Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 7 - Phạm Hùng Phi

Chia sẻ: Hoa Anh đào | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 7 Máy biến áp, cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha; cấu tạo của máy biến áp; mô hình toán học của máy biến áp; quy đổi và sơ đồ thay thế; chế độ không tải và ngắn mạch máy biến áp; chế độ làm việc có tải. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 7 - Phạm Hùng Phi

CHƯƠNG VII M¸y biÕn ¸p 7.1 Kh¸i niÖm chung 7.2 Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA 1 pha 7.3 CÊu t¹o 7.4 M« h×nh to¸n häc cña MBA 7.5 Quy ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ 7.6 ChÕ ®é kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch MBA 7.7 ChÕ ®é lµm viÖc cã t¶i 7.8 MBA 3 pha 7.1 Kh¸i niÖm chung vÒ m¸y biÕn ¸p Máy Máy Nguån tăng giảm T¶i áp áp M¸y biÕn ¸p tăng Cïng mét c«ng suÊt truyÒn t¶i: S= 3 U I - Gi¶m sôt ¸p ∆Ud gi¶m - Gi¶m tæn hao ∆Pd - Gi¶m tiÕt diÖn d©y s => gi¶m khèi lượng xµ, cét => gi¶m chi phÝ ®Çu tư
* Các đại lượng định mức (danh định) 1. Công suất : S®m = U 2 ®m I 2 ®m ≈ U1®m I1®m (VA, kVA) 2. Điện áp : Io U1đm (V, kV) U2đm U1®m SC TC U Ký hiệu : U1®m/U2®m (VD: 6/0,22 kV) 2®m 3. Dßng ®iÖn : I 1đm , I2®m (A, kA) I1®m Chó ý: C¸c ®¹i lượng Uđm , Iđm trong MBA 3 pha lµ c¸c ®¹i lượng d©y I2®m U U1n 4. Thông số khác : + u n % = 1n 100 = 3 ÷ 10 U1®m I + i o % = o 100 = 1,5 ÷ 6 I1®m + Po: Tổn hao công suất không tải +Pn:Tổn hao công suất ngắn mạch
7.2 Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA 1 pha φ u1~ φ mãc vßng i1 qua 2 d©y quÊn W1 W2 φ biÕn thiªn e1 vµ e2 u1~ Zt e1 e2 dφ e1 = − W1 dt dφ e 2 = − W2 dt S¬ cÊp Thø cÊp W1,W2 : sè vßng d©y s¬ vµ thø cÊp 2πfW1φm Gi¶ sö φ = φm sinωt E1 = 2 e1 = − W1φm ω cos ωt E1 = 4,44fW1 φm e1 = 2πfW1φm sin(ωt − 90o ) r ψe = - 90O φ TQ: e1 = 2E1 sin(ωt + ψ e ) ur E1 Tương tù: E2 = 4,44fW2 φm Khi nèi d©y quÊn thø cÊp víi t¶i φ i1 i2 Trong dây quấn cã dòng i2 W1 W2 u2 Năng lượng ®iÖn xoay chiÒu u1~ e1 e2 Zt lÊy vµo tõ phÝa s¬ cÊp th«ng qua m¹ch tõ chuyÓn sang phÝa thø cÊp S¬ cÊp Thø cÊp vµ tiªu thô trªn t¶i NÕu bá qua tæn hao trªn d©y quÊn U1≈ E1 ; U2 ≈ E2 U1 E W ≈ 1 = 1 =k hÖ sè BA U2 E2 W2 k1 m¸y h¹ ¸p
7.3 CÊu t¹o 1. Lâi thÐp: M¹ch tõ, ghÐp tõ c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn, gåm 2 bé phËn - Trô: lµ phÇn lâi thÐp cã SC lång d©y quÊn TC - G«ng: lµ phÇn nèi liÒn Trô G«ng m¹ch tõ c¸c trô 2. D©y quÊn: M¹ch ®iÖn 3. Vá m¸y - Thïng BA - N¾p m¸y 7.4 C¸c phương tr×nh c¬ b¶n trong MBA (m« h×nh to¸n häc) 1. Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn φC a. PhÝa s¬ cÊp i1 - ΦC : mãc vßng qua 2 d/q i2 - Φt1 : do i1 sinh ra chØ mãc u1~ W1 W2 u2 Z t vßng riªng víi d/q s¬ cÊp e1 e2 e1 vµ et1 dφC Φt1 e1 = − W1 dt R1 dφt1 e t1 = − W1 i1 et1 dt u1 e1 u1 = −e1 − e t1 + R1i1
dφt1 dψ dψ t1 di1 e t1 = − W1 = − t1 =− u1 = −e1 − e t1 + R1i1 dt dt di1 dt di1 di1 e t1 = − L t1 Lt1 u1 = −e1 + L t1 + R1i1 dt dt Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p - S¬ ®å R1 Lt1 thay thÕ d¹ng phøc: i1 u1 e1 • • • • U1 = − E1 + jωL t1 I1 + R 1 I1 R2 X2 • • • X1 R1 X1 U1 = − E1 + I1 (R1 + jX1 ) I2 • • I1 E2 U1 E1 U2 = − E1 + I1 Z1 b. PhÝa thø cÊp : • • • • • Tương tù : U 2 = E 2 − I 2 (R 2 + jX 2 ) = E 2 − I 2 Z2 φC 2. Phương tr×nh c©n b»ng tõ i1 i2 kh«ng t¶i : i2 = 0 Φ do Fo= W1 Io u1~ W1 W2 u2 Z cã t¶i : i2 ≠ 0 Φ do F1 vµ F2 e1 e2 t • • • • F1 + F2 = W1 I1 + W2 I 2 R1 X1 Khi bá qua ∆U1: U1 ≈ E1 = 4,44fW1Φ m ∆U1 E1 U1 U1 = const • • • => F1 + F2 = Fo Φ m = const • • • PT c©n => W1 I1 + W2 I 2 = W1 Io b»ng tõ I2 => I1 + = Io W1 • W2 • ' I2 • • • ' - I2’ I2 = − => I1 = Io + I 2 k k
7.5 Qui ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ R2 R1 X1 X2 1. Môc ®Ých vµ ®iÒu kiÖn: I1 I2 E1 E2 - ThuËn tiÖn cho viÖc nghiªn cøu U1 U2 - B¶o toµn qu¸ tr×nh n¨ng lượng E2’ = E1 2. Qui ®æi : Thường quy đổi dây quấn thứ cấp về sơ cấp a. Qui ®æi s®® E1 Biến đổi E2 E2’ = E1 Với =k E2’ = kE2 E2 b. Qui ®æi dßng ®iÖn Tương tự: U2’ = kU2 ' I2 I2 Điều kiện : E2’ I2’ = E2 I2 => I 2 = ' = E2 k E2 T¨ng s.®.® hay ®iÖn ¸p bao nhiªu ph¶i gi¶m dßng bÊy nhiªu c. Qui ®æi tæng trë • • • • Tõ PTCB ®/a phÝa thø cÊp: U 2 = E 2 − jX 2 I 2 − R 2 I 2 ' • • • nh©n 2 vÕ víi k vµ I2 = kI2’ k U 2 = k E 2 − (k R 2 + jk X 2 ) I 2 2 2 U2 ’ E2’ R2’ X2’ • ' • ' • ' PT sau khi qui ®æi: U 2 = E 2 − ( R 2 ' + jX 2 ' ) I2 S¬ ®å thay thÕ sau quy ®æi: R1 X1 ’ R2’ X2’ I2 • • • ' Io I1 = Io + I 2 I1 U1 E1= E2‘ U2’ Zt’ Zt’ = k2 Zt Chó ý : C¸c th«ng sè d©y quÊn thø cÊp được qui ®æi vÒ d©y quÊn s¬ cÊp ®Òu cã dÊu phÈy
• • • R1 X1 X2’ I2’ A R2 ’ Thay U A B = − E 1 = Z th I o Zth = (R th + jX th ) U1 E1 B S¬ ®å thay thÕ cña MBA s¬ cÊp thø cÊp R2’ X2’ I2’ t¶i Io ≈ (2 ÷ 6)%I1®m R1 X1 Io I1 Rth U2’ Cã thÓ sö dông s¬ ®å U1 ZZt’ t’ Xth thay thÕ gÇn ®óng : R1 X1 R2’ X2’ I2’ Lâi thÐp I1 U1 U2’ Zt’ 7.6 ChÕ ®é kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch cña MBA 1. ChÕ ®é kh«ng t¶i R1 X1 Io R2’ X2’ I2’ a. S¬ ®å nguyªn lý R1 I1 U Io R 1 X ’ UU22®m 1®m b. S¬ ®å thay thÕ U1 Io th Zt’ R th U1®m Xth c. Tæng trë Zo Xth Zo = ( R1+ Rth )+ j(X1 + Xth) Zo = Ro+ jXo V× : R1
2. ChÕ ®é ng¾n m¹ch R1 X1 R2’ I1n’ I ’ X 2 2 I2n Io I1 u a. Ngắn mạch thí nghiệm U1 Rth 1n U2’ Zt’ Xth S¬ ®å thay thÕ R1 X1 R 2’ X 2’ Tæng trë Zn I1n U1n Zn = ( R1+ R2’)+ j(X1 + X2’) Zn = Rn+ jXn Trong MBA : R1 ≈ R2’ Rn ≈ 2R1 ; Xn ≈ 2X1 X1 ≈ X2’ b. Ng¾n m¹ch sù cè MBA U1 = U1®m U 1®m U I 100 I1 ® m 100 I1n = = 1®m 1®m = Zn Zn I1® m 100 Zn I1 ® m 100 U 1®m I1 ® m => I1n = 100 u n% un % un% ≈ (3 ÷ 10) => I1n ≈ (10÷33) I1®m Sù cè nguy hiÓm: ch¸y, næ ThiÕt bÞ b¶o vÖ (Circuit Breaker) c¾t MBA khái lưới ®iÖn khi cã sù cè
3. X¸c ®Þnh c¸c tham sè cña MBA b»ng thÝ nghiÖm a. ThÝ nghiÖm kh«ng t¶i * S¬ ®å: *W A U10 V1 V2 §o : I0 ë A U10 X¸c ®Þnh c¸c tham sè : k= U10 ë V1 U 20 P0 R0 = 2 P0 ë I0 W Xo = Zo − R o 2 2 U U20 ë V2 Z0 = 10 I0 Rth ≈ R0 ; Xth ≈ X0 định mức b. ThÝ nghiÖm ng¾n m¹ch: * S¬ ®å: Bé * W A1 U1 ®iÒu A2 V chØnh U §o : I1®m ë A1 X¸c ®Þnh c¸c tham sè : U1n ë V Pn Rn = 2 Pn ë I1®m W Xn = Zn − R n 2 2 U I2®m ë A2 Zn = 1n I1®m Rn Xn R1 ≈ R 2 = X1 ≈ X 2 = ' ' 2 2
C¸c thµnh phÇn cña ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch : Rn Xn R n I1®m X n I1®m u nr % = 100 u nx % = 100 I1đm U1®m U1®m U1n 7.7 ChÕ ®é lµm viÖc cã t¶i 1. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp vµ ®Æc tÝnh ngoµi cña MBA a. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp U 2®m − U 2 ∆U% = 100 (1) nh©n tö vµ mÉu víi k U 2®m Rn Xn U − U2 ' ∆U% = 1®m 100 (2) I1 U1®m U1®m U2’ Zt’ . . . . U 1 ® m = U 2 + R n I 1 + jX n I1 ' . . . . U 1 ® m = U 2 + R n I 1 + jX n I 1 ' cã ®å thÞ vÐc t¬ : ur ' Chän U 2 lµm gèc ur U1®m gi¶ sö t¶i mang t/c ®iÖn c¶m θ A C B thùc tÕ gãc θ rÊt nhá ϕ2 ur ' ur ur ' r U2 r r U1®m trùng phaU 2 I1 R n I1 jX n I1 U1®m - U2’ = AB = AC + CB = RnI1cosϕ2 + XnI1sinϕ2 R n I1 cos ϕ2 + X n I1 sin ϕ2 ∆U% = 100 U1®m I R I X I ∆U% = 1 [ n 1®m 100 cos ϕ2 + n 1®m 100sin ϕ2 ] I1®m U1®m U1®m β1 qu¸ t¶i I1 I2 S β= = ≈ β=1 t¶i ®Þnh møc I1®m I2®m S®m
∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2) ∆U% = f(β, ϕ2) ∆U% phô thuéc 3 yÕu tè: ∆U% - §é lín cña t¶i (β) (Rn vµ xn) - TÝnh chÊt cña t¶i (ϕ2) R-L - Th«ng sè MBA (unr%, unx%) R - t¶i R ϕ2 = 0 ∆U% = βunr% β - t¶i R-L 0 < ϕ2 < 90o ∆U%R-L> ∆U%R R- C - t¶i R- C - 90o < ϕ2 < 0 ∆U% = βun%(cosϕn cosϕ2 + sinϕnsinϕ2) un% unx% Z ∆U%= βun%cos(ϕn- ϕ2 ) Nãi chung ϕn X R unr% ∆U%R-C < 0 >90o =90o < 90o b- §Æc tÝnh ngoµi U2 = f(I2) U 2®m − U 2 ∆U% = 100 ∆U% U 2®m ∆U% U 2 = (1 − )U 2 ®m 100 f(β,cosϕ2) R U2 = f( β,cosϕ2) β - Tải R: U2 - Tải R - L: U2đm R-C - Tải R - C: R R-L Gi÷ U2 kh«ng ®æi: thay đổi W1 hoặc W2 I2 Thay đổi vòng dây phía cao áp?
2. Qu¸ tr×nh n¨ng lượng vµ hiÖu suÊt cña MBA P2 η= hiÖu suÊt P1 ∑ ∆P P2 P1 P2 η= P2 + ∑ ∆P C¸c lo¹i tæn hao: + Tæn hao ®ång ∆P® = R1I12 + R2’ I2’2 = RnI12 = ( I1 ) 2 R n I1®m 2 I1®m ∆P® = β2Pn + Tæn hao s¾t: ∆Pst = RthI02 ≈ R0I02 ∆Pst = P0 ∆P® = β2Pn P2 + P2 = U2I2cosϕ2 η= ∆Pst = P0 P2 + ∑ ∆P I2 ≈ U 2 ®m I 2 ®m cos ϕ2 P2 = βS®m cosϕ2 I 2 ®m β S®m cosϕ22 η βS®m cos ϕ2 η= cosϕ21 βS®m cos ϕ2 + β2 Pn + P0 ηmax P0 βk = Pn βk β Gi¶n ®å n¨ng lượng P1 P2 ∆P®1 ∆Pst ∆P®2
7.8 M¸y biÕn ¸p 3 pha 1- CÊu t¹o vµ nguyªn lý Các đại lượng định mức: - Công suất định mức Sđm : ba pha - Dòng, áp định mức Uđm, Iđm: đại lượng dây - Tổn hao công suất P0, Pn : ba pha - Các đại lượng khác: un%, i0% 2- Tæ nèi d©y a. §Þnh nghÜa: Cách nối d/q SC cách nối d/q TC số (giờ) Y/∆ - 11 Y/Y-12 ur ur U AB ur U AB ur U ab U ab 12x30o = 360o 11x30o = 330o
3. HÖ sè biÕn ¸p U1®m U1f®m W1 kd = kf = = U 2®m U 2f®m W2 4. Sù lµm viÖc song song cña MBA 3 pha a. Môc ®Ých: - §¶m b¶o tÝnh kinh tÕ - Liªn tôc cung cÊp ®iÖn b. §iÒu kiÖn: - Cïng tæ nèi d©y - HÖ sè biÕn ¸p b»ng nhau - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch b»ng nhau (sai khác không quá 10%) VÝ dô : MBA 3 pha cã sè liÖu : S®m = 500 kVA; U1®m /U2®m = 22/0,4 kV; Po = 900 W; Pn = 3600 W; io% = 2; un% = 4; d©y quÊn nèi ∆/Y- 11 T×m : - C¸c th«ng sè s¬ ®å thay thÕ - ∆ U% vµ hiÖu suÊt η khi MBA lµm viÖc víi β = 0,8; hÖ sè cosϕ2 = 0,8 t¶i ®iÖn c¶m - §iÖn ¸p U2 khi t¶i ®Þnh møc Gi¶i 1. Th«ng sè s¬ ®å thay thÕ Pnf I1®m Rn = Sơ cấp nối ∆ I1®mf = I1®mf 2 3 I1®m = S®m = I1®mf = 3U1®m
U un % Rn = Zn = 1nf U1nf = U1®mf I1®mf 100 U1nf U1nf = Zn = I1®mf Xn = Zn − R n 2 2 Xn = Rn R1 ≈ R 2' = = 2 Xn R2 ' X2 ' X1 ≈ X 2 ' = = R2 = X2 = 2 2 2 kf kf U1f kf = = U 2f Pof io % Ro = 2 Iof = I1®mf = Iof 100 U1of Ro = Zo = = Iof Ro = Zo = Xo = Zo − R o Xo = 2 2 R th ≈ Ro = X th ≈ Xo =
Po Ro = cos ϕo = = 3U1®m Io Zo Chó ý : R 1 = 10, 45 Ω X1 = 57 Ω R th ≈ Ro = 12.985 Ω Xth ≈ Xo = 144.153Ω 2. T×m ∆ U% vµ hiÖu suÊt η ∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2) cosϕ2 = 0,80 sinϕ2 = 0,6 R n I1®m Zn I1®m Rn Rn u nr % = 100 = 100 = un % U1®m U 1®m Zn Zn Xn u nx % = u n % = Zn ∆U% = βS®m cos ϕ2 η= = βS®m cos ϕ2 + β2 Pn + P0 3. T×m U2 ∆U% U 2 = (1 − )U 2 ®m 100 =
7.9 M¸y biÕn ¸p ®Æc biÖt 1. M¸y biÕn ¸p tù ngÉu A U1 W1 A a. S¬ ®å nguyªn lý U1 W1 W2 U W2 2U b. §Æc ®iÓm 2 U1 W1 => U = W2 U - hÖ sè BA : k= = 2 1 U 2 W2 W1 khi A thay đổi Trên nhãn U2 thay đổi từ: 0 ÷ U1đm MBATN ở PTN - N¨ng lượng chuyÓn tõ SC sang TC theo 2 đường-> KÝch thước nhá gän c. Phạm vi sử dụng U1 = 220 V - Công suất vừa và nhỏ U2 = 0÷250 V - Công suất lớn 2. M¸y biÕn ¸p ®o lường Ucao a. M¸y biÕn ®iÖn ¸p W1 * S¬ ®å nguyªn lý * §Æc ®iÓm W2 U1 W1 V - hÖ sè BA : k= = U 2 W2 W2 => U V = U cao W1 - 2 ®Çu dq thø cÊp lu«n nèi víi V«n kÕ Không tải U2®m = 100 V
1 hoặc 2 vòng b. M¸y biÕn dßng ®iÖn W1 a. S¬ ®å nguyªn lý I lín W2 b. §Æc ®iÓm A I1 W2 I lín W1 - hÖ sè BD : k i = = = => I A = I lín I 2 W1 I A W2 - 2 ®Çu dq thø cÊp lu«n nèi víi A - I2®m = 5A -> MBA 100/5, 200/5, 1000/5, ….