Mạch từ của máy biến áp

CHệễNG 2 TỔ NỐI DÂY VÀ MẠCH TỪ CỦA MBA

2.3. Mạch từ của máy biến áp

2.3.1 Các dạng mạch từ 2.3.1.1 Máy biến áp 1 pha Có 2 loại kết cấu mạch từ

- Máy biến ápkiểu lõi: là MBA có dây quấn bọc các trụ của lõi thép.

- Máy biến áp kiểu bọc: là máy biến áp có mạch từ được phân nhánh ra hai bên và "bọc"

lấy một phần dây quấn.

2.3.1.2 Máy biến áp 3 pha

Dựa vào sự liên quan hay không liên quan của các mạch từ giữa các pha người ta chia ra : - Hệ thống mạch từ riêng : là hệ thống mạch từ mà từ thông của 3 pha độc lập với nhau.

Như trường hợp máy biến áp 3 pha ghép từ 3 máy biến áp 1 pha, gọi tắt là tổ máy biến áp 3 pha.

- Hệ thống mạch từ chung : là hệ thống mạch từ trong đó từ thông 3 pha có liên quan với nhau như ở máy biến áp 3 pha kiểu trụ (gọi là máy biến áp 3 pha 3 trụ).

Hỡnh2.7a Toồ m.b.a ba pha Hỡnh2.7b M.b.a ba pha 3 truù

2.3.2 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép máy biến áp

Khi từ hóa lõi thép máy biến áp do mạch từ bão hòa làm xuất hiện những hiện tượng mà 1 trong số các hiện tượng đó có thể ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của máy biến áp. Chúng ta khảo sát xem dòng điện từ hóa i0 sinh ra  như thế nào khi máy biến áp làm việc không tải.

2.3.2.1 Máy biến áp 1 pha

Nguồn điện cung cấp vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện i0. i0 sinh ra  đi trong lõi thép. Nếu điện áp đặt vào biến thiên hình sin theo thời gian:

ωt sin U

u  m

Và coi máy biến áp không có từ thông rò, không có tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao trong saét, thì

dt N d e

u    Φ

Nghĩa là từ thông cũng biến thiên hình sin theo thời gian: ) 2 t π ω

msin( 







Nếu bỏ qua tổn hao trong lõi thép i0 thuần túy là dòng điện phản kháng để từ hóa lõi thép i0 = i0x. Do đó quan hệ  = f(i0) chính là quan hệ từ hóa B = f(H). Dựa vào đường  = f(i0) ứng với mỗi giá trị tức thời của  = f(t) ta dễ dàng tìm được trị số i0 tương ứng và vẽ được đường bieồu dieón i0 = f(t).

Ta thấy do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu  là hình sin, i0 sẽ không sin mà có dạng nhọn đầu và trùng pha với . Nghĩa là i0 ngoài thành phần sóng cơ bản i01 còn có các thành phần sóng điều hòa bậc cao i03, i05, i07,… Trong đó thành phần i03 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác rất bé có thể bỏ qua. Ta có thể xem chính i03 làm cho i0 có dạng nhọn đầu.

Cũng từ lí luận ấy ta thấy nếu mạch từ càng bão hòa i0 càng nhọn đầu.

Nếu kể đến tổn hao trong lõi thép

Quan hệ  = f(i0) là quan hệ từ trễ B = f(H)

Hình2.8 Ảnh hưởng của từ trễ đến dòng điện

Từ quan hệ  = f(t) và  = f(i0) ta vẽ được đường biểu diễn quan hệ i0 = f(t). Từ đường cong i0 = f(t) cho ta thấy nếu  là hình sin thì i0 có dạng nhọn đầu nhưng vượt pha so với  một góc .  lớn hay bé tùy theo mức độ từ trễ của B đối với H nhiều hay ít. Nếu tượng trưng  là 1

véc tơ nằm ngang thì i0 vượt trước  một góc . Dòng điện từ hóa i0 được phân tích thành 2 thành phần :

I0x : dòng điện từ hóa phản kháng để sinh ra  trong lõi thép, cùng chiều với .

I0r : dòng điện từ hóa tác dụng, vuông góc với i0x là dòng điện gây nên tổn hao sắt từ trong lõi thép.

Hình2.9. Dòng điện từ hoá và các thành phần của nó 2.3.2.2. Máy biến áp 3 pha

Khi không tải nếu xét từng pha riêng lẻ thì dòng điện bậc 3 trong các pha lần lượt là:

I03A = i03msin3t

I03B = i03msin3(t – 1200)= i03msin3t I03B = i03msin3(t – 2400)= i03msin3t

Dòng điện bậc 3 trùng pha nhau về thời gian. Nghĩa là tại mọi thời điểm chiều của dòng điện bậc 3 có trong 3 pha hoặc hướng từ đầu đầu đến đầu cuối dây quấn hoặc ngược lại. Song chúng tồn tại hay không và dạng sóng của chúng như thế nào còn phụ thuộc vào kết cấu mạch từ và cách đấu dây quấn.

 Trường hợp máy biến áp nối Y/ Y

Hình2.10 Đường biểu diễn từ thông (b) và s.đ.đ của tổ m.b.a 3 pha nối Y/Y

Điện áp dây không có những thành phần điều hòa bội số của 3 về mặt vật lí, điều này được giải thích là dọc theo 1 trong 2 mạch vòng làm thành hình sao s.đ.đ, những thành phần điều hòa này tác dụng ngược nhau (hình a). Do đó dòng điện từ hóa io sẽ có dạng hình sin và từ thông

do nó sinh ra có dạng vạt đầu (hình b). Có thể xem từ thông tổng gồm sóng cơ bản 1 và các sóng điều hòa bậc cao 3, 5 . . . các thành phần điều hòa lớn hơn 3 là rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua chỉ vẽ 1 và 3 (hình b).

Đối với tổ máy biến áp 3 pha: vì mạch từ của cả 3 pha riêng lẻ, từ thông của cả 3 pha cùng chiều tại mọi thời điểm sẽ dễ dàng khép kín như 1. Do thép có từ trở bé nên 3 = (1520)% 1, thì e3 = (4560)%e1 do đó e = e1 + e3 sẽ có dạng nhọn đầu (hình c). Nghĩa là biên độ của s.đ.đ pha tăng lên rõ rệt. Sự tăng vọt của s.đ.đ lên như vậy hoàn toàn không có lợi và trong nhiều trường hợp rất nguy hiểm như chọc thủng cách điện của dây quấn, làm hỏng thiết bị đo lường và những tác hại khác nữa.

Bởi vì những lí do đó người ta không dùng kiểu đấu Y/Y cho tổ máy biến áp 3 pha. Cũng cần phải nói thêm rằng là s.đ.đ pha có trị số và biên độ biến đổi đi nhiều nhưng các s.đ.đ dây vẫn luôn hình sin. Vì dây quấn nối Y thì s.đ.đ dây không có thành phần bậc 3.

Đối với máy biến áp 3 pha 3 trụ: vì thuộc hệ thống mạch từ chung nên hiện tượng sẽ khác đi, từ thông cùng chiều và bằng nhau trong 3 trụ thép nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác mà bị đẩy ra ngoài khép mạch từ gông này đến gông kia qua không khí hoặc dầu là môi trường có từ trở lớn, 3 không lớn lắm nên có thể coi s.đ.đ pha là hình sin. Song cần chú ý 3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, bu lông ghép . . . sẽ gây nên những tổn hao phụ làm giảm  của máy biến áp. Do đó phương pháp đấu Y/Y đối với máy biến áp 3 pha ba trụ cũng chỉ áp dụng cho các có dung lượng dưới 5600 kVA.

Hình2.11 Từ thông điều hoà bậc 3 trong m.b.a 3 pha 3 trụ.

 Trường hợp máy biến áp nối /Y

Dây quấn sơ cấp đấu  nên i03 khép kín trong  đó. Do i0 có i03 nên dạng sóng của nó có dạng nhọn đầu. Tương tự như máy biến áp 1 pha đã xét  và e đều có dạng hình sin. Không có trường hợp bất lợi. Cách đấu này có thể sử dụng cho các loại máy biến áp.

Hình2.12 Dòng điện điều hoà bậc 3 trong dây quấn nối /Y khi không tải.

 Trường hợp máy biến áp nối Y/

Hình2.13 Dòng điện điều hoà bậc 3 trong dây quấn nối Y/ khi không tải.

Do dây quấn sơ cấp nối Y, i03 không tồn tại nên  có dạng vạt đầu nghĩa là có từ thông

3. 3 sẽ cảm ứng trong dây quấn thứ cấp s.đ.đ bậc 3 e23 chậm sau 3 góc 900. Đến lượt e23

gây ra dòng điện bậc 3 I23 trong mạch vòng thứ cấp nối . Vì điện kháng (X) dây quấn lớn nên có thể xem I23 chậm sau e23 góc 900. Rõ ràng là I23 sẽ sinh ra từ thông thứ cấp 3 (coi như trùng pha với I23) gần như ngược pha với 3. Do đó từ thông tổng bậc 3 : 3 = 3 + 3 gần như bị triệt tiêu. Ảnh hưởng của từ thông bậc 3 không đáng kể, s.đ.đ pha gần như hình sin. Tóm lại khi m.b.a làm việc không tải, các cách đấu /Y hay Y/ đều tránh được tác hại của từ thông và s.đ.đ điều hoà bậc 3.

Câu hỏi

1. Tổ nối dây của máy biến áp là gì? Sự cần thiết phải xác định tổ nối dây.

2. Vẽ các sơ đồ dây quấn ứng với tổ nối dây Y/Y - 2, 4, 8, 10 và các sơ đồ dây quấn ứng với các toồ noỏi daõy Y/ - 1, 3, 7, 9.

3. Dòng điện từ hoá của máy biến áp lớn hay bé, tại sao? Nó phụ thuộc vào những yếu tố nào?

4. Các kết cấu mạch từ khác nhau và cách đấu dây quấn khác nhau ảnh hưởng như thế nào với dòng điện và điện áp lúc không tải của máy biến áp ba pha.

CHệễNG 3