Bài giảng Kỹ thuật điện đại cương_Chương 3

Chia sẻ: Chu Văn Thắng Doremon | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

332
lượt xem 107
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật điện đại cương chương 3 Nội dung chương 3 trình bày về Máy biến áp (7LT + 3BT). Mời các bạn cùng tham khảo học tập mở mang kiến thức.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điện đại cương_Chương 3

Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Chöông 3: MAÙY BIEÁN AÙP (7LT + 3BT) IV.1. Giôùi thieäu chung veà maùy bieán aùp IV.1.1. Ñònh nghóa Maùy bieán aùp laø thieát bò ñieän töø tónh laøm nhieäm vuï truyeàn taûi hoaëc phaân phoái naêng löôïng. Goàm cuoän daây sô caáp noái nguoàn ñieän vaø cuoän daây caûm öùng noái taûi laø cuoän thöù caáp. Kyù hieäu: IV.1.2. Caùc ñaïi löôïng ñònh möùc MBA moät pha: U1ñm, U2ñm = U20, I1ñm, I2ñm, Sñm = U2ñm.I2ñm≈ U1ñm.I1ñm[VA] MBA bapha: Uñm daây, Iñm daây, Sñm = 3 U2ñm.I2ñm≈ 3 U1ñm.I1ñm[VA] IV.1.3. Caáu taïo cuûa maùy bieán aùp Loõi: (0,35mm ñeán 0,5mm) Daây quaán. Voû maùy: coù theå chöùa daàu maùy bieán aùp (laøm maùt vaø caùch ñieän MBA). IV.1.4. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maùy bieán aùp φ i1 i2 u1 w1 w2 u2 Zt dφ dφ e1 = − w 1 e 2 = −w 2 dt dt & j ωw 1 Φ & jωw 2 Φ & E1 = − & E2 = − 2 2 j ωw 1 Φ jωw 2 Φ E1 = − E2 = − 2 2 Hay E 1 = − 2πfw 1Φ E 2 = − 2πfw 2 Φ (U1 khoâng ñoåi ⇒ E1 xem nhö khoâng ñoåi ⇒ Φ khoâng ñoåi Töø thoâng Φ khoâng ñoåi caû khi khoâng taûi vaø coù taûi) E1 w 1 Tyû soá bieán aùp: k = = E2 w2 Neáu boû qua ñieän trôû daây quaán vaø töø thoâng toûa ra ngoøai khoâng khí ta coù: U1 ≈ E1 vaø U2 ≈ E2 E w U ⇒ k= 1 = 1 ≈ 1 E 2 w2 U 2 Chöông 3: Maùy bieán aùp 1
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh IV.2. Cheá ñoä khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp IV.2.1. Phöông trình ñieän aùp & & U1 = −E1 & I1 & Φ & =0 I2 & Φ & & U1 E 1 w1 w2 & & E2 U2 & & E2 = U2 & E1 & ωw 1 Φ & & U 1 ≈ −E 1 = j Φ chaäm pha hôn U1 moät goùc 900. 2 ωw 2 Φ& & & U2 ≈ E2 = − j Φ sôùm pha hôn U1 moät goùc 900. 2 & U1 IV.2.2. Doøng ñieän khoâng taûi Do toån hao trong loõi theùp, & 0 sôùm pha hôn töø thoâng Φ 0 goùc α goïi I & laø goùc toån hao töø treã. & I0 I0x laø thaønh phaàn phaûn khaùng hay töø hoùa duøng ñeå töø hoùa loõi theùp. α & I0r I0r laø thaønh phaàn taùc duïng do toån hao trong loõi theùp. & Φ & I0 x Thöôøng I0r < 10% I0x ⇒ I0x ≅ I0. Doøng ñieän khoâng taûi I0 raát nhoû hôn so vôùi doøng ñieän sô caáp ñònh möùc neân coù theå boû qua doøng khoâng taûi: I0 = (0,5% ÷ 10%)I1ñm. & E1 IV.2.3. Coâng suaát khoâng taûi P0 = PFe + Pr1 ≈ PFe (vì I0 nhoû) 1, 3  f  PFe = p 40 β 2   m Fe 50  50  Trong ñoù p 40 laø suaát toån hao trong theùp ôû taàn soá 50Hz vaø töø caûm 1T [w/kg] 50 β töø caûm trong loõi theùp [T] mFe khoái löôïng theùp [kg] IV.3. Cheá ñoä taûi IV.3.1. Phöông trình caân baèng ñieän aùp sô caáp vaø thöù caáp & I1 & Φ & I2 & Φ σ1 & Φ σ2 & U1 w1 w2 & U2 & Zt Chöông 3: Maùy bieán aùp 2
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Töø thoâng chính Φ sinh ra söùc ñieän ñoäng caûm öùng chính: dψ 1 dφ dψ 2 dφ e1 = − = −w 1 e2 = − = −w 2 dt dt dt dt Töø thoâng taûn: Ψσ1 = w 1 .Φ σ1 Ψσ1 = w 1 .Φ σ1 do ñieän caûm taûn sinh ra: Ψσ 1 Ψσ 2 Lσ 1 = − Lσ 2 = − (haèng soá, ∉ I) i1 i2 Töø thoâng taûn chæ moùc voøng qua rieâng leû töø cuoän daây, vaø taïo ra söùc ñieän ñoäng caûm öùng : dψ di dψ di e σ1 = − σ1 = −L σ1 1 e σ 2 = − σ 2 = −L σ 2 2 dt dt dt dt i1 i2 eσ2 eσ1 u1 u2 Zt e1 e2 Chieàu ñieän aùp nhö hình veõ:  di 1  U 1 = − e 1 − e σ 1 + r1 i 1  U 1 = − e 1 + L σ 1 dt + r1 i 1   ⇒   U 2 = e 2 + e σ 2 − r2 i 2 U = e − L di 2 − r2 i 2  2  2 σ 2 dt Vieát daïng soá phöùc:  U 1 = − E 1 + (r1 + jx 1 )& 1 = − E 1 + Z 1 & 1 & & I & & I &  I & & (  U 2 = E 2 − (r 2 + jx 2 )& 2 = E 2 + Z 2 − & 2 & I ) Vôùi x1 = ω Lσ1 laø ñieän khaùng taûn daây quaán sô caáp. x2 = ω Lσ2 laø ñieän khaùng taûn daây quaán thöù caáp. Z1 = r1 + jx1 laø toång trôû daây quaán sô caáp. Z2 = r2 + jx2 laø toång trôû daây quaán thöù caáp. IV.3.2. Phöông trình caân baèng söùc töø ñoäng U1 = const ≈⇒ E1 = const ⇒ Φm = const ( E 1 = 2π .k dq .N1f .Φ m ) 1 Do töø thoâng Φm = const neân söùc töø ñoäng khoâng ñoåi (F = NI = Φ m R m ) ⇒ (khoâng taûi) w 1 .& 0 = w 1 .I1 + w 2 .& 2 = const I & I (coù taûi) & I  w &  &' I  & ⇒ I1 = & 0 +  − 2  w I 2 = & 0 +  − 2  I   ( )  = I 0 + − & '2 I  1   k  w E vôùi k = 1 = 1 laø tyû soá bieán aùp w2 E2 Chöông 3: Maùy bieán aùp 3
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh IV.3.3. Heä phöông trình moât taû maùy bieán aùp vaø giaûn ñoà vector & U1 jx1&1 I U1 = −E 1 + (r1 + jx 1 )&1 & & I r1&1 I & & − E1 U 2 = E 2 − (r2 + jx 2 )& 2 & I & & ( )& ' I 1 = I 0 + − I 2 & I1 − &'2 I α goùc toån hao töø treã & α I0 θ2 goùc leäch pha giöõa I2 vaø E2. & Φ & θ2 IV.4. Sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp I2 & U2 U 1 = −E 1 + Z1 &1 & & & I − r2 & 2 I & U 2 = E 2 − Z 2 & 2 & & I − jx 2 & 2 I & E2 & & ( )&' I 1 = I 0 + − I 2 & E1 IV.4.1. Quy ñoåi maùy bieán aùp Ñeå thieát laäp maïch töông ñöông caàn caùc ñieàu kieän: ñieän aùp, doøng ñieän, taàn soá, naêng löôïng. Söùc ñieän ñoäng vaø ñieän aùp thöù caáp quy ñoåi w1 Qui veà sô caáp: E’2 = E1, maø E 1 = E 2 = kE 2 ⇒ E’2 = kE2 w2 Töông töï coù : U’2 = kU2 Doøng ñieän thöù caáp quy ñoåi Ñieàu kieän naêng löôïng: E2I2 = E’2I’2 E 1 Doøng ñieän thöù caáp quy ñoåi: I '2 = '2 I 2 = I 2 E2 k Ñieän trôû vaø ñieän khaùng thöù caáp quy ñoåi Ñieàu kieän naêng löôïng: r2 I 2 = r2' I '22 2 ⇒ r2' = k 2 .r2 Töông töï x 2 I 2 = x '2 I '22 2 ⇒ x '2 = k 2 .x 2 Hay Z '2 = k 2 .Z 2 vaø Z 't = k 2 .Z t IV.4.2. Sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp  U 1 = − E 1 + Z 1 & 1 = − E 1 + (r1 + jx 1 )& 1 & & & I & I  & ' & ' & ' &' & ' ' ( ' &'  U 2 = E 2 − Z 2 I 2 = E 2 − r 2 + jx 2 I 2 ) &' & ( I2 = I0 + − I2 &' ) & I r1 x1 r’2 x’2 − & '2 I 1 & I0 rm & U1 & − E1 − E '2 & U '2 Z’t xm Chöông 3: Maùy bieán aùp 4
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh E 1 = Z m & 0 = (rm + jx m )& 0 & & I I Vôùi Zm = rm + jxm laø toång trôû hoùa ñaëc tröng cho maïch töø p rm = Fe2 laø ñieän trôû hoùa ñaëc tröng cho toån hao I0 xm laø ñieän khaùng töø hoùa ñaëc tröng cho töø thoâng chính Φ & I r1 x1 r’ 2 x’2 − &' I 1 2 & I0 & U1 & I0 r & I0 x & Z’t U '2 & ' − E1 Rm Xm − E 2 Doøng ñieän khoâng taûi I0 thöôøng raát nhoû rn xn I0 = (0,5% ÷ 10%)I1ñm. Đ1=-Đ’2 & U1 & U '2 Z’t (taàn soá cao ko qua ñöôïc) Vôùi rn = r1 + r’2 laø ñieän trôû ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp. xn = x1 + x’2 laø ñieän khaùng ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp. IV.5. Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa maùy bieán aùp IV.5.2. Thí nghieäm khoâng taûi r1 x1 I0 rm A W I0 P0 & & U1 V U20 U1 U 20 V xm w 1 E1 U U 1) Tyû soá bieán aùp k: =k=≈ 1 = 1dm w 2 E 2 U 20 U 20 p0 2) Ñieän trôû khoâng taûi: r0 = r1 + rm = 2 I0 Thöôøng r0 >> r1 neân: rm ≈ r0 U 3) Toång trôû khoâng taûi: Z 0 = 1dm I0 thöôøng Z 0 >> Z m neân Zm ≈ Z0 4) Ñieän khaùng khoâng taûi: 2 x0 = x1 + xm = Z 0 − r02 Ñieän khaùng töø hoùa thöôøng laáy gaàn ñuùng: xm ≈ x0 p0 5) Heä soá coâng suaát khoâng taûi: cos ϕ 0 = (0,1 ÷ 0,3) U1dm I 0 Chöông 3: Maùy bieán aùp 5
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh IV.5.2. Thí nghieäm ngaén maïch I1 = I1ñm Un = ( 3% + 10% ) U1ñm A W rn xn In Pn Đn=Đ1ñm U1=Un V A & Un U n U 1dm 1) Toång trôû ngaén maïch Zn = = In I1dm Pn 2) Ñieän trôû ngaén maïch rn = 2 (coù theå ño ñöôïc, raát nhoû) I1dm 3) Ñieän trôû khaùng ngaén maïch x n = Z 2 − rn2 n rn xn Quan heä gaàn ñuùng: r1 ≈ r2' ≈ vaø x 1 ≈ x '2 ≈ 2 2 Unr = rnI1ñm laø thaønh phaàn taùc duïng cuûa ñieän aùp ngaén maïch. & Un & U nx Uux = xnI1ñm laø thaønh phaàn phaûn khaùng cuûa ñieän aùp ngaén maïch. Ñieän aùp ngaén maïch thöôøng ñöôïc tính baèng phaàn traêm so vôùi ñieän aùp ϕn ñònh möùc: & U nr Un Z I Un % = 100 = n 1dm 100 U 1dm U 1dm U nr rI U nr % = 100 = n 1dm 100 U 1dm U 1dm U nx x I U nx % = 100 = n 1dm 100 U 1dm U 1dm IV.6. Caùc ñaëc ñieåm vaän haønh cuûa maùy bieán aùp IV.6.1. Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy bieán aùp S1=P1+ jQ1 Sñt=Pñt+jQñt S2= P2+jQ2 pCu1+ jq1 pFe+jqm pCu2 + jq2 Sô caáp: P1 = U1I1cosϕ1 coâng suaát taùc duïng. Q1 = U1I1sinϕ1 coâng suaát phaàn khaùng. ϕ1 goùc leäch pha giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp sô caáp. pcu1 = r1I12 coâng suaát toån hao treân ñieän trôû daây quaán sô caáp. Chöông 3: Maùy bieán aùp 6
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh qcu1 = x1I12 coâng suaát phaûn khaùng taïo töø tröôøng baûn daây quaán sô caáp. pfe = rmIo2 coâng suaát toån hao trong loõi theùp. 2 qm1 = xmIo coâng suaát phaûn khaùng taïo töø tröôøng chính trong loõi theùp. Coâng suaát ñieän töø taùc duïng vaø phaûn khaùng truyeàn töø sô caáp qua thöù caáp maùy bieán aùp Pdt = P1 – pcu1 – pfe = E’2.I’2.cos ϕ2 Qdt = Q1 – qcu1 – qm = E’2.I’2.sin ϕ2 xem gaàn ñuùng goùc leäch pha ϕ2 giöõa U2 vaø I2 ≈ goùc leäch pha θ2 giöõa E2 vaø I2. Thöù caáp: pcu2 = r2I22 coâng suaát toån hao treân ñieän trôû daây quaán thöù caáp. q2 = x2I22 coâng suaát phaûn khaùng taïo töø tröôøng baûn daây quaán thöù caáp. Do ñoù coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng ôû ñaàu ra maùy bieán aùp laø: P2 = Pdt – pcu2 = U2I2 cos ϕ2 Q2 = Qdt – q2 = U2I2 sin ϕ2 IV.6.2. Heä soá taûi cuûa maùy bieán aùp I2 I1 β= ≈ I 2 dm I1dm Khi β = 1 - taûi ñònh möùc; β < 1 - non taûi; β > 1 - quaù taûi. IV.6.3. Hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp P2 P2 η= hoaëc η% = 100 P1 P1 P2 P2 η= = P1 P2 + PFe + PCu P2 = U2I2 cosϕ2 = β.Sñmcosϕ2 PFe ≈ P0 (TN khoâng taûi vôùi: U1ñm) 2 2 2 ’ 2 2 PCu = I1 r1 + I2 r2 = I1 (r1+r 2) = I1 rn = β Pn. (TN ngaén maïch vôùi: I1ñm) ⇒ β .Sdm . cosϕ2 η= β .Sdm . cosϕ2 + P0 + β 2 .Pn ∂η neáu cos ϕ2 khoâng ñoåi thì hieäu suaát seõ cöïc ñaïi khi: =0 ⇔ β2.Pn = P0 ∂β P0 Heä soá taûi öùng vôùi hieäu suaát cöïc ñaïi laø: β= Pn IV.6.4. Ñoä thay ñoåi ñieän aùp cuûa maùy bieán aùp U1 = Uñm = const U2 = U20 = U2ñm Khi maùy bieán aùp ôû cheá ñoä taûi thì U2 < U2ñm vaø phuï thuoäc vaøo taûi do ñieän aùp rôi treân daây quaán sô caáp vaø thöù caáp. Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp ∆U2 laø: ∆U2 = U2ñm – U2 Chöông 3: Maùy bieán aùp 7
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh U 2dm − U 2 Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp phaàn traêm: ∆U 2 % = .100 U 2dm k.U 2dm − k.U 2 U − U '2 Hay ∆U 2 % = .100 = 1dm .100 k.U 2 dm U1dm U1ñm B ZnĐ1 xnĐ1 0 A ϕn ϕ2 C Đ’2 = -Đ1 -U’2 rnI1 β(U nr . cos ϕ 2 + U nx . sin ϕ 2 ) ∆U 2 % = = β(U nr %. cos ϕ 2 + U nx %. sin ϕ 2 ) U 1dm Löu yù: sin ϕ2 > 0 khi doøng ñieän chaäm pha (taûi caûm) sin ϕ2 < 0 khi doøng ñieän sôùm pha (taûi dung) ⇒ ∆U2% phuï thuoäc vaøo heä soá taûi vaø tính chaát cuûa taûi. Töø ∆U% ta tính ñöôïc ñieän aùp thöù caáùp U2 theo coâng thöùc:  ∆U 2 %  U 2 = U 2dm − ∆U 2 = U 2dm 1 −   100  U2 C U20 R L β IV.7. Maùy bieán aùp ba pha Y hay ∆ Chöông 3: Maùy bieán aùp 8
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh IV.8. Söï laøm vieäc song song cuûa maùy bieán aùp Ñieàu kieän laøm vieäc song song: doøng ñieän taûi phaân boá tyû leä theo coâng suaát maùy ⇔ + khoâng coù doøng caân baèng chaïy trong caùc daây quaán thöù caáp + cuøng heä soá taûi β Ñeå ñaûm baûo hai ñieàu kieän treân: 1. Caùc MBA coù cuøng ñieän aùp sô caáp vaø thöù caáp 2. Ñieän aùp thöù caáp cuøng pha vaø cuøng toå ñaáu daây 3. Cuøng ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm (ñeå cuøng cuøng β) I Ic6 ZnI I’2I EI I’2 ZnII U1 U2 U1 I’2II Z’2 EII U’2 II β I U nII % U nII = = β II U nI % U nI βI I I  U1dm  1 Z n 2 I1IIdm   Z n1 I1I  U nII %  U nII % = 1I 1IIdm =  Z n1 I1I    Z I =   U %  Z I  = U %   β II I1Idm I1II  Z n1 I1Idm  n 2 1II U1dm   nI  n 2 1II  nI MBA naøo coù ñieän aùp ngaén maïch nhoû hôn seõ chòu taûi lôùn hôn bieä IV.9. Caùc maùy bieán aùp ñaëc bieät Maùy töï bieán aùp (maùy bieán aùp töï ngaãu) Chöông 3: Maùy bieán aùp 9
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh I1 I2 U1 W1 W2 U2 Zt U1 w 1 w1 k= = ⇒ U 2 = U1 U 2 W2 w2 doøng ñieän? Thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp U2 deã daøng baèng caùch cho con tröôït di chuyeån. Maùy bieán ñieän aùp U1 & Φ A X & Đ0 & & A x & − E1 − U 2 U2 = E2 U2 δv & U1 (Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä hôû maïch) Toång trôû cuûa cuoän daây sô caáp Z1 cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch giaûm r1. Maùy bieán doøng ñieän I1 Đ2 -Đ’2 I2 δi Đ1 Chöông 3: Maùy bieán aùp 10
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh (Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén maïch) Toång trôû maïch töø Zm cuûa bieán aùp caøng lôùn (goùc leäch pha caøng nhoû) caøng chính xaùc. Toång trôû cuûa caùc cuoän daây Zn cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch taêng Zm. Chöông 3: Maùy bieán aùp 11
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Baøi taäp Giôùi thieäu chung veà maùy bieán aùp MBA moät pha: U1ñm, U2ñm = U20, I1ñm, I2ñm, Sñm = U2ñm.I2ñm≈ U1ñm.I1ñm[VA] MBA bapha: Uñm daây, Iñm daây, Sñm = 3 U2ñm.I2ñm≈ 3 U1ñm.I1ñm[VA] dφ dφ e1 = − w 1 e 2 = −w 2 dt dt & j ωw 1 Φ & jωw 2 Φ & E1 = − & E2 = − 2 2 j ωw 1 Φ jωw 2 Φ E1 = − E2 = − 2 2 Hay E 1 = − 2πfw 1Φ E 2 = − 2πfw 2 Φ (U1 khoâng ñoåi ⇒ E1 xem nhö khoâng ñoåi ⇒ Φ khoâng ñoåi Töø thoâng Φ khoâng ñoåi caû khi khoâng taûi vaø coù taûi) E1 w 1 Tyû soá bieán aùp: k = = E2 w2 Neáu boû qua ñieän trôû daây quaán vaø töø thoâng toûa ra ngoøai khoâng khí ta coù: U1 ≈ E1 vaø U2 ≈ E2 E w U ⇒ k= 1 = 1 ≈ 1 E 2 w2 U 2 Cheá ñoä khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp & ωw 1 Φ & & U 1 ≈ −E 1 = j Φ chaäm pha hôn U1 moät goùc 900. 2 ωw 2 Φ& & & U2 ≈ E2 = − j Φ sôùm pha hôn U1 moät goùc 900. 2 Coâng suaát khoâng taûi & (I0 = (0,5% ÷ 10%)I1ñm) sôùm pha hôn töø thoâng Φ goùc α goïi laø goùc toån hao töø treã: I0 & 0 I0x laø thaønh phaàn phaûn khaùng hay töø hoùa duøng ñeå töø hoùa loõi theùp. I0r laø thaønh phaàn taùc duïng do toån hao trong loõi theùp. (I0r < 10% I0x ⇒ I0x ≅ I0). Coâng suaát khoâng taûi ng P0 = PFe + Pr1 ≈ PFe (vì I0 nhoû) Cheá ñoä taûi Phöông trình caân baèng ñieän aùp sô caáp vaø thöù caáp Töø thoâng chính Φ sinh ra söùc ñieän ñoäng caûm öùng chính: dψ 1 dφ dψ 2 dφ e1 = − = −w 1 e2 = − = −w 2 dt dt dt dt Töø thoâng taûn: Ψσ1 = w 1 .Φ σ1 Ψσ1 = w 1 .Φ σ1 do ñieän caûm taûn sinh ra: Ψσ 1 Ψσ 2 Lσ 1 = − Lσ 2 = − (haèng soá, ∉ I) i1 i2 Chöông 3: Maùy bieán aùp 12
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Töø thoâng taûn chæ moùc voøng qua rieâng leû töø cuoän daây, vaø taïo ra söùc ñieän ñoäng caûm öùng : dψ di dψ di e σ1 = − σ1 = −L σ1 1 e σ 2 = − σ 2 = −L σ 2 2 dt dt dt dt i1 i2 eσ2 eσ1 u1 u2 Zt e1 e2 Chieàu ñieän aùp nhö hình veõ:  di 1  U 1 = − e 1 − e σ 1 + r1 i 1  U 1 = − e 1 + L σ 1 dt + r1 i 1   ⇒   U 2 = e 2 + e σ 2 − r2 i 2 U = e − L di 2 − r2 i 2  2  2 σ 2 dt Vieát daïng soá phöùc:  U 1 = − E 1 + (r1 + jx 1 )& 1 = − E 1 + Z 1 & 1 & & I & & I &  I & & (  U 2 = E 2 − (r 2 + jx 2 )& 2 = E 2 + Z 2 − & 2 & I ) Vôùi x1 = ω Lσ1 laø ñieän khaùng taûn daây quaán sô caáp. x2 = ω Lσ2 laø ñieän khaùng taûn daây quaán thöù caáp. Z1 = r1 + jx1 laø toång trôû daây quaán sô caáp. Z2 = r2 + jx2 laø toång trôû daây quaán thöù caáp. Phöông trình caân baèng söùc töø ñoäng U1 = const ≈⇒ E1 = const ⇒ Φm = const ( E 1 = 2π .k dq .N1f .Φ m ) 1 Do töø thoâng Φm = const neân söùc töø ñoäng khoâng ñoåi (F = NI = Φ m R m ) ⇒ (khoâng taûi) w 1 .& 0 = w 1 .I1 + w 2 .& 2 = const I & I (coù taûi) & I  w &  &' I  & ⇒ I1 = & 0 +  − 2  w I 2 = & 0 +  − 2  I   ( )  = I 0 + − & '2 I  1   k  w E vôùi k = 1 = 1 laø tyû soá bieán aùp w2 E2 Heä phöông trình moât taû maùy bieán aùp vaø giaûn ñoà vector bieá U1 = −E 1 + (r1 + jx 1 )&1 & & I & U 2 = E 2 − (r2 + jx 2 )& 2 & I & & ( )& ' I 1 = I 0 + − I 2 α goùc toån hao töø treã θ2 goùc leäch pha giöõa I2 vaø E2. Chöông 3: Maùy bieán aùp 13
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp  U 1 = − E 1 + Z1 & 1 & & & I & U 2 = E 2 − Z 2 & 2 & & I & & ( ) &' I 1 = I 0 + − I 2 Quy ñoåi maùy bieán aùp Ñeå thieát laäp maïch töông ñöông caàn caùc ñieàu kieän: ñieän aùp, doøng ñieän, taàn soá, naêng löôïng. Söùc ñieän ñoäng vaø ñieän aùp thöù caáp quy ñoåi w1 Qui veà sô caáp: E’2 = E1, maø E 1 = E 2 = kE 2 ⇒ E’2 = kE2 w2 Töông töï coù : U’2 = kU2 Doøng ñieän thöù caáp quy ñoåi Ñieàu kieän naêng löôïng: E2I2 = E’2I’2 E 1 Doøng ñieän thöù caáp quy ñoåi: I '2 = '2 I 2 = I 2 E2 k Ñieän trôû vaø ñieän khaùng thöù caáp quy ñoåi Ñieàu kieän naêng löôïng: r2 I 2 = r2' I '22 2 ⇒ r2' = k 2 .r2 Töông töï x 2 I 2 = x '2 I '22 2 ⇒ x '2 = k 2 .x 2 Hay Z '2 = k 2 .Z 2 vaø Z 't = k 2 .Z t Sô ñoà thay theá cuûa maùy bieán aùp  U 1 = − E 1 + Z 1 & 1 = − E 1 + (r1 + jx 1 )I 1 & & & I & &  & ' & ' & ' &' & ' ' ( ' &'  U 2 = E 2 − Z 2 I 2 = E 2 − r 2 + jx 2 I 2 ) &' & I2 = I0 + − I2(&' ) & I r1 x1 r’2 x’2 − & '2 I 1 & I0 rm & U1 & − E1 − E '2 & U '2 Z’t xm E 1 = Z m & 0 = (rm + jx m )& 0 & & I I Vôùi Zm = rm + jxm laø toång trôû hoùa ñaëc tröng cho maïch töø p rm = Fe2 laø ñieän trôû hoùa ñaëc tröng cho toån hao I0 xm laø ñieän khaùng töø hoùa ñaëc tröng cho töø thoâng chính Φ & I1 r1 x1 r’ 2 x’2 − &' I 2 & I0 & U1 & I0 r & I0 x & Z’t U '2 & − E1 ' Rm Xm − E 2 Chöông 3: Maùy bieán aùp 14
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Doøng ñieän khoâng taûi I0 thöôøng raát nhoû rn xn I0 = (0,5% ÷ 10%)I1ñm. Đ1=-Đ’2 & U1 & U '2 Z’t (taàn soá cao ko qua ñöôïc) Vôùi rn = r1 + r’2 laø ñieän trôû ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp. xn = x1 + x’2 laø ñieän khaùng ngaén maïch cuûa maùy bieán aùp. Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa maùy bieán aùp Thí nghieäm khoâng taûi w 1 E1 U U 1) Tyû soá bieán aùp k: k= = ≈ 1 = 1dm w 2 E 2 U 20 U 20 p0 2) Ñieän trôû khoâng taûi: r0 = r1 + rm = 2 rm ≈ r0 I0 U 3) Toång trôû khoâng taûi: Z 0 = 1dm Zm ≈ Z0 I0 4) Ñieän khaùng khoâng taûi: xm x0 2 x0 = x1 + xm = Z 0 − r02 ≈ p0 5) Heä soá coâng suaát khoâng taûi: cos ϕ 0 = (0,1 ÷ 0,3) U1dm I 0 Thí nghieäm ngaén maïch I1 = I1ñm Un = ( 3% + 10% ) U1ñm U n U1dm 4) Toång trôû ngaén maïch Zn = = In I1dm Pn 5) Ñieän trôû ngaén maïch rn = 2 (coù theå ño ñöôïc, raát nhoû) I1dm 6) Ñieän trôû khaùng ngaén maïch x n = Z 2 − rn2 n rn xn Quan heä gaàn ñuùng: r1 ≈ r2' ≈ vaø x 1 ≈ x '2 ≈ 2 2 Unr = rnI1ñm laø thaønh phaàn taùc duïng cuûa ñieän aùp ngaén maïch. Uux = xnI1ñm laø thaønh phaàn phaûn khaùng cuûa ñieän aùp ngaén maïch. Un Z I Un % = 100 = n 1dm 100 U1dm U 1dm U nr rI U nr % = 100 = n 1dm 100 U1dm U1dm U nx x I U nx % = 100 = n 1dm 100 U1dm U1dm Chöông 3: Maùy bieán aùp 15
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Caùc ñaëc ñieåm vaän haønh cuûa maùy bieán aùp Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy bieán aùp S1=P1+ jQ1 Sñt=Pñt+jQñt S2= P2+jQ2 pCu1+ jq1 pFe+jqm pCu2 + jq2 Sô caáp: P1 = U1I1cosϕ1 coâng suaát taùc duïng. Q1 = U1I1sinϕ1 coâng suaát phaàn khaùng. ϕ1 goùc leäch pha giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp sô caáp. 2 pcu1 = r1I1 coâng suaát toån hao treân ñieän trôû daây quaán sô caáp. qcu1 = x1I12 coâng suaát phaûn khaùng taïo töø tröôøng baûn daây quaán sô caáp. 2 pfe = rmIo coâng suaát toån hao trong loõi theùp. 2 qm1 = xmIo coâng suaát phaûn khaùng taïo töø tröôøng chính trong loõi theùp. Coâng suaát ñieän töø taùc duïng vaø phaûn khaùng truyeàn töø sô caáp qua thöù caáp maùy bieán aùp Pdt = P1 – pcu1 – pfe = E’2.I’2.cos ϕ2 Qdt = Q1 – qcu1 – qm = E’2.I’2.sin ϕ2 xem gaàn ñuùng goùc leäch pha ϕ2 giöõa U2 vaø I2 ≈ goùc leäch pha θ2 giöõa E2 vaø I2. Thöù caáp: pcu2 = r2I22 coâng suaát toån hao treân ñieän trôû daây quaán thöù caáp. q2 = x2I22 coâng suaát phaûn khaùng taïo töø tröôøng baûn daây quaán thöù caáp. Do ñoù coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng ôû ñaàu ra maùy bieán aùp laø: P2 = Pdt – pcu2 = U2I2 cos ϕ2 Q2 = Qdt – q2 = U2I2 sin ϕ2 Heä soá taûi cuûa maùy bieán aùp I2 I1 β= ≈ β = 1 - taûi ñònh möùc; β < 1 - non taûi; β > 1 - quaù taûi. I 2 dm I1dm Hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp P2 P2 η= hoaëc η% = 100 P1 P1 P2 P2 η= = P1 P2 + PFe + PCu P2 = U2I2 cosϕ2 = β.Sñmcosϕ2 PFe ≈ P0 (TN khoâng taûi vôùi: U1ñm) 2 2 2 ’ 2 2 PCu = I1 r1 + I2 r2 = I1 (r1+r 2) = I1 rn = β Pn. (TN ngaén maïch vôùi: I1ñm) β.Sdm . cos ϕ 2 ⇒ η= β.S dm . cos ϕ 2 + P0 + β.Pn ∂ neáu cos ϕ2 khoâng ñoåi thì hieäu suaát seõ cöïc ñaïi khi: η = 0 ⇔ β2.Pn = P0 ∂β P0 Heä soá taûi öùng vôùi hieäu suaát cöïc ñaïi laø: β= Pn Chöông 3: Maùy bieán aùp 16
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông ©TCBinh Ñoä thay ñoåi ñieän aùp cuûa maùy bieán aùp U1 = Uñm = const U2 = U20 = U2ñm Khi maùy bieán aùp ôû cheá ñoä taûi thì U2 < U2ñm vaø phuï thuoäc vaøo taûi do ñieän aùp rôi treân daây quaán sô caáp vaø thöù caáp. Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp ∆U2 laø: ∆U2 = U2ñm – U2 U 2dm − U 2 Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp phaàn traêm: ∆U 2 % = .100 U 2dm k.U 2 dm − k.U 2 U − U '2 Hay ∆U 2 % = .100 = 1dm .100 k.U 2 dm U 1dm β(U nr . cos ϕ 2 + U nx . sin ϕ 2 ) ∆U 2 % = = β(U nr %. cos ϕ 2 + U nx %. sin ϕ 2 ) U 1dm Löu yù: sin ϕ2 > 0 khi doøng ñieän chaäm pha (taûi caûm) sin ϕ2 < 0 khi doøng ñieän sôùm pha (taûi dung) ⇒ ∆U2% phuï thuoäc vaøo heä soá taûi vaø tính chaát cuûa taûi. Töø ∆U% ta tính ñöôïc ñieän aùp thöù caáùp U2 theo coâng thöùc:  ∆U 2 %  U 2 = U 2dm − ∆U 2 = U 2dm 1 −   100  Söï laøm vieäc song song cuûa maùy bieán aùp Ñieàu kieän:cuøng ñieän aùp sô caáp vaø thöù caáp vaø ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm. β I U nII % U nII = = β II U nI % U nI βI I I  U1dm  1 Z n 2 I1IIdm   Z n1 I1I  U nII %  U nII % = 1I 1IIdm =  Z n1 I1I    Z I =   U %  Z I  = U %   β II I1Idm I1II  Z n1 I1Idm  n 2 1II U1dm   nI  n 2 1II  nI MBA naøo coù ñieän aùp ngaén maïch nhoû hôn seõ chòu taûi lôùn hôn Caùc maùy bieán aùp ñaëc bieät Maùy töï bieán aùp (maùy bieán aùp töï ngaãu) U1 w 1 w1 k= = ⇒ U 2 = U1 doøng ñieän? U 2 W2 w2 Thay ñoåi ñöôïc ñieän aùp U2 deã daøng baèng caùch cho con tröôït di chuyeån. Maùy bieán ñieän aùp (Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä hôû maïch) Toång trôû cuûa cuoän daây sô caáp Z1 cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch giaûm r1. Maùy bieán doøng ñieän (Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén maïch) Toång trôû maïch töø Zm cuûa bieán aùp caøng lôùn (goùc leäch pha caøng nhoû) caøng chính xaùc. Toång trôû cuûa caùc cuoän daây Zn cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch taêng Zm. Baøi taäp: _Taát caû caùc ví duï. _ Baøi taäp: (.), (-) 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5a, 4.6, (*) 4.5bc, (**). Chöông 3: Maùy bieán aùp 17