ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA PHỤC VỤ CHO THÍ NGHIỆM

Thiết kế và thi công máy biến áp ba pha phục vụ cho thí nghiệm. Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2: Đại cương về máy biến áp ba pha. Chương 3: Tính toán máy biến áp ba pha. Chương 4: Thi công máy biến áp ba pha. Chương 5: Vận hành. Chương 6: Kết luận. Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, nền kinh tế ngày càng phát triển theo hướng công nghiệp. Trong sự phát triển chung đó, ngành sản xuất điện năng nói chung và nghành điện công nghiệp nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống và sản xuất. Nó là một trong những nguồn lực để thúc đẩy các ngành kinh tế khác phát triển. Để ngành Điện công nghiệp phát huy được tiềm năng và thế mạnh, đòi hỏi phải có những người thợ giỏi nắm vững lý thuyết, có trình độ chuyên môn cùng với kinh nghiệm thực tế. Đối với những sinh viên ngành điện ngoài việc học tập, tham khảo sách báo cần phải có sự va chạm với thực tế cộng với tinh thần say mê học hỏi rèn luyện, yêu nghề thì mới phát huy tính sáng tạo trong công việc.

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ



BIẾN ÁP BA PHA PHỤC VỤ CHO THÍ NGHIỆM

GVHD: CHIÊM TRỌNG HIỂN SVTH: ĐÀO DUY KHƯƠNG MSSV: 2002180210

LỚP: 09DHDT3

TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2020

KHOA: CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: ĐÀO DUY KHƯƠNG

MSSV: 2002180210 LỚP: 09DHDT3

1 Đầu đề đồ án: Thiết kế và thi công máy biến áp ba pha phục vụ cho thí nghiệm

2 Nhiệm vụ: (Yêu cầu về nội dung)

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Đại cương về máy biến áp ba pha

Chương 3: Tính toán máy biến áp ba pha

Chương 4: Thi công máy biến áp ba pha

Chương 5: Vận hành

Chương 6: Kết luận

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: / /2020

4 Ngày nộp đồ án: / /2020

TP.Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm 2020

Trưởng khoa Trưởng bộ môn Giảng viên hướng dẫn

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PHIẾU ĐĂNG KÝ

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 2

Hệ: ĐH

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài

Đào Duy Khương MSSV: 2002180210 Lớp: 09DHDT3

Ngành : Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử

Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật điện

2 Tên đề tài đăng ký : Thiết kế và thi công máy biến áp ba pha phục vụ cho thí

nghiệm

3 Giảng viên hướng dẫn: Chiêm Trọng Hiển

Sinh viên đã hiểu rõ yêu cầu của đề tài và cam kết thực hiện đề tài theo tiến

độ và hoàn thành đúng thời hạn

Ý kiến giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TPHCM, ngày… tháng… năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TPHCM, ngày… tháng… năm 2020

Giáo viên phản biện

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, nền kinh tếngày càng phát triển theo hướng công nghiệp Trong sự phát triển chung đó, ngànhsản xuất điện năng nói chung và nghành điện công nghiệp nói riêng đóng vai tròhết sức quan trọng trong đời sống và sản xuất Nó là một trong những nguồn lực đểthúc đẩy các ngành kinh tế khác phát triển Để ngành Điện công nghiệp phát huyđược tiềm năng và thế mạnh, đòi hỏi phải có những người thợ giỏi nắm vững lýthuyết, có trình độ chuyên môn cùng với kinh nghiệm thực tế Đối với những sinhviên ngành điện ngoài việc học tập, tham khảo sách báo cần phải có sự va chạm vớithực tế cộng với tinh thần say mê học hỏi rèn luyện, yêu nghề thì mới phát huy tínhsáng tạo trong công việc

Như chúng ta đã biết, đối với sự phát triển nền kinh tế hiện nay, có rất nhiềunhà máy, xí nghiệp được xây dựng với những yêu cầu ngày càng cao Do vậy,nguồn năng lượng điện cũng phải phát triển để đáp ứng nhu cầu cho người tiêudùng, bên cạnh đó có nhiều máy móc, thiết bị điện mới ra đời sử dụng nhiều mứcđiện áp khác nhau.Vì vậy, chúng em chọn đề tài thiết kế và thi công bộ nguồn chobảng thí nghiệm động cơ, máy phát cho phòng thực hành máy điện để học hỏi thuthập thêm kinh nghiệm và rèn luyện tay nghề

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12, 2020 Sinh viên thực hiện đề tài:

Đào Duy Khương

LỜI CẢM ƠN

Qua 3 năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Công Nghiệp ThựcPhẩm TP HCM, chúng em đã tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích không nhữngtrong học tập mà còn là những kinh nghiệm trong cuộc sống để chúng em có thểvươn xa hơn, cao hơn trong tương lai

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường và lời cảm ơnsâu sắc đến tất cả quý thầy cô Khoa Điện – Điện tử đã tạo đầy đủ mọi điều kiện chochúng em được học tập để có kiến thức và được thực tập để có kinh nghiệm giúpích rất nhiều cho bản thân chúng em và cả tương lai sau này

Chúng em cũng xin chân thành gửi lới cảm ơn đến các thầy cô giáo bộ mônĐiện Công Nghiệp đã tận tình giảng dạy và trang bị đầy đủ các kiến thức cơ bảncũng như bổ sung các kiến thức mới lạ hấp dẫn trong việc học của chúng em

Nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Điện công nghiệp, đặcbiệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Chiêm Trọng Hiển trực tiếp hướng dẫn đã lànguồn động viên, cổ vũ tinh thần lớn để em hoàn thành đề tài này

Chúng tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các bạn Học Sinh – Sinh Viên đã gópphần giúp đỡ cho chúng tôi hoàn thành đề tài này

Trong quá trình tìm hiểu công nghệ mới và ứng dụng, em đã làm việc hết sứcnghiêm túc và nỗ lực hết mình Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều thiếu sót chúng em rấtmong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành của quý Thầy Cô cũng như từphía các bạn học sinh – sinh viên để chúng em có thêm kiến thức nhằm hoàn thiệntốt hơn với đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện đề tài:Đào Duy Khương

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 9

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP BA PHA 10

2.1 Khái niệm chung và phân loại máy biến áp 10

2.1.1 Khái niệm chung về máy biến áp 10

2.1.2 Phân loại máy biến áp 11

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 12

2.2.1 Cấu tạo 12

2.2.2 Nguyên lý làm việc 15

2.3 Quá trình điện từ trong máy biến áp 17

2.4 Mô hình toàn máy biến áp, sơ đồ thay thế máy biến áp 17

2.4.1 Mô hình toán máy biến áp 17

2.4.2 Sơ đồ thay thế máy biến áp 19

2.5 Các chế độ làm việc của máy biến áp 20

2.5.1 Chế độ không tải của máy biến áp 20

2.5.2 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp 21

2.5.3 Chế độ làm việc có tải của máy biến áp 23

2.6 Máy biến áp ba pha 26

2.6.1 Máy biến áp ba pha 26

2.6.2 Nối dây máy biến áp 3 pha 27

2.6.3 Tổ nối dây máy biến áp 3 pha 27

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP BA PHA 29

3.1 Tính toán máy biến áp 3 pha 380V/380V – 10A 29

3.2 Áp dụng tinh toán máy biến áp 3 pha 380V/380V – 10A 29

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA 36

4.1 Thi công máy biến áp ba pha 36

4.1.1 Thi công máy biến áp 36

4.1.2 Trình tự quấn máy biến áp 36

4.1.1 Sản phẩm 38

CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH 39

5.1 Thí nghiệm máy biến áp ba pha 39

5.1.1 Quy trình chuẩn bị trước khi làm thí nghiệm 39

5.1.2 Quy trình thí nghiệm không tải 40

5.1.3 Quy trình thí nghiệm ngắn mạch 42

5.2.4 Quy trình thí nghiệm MBA ba pha làm việc với tải đối xứng 43

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Trong thời đại nền kinh tế phát triển không ngừng thì công nghiệp hoá, hiệnđại hóa là một vấn đề không thể thiếu trong quá trình phát triển của đất nước.Vìvậy, trong đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ VIII, Đảng ta quyết định thực hiệncông cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, phấn đấu đến năm 2020 đưa đấtnước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp.Trong bối cảnh nền kinh tế, chínhtrị thế giới có nhiều biến động lớn, việc thực hiện thắng lợi công nghiệp hóa, hiệnđại hóa đất nước gặp không ít khó khăn Bên cạnh đó thì cuộc cách mạng khoa họccông nghệ phát triển như vũ bão Vì vậy Đại Hội đã chỉ rõ phải phát triển mạnhGiáo dục - Đào tạo, phát huy cao nguồn lực con người Nguồn lực đó bao gồmnhững con người lao động, không chỉ có trí tuệ, có trình độ kiến thức hiện đại, cótay nghề thành thạo mà còn là những con người giàu lòng yêu nước và giàu lòngnhân ái Đảng ta coi đầu tư cho Giáo dục - Đào tạo là đầu tư quan trọng cho sự pháttriển và thực hiện thắng lợi cho những mục tiêu kinh tế - xã hội của đất nước

Với tình hình thực tế hiện nay, phòng thực hành máy điện của Khoa Điện –Điện Tử chỉ thực hiện được với các bài thực hành động cơ và máy phát điện, cònđối với các bài thực hành với điện ba pha thì gặp nhiều khó khăn vì chưa có trangthiết đặt biệt là máy biến áp ba pha Đây là một thiệt thòi lớn cho viên khoa Điện vàđặt biệt là Sinh viên - Học sinh nghiên cứu môn học Thực hành Máy Điện

Đối với em, em thực hiện đề tài nhận thấy đây là một vấn đề liên quan nhiềuvấn đề thực tiễn.Đề tài này giúp em vận dụng được những kiến thức lý thuyết đãhọc vào thực tế

Từ những vấn đề trên cho thấy đây là vấn đề hết sức cấp bách và thiết thực,

do đó em quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công máy biến áp ba pha phục vụcho thí nghiệm” làm đề tài cho đồ án học phần 2

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

BA PHA

2.1 Khái niệm chung và phân loại máy biến áp

2.1.1 Khái niệm chung về máy biến áp

– Các đại lượng, thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1

– Các đại lượng, thông số thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2

Bảng 2.1 Các đại lượng định mức của máy biến áp

Đại lượng/Thông số Ký hiệu

Trong sơ đồ điện, máy biến áp được ký hiệu như hình 2.1

Hình 2.1Kí hiệu máy biến áp

2.1.1.2 Đại lượng định mức của máy biến áp

Các đại lượng định mức của máy biến áp là các thông số kỹ thuật của máy do nhàsản xuất máy qui định

– Điện áp định mức sơ cấp: ký hiệu U1đm, là điện áp qui định cho cuộn dây sơcấp

– Điện áp định mức thứ cấp: ký hiệu U2đm, là điện áp giữa các cực của cuộnthứ cấp khi thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào sơ cấp là định mức

Theo qui ước, với máy biến áp một pha, điện áp định mức là điện áp pha(Up)

Với máy biến áp ba pha, điện áp định mức là điện áp dây (Ud)

Đơn vị của điện áp ghi trên máy biến áp thường là kV

– Dòng điện định mức: dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây của máy biến áp

ứng với công suất định mức và điện áp định mức

Theo qui ước, với máy biến áp một pha, dòng điện định mức là dòng điện pha (Ip).Với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức là dòng điện dây (Id).

Dòng điện định mức sơ cấp được ký hiệu là I1đm, dòng điện định mức thứ cấp được

ký hiệu là I2đm

Đơn vị dòng điện ghi trên máy biến áp thường là A

– Công suất định mức: ký hiệu Sđm (đơn vị đo kVA), là công suất biểu kiếnđưa ra ở cuộn dây thứ cấp máy biến áp khi điện áp, dòng điện máy biến áp ởđịnh mức

Đối với máy biến áp một pha, công suất định mức là:

Sđm = U2đmI2đm ≈ U1đmI1đm (2.1)Đối với máy biến áp ba pha, công suất định mức là:

Ngoài ra, trên nhãn máy biến áp còn ghi tần số, số pha, sơ đồ nối dây và tổ nối dây,điện áp ngắn mạch, hệ số công suất, chế độ làm việc…của máy

2.1.2 Phân loại máy biến áp

Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện

Hình 2.2 Máy biến áp điện lực Hình 2.3 Máy biến áp lò

Có hai dạng máy biến áp chính:

– Máy biến áp điện lực (hình 2.2)được dùng trong hệ thống truyền tải và phân

phối điện năng, làm nhiệm vụ: nâng điện áp đầu ra máy phát điện (thường từ6,3 đến 38,5kV) lên mức điện áp của đường dây truyền tải (thường là 35,

110, 220 và 500kV) và hạ điện áp đường dây xuống mức điện áp cung cấpcho các tải (thường có các mức 3kV hoặc 6kV và 110V đến 500V) Sơ đồtruyền tải điện năng sử dụng máy biến áp được trình bày trong hình 2.4

Tải G

Máy phát điện

xoay chiều

Máy biến áp tăng áp

Máy biến áp

hạ áp Đường dây truyền tải

Hình 2.4 Sơ đồ truyền tải điện năng– Máy biến áp chuyên dùng được dùng trong các thiết bị lò nung (máy biến áp

lò, hình 2.3), trong hàn điện (máy biến áp hàn), bộ nguồn cho các thiết bịđiện–điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau, trong lĩnh vực đo lường (máybiến điện áp, máy biến dòng điện)

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp

Hình 2.5 Tiết diện trụ lõi thép

Gông và trụ có thể ghép với nhau theo phương pháp ghép nối hay ghép xen

kẽ Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng xà ép và bu lông siết chặt lại như hình 2.6a Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời, các lá thép được xếp xen kẽ nhau theo thứ tự a, b như mô tả ở hình 2.6b

Để an toàn, lõi thép được nối với vỏ và vỏ phải được nối đất.

Hình 2.6a Ghép nối Hình 2.6b Ghép xen kẽ lõi thép

2.2.1.2 Dây quấn máy biến áp

Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diệntròn hoặc chữ nhật, mặt ngoài dây có bọc lớp cách điện Mỗi cuộn dây của máy biến ápgồm một số vòng dây quấn thành một số lớp chồng lên nhau Giữa các lớp dây của mộtcuộn dây, giữa các cuộn dây với nhau và giữa cuộn dây với lõi thép đều có lớp cách điện.

Lõi thép Cuộn dây hạ áp

Các lớp cách điện Cuộn dây cao áp

Hình 2.7 Dây quấn đồng tâm

Một pha của máy biến áp thường có hai cuộn dây, cuộn dây nối vào điện áp cao gọi

là cuộn cao áp, cuộn dây nối vào điện áp thấp gọi là cuộn hạ áp Khi cuộn cao áp và cuộn

hạ áp cùng quấn trên một trụ trong kiểu dây quấn đồng tâm thì cuộn hạ áp được quấn sáttrụ, còn cuộn cao áp quấn ngoài cuộn hạ áp như hình 2.7 Làm như vậy sẽ giảm được vậtliệu cách điện

Cuộn

Trụ

Hình 2.8 Dây quấn xen kẽ

Ngoài kiểu quấn dây đồng tâm còn có kiểu quấn dây xen kẽ, như biểu diễn trênhình 2.8 Trong kiểu quấn này, mỗi cuộn dây cao áp và hạ áp gồm một số bánh dây đặt xen

kẽ nhau

2.2.1.3 Vỏ máy biến áp

Vỏ máy biến áp gồm 2 phần: thùng và nắp thùng.

a Thùng máy biến áp

Thùng dùng để chứa máy biến áp và chứa dầu Dầu máy biến áp dùng để tản nhiệtcho máy và tăng cường cách điện

Thùng máy làm bằng thép Với các máy biến áp công suất nhỏ (S ≤ 30kVA), thùng

có vỏ trơn Với các máy biến áp công suất công suất vừa và lớn, để tăng khả năng tỏanhiệt, vỏ thùng được làm theo kiểu dập sóng hoặc được gắn các ống tản nhiệt hay bộ tảnnhiệt (hình 2.9)

Vỏ thùng dập sóng Vỏ thùng có ống tản nhiệt

Hình 2.9 Vỏ thùng của máy biến áp

b Nắp thùng

Nắp thùng dùng để đậy kín thùng và lắp các chi tiết như:

– Trụ sứ của các đầu dây cao áp và hạ áp (có nhiệm vụ cách điện giữa các đầu dây ra

với vỏ máy)

– Bình giãn dầu là một thùng hình trụ bằng thép, đặt trên nắp và nối thông với thùng

máy biến áp bằng một ống Ở một đầu của bình có gắn một ống chỉ mức dầu dùng để theodõi mức dầu bên trong Bình giãn dầu tạo không gian cho dầu trong thùng máy biến ápgiãn nở tự do, đảm bảo cho áp suất dầu không tăng và thùng luôn đầy dầu

– Ống bảo hiểm: thường có dạng hình trụ, đặt nghiêng, một đầu thông với thùng máy

biến áp, một đầu bịt kín bằng một đĩa thủy tinh Khi áp suất trong thùng máy biến áp độtngột tăng lên quá lớn, đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu dầu thoát ra ngoài, máy biến áp không bịhư

– Bộ phận truyền động của cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn

cao áp

Hình 2.10 Cấu tạo máy biến áp ngâm dầu ba pha 1600kVA/110kV

1 Móc vận chuyển; 2 Sứ cao áp 110kV; 3 Sứ trung áp 35,5kV; 4 Trụ bakelit đầu vào caoáp; 5 Sứ hạ áp (10kV); 6 Bộ phận điều chỉnh điện áp; 7 Ống phòng nổ; 8 Rơ le khí; 9.Bình giãn dầu; 10 Thước chỉ dầu; 11 Móc để nâng ruột máy; 12 Xà ép gông; 13 Bộ lọckhí; 14 Đầu dây ra cao áp; 15 Thiết bị chuyển mạch cao áp; 16 Dây quấn cao áp; 17 Cáccuộn dây màn chắn của dây quấn cao áp; 18 Bộ phin lọc đối lưu; 19.Xà tăng cường độcứng của đáy để vân chuyển bằng xe gồng; 20 Chỗ để kích khi cần thiết; 21 Van tháođầu; 22 Vỏ thùng; 23 Bộ tản nhiệt; 24 Cáp cấp điện cho động cơ điện; 25 Động cơ quạtgió làm mát bộ tản nhiệt; 26 Bộ truyền động chuyển mạch điều chỉnh điện áp

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp một pha

Khi máy biến áp không tải (cuộn thứ cấp hở mạch), dòng điện thứ cấp i2 = 0, từthông chính chỉ do dòng điện sơ cấp i1 sinh ra Khi máy biến áp có tải, cuộn thứ cấp củamáy được nối với tải có trở kháng Zt, sức điện động e2 sẽ tạo ra dòng điện thứ cấp i2 chảyqua tải và cuộn W2 Cuộn W2 cũng sinh ra từ thông chảy trong lõi thép và từ thông chínhlúc này do đồng thời hai dòng điện i1 và i2 sinh ra

Điện áp u1 là hình sin, nên từ thông  cũng biến thiên hình sin: msin t Thay biểu thức từ thông ở trên vào (2.3), (2.4) ta có:

Nghĩa là hệ số biến áp giữa sơ cấp và thứ cấp biến áp gần đúng bằng tỷ số vòng dâycủa hai cuộn.

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, ta có quan hệ gần đúng:

U1I1 ≈ U2 I2

Hay:

2 1

1 2

K

U I  (2.8)Như vậy, trong máy biến áp, giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không có sự liên hệtrực tiếp về điện, năng lượng được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp nhờ từ thông chính tronglõi thép

2.3 Quá trình điện từ trong máy biến áp

Để khảo sát quá trình điện từ trong máy biến áp, ta chọn chiều dòng điện, điện áp ở

sơ cấp và thứ cấp biến áp như hình 2.11 Theo qui tắc vặn nút chai, chiều từ thông  phùhợp với chiều i1; chiều e1, e2 phù hợp với chiều  Chiều i2 được chọn ngược chiều e2, do

đó chiều từ thông do i2 sinh ra ngược chiều 

Trong máy biến áp, ngoài từ thông chính  chảy trong lõi thép còn có các từ thôngtản của các cuộn dây, định nghĩa như sau:

– Từ thông tản móc vòng cuộn dây sơ cấp, ký hiệut1, là từ thông do cuộn sơcấp (W1) sinhra và chỉ móc vòng riêng cuộn sơ cấp

– Từ thông tản móc vòng cuộn dây thứ cấp, ký hiệut 2, là từ thông do cuộnthứ cấp (W2 ) sinhra và chỉ móc vòng riêng cuộn thứ cấp

Đường đi của từ thông tản có những đoạn ở ngoài lõi thép, có từ trở lớn, nên từthông tản rất nhỏ so với từ thông chính

Từ thông tản sơ cấp  sinh ra trong cuộn Wt1 1 sức điện động cảm ứng et1:

t1 1 1

L i

gọi là điện cảm tản sơ cấp

Từ thông tản thứ cấp  sinh ra trong cuộn Wt 2 2 sức điện động cảm ứng et2:

t 2 2 2

L i

gọi là điện cảm tản thứ cấp

2.4 Mô hình toàn máy biến áp, sơ đồ thay thế máy biến áp

2.4.1 Mô hình toán máy biến áp

2.4.1.1 Phương trình cân bằng điện sơ cấp

Trong mạch vòng sơ cấp có các điện áp và sức điện động: điện áp u1, điện áp trênđiện trở dây quấn sơ cấp (r1) là r1i1, sức điện động do từ thông chính sinh ra e1, sức điện

động do từ thông tản sơ cấp sinh ra là

1 t1 1

di

dt



Phương trình theo luật Kirchhoff 2

1 1

Z  r  jX là tổng trở dây quấn sơ cấp

2.4.1.2 Phương trình cân bằng điện thứ cấp

Tương tự mạch sơ cấp, phương trình theo luật K2 cho mạch vòng thứ cấp là:

Ở chế độ không tải, từ thông chính do sức từ động của cuộn dây sơ cấp W i sinh1 1

ra Khi có tải, từ thông chính do tổng đại số các sức từ động của cuộn sơ cấp và thứ cấp

(W1i1 – W2i2) sinh ra Sức từ động thứ cấp W2i2 lấy dấu âm (–) do chiều i2 không phù hợpvới chiều  theo qui tắc vặn nút chai.

Vì  không đổi nên sức từ động lúc không tải bằng sức từ động lúc có tải, tức làm

W1i0 = W1i1 – W2i2 (2.14)Trong đó i0 là dòng điện sơ cấp khi không tải và được gọi là dòng điện không tải hoặc dòng điện từ hóa của máy biến áp (2.14) gọi là phương trình cân bằng từ của máy

biến áp Chia cả hai vế của (2.14) cho W1 và thay:

1 2

WK

i i K

/ 2 2

i i K

 gọi là dòng điện thứ cấp qui đổi về sơ cấp

Phương trình cân bằng từ dưới dạng phức:

I.1=I.0+I2

,.

(2.16)

2.4.2 Sơ đồ thay thế máy biến áp

Để thuận lợi cho việc phân tích, nghiên cứu máy biến áp, ta tìm cách thay thế máybiến áp bằng một sơ đồ mạch có quá trình năng lượng tương đương với máy biến áp, tức là

hệ phương trình mạch hoàn toàn đồng nhất với hệ phương trình của máy biến áp

Nhân hai vế của (2.12) với K và thay I2

Ta có: r 2/ jX/2  K r2 2  jX 2  K Z2 2  Z 2/, với Z 2/ là trở kháng dây quấn thứ

cấp qui đổi về sơ cấp

rm gọi là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ (Pst), với st 0

2 m

P  r I

Xm: điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính 

Thay (2.18) vào (2.11), (2.17) và kết hợp với (2.15) ta có hệ phương trình:

Z

/ 2

I

/ 2

U

Hình 2.12 Sơ đồ thay thế máy biến áp

Thông thường, tổng trở nhánh từ hóa rất lớn hơn tổng trở mạch thứ cấp qui đổi về

sơ cấp ( r m  jX m  Z m  Z/2  Z )/t , dòng điện từ hoá rất nhỏ hơn dòng điện thứ cấp quiđổi về sơ cấp (I 0  I/2 ) Do đó có thể bỏ nhánh từ hóa, ta có sơ đồ thay thế gần đúng (đơngiản) như hình 2.12b

Sơ đồ thay thế đơn giản thường được dùng trong tính toán đơn giản các đặc tínhcủa máy biến áp

2.5 Các chế độ làm việc của máy biến áp

2.5.1 Chế độ không tải của máy biến áp

Thí nghiệm không tải: sơ đồ thí nghiệm như hình 2.13a

Điện áp đặt vào sơ cấp U1 = U1đm, thứ cấp để hở mạch Nhờ Vôn kế V1, V2, Ampe

kế A, Watt kế W sẽ đo được điện áp sơ cấp U1, điện áp thứ cấp U20, dòng điện I0 và côngsuất P0 lúc không tải

Hình 2.13 Sơ đồ thí nghiệm không tải máy biến áp

Từ số liệu thí nghiệm, tính được:

– Tổng trở không tải:

1 0 0

UZI

(2.20a)

0 2

PrI

Do cos0 nhỏ nên trong sử dụng không nên để máy ở chế độ không tải

Sơ đồ thay thế máy biến áp ở chế độ không tải như hình 2.13b Dựa vào sơ đồ này

có thể tính các thông số rm, Xm của nhánh từ hóa Theo sơ đồ, ta có:

2.5.2 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp

Sơ đồ thí nghiệm như hình 2.14a

Cuộn thứ cấp được nối ngắn mạch Điện áp Un đặt vào sơ cấp được lựa chọn sao cho dòng điện sơ cấp lúc này là In = I1đm

Từ số liệu thí nghiệm tính được:

– Tổng trở ngắn mạch:

n n n

UZI



(2.22a)Tổng trở ngắn mạch thường có giá trị rất nhỏ

n n

Pcos

r

/ 2

X

Un

Hình 2.14 Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp

Trong thí nghiệm ngắn mạch, điện áp đặt vào sơ cấp máy biến áp Un rấtnhỏ nên từ thông chính của máy rất nhỏ, tức là dòng từ hóa rất nhỏ so với dòng In Do đó mạch điện thay thế trong thí nghiệm ngắn mạch có thể xem như hở mạch nhánh từ hóa và có dạng như hình 2.14b Theo đó, ta có:



,

n 1

X X 2

,

X X 2K



(2.24)Điện áp ngắn mạch Un gồm 2 thành phần:

– Thành phần tác dụng Unr là điện áp rơi trên điện trở:

Điện áp ngắn mạch là đại lượng đặc trưng cho điện trở và điện kháng tản của dâyquấn máy biến áp Trong máy biến áp điện lực, điện áp ngắn mạch được ghi trên nhãn củamáy và thường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm so với điện áp định mức.

n

Z IU

nr

r IU

nX

X IU

(2.31)Máy biến áp điện lực thường có Un% trong khoảng 1,5 đến 5,5 (máy có điện áp caothì Un% lớn và ngược lại)

Có thể tính được dòng điện ngắn mạch khi máy biến áp làm việc với điện áp địnhmức Insc (dòng điện ngắn mạch sự cố) theo I1đm và Un% như sau:

1đm nsc

2.5.3 Chế độ làm việc có tải của máy biến áp

Chế độ làm việc có tải của máy biến áp là chế độ: sơ cấp được nối vào điện áp địnhmức, thứ cấp được nối với tải

Để đánh giá mức độ tải, người ta định nghĩa hệ số tải Kt:

t 2dm 1dm

Kt = 1: tải định mức; Kt< 1: non tải; Kt> 1: quá tải

Dưới dây, dựa vào sơ đồ thay thế của máy biến áp để xét một số đặc tính làm việccủa máy

2.5.3.1 Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải

a Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải

Khi điện áp sơ cấp định mức, nếu tải thay đổi điện áp thứ cấp cũng thay đổi theo

U2 được gọi là độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải Người ta còn dùng khái niệm

độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm (U2%) được định nghĩa như sau: