CÁCH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

CHệễNG 3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP

3.2. CÁCH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Các tham số của máy biến áp có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc bằng tính toán.

3.2.1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THAM SỐ BẰNG THÍ NGHIỆM

Có hai thí nghiệm để xác định các tham số của m.b.a là thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch.

3.2.1.1. Thí nghiệm không tải:

Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp 1 pha Hình 3.3 Mạch điện thay thế của m.b.a lúc không tải

Đặt 1 điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp U1 = Uđm, hở mạch dây quấn thứ cấp, nhờ các vôn met, am pemet, oát met ta sẽ đo được U1, U20, I0, P0. Từ các số liệu đó ta xác định được tổng trở, điện trở và đện kháng của m.b.a lúc không tải:

0 1

0 I

z U 2

0 0

0 I

r  P x0  z02 r02

Ngoài ra còn xác định được tỉ số biến đổi của m.b.a

20 1 2 1

U U w k w 

Và hệ số công suất lúc không tải

1 1

0

cos 0

I U

 P



Lúc không tải I’2 = 0 nên mạch điện thay thế của m.b.a có dạng như hình 3.3. Như vậy các tham số z0, r0, x0 chính là:

Z0 = z1 + zm ; r0 = r1 + rm ; x0 = x1 + xm

Trong các m.b.a điện lực x1 và r1 rất nhỏ nên coi z0 zm, r0 rm, x0 xm. Nên người ta coi công suất không tải P0 thực tế có thể xem là tổn hao sắt PFe :

P0 = PFe. Khi không tải ta có hệ phương trình :

) ( 1 1

0 . 1 . .

1 E I r jx

U   

U. '20  E. '2 0

. 1 .

I I 

3.2.1.2. Thí nghiệm ngắn mạch:

Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiện ngắn mạch của m.b.a 1 pha

Dây quấn thứ cấp bị nối ngắn mạch và điện áp dây quấn sơ cấp phải được hạ thấp sao cho dòng điện trong đó bằng dòng điện định mức In = Iđm. Từ các máy đo ta biết được Un, In, Pn :

n n

n I

z U 2

n n

n I

r  P xn  zn2 rn2

Các ngắn mạch Un rất bé nên từ thông chính lúc ngắn mạch rất bé nghĩa là Io bé do đó mạch điện thay thế của máy biến áp coi như hở mạch từ hóa.

Hình 3.5 Mạch điện thay thế của m.b.a lúc ngắn mạch.

Với: zn = z1 + z2’ ; rn = r1 + r2’ ; xn = x1 + x2’

Vì lý do dòng điện I0 rất nhỏ nên ta xem công suất lúc ngắn mạch Pn là công suất dùng để bù vào tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của MBA:

Pn = Pcu1 + Pcu2 = I1n2r1 + I’22nr’2 = I21n(r1 + r’2) = I21nrn

Từ mạch điện thay thế hình 3.5 ta thấy điện áp ngắn mạch hoàn toàn cân bằng với điện áp rơi trong m.b.a, Un gồm 2 thành phần :

- Thành phần tác dụng UnR = Inrn là điện áp rơi trên điện trở.

- Thành phần phản kháng UnX = jInxn là điện áp rơi trên điện kháng.

Đồ thị véc tơ của MBA lúc ngắn mạch :

Hình 3.6. a. Đồ thị véc tơ của m.b.a lúc ngắn mạch.

Tam giác điện áp lúc ngắn mạch

Tam giác OAB gọi là tam giác điện áp ngắn mạch. Cạnh huyền biểu thị điện áp ngắn mạch toàn phần Un, các cạnh góc vuông chính là điện áp rơi trên điện trở và điện kháng:

UnR = Un cosn ; UnX = Un sinn Với n là góc giữa In và Un.

Điện áp ngắn mạch được ghi trên nhãn hiệu của máy và thường được biểu diễn bằng tỉ lệ

% so với Uđm :

Un% = 100

1dm n

U

U % = 3% ÷ 10%.

Các thành phần điện áp ngắn mạch : - Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm.

UnR% = 100

1 1 dm

dm n

U I

R % = Un%cosn

- Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm.

UnX% = 100

1 1 dm

dm n

U I

X % = Un%sinn

Trong đó:

+ Cosn =

n n

Z R

+ Sinn =

n n

Z X

Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng cũng có thể tính như sau :

S 100 r 100 I

I I U

r u I

ủm 2 n ủm ủm

ủm ủm

n

nr  ủm 

Chỳ ý: Ngắn mạch ở trờn với điện ỏp đặt vào rất nhỏ để cho In = Iđm được gọi làứ ngắn mạch thí nghiệm. Trường hợp m.b.a đang làm việc với điện áp sơ cấp định mức, nếu thứ cấp xẩy ra ngắn mạch (như hai dây chạm nhau, chạm đất ...vv) thì ta gọi là ngắn mạch sự cố. Lúc này toàn bộ điện áp định mức đặt lên tổng trở ngắn mạch rất nhỏ của m.b.a nên dòng điện ngắn mạch sự cố sẽ rất lớn:

n dm

n Z

I U1

Vì Zn rất nhỏ  In = (10 ÷ 25) Iđm Nguy hiểm Cần tránh ngắn mạch.

Thí dụ : Một máy biến áp có un% = 10 thì In sự cố là : In = 10Iđm

Dòng điện ngắn mạch lớn sẽ gây nên sự cố hư hỏng m.b.a. Do đó trong những trường hợp đó phải bố trí những thiết bị rơ le bảo vệ để cắt m.b.a ra khỏi lưới điện.

3.2.2. XÁC ĐỊNH THAM SỐ BẰNG TÍNH TOÁN

Các tham số của mạch từ hoá có thể xác định từ cách tính toán mạch từ của MBA.

Điện trở từ hoá rm có thể xác định theo biểu thức: 2 I0

rm  pFe . Trong đó PFe xác định theo biểu thức: 10/50 2 2 )1,3

](50

[ f

G B G B p

pFe  t t  g g I0 xác định theo biểu thức: I0  I02r I02x

Điện kháng từ hoá xm xác định gần đúng theo biểu thức:

ox

m I

x  E1 Trong đó I0x tính theo biểu thức

w Iox F

2

 hoặc

1 0

mU Iox  Q Dưới đây trình bày cách xác định các tham số ngắn mạch

3.2.2.1. Điện trở ngắn mạch: Các điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể tính được nếu biết các số liệu của dây quấn: Tiết diện dây quấn S1 và S2, số vòng dây w1 và w2 và chiều dài trung bình của các vòng dây Itb1, Itb2:

Và: ( )

1 1 1 75

1  

S I k w

r r tb ( )

2 2 2 75

2  

S I k w

r r tb

Trong đó kr = 1,03 1,05 là hệ số kể đến tổn hao gây nên bởi từ trường tản.

47 1

75 

 là điện trở suất của đồng ở 750 (đối với nhôm thì

29 1

75 

 )

Do đó điện trở ngắn mạch: 2

2

2 1

1 r

w r w

rn 



 







3.2.2.2. Điện kháng ngắn mạch: Việc xác định x1 và x’2 liên quan đến sự phân bố từ trường tản của từng dây quấn. Nhưng việc xác định một cách chính xác sự phân bố của từ trường này rất phức tạp, do đó x1 và x’2 chỉ có thể tính toán gần đúng với những giả thiết đơn giản (thí dụ trường hợp dây quấn hình trụ). Điện kháng ngắn mạch có thể tính:

)

( 3 2

2 0 12 12 1 2

1 ' 2 ' 1

2 1

a a a

i k fw D

f i x

x

xn      tb r  



 



 

Trong đó: Dtb là đường kính trung bình của hai ống dây

KR = 0,93 0,98 là hệ số qui đổi từ trường tản lý tưởng về từ trường tản thực tế. Các trị số a1, a2, a12 như hình vẽ.

Thí dụ: Cho một m.b.a ba pha có các số liệu sau: Sđm = 5600kVA;

U1/U2 = 35000/66000V; I2/I1 = 92,5/490A; P0 = 18,5 kW; I0% = 4,5;

Un% = 7,5; Pn = 57 kW; f = 50 Hz; Y/ -11.

Hãy xác định:

a. Các tham số lúc không tải z0, r0 và x0?

b. Các tham số zn, rn, xn và các thành phần của điện áp ngắn mạch phaàn traêm?

Giải

a. Điện áp pha sơ cấp

V 20200 3

35000 3

U1f U1  

Dòng điện pha không tải

I 0f = I0%.Iủm = 0,045x92,5 = 4,16A Các tham số không tải

4857,6Ω 16

4 20200 I

z U

0f

0 1f 

 









 356

16 4 x 3

18500 I

3

r P2 2

f 0 0 0

,

4844,5Ω 356

4850 r

z

x0  20 02  2 2 

b. Điện áp pha ngắn mạch tính từ phía sơ cấp V

1520 075

0 x 20200 u

U

U1n 1f n , 

Các tham số ngắn mạch







 164

5 92 1520 I

z U

f 1 n

n 1 ,

,







 222

5 92 x 3

57000 I

3

r P2 2

f 1

n n ,

,

16 Ω 4

16 r

z

xn  2n n2   22222  25 Các thành phần điện áp ngắn mạch

01 1 20200 100

22 2 x 5 100 92

U r u I

f 1 n f

nr 1 , , ,

%  

45 7 20200 100

3 16 x 5 100 92

U x u I

f 1 n f

nx 1 , , ,

%  

Câu hỏi

1. Tại sao khi tăng dòng điện thứ cấp thì dòng điện sơ cấp lại tăng lên? Lúc đó từ thông trong máy biến áp có hay đổi hay không?

2. Làm thế nào để xác định được tham số từ hoá của máy biến áp? Thực chất của dòng điện không tải, tổn hao không tải là gì? Tại sao dung lượng máy biến áp nhỏ thì dòng điện không tải lại lớn? Khi không tải, tăng điện áp đặt vào máy biến áp thì cos của máy biến áp thay đổi ra sao?

3. Làm thế nào để xác định được tổng trở sơ và thứ cấp của máy biến áp? Tổn hao ngắn mạch là tổn hao gì? Khi thí nghiệm ngắn mạch tại sao phải hạ điện áp xuống, thường bằng bao nhiêu?

Nếu đặt toàn bộ điện áp định mức vào lúc ngắn mạch thì sao? Trị số điện áp ngắn mạch có ý nghóa gì?

Bài tập

Cho một m.b.a có dung lượng Sđm = 20000kVA, U1 = 126,8kV, U2 = 11kV,

f = 50Hz, diện tích tiết diện lõi thép S = 35,95 cm2, mật độ từ thông B = 1,35T.Tính số vòng dây của dây quấn sơ và thứ cấp.

Đáp số: w1 = 117694 vòng W2 = 10210 vòng

CHệễNG 4