng lượng của máy biến áp khi vận hành ở chế độ tải

cur ti; Peet J,

Phần còn lại chính là công suất tác dụng

ˆ + ^ ` we - ở S — P +

va phan kháng truyền từ sơ cấp qua thứ cấp MBA at = Pa + JQa

Pa = HT Pow — Pre = Ex1, 008 0, =

Q„ = Ở; — đc„ — đ„ = È;1; sim Ø, =

y, =(1,,U,) =(1,,U,) = he so cong suat tai

O phia thứ cấp một phần công suất

điện từ bị tiêu hao trên dây quấn thứ cấp Pcu2 + J42

D„„› = L;L° : CS tổn hao trên điện trở dây quấn thứ cấp

q, =x,I,?: CS phan kháng tạo từ trường tản dây quấn thứ cấp

Giản đồ năng lượng của máy biến áp khi vận hành ở chế độ tải

S,=P, + jQ, Sor = Pot IQs, Sz =P, + jQ,

Pous + ja, Đzẹ* iq, Peyo + jq,

Công suất tác dụng và phần kháng ở đầu ra máy biếnáp S,=P,+jQ, P,=P„—D¿„¿=_ ——— công suất tác dụng cung cấp cho tải

Q;=Q — q;= công suất phần kháng cung cấp cho tải

Hiệu suất máy biến áp

wee ee ewe P, _ oP

Dinh nghia hiéu suat may bién ap n= Pp hoặc %= 5 100

1 1

Tính hiệu suất của máy biến áp họat động ở hệ số tải B và hệ số

công suất tải cos@,

Nếu cos @;=const thì hiệu suất sẽ cực đại khi:

CHUONG 6 & 7

Sự thay đổi điện áp của máy biến áp

Nếu xem dây quấn sơ cấp máy biến áp nối vào nguồn điện có công suất vô

cùng lớn thì :

U, =U,,,, = const

Khi máy biến áp hoạt động ở chế độ không tải thì điện áp dây quấn thứ cấp:

U, = U2, = Usan

Khi MBA hoạt động 6 ché d6 tai thi U, < U,,,, va phu thuộc vào tải do điện

áp tơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp

Độ biến thiên điện áp thứ cấp AU:

UV sam -U, — BU, COS My + U ny SIN Pp)

AU 5% = B(U„„ cos, +U,, sings) 100

Ù tam

AU ,% ~ B(U,„„%cos@› + Ư, „%sin @›)

TAI LIEU KTD 1

sin @„ >0: khi dòng điện

sin @„ <0: khi dòng điện

> AU,% phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải

AUz%

100 U; =U;z„> —AU¿ =Ũ„„(?— )

Đặc tính ngoài của máy biến áp

Sự thay đổi điện áp của máy biến áp

U;„„-U kÙ;›„„ - kU U,,,, -U

CHUONG 6 & 7

CHUONG VII MAY BIEN AP 3 PHA

Mạch từ của máy biến áp ba pha

Mạch từ của MBA 3 pha

Đối với máy biến áp ba pha, có hai loại hệ thống mạch từ:

hưởng đến tình trạng làm việc của máy biến

áp: máy biến áp ba pha có hệ thống mạch từ

chung

CHUONG 6 & 7

Mach ti’ cua MBA 3 pha

Hệ thống mạch từ chung

Thường bố trí ba trụ còn lại nằm trong cùng mặt phẳng

Kết cấu lõi sắt không đối xứng: trụ giữa mạch từ ngắn hơn

> dòng điện từ hóa của ba pha

I, <<I,, sự không đối xứng này ảnh hưởng không đáng kể đến sự

làm việc bình thường của máy biến áp

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Thường I„ < 10%I, nên ta có thể xem I_=TI_

> I, la dong ty hoa lði thép quan hệ ®([I,_)

cùng chính là quan hệ

®(0%) là hàm sin, nhưng do tính chất bảo

hòa của mạch từ, ¡_ có dạng nhọn đầu và io

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

1 (@t) trùng pha với ®(@t) là hàm tuần hoàn không 2

sin có dạng nhọn đầu nên được phân tích chuối °

Fourrier thành sóng hài cơ bản bậc l1 và các sóng |

Dong dién bac ba trong cac pha

loap = loam sin 3| ct — =) = loam sin 3at

lo3c = | 03m Sin 3| ot — 4 = 193m Sin Set

CHUONG 6 & 7

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Trường hợp máy biến áp nối Y/Y không có dây trung tính

Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần

dòng điện bậc 3 không tồn tại

> Dòng điện từ hóa có dạng hình sin

nghĩa là xuất hiện thành phần -1,3 xếp

chồng lên dòng ¡_ nhọn đầu có thành phần i,,

> Dong điện -¡ ; sinh ra từ thông ®, xếp chồng

lên từ thông ®, có dang sin

> từ thông ® = ®,+ @®; có dạng vạt đầu

®; Je,

Oe,

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Trường hợp máy biến áp nối Y/Y không có dây trung tính

Đối với tổ máy biến áp ba pha riêng biệt, ® khép kín qua

mạch từ riêng lẽ từng pha như ®,

e; khá lớn (có thể đạt tới 20%)

> biên độ của sức điện động pha tăng lên 16 rệt

> có thể gây nguy hiểm như chọc thủng cách điện của dây

quấn

không dùng kiểu đấu dây Y/Y cho tổ máy biến áp ba pha

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Trường hợp máy biến áp nối Y/Y không có dây trung tính

Đối với máy biến áp ba pha 3 trụ, từ thông ®; bằng nhau và

cùng chiều 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 dầu làm mát có từ trở lớn

>9ở ; không lớn lắm

> O sin, e sin

Tuy nhiên từ thông bậc 3 sẽ gây nên những tổn hao phụ làm

hiệu suất của máy biến áp giảm

CHUONG 6 & 7

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Trường hợp máy biến áp nối A/Y hay A/A

Dây quấn sơ cấp nối A > ¡ › khép kín trong

tam giác đó ¡_ có dạng nhọn đầu> ®,e

dạng hình sin

Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép

Trường hợp máy biến áp nối Y/ A

Dây quấn sơ cấp nối Y