Tiểu Luận Môn Học Đề tài:GHÉP MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG ,GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MÁY BIẾN ÁP 3 DÂY QUẤN

CÓ KÈM FILE PP CHO THUYẾT TRÌNH Trên thực tế khi công suất phụ tải sử dụng quá lớn, 1 máy biến áp không thể cung cấp đủ công suất phụ tải người ta sẽ ghép 2 máy biến áp song song để cung cấp được công suất lớn hơn. Giới hạn về vị trí không gian lắp đặt. Trong các dự án nhà cao tầng, máy biến áp thường được bố trí ở tầng hầm 1. Khi bị giới hạn về không gian lắp đặt việc sử dụng 2 máy biến áp vận hành song song có kích thước nhỏ hơn cũng là 1 giải pháp. Các dự án cải tạo, nâng cấp. Theo thời gian các phụ tải sử dụng có xu hướng gia tăng, khi đó việc ghép thêm 1 máy biến áp để vận hành song song sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với trường hợp bỏ máy biến áp cũ và trang bị 1 máy biến áp mới có công suất lớn hơn. Các dự án yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao, sử dụng máy biến áp song song giúp tăng thêm độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải khi xảy ra sự cố hỏng hóc, hoặc bảo dưỡng máy biến áp. Trong quá trình làm việc của ghép 2 máy biến áp song song, nếu một máy biến áp hỏng cần bảo dưỡng, sửa chữa thì máy còn lại vẫn có thể hoạt động đảm bảo độ tin cậy khi cung cấp điên cho nơi cần tiêu thụ.

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Tiểu Luận Môn Học

Đề tài: - GHÉP MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG

- GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

- MÁY BIẾN ÁP 3 DÂY QUẤN

GVHD: ThS Biện Văn Khuê Môn học: Máy điện

Thành viên nhóm:

- Dương Thái Duy (DH18TD)

- Nguyễn Ngọc Tú (DH18TD)

- Công Minh Hiếu (DH18TD)

BÀ RỊA, Ngày 17 Tháng 4 Năm 2020

MỤC LỤC

PHẦN I MÁY BIẾN ÁP 3

1 Khi nào cần ghép 2 máy biến áp song song? 3

2 Điều kiện máy biến áp làm việc song song: 3

2.1 Điều kiện cùng tổ nối dây: 3

2.2 Cùng tỉ số máy biến áp: 4

2.3 Điện áp ngắn mạch các máy biến áp giống nhau (trở kháng ngắn mạch giống nhau): 4

3 Các thao tác vận hành của 2 máy biến áp song song 6

4 Ngắt một máy để sửa chữa hoặc vận hành luân phiên: 7

5 Các phương án đáp ứng nhu cầu: 7

6 Tác dụng khi ghép máy biến áp song song 7

PHẦN II GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 8

1 Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s < 1): 8

a Giản đồ năng lượng: 8

b Đồ thị vectơ: 9

2 Máy làm việc ở chế độ máy phát ( −∞<s<0 ): 10

a Giản đồ năng lượng: 10

b Đồ thị vectơ: 11

3 Máy làm việc ở chế độ hãm điện từ (1 < s < + ∞ ): 11

PHẦN III MÁY BIẾN ÁP BA DÂY QUẤN 13

1 Cấu tạo máy biến áp ba dây quấn 13

2 Ưu và nhược điểm 14

2.1 Ưu điểm của máy biến áp 3 pha cuộn 3 dây 14

2.2 Nhược điểm của máy biến áp 3 pha cuộn 3 dây 14

3 Phương trình cơ bản, sơ đồ thay thế, đồ thị vectơ 15

4 Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ba dây quấn 16

a Dây quấn 1 và 2: 16

b Dây quấn 1 và 3: 17

PHẦN I MÁY BIẾN ÁP

1 Khi nào cần ghép 2 máy biến áp song song?

Trên thực tế khi công suất phụ tải sử dụng quá lớn, 1 máy biến áp không thể cung cấp đủ công suất phụ tải người ta sẽ ghép 2 máy biến áp song song để cung cấp được công suất lớn hơn

Giới hạn về vị trí không gian lắp đặt Trong các dự án nhà cao tầng, máy biến áp thường được bố trí ở tầng hầm 1 Khi bị giới hạn về không gian lắp đặt việc sử dụng 2 máy biến áp vận hành song song có kích thước nhỏ hơn cũng là 1 giải pháp

Các dự án cải tạo, nâng cấp Theo thời gian các phụ tải sử dụng có xu hướng gia tăng, khi đó việc ghép thêm 1 máy biến áp để vận hành song song sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với trường hợp bỏ máy biến áp cũ và trang bị 1 máy biến áp mới có công suất lớn hơn

Các dự án yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao, sử dụng máy biến áp song song giúp tăng thêm độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải khi xảy ra sự

cố hỏng hóc, hoặc bảo dưỡng máy biến áp Trong quá trình làm việc của ghép 2 máy biến áp song song, nếu một máy biến áp hỏng cần bảo dưỡng, sửa chữa thì máy còn lại vẫn có thể hoạt động đảm bảo độ tin cậy khi cung cấp điên cho nơi cần tiêu thụ

2 Điều kiện máy biến áp làm việc song song:

- Điều kiện để các máy biến áp làm việc song song tối ưu nhất cần bảo đảm các điều kiện sau:

o Cùng tổ nối dây

o Cùng điện áp và tỉ số máy biến áp

o Cùng điện áp ngắn mạch (hoặc cùng điện kháng ngắn mạch)

2.1 Điều kiện cùng tổ nối dây:

Các máy biến áp làm việc song song phải cùng tổ nối dây nhằm đảm bảo điện áp thứ cấp sẽ cùng pha nhau Nếu khác tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ lệch pha nhau, sự lệch pha này phụ thuộc tổ nối dây

Ví dụ: Nối hai máy biến áp làm việc song song: Máy I có tổ nối dây Y/

-11 và máy II tổ nối dây Y/Y-12 Thì điện áp thứ cấp của hai máy biến áp sẽ lệch pha nhau 300

Khi đó trong mạch nối liền các dây quấn thứ cấp sẽ xuất hiện một dòng điện Icb chạy quẩn trong máy biến áp gây tổn hao công suất có thể làm phá hỏng máy biến áp

Tóm lại các máy biến áp làm việc song song phải cùng tổ nối dây nhằm đảm bảo điện áp thứ cấp sẽ cùng pha nhau để hạn chế dòng tổn hao không cần thiết.

2.2 Cùng tỉ số máy biến áp:

Điều kiện thứ 2 cần xem xét khi vận hành máy biến áp song song là 2 máy biến áp phải có cùng tỉ số biến điện áp: k1 = k2

Trong đó:

k1: Hệ số máy biến áp thứ nhất

k2: Hệ số máy biến áp thứ hai

Khi đó điện áp sơ cấp 2 máy biến áp sẽ bằng nhau

Nếu các máy biến áp kết nối song song có tỷ lệ điện áp hơi khác nhau sẽ gây ra một suất điện động (emfs) trong cuộn dây thứ cấp Kết quả là sẽ làm xuất hiện dòng điện chạy các cuộn dây thứ cấp Tỉ lệ điện áp giữa các máy biến áp càng khác nhau thì giá trị dòng điện này càng lớn (có thể lớn hơn nhiều so với dòng không tải mặc định của máy biến áp) Vì trở kháng nội của máy biến áp là khá nhỏ nên chỉ một sự khác biệt điện áp nhỏ cũng có thể gây ra dòng điện đủ cao gây ra tổn thất I2R không cần thiết

Trong thực tế hệ số máy biến áp cho phép lệch nhau không quá 0.5%

2.3 Điện áp ngắn mạch các máy biến áp giống nhau (trở kháng ngắn mạch giống nhau):

Tại sao các máy biến áp phải cùng trở kháng và tỉ số X/R?

Khi hai máy biến áp có trở kháng tương tự nhau được kết nối song song chúng sẽ chia sẻ khả năng cung cấp công suất cho phụ tải Trong trường hợp này tải đặt lên mỗi máy biến áp hầu như giống nhau

Mặc dù 2 máy biến áp có thể cùng giá trị Z nhưng sự khác nhau về tỷ số giữa X/R giữa 2 máy biến áp sẽ dẫn đến dòng điện trong cuộn sơ cấp của 2 máy biến áp vận hành song song có góc pha khác nhau Kết quả là một máy biến áp

sẽ làm việc với hệ số công suất cao hơn và một máy biến áp khác có hệ số công suất thấp hơn => Công suất tổng khi vận hành không chia đều cho 2 máy

Tóm lại trong trường hợp này:

Dòng điện được chia sẻ bởi hai máy biến áp vận hành song song tỉ lệ thuận với công suất định mức của máy biến áp (Máy biến áp có công suất càng lớn => dòng điện chạy trong mỗi máy càng lơn)

Khả năng mang tải của các máy biến áp này tỷ lệ nghịch với trở kháng trong của chúng (Trở kháng trong càng lớn => dòng điện chạy trong máy biến

áp càng nhỏ)

Để tính toán nhanh phân chia công suất trên các máy biến áp khi vận hành song song các bạn có thể thêm tham khảo tài liệu “Loading Considerations when Paralleling Transformers” của schneider Trong tài liệu này họ đã chỉ ra phân bố công suất trên 2 máy biến áp sẽ theo phương trình (5) và (6) bên dưới:

Trong đó:

Z1: % trở kháng của máy biến áp 1

Z2: % trở kháng của máy biến áp 2

KVA1: công suất định mức của máy biến áp 1

KVA2: công suất định mức của máy biến áp 2

KVAL: công suất tổng của tải

Lưu ý: Các phương trình trên chỉ tính đúng về số học khi tỷ số X/R của các máy biến áp bằng nhau.

a) Ví dụ tính toán trường hợp cùng %Z, cùng tỉ số X/R và cùng công suất định mức:

Kết nối 2 máy biến áp song song, mỗi máy có công suất 2000KVA, % trở kháng máy biến áp là 5.75% tới 1 tải 4000KVA Khi đó mỗi máy biến áp chịu tải bao nhiêu?

Thay các giá trị đã cho vào (5) và (6) ở trên ta có:

KVA1 = KVA2 = 348/(348 + 348) x 4000 kVA = 2000 kVA

Như vậy là khi 2 máy biến áp có cùng %Z và cùng tỉ số X/R, cùng công suất định mức, tải sẽ phân bố đều lên 2 máy biến áp.

b) Ví dụ tính toán trường hợp cùng %Z, cùng tỉ số X/R nhưng khác công suất định mức

Kết nối 2 máy biến áp song song, máy thứ nhất có công suất 3000kVA, máy thứ

2 có công suất 1000kVA % trở kháng mỗi máy biến áp là 5.75%

Kết nối 2 máy tới 1 tải 4000KVA Khi đó mỗi máy biến áp chịu tải bao nhiêu? Thay các giá trị đã cho vào (5) và (6) ở trên ta có:

kVA1 = 522/(522 + 174) x 4000 = 3000 kVA kVA2 = 174/(522 + 174) x 4000 = 1000 kVA

Như vậy mặc dù 2 máy biến áp có công suất định mức khác nhau nhưng nếu có cùng %Z, cùng tỉ số X/R thì phân phối tải trên mỗi máy biến áp bằng chính công suất định mức của mỗi máy.

c) Trường hợp các máy biến áp cùng trở kháng nhưng khác tỉ số X/R: Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế, khi các dự án bị giới hạn về ngân sách đầu tư Lúc này việc mua một máy biến áp mới với các thông số tương tự trở thành điều xa xỉ Trong trường hợp này điều gì sẽ xảy ra nếu chúng

ta cố gắng vận hành 2 máy biến áp có cùng trở kháng nhưng khác tỉ số X/R

Dòng điện chạy qua mỗi MBA tỉ lệ nghịch với trở kháng của máy biến áp Trở kháng của máy biến áp càng nhỏ hơn thì dòng điện chạy qua càng lớn Kết quả là máy biến áp có trở kháng thấp có thể bị quá tải trong khi MBA còn lại thì lại non tải

3 Các thao tác vận hành của 2 máy biến áp song song

B1: Trước tiên đóng cầu dao ngắt phía cao thế máy biến áp 1, vận hành không tải máy biến áp 1

B2: Đóng cầu dao ngắt phía hạ thế máy biến áp 1, cung cấp công suất P1 B3: Sau đó đóng cầu dao ngắt phía cao thế máy biến áp 2, vận hành không tải máy biến áp 2

B4: Đóng cầu dao ngát phía hạ thế máy biến áp 2, cung cấp công suất P2

=>Tổng công suất cung cấp được cho tải được tính bằng: P= P1+ P2

4 Ngắt một máy để sửa chữa hoặc vận hành luân phiên:

B1: Mở cầu dao cắt phía hạ thế một trong hai máy;

B2: Tiếp tục mở cầu dao cắt phía cao thế

Công suất cung cấp bây giờ chỉ cong một nửa Chú ý việc cách ly một máy ra khỏi tải phải thực hiện theo thứ tự hạ thế trước và cao thế sao, không làm ngược lại

5 Các phương án đáp ứng nhu cầu:

Khi một trạm biến áp, muốn nâng công suất để tăng tải, trong khi không muốn thanh lý máy biến áp cũ, một là: sẽ thiết kế cung cấp máy biến áp thứ hai đáp ứng các điều kiện để vận hành song song với máy hiện tại; hai là: cải tạo hai máy biến áp để hai máy biến áp đáp ứng các điều kiện vận hành song song

6 Tác dụng khi ghép máy biến áp song song

o Phân chia tải đều giữa 2 máy biến áp, tránh trường hợp 1 máy vận hành non tải trong khi máy biến áp còn lại vận hành quá tải

o Giảm dòng điện tuần hoàn chạy trong cuộn dây của các máy biến áp

PHẦN II GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG

VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN

KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s < 1):

a Giản đồ năng lượng:

- Động cơ điện lấy công suất tác dụng từ lưới vào: P1 =m1u1l1cos ϕ1 một phần biến thành tổn hao đồng của dây quấn stator: pCu1= m1l12r1

và tổn hao sắt: pFe = m1I20rm Phần còn lại chuyển thành Pđt:

P ñt=P1−p Cu 1−p Fe=m1l2¿ 2r2¿

s

Tổn hao đồng trong rotor: pCu 2= m1l2¿ 2r2¿

còn lại chuyển thành công suất cơ ở trục động cơ:

P cô=P ñt−p Cu 2=m1Ι2¿ 2r2¿

s −m1Ι2¿ 2r2¿

=m1Ι2¿ 2

(1−s s )r2¿

Vậy:

P cô=p Cu2(1−s )

s

P cô=(1−s )P ñt

p Cu 2=sP ñt

- Khi máy quay có tổn hao cơ và tổn hao phụ pcơ và pf:

P2=P cô−p cô−P f

Như vậy, tổng tổn hao là:

∑ p= p Cu 1+p Fe+p Cu 2+p cô+p1

P2

P1=1−

∑p

P1

- Động cơ điện cũng lấy công suất phản kháng từ lưới vào: Q1= m1l12u1sin ϕ1

Pcơ

một phần nhỏ để sinh ra từ trường tản ở sơ và thứ:

q1= m1l12x1

q2= m2l¿22x2¿ phần còn lại để sinh ra từ trường ở khe hở: Qm= m1E1l1= m1l02xm

- Từ đó, ta vẽ được giản đồ năng lượng:

b Đồ thị vectơ:

Giống như máy biến áp, đồ thị vectơ của máy điện không đồng bộ được lập tương ứng với giản đồ thay thế hình T Các đồ thị được vẽ cho 1 pha của m pha với dạng rotor quy đổi về stator Φ m tạo nên E ˙1= ˙ E2¿

bằng với điện áp trên các cực của mạch từ hóa của giản đồ hình T I0 vượt trước Φ m một góc tương ứng với tổn hao sắt stator

˙

I2¿

chậm sau E ˙2¿

một góc ϕ2 :

˙

I1= ˙I0−˙I2¿

˙

U1=− ˙E

1+ ˙I1(r1+jx1)

˙

E2¿

=I2¿r2¿

s +jl 2

¿x2¿

˙

I1 chậm sau U˙1 một góc ϕ1<

π

2

Hình 3.16 Giản đồ năng lượng củađộng cơ điện không đồng bộ.

1 P

ñt P

2

2 cu P cô P

Fe P

1 cu P

2 Máy làm việc ở chế độ máy phát ( −∞<s<0 ):

a Giản đồ năng lượng:

Công suất cơ P1 đưa vào trục, trừ đi tổn hao cơ pcơ, tổn hao phụ pf Ta có công suất hiệu dụng Pcơ

Công suất cơ trừ đi pCu2 ta có Pđt Pđt trừ đi tổn hao sắt pFe và pCu1 ta có công suất điện phát ra P2

P cô=P1(p cô+p1)

P ñt=P cô−p Cu 2

P2=P ñt−(p Cu1+p Fe)

Pf



1

U

2

1 E '

E 

2

'



2

2 ' ' 

 jX

x 2

'



2

'



2



2

2 '

'





s

r

0

90 0 x

0

 0 r

2

'





1



1



1



1





1

1

 jx

1

1

r Hình 3.17: Đồ thị vectơ của động cơ điện không đồng bộ

Hình 3.18: Giản đồ năng lượng của máy phát điện không đồng bộ

cô P

1 P

ñt P

2 P

2 cu P

Fe P

cô P 1 P

1 cu P

Hiệu suất của máy phát điện: η=

P2

P1

b Đồ thị vectơ:

Khi s < 0 thì Pcô= m1l2¿ 2r2¿ (1−s)

s <0 nên máy nhận công suất cơ từ

ngoài vào, ta có:

tgψ2= x2¿

r2¿

/ s =

sx¿2

r2¿ <0

Nên góc ψ 2 giữa s.đ.đ E2 và dòng điện I2 nằm trong khoảng 900 < ψ 2

<1800

Từ đồ thị véc tơ ta thấy j1 > 900, do đó P1 =m1U1l1cos ϕ1<0 nên máy phát công suất tác dụng vào lưới

2

2 '

'



 s r

2

2 ' ' 

 jX

1

 ' 2

r 0



x 0



0



2



1



1



1





1

1

r  jx 11

2

'



x

2

'



r

2

'





1

U

2

1 E '

E 

Hình 3.19 Đồ thị vectơ của máy

phát điện không đồng bộ:

3 Máy làm việc ở chế độ hãm điện từ (1 < s < + ∞ ):

Đồ thị véc tơ (a), giản đồ năng lượng (b) của máy điện không đồng bộ ở chế độ hãm điện từ

Khi s >1 thì công suất cơ: Pcô= m1l2¿ 2r2¿ (1−s)

s <0 , máy lấy công suất cơ từ ngoài

vào P ñt=m1l2¿ 2r2¿

s>0 , máy lấy công suất điện Tất cả công suất cơ và công

suất điện điện lấy từ ngoài vào đều biến thành tổn hao đồng trên mạch rotor

2

2 '

'





s

r

2

'



2

2 '

' 

 jX

2



1





1

1

r

1

1

 jx



2

'



1



0



0

90

1



1



1

U

PHẦN III MÁY BIẾN ÁP BA DÂY QUẤN

1 Máy biến áp ba dây quấn là gì và cấu tạo

Máy biến áp (máy biến thế) 3 pha cuộn 3 dây là dùng để biến đổi dòng diện xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác mà vẫn giữ nguyên tần số

Là loại thiết bị điện từ tĩnh, dùng để biến đổi dòng diện xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác mà vẫn giữ nguyên tần số

Cấu tạo máy biến áp 3 pha cuộn 3 dây

Loại máy này được cấu tạo bởi:

Lõi thép: có 3 trụ để dây quấn và gông từ khép kín mạch từ Và được làm bằng những tấm lá thép kỹ thuật điện, 2 mặt phủ sơn cách điện và ghép lại thành hình trụ

Dây cuốn: có 9 dây quấn bằng đồng, được bọc cách điện và quấn quanh trụ Mba ba dây quấn là mba có một dây quấn sơ và hai dây quấn thứ, dùng để cung cấp điện cho các lưới điện có điện áp khác nhau, ứng với các tỉ số biến đổi

2 Ưu và nhược điểm

- Giá thành sản xuất rẻ hơn máy biến áp cuộn 2 dây

- Mặt bằng chiếm chỗ nhỏ hơn

- Liên tục truyền tải năng lượng từ dây quấn sơ sang hai dây quấn thứ hoặc truyền từ dây quấn thứ này sang dây quấn thứ khác

- Tổn thất năng lượng bé hơn máy biến áp cuộn 2 dây khoảng hai lần

- Độ tin cậy của máy biến áp 3 dây quấn bé hơn máy biến áp 2 dây quấn

- Việc bố trí đầu ra của máy biến áp cuộn 3 dây phức tạp hơn máy biến áp cuộn

2 dây

- Máy biến áp ba dây quấn được chế tạo theo kiểu tổ máy biến áp ba pha hoặc máy biến áp ba pha ba trụ, ở mỗi pha đặt ba dây quấn

- Tiêu chuẩn tổ nối dây máy biến áp 3 dây quấn Y0/Y0/Δ -12-11 và tổ máy biến 3pha hay mba 3pha ba trụ Y0/Δ/Δ -11-11

Theo qui định tiêu chuẩn về công suất chế tạo mba 3 dây quấn:

3 Phương trình cơ bản, sơ đồ thay thế, đồ thị vectơ

Quá trình điện từ trong mba 3 dây quấn được mô tả mhư mba 2 dây quấn, tất cả các đại lượng của hai dây quấn thứ cấp 2, 3 quy đổi về số vòng của dây quấn sơ cấp:

Dòng từ hóa mba 3 dây quấn rất nhỏ được xác định:

Sđđ hỗ cảm :

Sđđ tản trong mỗi dây quấn:

Dòng cân bằng hỗ cảm:

Điện kháng : x1, x2’, x3 ’ - điện kháng tản tương đương của dây quấn, được tìm thấy khi có tính đến ảnh hưởng của các dây quấn khác (Ngẫu hợp từ thông tản)

Phương trình cân bằng điện áp của mba ba dây quấn:

Sơ đồ thay thế:

4 Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ba dây quấn.

a Dây quấn 1 và 2:

Trong đó:

b Dây quấn 1 và 3:

Trong đó: