Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ: Bài giảng 4 - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ: Bài giảng 4 trình bày máy biến áp công suất, mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính, máy biến áp vận hành xác lập hình sin, mạch tương đương gần đúng, thí nghiệm điện và một số nội dung khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ: Bài giảng 4 - TS. Nguyễn Quang Nam

408001 Biến đổi năng lượng điện cơ Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php Bài giảng 4 1 Máy biến áp công suất Hai dây quấn trên một lõi từ, để giảm thiểu từ thông rò. Dây quấn “sơ cấp” (N1 vòng) nối vào nguồn điện, dây quấn “thứ cấp” (N2 vòng) nối vào mạch tải. Slide tiếp theo cho thấy một số hình ảnh của các máy biến áp lực (trừ hình đầu tiên là máy biến áp điều khiển). Bài giảng 4 2
Một số hình ảnh về máy biến áp Công suất nhỏ 3 pha nhỏ Điều khiển Loại khô 110 kV, ngâm dầu 10 kV, ngâm dầu 500 kV, ngâm dầu Bài giảng 4 3 Máy biến áp công suất (tt) Giả thiết máy biến áp là lý tưởng: không có từ thông rò, bỏ qua điện trở dây quấn, mạch từ có độ thẩm từ vô cùng lớn, và không tổn hao. Gọi v1(t) = Vm1cosωt là điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp, có thể chứng minh được Vm1 = 2πfN 1φ max hay V1 = 4,44 fN1φmax Bài giảng 4 4
Ví dụ tại lớp Vd. 3.8: Cho biết N1, N2, tiết diện lõi, chiều dài trung bình lõi, đường cong B-H, và điện áp đặt vào. Tìm từ cảm cực đại, và dòng điện từ hóa cần thiết. Dựa vào công thức vừa nêu V1 = 4,44 fN1φmax với V1 = 230 V, f = 60 Hz, N1 = 200 Tính được 230 φmax = = 4,32 × 10 −3 Wb 4,44 × 60 × 200 Bài giảng 4 5 Ví dụ tại lớp (tt) Vd. 3.8 (tt): Do đó, 4,32 ×10 −3 Bm = = 0,864 Wb/m 2 0,005 Cần có H m = 0,864 × 300 = 259 A/m , giá trị đỉnh của dòng điện từ hóa là (259)(0,5)/200 = 0,6475 A. Vậy, Irms = 0,46 A là giá trị hiệu dụng của dòng điện từ hóa phía sơ cấp. Bài giảng 4 6
Mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính Xét một MBA với từ thông rò và điện trở dây quấn. Mạch tương đương rút trực tiếp từ mô hình vật lý là đơn giản nhưng không có ích lắm. Các phương trình phía thứ cấp được nhân với a (= N1/N2) và i2 được thay thế bởi i2/a, để rút ra một mạch tương đương có ích hơn. L1 – aM 2 i1 i2 R1 a2R2 a L2 – aM + + + + i1 i2/a v1 v2 RL v1 aM av2 a2RL – – – – N1:N2 Bài giảng 4 7 Mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính L1 – aM được gọi là điện kháng tản của dây quấn 1, a2L2 – aM được gọi là điện kháng tản “quy đổi” của dây quấn 2. aM là điện kháng từ hóa, và dòng điện đi cùng với nó được gọi là dòng điện từ hóa. Tồn tại tổn hao công suất trong lõi từ do từ trễ và dòng xoáy. Các tổn hao này rất khó tính toán bằng giải tích. Tổng các tổn hao này biểu diễn tổn hao tổng trong mạch từ của máy biến áp, và chỉ phụ thuộc vào giá trị Bm. Chúng được gọi là tổn hao (lõi) thép. Một điện trở có thể được mắc song song với điện kháng từ hóa aM để kể đến các tổn hao này. Bài giảng 4 8
Mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính (tt) Khi có xét đến các tổn hao công suất, mạch tương đương của MBA như sau L1 – aM 2 i1 R1 a2R2 a L2 – aM Ideal i2 + + + v1 Rc1 (aM)1 av2 v2 RL – – – N1:N2 Tải thực RL và điện áp/dòng điện đi cùng với nó có thể có được bằng cách quy đổi ngược về phía thứ cấp, qua một MBA lý tưởng (như được thể hiện ở hình trên). Bài giảng 4 9 Máy biến áp vận hành xác lập hình sin Khi vận hành xác lập, các trở kháng và vectơ pha có thể được dùng trong mạch tương đương. R1 jxl1 a2R2 ja2xl2 I2 Ideal + I1 I2 a + + V1 Rc1 jXm1 aV2 V2 ZL – – – N1:N2 với ω (L1 − aM ) = xl1 = Điện kháng tản của dây quấn 1 ω (aM ) = X m1 = Điện kháng từ hóa quy đổi về dây quấn 1 ω ( L2 − M a ) = x l 2 = Điện kháng tản của dây quấn 2 ω (a 2 L2 − aM ) = a 2 xl 2 = Điện kháng tản của d/quấn 2 quy đổi về d/quấn 1 Bài giảng 4 10
Máy biến áp vận hành xác lập hình sin (tt) Tất cả các đại lượng có thể được quy đổi về dây quấn 1 R1 jxl1 a2R2 ja2xl2 + I1 I2 a + V1 Rc1 jXm1 a2ZL aV2 – – Hoặc có thể quy đổi về dây quấn 2 R1/a2 jxl1/a2 R2 jxl2 + aI1 I2 + V1 a Rc1/a2 jXm1/a2 ZL V2 – – Bài giảng 4 11 Mạch tương đương gần đúng Nhánh từ hóa khiến việc tính toán khá khó khăn, do đó nhánh này được chuyển lên phía đầu dây quấn 1, tạo thành một mạch tương đương gần đúng, với sai số không đáng kể. R1 jxl1 a2R2 ja2xl2 + I1 I2 a + V1 Rc1 jXm1 a2ZL aV2 – – R1eq jx1eq + + I1 I2 a R1eq = R1 + a 2 R2 V1 Rc1 jXm1 a2ZL aV2 x1eq = xl1 + a 2 xl 2 – – Bài giảng 4 12
Thí nghiệm hở mạch và ngắn mạch của MBA Các thông số trong mạch tương đương có thể được xác định nhờ hai thí nghiệm đơn giản: thí nghiệm hở mạch and thí nghiệm ngắn mạch. Trong các MBA công suất, các dây quấn còn được gọi là dây quấn cao áp (HV) và dây quấn hạ áp (LV). Các tên gọi này được dùng trong các thí nghiệm hở mạch và ngắn mạch. Bài giảng 4 13 Thí nghiệm hở mạch Thí nghiệm được thực hiện với tất cả dụng cụ đo ở phía hạ áp còn phía cao áp được hở mạch. Đặt điện áp định mức vào phía hạ áp. Đo được Voc, Ioc, và Poc bằng các dụng cụ đo. I oc A W Voc Voc IR IX V Rc Xm LV HV Thí nghiệm hở mạch Mạch tương đương Bài giảng 4 14
Thí nghiệm hở mạch (tt) Lần lượt tính toán như sau 2 Voc Voc Rc = IR = I oc = I R + I X Poc Rc I oc Vậy, Voc IX I X = I oc − I R 2 2 IR Rc Xm Voc Xm = IX Mạch tương đương Rc và Xm là các giá trị quy đổi về phía hạ áp. Bài giảng 4 15 Thí nghiệm ngắn mạch Tất cả dụng cụ đo nằm ở phía cao áp. Cấp dòng điện định mức vào phía cao áp. Đo được Vsc, Isc, và Psc bằng các dụng cụ đo. Req Xeq A W I sc Vsc Vsc V HV LV Psc Vsc Req = 2 Z eq = X eq = Z eq − Req 2 2 I sc I sc Req và Xeq được quy đổi về phía cao áp. Bài giảng 4 16
Ví dụ tại lớp Vd. 3.9: Cho biết các giá trị đo đạc từ thí nghiệm hở mạch và ngắn mạch. Tìm các thông số mạch tương đương quy về phía cao áp. Từ thí nghiệm hở mạch Rc = (220)2 = 968 Ω IR = 220 = 0,227 A 50 968 220 I X = 12 − (0,227) = 0,974 A Xm = = 225,9 Ω 2 0,974 Bài giảng 4 17 Ví dụ tại lớp (tt) Vd. 3.9 (tt): Từ thí nghiệm ngắn mạch 60 15 Req = = 0,2076 Ω Z eq = = 0,882 Ω (17 )2 17 X eq = 0,8822 − 0,20762 = 0,8576 Ω Bài giảng 4 18
Hiệu suất Hiệu suất được định nghĩa là tỷ số giữa công suất ngõ ra và công suất ngõ vào. Pout Pout Pout η= = ×100% = ×100% Pin Pout + losses Pout + Pc + Pi Các tổn hao (losses) bao gồm tổn hao đồng Pc và tổn hao sắt (thép) Pi. Cách khác, nếu đã biết công suất vào, Pin − Pc − Pi η= × 100% Pin Bài giảng 4 19 Độ ổn định điện áp Độ ổn định điện áp được định nghĩa là Vno load − Vload Vno load – điện áp không tải %∆V = ×100% Vload – điện áp khi có tải Vload Độ ổn định được hiểu theo nghĩa: giá trị %∆V càng nhỏ thì điện áp càng ổn định, khi tải thay đổi. Thảo luận: Độ ổn định điện áp có phụ thuộc vào tính chất cảm kháng hay dung kháng của tải hay không? Bài giảng 4 20