Bài giảng Kỹ thuật điện: Phần 2 - Nguyễn Mạnh Hà

Chia sẻ: Banhbeodethuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Kỹ thuật điện: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Máy điện đồng bộ; máy phát điện; Phương trình cân bằng điện áp máy phát điện;...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: Phần 2 - Nguyễn Mạnh Hà

MAÏY BIÃÚN AÏP CHÆÅNG : 06 TIÃÚT THÆÏ : 20 § 6.1. Khaïi niãûm chung vãö maïy biãún aïp 6.1.1. Âënh nghéa: - Nhàõc laûi kiãún thæïc âaî hoüc (viãút lãn baíng åí pháön vê duû): MBA=Maïy âiãûn ténh = Maïy âiãûn + tæì træåìng caïc cuäün dáy khäng chuyãøn âäüng tæång âäúi. Âàûc âiãøm: Biãún âäøi thäng säú, khäng biãún âäøi nàng læåüng - Âæa ra âënh nghéa (viãút lãn baíng): Laì thiãút bë âiãûn ténh, laìm viãûc theo nguyãn lyï caím æïng âiãûn tæì, duìng âãø biãún âäøi thäng säú âiãûn aïp cuía hãû thäúng âiãûn xoay chiãöu våïi táön säú khäng thay âäøi. Phêa cuäün dáy näúi våïi nguäön âiãûn goüi laì så cáúp (chè säú kê hiãûu laì 1), phêa näúi våïi taíi goüi laì thæï cáúp (chè säú kê hiãûu laì 2). 6.1.2. Cäng duûng cuía maïy biãún aïp: - Nhàõc laûi kiãún thæïc âaî hoüc trong baìi “Náng cao hãû säú cosϕ” ta coï cäng thæïc Rd U P I= Pt U cos ϕ P2 ∆Pd = I R = Rd 2 U cos 2 ϕ - Nháûn xeït: + Tàng cosϕ chè giaím 1 pháön, täøng thãø truyãön taíi haìng tràm km thç cosϕ khäng coìn yï nghéa + Chè coìn caïch tàng U vç P, Rd khäng giaím âæåüc. + I nhoí tiãút kiãûm kim loaûi maìu, giaím chi phê âáöu tæ. + ∆P giaím tiãút kiãûm taìi nguyãn quäúc gia. - Caïc træåìng håüp cáön thiãút phaíi sæí duûng maïy biãún aïp: + Khi khäng âaím baío cháút læåüng âiãûn nàng (âæåìng dáy daìi, âiãûn aïp tháúïp) thç phaíi âáöu tæ MBA âãø tàng U (thæåìng 35, 110, 220, 500kV). Bàõc Nam tåïi 1500km + Maïy phaït thæåìng coï âiãûn aïp tháúp 3-21kV (kêch thæåïc nhoí) nãn cuîng phaíi duìng MBA tàng. + Häü tiãu thuû 110-220-380V nãn cáön MBA giaím (læu yï Nháût Baín duìng cáúp 110V) + Trong læåïi coï nhiãöu táöng náúc âiãûn aïp: 0,4-6-15-22-35-66-110-220-330-500-750kV 6.1.3. Caïc âaûi læåüng âënh mæïc: - Do nhaì chãú taûo quy âënh æïng våïi chãú âäü laìm viãûc täúi æu. Thæåìng ghi trong lê lëch maïy, hoàûc nhaîn maïy gàõn trãn maïy - Cäng suáút âënh mæïc Sâm: laì cäng suáút biãøu kiãún âæa ra åí dáy quáún thæï cáúp cuía MBA - Âiãûn aïp âënh mæïc Uâm: + U1âm laì âiãûn aïp âënh mæïc dáy quáún så cáúp + U2âm laì âiãûn aïp âënh mæc dáy quáún thæï cáúp khi noï håí maûch vaì U1âm Trang 41
(giaíi têch vç sao U2âm laûi nhæ váûy) + MBA 3 pha Uâm laì âiãûn aïp dáy, MBA 1 pha Uâm laì âiãûn aïp pha - Doìng âiãûn âënh mæïc Iâm: + MBA 1 pha: I1âm = Sâm / U1âm I2âm = Sâm / U2âm + MBA 3 pha: I1âm = Sâm / √3U1âm I2âm = Sâm / √3U2âm - Ngoaìi ra trong lê lëch coìn cho fâm, säú pha, täø âáúu dáy, Un%, I0%, kiãøu laìm maït, troüng læåüng maïy, troüng læåüng dáöu, tãn nhaì chãú taûo, nàm chãú taûo,... § 6.2. Cáúu taûo maïy biãún aïp 6.2.1. Loîi theïp: - Nhiãûm vuû: Dáùn tæì thäng chênh - Váût liãûu: Theïp laï kyî thuáût âiãûn - Truû (quáún dáy) + gäng (kheïp maûch tæì) - Veî hai loaûi hçnh coï truû + gäng trong giaïo trçnh 6.2.2. Dáy quáún: - Nhiãûm vuû: dáùn doìng âiãûn - Váût liãûu: nhäm (âäöng), troìn (chæî nháût) vaì boüc caïch âiãûn giaíi thêch vç sao boüc caïch âiãûn - Coï nhiãöu voìng dáy caïch âiãûn våïi nhau vaì caïch âiãûn våïi loîi theïp. - Nãúu hai dáy quáún cuìng mäüt truû ngæåìi ta bäú trê dáúy quáún tháúp aïp bãn trong, cao aïp bãn ngoaìi âãø giaím læåüng kim loaûi maìu (dáy tháúp aïp tiãút diãûn to hån) læu yï giaïo trçnh sai. 6.2.3. Caïch âiãûn vaì váût liãûu khaïc: - Dáöu maïy biãún aïp: laìm maït, caïch âiãûn - Caïnh taín nhiãût - Sæï xuyãn - Biãún doìng chán sæï - Bäü chuyãøn maûch - Phuû kiãûn (âæåìng äúng dáùn dáöu, råle håi, råle phoìng näø, bäü thåí,...) § 6.3. Phæång trçnh cán bàòng vaì maûch âiãûn thay thãú maïy biãún aïp lyï tæåíng 1) ðịnh nghĩa máy biến áp lý tưởng: - Laì loaûi maïy khäng täön taûi trong thæûc tãú. - Coï caïc âàûc âiãøm sau (ghi lãn baíng, giaíi thêch cho sinh viãn hiãøu åí pháön sau): + Cuäün dáy khäng coï âiãûn tråí + Tæì thäng moïc voìng hai dáy quáún, khäng taín ra xung quanh. + Khäng täøn hao nàng læåüng trong loîi theïp + µ = ∞. 2) Các hiện tượng ñiện từ xảy ra trong máy biến áp lý tưởng: Trang 42
- Veî hçnh, chuï thêch w1, u1, i1 vaì w2, u2, i2 vaì Φ: Khi K mở, phía sơ cấp có dòng ñiện i0 làm nhiệm vụ gây từ cho mạch từ (dòng ñiện này giả thiết rất nhỏ ñối với MBA lý tưởng). i0 sinh ra sññ e1 và e2. Các cặp (i0,Φ), (Φ, e1) và (Φ, e1) phù hợp quy tắc vặn nút chai. Trên hình vẽ trên e1 và e2 ñều ñi xuống nên các cực cùng tính ñều ở phía trên, ñược ñánh dấu chấm. Vị trí các cực cùng tính phụ thộn chiều quấn dây Khi K ñóng xuất hiện i2 cũng gây từ thông Φ2 nhưng ngược chiều Φ (ñịnh luật Lenz), do ñó cặp (i2, Φ2) phù hợp quy tắc vặn nút chai, tức chọn chiều i2 ñi ra khỏi cuộn dây. Tuy nhiên do • • U 1 = E1 = const nên bắt buộc nguồn gây ra E1 là Φm = const tức là Φ=Φmsinωt không phụ thuộc vào i1 và i2 . Do ñó dòng ñiện sơ cấp phải là i1 = i’1 + i0 trong ñó i’1 là dòng ñiện sinh ra thêm ñể chống lại ảnh hưởng của từ thông Φ2 của phía thứ cấp. Kết quả là trong mạch từ chỉ có từ thông Φ. 3) Các phương trình cân bằng trong máy biến áp lý tưởng: Giả thiết u1 hình sin thì Φ cũng hình sin. ðặt Φ = Φmsinωt sẽ sinh ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp các sññ e1 và e2:. dΦ e1 = − w1 = ωw1Φ m sin( ωt − 90 0 ) = 2 E1 sin( ωt − 90 0 ) dt dΦ e2 = −w2 = ωw 2 Φ m sin(ωt − 90 0 ) = 2 E 2 sin(ωt − 90 0 ) dt Do ñó: E1 = 4,44fw1Φm E2 = 4,44fw2Φm ðịnh nghĩa tỉ số biến E1 w a= = 1 ⇒ E 1 = aE 2 ⇒ U 1 = aU 2 (*) E 2 w2 Do máy biến áp lý tưởng nên P1 = P2 tức là không có tổn hao trong máy biến áp, nói cách khác là công suất truyền hoàn toàn từ sơ cấp sang thứ cấp. I1 U 2 1 I P1 = U 1 I 1 = U 2 I 2 ⇒ = = ⇒ I1 = 2 (**) I 2 U1 a a (*) và (**) là các phương trình cân bằng dòng ñiện và ñiện áp của máy biến áp lý tưởng. Sơ ñồ thay thế của MBA lý tưởng như hình bên phải. Trang 43
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 21 § 6.4. Caïc phæång trçnh cán bàòng cuía maïy biãún aïp thæûc § 6.4. Caïc phæång trçnh cán bàòng cuía maïy biãún aïp thæûc 6.4.1. Các hiện tượng ñiện từ xảy ra trong MBA thực: - Khái niệm về MBA thực: Các giả thiết về MBA lý tưởng không còn thì ñó là MBA thực. - Mô tả hiện tượng tạo từ thông: Cuộn w1 nối nguồn sin, cuộn w2 nối Zt. + Từ thông chính móc vòng với cả 2 cuộn dây: Nguồn gây từ chính là i1. Dòng i1 ñược chọn tùy ý nhưng ñảm bảo cặp (i1, Φ1) theo quy tắc vặn nút chai, khi ñó các cặp (e1,Φ1) và (e2,Φ2) cũng phải theo quy tắc vặn nút chai. Dòng i2 sinh Φ2 sao cho ngược Φ1 (chống lại biến ñổi) do ñó cặp (i2,Φ2) phải theo quy tắc vặn nút chai và cặp (i2,Φ1) không theo quy tắc này. Từ thông chính Φ=Φ1-Φ2. + Từ thông tản móc vòng riêng rẽ mỗi cuộn dây: Móc vòng qua dầu MBA, cách ñiện,… nên từ thông này nhỏ so với từ thông chính. Dòng i1 tạo Φt1 và i2 tạo Φt2 nên từ thông tản móc vòng tương ứng ψt1 = w1Φt1 và ψt2 = w2Φt2. Theo ñịnh nghĩa ta có ñiện cảm tản: Ψt 1 Ψt 1 Lt 1 = ; Lt 1 = i1 i1 + Các từ thông khác: Từ thông tản tại góc vuông mạch từ; tiết diện dẫn từ không bị thay ñổi bởi bulon ñịnh vị lá thép; từ thông tản do ñộ vênh của các lá thép; từ thông tản do các lá thép xếp lên nhau không ñối xứng, do nối lá thép,… trong giáo trình này giả thiết bỏ qua các từ thông này. Vấn ñề này nghiên cứu chuyên sâu. 6.4.2. Phương trình cân bằng ñiện áp dây quấn sơ cấp của MBA thực: Áp dụng ñịnh luật Kiec-hop 2 cho mạch sơ cấp (lưu ý e1 hướng xuống dưới và chiều sññ thay thế cho u1 hướng lên trên): di1 e1 + u 1 = L t 1 + Ri1 ⇔ dt • • • • • • • • • • • U 1 = − E 1 + jωLt1 I 1 + R1 I 1 ⇔ U 1 = − E 1 + jX 1 I 1 + R1 I 1 ⇔ U 1 = − E 1 + Z 1 I 1 Giải thích R1, X1, Z1. và lượng Z1I1. 6.4.3. Phương trình cân bằng ñiện áp dây quấn thứ cấp của MBA thực: Áp dụng ñịnh luật Kiec-hop 2 cho mạch thứ cấp cấp (lưu ý e2 hướng xuống dưới và chiều sññ thay thế cho u2 hướng lên trên):: Trang 44
di 2 − e 2 − u 2 = Lt 2 + Ri 2 ⇔ dt • • • • • • • • • • • U 2 = − E 2 − jωLt 2 I 2 − R 2 I 2 ⇔ U 2 = − E 2 − jX 2 I 2 − R 2 I 2 ⇔ U 2 = − E 2 − Z 2 I 2 • • ðối với phía phụ tải ta có: U 2 = Z t I 2 Giải thích R2, X2, Z2. và lượng Z2I2. 6.4.4. Phương trình cân bằng dòng ñiện của MBA thực: • • Nhận xét U 1 ≈ E 1 = const nên Φm = const do ñó Φ=Φmsinωt không phụ thuộc vào i1 và i2. ðiều này có nghĩa sức từ ñộng khi không tải bằng sức từ ñộng khi có tải: w1i0 = w1i1 – w2i2 (ñấu trừ do i2 sinh từ thông ngược từ tông chính Φ) • • • I2 • • Phức hóa và rút gọn có: I 1 = I 0 + = I 0 + I '2 a Tóm lại: ðưa ra hệ 3 phương trình mô tả MBA thực Trang 45
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 22 § 6.5. Mạch ñiện thay thế của MBA thực § 6.6. Giản ñồ năng lượng trong MBA § 6.5. Mạch ñiện thay thế của MBA thực 1. Mạch ñiện thay thế chính xác MBA thực: Căn cứ trên 3 phương trình cân bằng ta xây dựng sơ ñồ mạch ñiện thay thế chính xác MBA thực như hình a dưới ñây. Sơ ñồ này phản ánh ñầy ñủ quá trình năng lượng và quá trình vật lý xảy ra trong MBA thực, nó có một bộ phận là MBA lý tưởng và một bộ phận phản ánh các thành phần tổn thất như ñiện trở dây quấn, từ thông tản, từ hóa, tổn hao trên lõi thép,… Tuy nhiên ñể thuận lợi cho tính toán phân tích MBA thực, cần sử dụng sơ ñồ thay thế không còn máy biến áp lý tưởng. Muốn vậy cần quy ñổi các ñại lượng thứ cấp về sơ cấp sao cho cùng ñiện áp ñể có thể ghép chúng với nhau. Nhân phương trình cân bằng ñiện áp thứ cấp với a ta có: • • • • I I a U 2 = −a E 2 − ( a 2 Z 2 ) 2 = ( a 2 Z t ) 2 ⇔ a a • • • • U '2 = − E1 − Z '2 I '2 = Z 't I '2 Các ñại lượng có dấu ‘ là ký hiệu ñã ñược quy ñổi sang sơ cấp. Ta có sơ ñồ thay thế ñã quy ñổi như hình b gọi là sơ ñồ thay thế hình T. Lưu ý nhánh Rm ñặc trưng tổn hao sắt từ (từ trễ, dòng xoáy,…) và Xm ñặc trưng cho từ thông chính gọi là ñiện kháng từ hóa. ðiện áp –E1 chính là ñiện áp rơi trên nhánh từ hóa này. Tóm lại: ðưa ra hệ 3 phương trình mô tả MBA thực sau khi quy ñổi. 2. Mạch ñiện thay thế gần ñúng MBA thực: Trong một số bài toán ñịnh tính không cần ñộ chính xác cao (ví dụ khảo sát các ñặc tính) thì Trang 46
sơ ñồ chính xác không cần thiết, nó còn có thể phức tạp quá trình tính toán. Do Ym rất nhỏ so với Z1 và Z’2 nên có thể chuyển nhánh từ hóa về phía trước (sơ ñồ hình Γ) hoặc bỏ luôn ñể tính toán. § 6.6. Giản ñồ năng lượng trong MBA P2=U2I2cosϕ2 Pñt=E2I2cosψ2 =Pñt-PCu2 P1=U1I1cosϕ1 =P1-PCu1-PFe PFe=RmI20R PCu2=R2I22 PCu1=R1I21 Ta chỉ có giản ñồ của P vì P từ lưới ñiện cung cấp cho tải. Không thể vẽ ñược giản ñồ Q vì tùy phụ tải mà có thể Q truyền từ lưới về cho tải hoặc lưới nhận Q từ tải. Gọi là Pñt là vì nó là công suất chuyển từ sơ cấp sang thứ cấp qua ñường ñiện từ. ðịnh nghĩa hiệu suất η = P2 = 1 − ∑ ∆P P1 P2 + ∑ ∆P Trang 47
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 23 § 6.7. Chế ñộ không tải của MBA 1. ðịnh nghĩa chế ñộ không tải: - (Giới thiệu 3 chế ñộ MBA). Là một chế ñộ làm việc ñặc biệt của MBA - Thứ cấp hở mạch (i2 = 0), sơ cấp có ñiện áp U1, ở ñây ta khảo sát với Uñm của lưới ñiện. Trường hợp này xảy ra khi ñóng ñiện, cắt tải MBA,… 2. Mạch ñiện thay thế và các phương trình cân bằng: • • • • U 1dm = I 0 ( Z 1 + Z m ) = I 0 Z 0 = I 0 ( R0 + jX 0 ) • • U '2 = − E 1 Trong ñó: Rm//Xm R0, X0 là ñiện trở và ñiện kháng không tải 3. Các thông số ñiện ở chế ñộ không tải khi làm việc bình thường với lưới ñiện: • • U 1dm a) Dòng ñiện không tải I 0 = rất nhỏ, chủ Z0 yếu làm nhiệm vụ từ hóa mạch từ. b) Tổn hao không tải P0 = R1 I 02 + Rm I 02R ≈ Rm I 02R = PFe chủ yếu trên mạch từ Ta có xấp xỉ trên là do dòng ñiện không tải nhỏ, chủ yếu ñể từ hóa mạch từ P0 P0 I c) Hệ số công suất không tải cos ϕ 0 = = ≈ 0 R rất thấp nên có hại cho lưới. P +Q 0 2 2 0 U1 I 0 I0 4. Thí nghiệm không tải: Thí nghiệm không tải là việc ño ñạc ở chế ñộ không tải U10 = U1ñm nhằm xác ñịnh các thông số của MBA. Mục ñích chính thí nghiệm không tải là xác ñịnh hệ số biến áp và dòng ñiện không tải (từ hóa). Các công thức tính dưới ñây chỉ là gần ñúng, việc tính chính xác có thể thực hiện ñược dễ dàng bằng các thí nghiệm khác. Các ñụng cụ ño A, V (2 cái), W E1 U 10 Vonmet1 a) Hệ số biến áp a = ≈ = Hai thông số E 2 U 20 Vonmet 2 quan trọng nhất ở I0 Ampemet chế ñộ không tải b) Dòng ñiện không tải i0 % = .100 = .100 = (1% ÷ 10%) I 1dm I 1dm c) Tổn hao thép PFe = P0 - R1I02 ≈ P0 = Wmet d) Tổng dẫn: U 1dm Vonmet1 - Tổng trở không tải Z 0 = = I0 Ampemet P0 Wmet - ðiện trở không tải R0 = 2 = I 0 Ampemet - ðiện kháng không tải X 0 = Z 02 − R02 - ðiện kháng từ hóa Xm ≈ X0 (bỏ qua Z1) ≈U1ñm/I0X ≈ U1ñm/I0 (do I0X>>I0R1) - ðiện trở từ hóa Rm ≈ U21ñm/P0 do bỏ qua R1 P0 Wmet e) Hệ số công suất không tải cos ϕ 0 = = U 1dm I 0 Vonmet1. Ampemet Trang 48
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 24 § 6.8. Chế ñộ ngắn mạch của MBA 1. ðịnh nghĩa chế ñộ ngắn mạch: - Là một chế ñộ làm việc ñặc biệt của MBA - Thứ cấp ngắn mạch (u2 = 0), sơ cấp có ñiện áp U1ñm. ðiều này xảy ra khi MBA ñang làm việc bình thường với lưới ñiện thì bị ngắn mạch (chế ñộ sự cố nặng). 2. Mạch ñiện thay thế và các phương trình cân bằng: Do Z’2
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 25 § 6.9. Chế ñộ có tải của máy biến áp 1. ðịnh nghĩa hệ số tải: - Chế ñộ có tải là chế ñộ làm việc bình thường của MBA. Làm việc có tính lâu dài, sơ cấp nối với lưới có ñiện áp gần ñịnh mức. - Sơ ñồ khảo sát chế ñộ có tải là hình Γ (vì ñơn giản) - ðịnh nghĩa hệ số tải k t = I 2 I hay k t ≈ 1 ≈ 2 S vì U2 ≈ Uñm theo ñiện áp lưới I 2 dm I 1dm S 2 dm kt = 1 (tải ñịnh mức) kt < 1 (non tải) kt >1 (quá tải) Giải thích vì sao không ñịnh nghĩa kt = S2/S2ñm 2. Khảo sát ñộ biến thiên ñiện áp thứ cấp: - Lý do biến thiên U2: Do I2 thay ñổi làm ∆Un thay ñổi. - Tại sao phải khảo sát ∆U2: Xác ñịnh ñầu phân áp ñể ñiều chỉnh. - Phạm vi khảo sát: Khảo sát về ñộ lớn, không khảo sát về góc pha: ∆U2 = U2ñm – U2 hoặc ∆U % = U 2 dm − U 2 .100% = U 1dm − aU 2 .100% = U 1dm − U ' 2 .100% 2 U 2 dm U 1dm U 1dm Dựa vào sơ ñồ hình Γ ta vẽ ñồ thị vectơ: Lưu ý U1ñm và U’2 lớn hơn I1Xn U1ñm I1Rn và I1Xn cỡ 40-60 lần nên U1ñm gần như bằng hình chiếu của nó trên U’2. Ngoài ra I1Rn //I1 và I1Xn vuông góc I1 I1Rn Từ hình học ta có:U1ñm-U’2 = I1Rncosϕt+I1Xnsinϕt U’2  I  =  1  (I 1dm R n cos ϕ t + I 1dm X n sin ϕ t ) = k t (U nR cos ϕ t + U nX sin ϕ t )  I 1dm  U nR cos ϕ t + U nX sin ϕ t ∆U 2 % = k t 100% = k t (U nR % cos ϕ t + U nX % sin ϕ t ) U 1dm Vậy ∆U2% là hàm của kt và cosϕt và vẽ ñồ thị ứng với mỗi cosϕt. Khi kt=0 (chế ñộ không tải) thì không có biến thiên, kt càng lớn (mang tải nhiều) thì biến thiên càng lớn ðể tìm giá trị cực ñại của ∆U2% ta lấy ñạo hàm theo cosϕt cho bằng 0, ϕt I1 ñược tgϕt = UnR/UnX. ∆ U2 % 3. Khảo sát ñặc tính ngoài - ðịnh nghĩa U2 = f(I2) cho mọi máy ñiện - ðường ñặc tính ngoài thực chất là cách ϕt>0: Tính cảm biểu diễn khác của ñộ biến thiên ñiện áp thứ cấp kt U2 = U2ñm-∆U2 = U2ñm(1-∆U2%/100) ϕt
gây sụt áp ít hơn, tải dung gây tăng áp 4. Khảo sát hiệu suất máy biến áp: P P2 η= 2 = P1 P2 + ∆PFe + ∆PCu1 + ∆PCu 2 ∆PFe =P0 xác ñịnh theo thí nghiệm không tải. Thành phần này không phụ thuộc vào chế ñộ vận hành của MBA vì tổn hao trên từ hóa không ñổi. ∆Pcu1+∆PCu2 = I12Rn = (I1/I1ñm)2.I21ñmRn = kt2Pn (Pn xác ñịnh từ thí nghiệm ngắn mạch) P2 = U2I2cosϕt ≈ U2ñmI2cosϕt (do ñiện áp lưới khá ổn ñịnh khi bình thường) ≈ U2ñmI2ñm (I2/I2ñm)cosϕt ≈ Sñmktcosϕt Vậy: k 2 S dm cos ϕ t η= k 2 S dm cos ϕ t + P0 + k t2 Pn Từ ñây vẽ ñược ñược cong hiệu suất ứng với cosϕt khác nhau. ðể tìm hiệu suất cực ñại ta ñạo hàm, cho = 0 ta có kt=√(P0/Pn). Nhận xét quan trọng: - Kt = 0,45-0,5 thì hiệu suất cực ñại nhưng như thế thì rất non tải - Hiệu suất MBA rất cao, ñộ biến thiên hiệu suất xung quanh ñiểm tối ưu rất bé. - Do ñó, trong thực tế hiệu suất MBA không có ý nghĩa kinh tế, ít ñược quan tâm vì người ta chấp nhận hiệu suất thấp hơn hiệu suất tối ưu mà MBA vẫn ñầy tải - Thực tế chỉ quan tâm ñến mức ñộ ñầy tải của MBA. Trang 51
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 26 § 6.10. Máy biến áp ba pha 1. Cấu tạo mạch từ: - Phạm vi ứng dụng: biến ñổi ñiện áp 3 pha - Tổ MBA 3 pha: Dùng 3 MBA một pha riêng rẽ. - MBA 3 pha 3 trụ: + Vì sao không dùng 2 trụ: vì 2 trụ là 1 pha + 3 trụ: mạch từ mỗi trụ riêng nhưng do từ thông ñối xứng, lệch pha nên gông từ có thể làm ñường ñi chung của từ thông mà không làm quá tải. 2. Mạch ñiện và tổ ñấu dây: - Sơ cấp: ký hiệu chữ hoa ABCXYZ - Thứ cấp: abcxyz - Mỗi cuộn dây ñều có hai ñầu, tùy vào cách nối ñể tạo thành hình Y hay ∆ gọi là các Tổ ñấu dây. Các tổ ñấu dây cơ bản Y/Y, Y/∆, ∆/Y, ∆/∆. Ngoài ra còn có kiểu phụ YN/YN, YN/∆, ∆/YN, hoặc cuộn ∆ ñể hở. Lưu ý: vẽ trên bảng ñể SV thấy ñược việc ñảo vị trí A cho X làm góc lệch ñổi 1800, ñảo chiều quấn dây cũng làm thay ñổ (Hình 8.20 trang 174). Tùy vào cách ñấu dây và chiều quấn dây mà góc lệch pha giữa ñiện áp dây phía sơ cấp và thứ cấp có thể thay ñổi nhưng luôn là bội số 300 nên ñơn giản người ta dùng kim ñồng hồ chỉ thị góc lệch này theo quy tắc sau: Kim phút luôn ở số 12 chỉ ñiện áp dây sơ cấp, kim giờ chỉ ñiện áp dây thứ cấp chỉ ở các số 1-12 ứng với các góc lệch pha 30-3600. Ngoài việc ghi ký hiệu tổ ñấu dây cơ bản còn ghi kèm theo chữ số kim giờ chỉ góc lệch pha giữa sññ sơ cấp và thứ cấp. Ví dụ Y/Y-11: biểu thị rằng Y/Y và lệch pha 11x300 = 3300. Nhận xét: + Y/Y và ∆/∆ luôn luôn kèm theo số chẵn + Y/∆ và ∆/Y luôn kèm theo số lẻ + Số 12 có thể ghi là số 0 + Mỗi lần hoán vị pha thứ cấp là chỉ số +4 cung cấp vài kiểu tổ ñấu dây cho SV. + Vai trò tổ ñấu dây rất quan trong khi làm việc song song (phổ biến trên lưới ñiện) 3. Tỉ số biến áp: - Theo ñại lượng pha ta ñã có ñịnh nghĩa a P = U P1 = ¦ W1 U P 2 W2 U - Dưa ra ñịnh nghĩa mới: a d = d 1 ta thấy nó biến ñổi theo cách ñấu dây như sau: Ud2 ad = 3 W1 [Y / ∆ ] = [∆ / ∆ hoac Y / Y ] = W1 [∆ / Y ] W1 W2 W2 3W2 Trang 52
§ 6.11. Chế ñộ làm việc song song của các MBA 1. Khái niệm: - Là chế ñộ phổ biến, bình thường trong lưới. Sơ cấp ñấu nối vào nguồn ñiện chung, thứ cấp cung cấp cho một phụ tải chung. - Ưu ñiểm: + Công suất dự trữ cho phụ tải lớn hơn. + ðộ tin cậy cao hơn (sửa chữa 1 máy vẫn càn 1 máy) + Dễ dàng chọn chế ñộ vận hành kinh tế với mỗi ñộ lớn phụ tải có thể ra bài tập cho SV nghiên cứu: cho P0, Pn và một số công suất phụ tải, xác ñịnh chế ñộ vận hành (1 máy, 2 máy lẻ hay song song) dưới góc ñộ tổn hao trong MBA bé nhất. - Giải thích: làm việc song song khác hòa ñồng bộ (sinh viên thường hay nhầm lẫn) 2. ðiều kiện: Việc ñưa ra ñiều kiện ñể các MBA không bị phá hỏng do hậu quả vận hành song song, do ñó việc ñưa ra ñiều kiện phải kèm theo lời giải thích sự bất lợi nếu không thỏa mãn ñiều kiện ñó. - ðiện áp ñịnh mức sơ và thứ cấp bằng nhau, tức tỉ số biến bằng nhau (cho phép tỉ số biến lệch 0,5%). ðiều kiện này ñể loại bỏ ñiện áp thứ cấp lệch nhau, sinh dòng chạy vòng qua 2 máy. - Cùng tổ ñấu dây: ðảm bảo ñiện áp dây thứ cấp trùng pha vì khi không trùng pha thì ñầu ra thứ cấp giữa 2 máy có ñiện áp, sinh dòng ñiện lớn chạy vòng qua 2 máy. - ðiện áp ngắn mạch các MBA bằng nhau (cho phép sai khác 10%): ñảm bảo phụ tải phân bố phụ tải tỉ lệ với dung lượng máy (hệ số tải bằng nhau). II  I IIdm  Z nII  I IIdm  K u % I I Z nI = I II Z nII ⇔   =   ⇔ tI = nII I II  I Idm  Z nI  I Idm  K tII u nI % Chứng minh ngược lại:  II    I = 1 ⇒  Idm  = I × IIdm = nII × IIdm = nII = 1 K tI I I Z I u % K tII  I II  I II I Idm Z nI I Idm u nI %    I IIdm  Lưu ý: 2 máy có công suất khác nhau vẫn vận hành song song ñược. Trang 53
CHƯƠNG : 06 MÁY BIẾN ÁP Tiết thứ: 27 § 6.12. Máy biến áp ñặc biệt Vì sao gọi là ñặc biệt ? + Nó có chế ñộ quấn dây ñặc biệt, liên hệ cả về từ và ñiện + Nó có chế ñộ làm việc rất ñặc biệt (ngắn mạch, hở mạch). 1. Máy tự biến áp: - Mô tả và những ñiểm ñặc biệt: MBA tự ngẫu. Nó chỉ có một cuộn dây nhưng có 2 ñầu ra, cuộn ñiện áp thấp là 1 phần của ñiện áp cao. Liên hệ cả về ñiện và từ (khác MBA thường liên hệ từ). - Phạm vi ứng dụng: + Công suất nhỏ 1 pha: phòng thí nghiệm và thiết bị cần ñiện áp biến ñổi liên tục + ba pha:Mở máy ñộng cơ 3 pha. + MBA liên lạc các HTð - Ưu ñiểm: + Truyền nhiều công suất hơn khi cùng kích thước (vì ngoài truyền bằng từ còn truyền bằng ñiện) + Hiệu suất cao hơn, sụt áp ít hơn (do chỉ có tổn hao trên 1 dây quấn) - Nhược ñiểm: + ðộ an toàn thấp: nếu 220kV rò ñiện sang cuộn 110 kV thì nguy hiểm (vì chung cuộn dây) sách viết sai. + Phạm vi ứng dụng khá hẹp. 2. Máy biến ñiện áp ño lường - Mục ñích: Biến ñiện áp rất cao thành ñiện áp thấp (tiêu chuẩn 100V). - Chế ñộ làm việc (ñiểm ñặc biệt): Các dụng cụ ño và thiết bị bảo vệ loại này có tổng trở rất lớn nên xem như chế ñộ làm việc không tải (hở mạch). - Phạm vi ứng dụng: dùng cho ño lường (có ñộ chính xác cao 0,1-0,5) và cung cấp tín hiệu cho mạch bảo vệ rơle (có ñộ chính xác vừa phải 1-3). Ví dụ Vonmet, Wmet, bảo vệ quá áp,… - Một số lưu ý: + Không ñược phép ngắn mạch. + Nếu ñiện áp quá cao, không thể chế tạo ñược do kích thước lớn chiết áp bằng tụ ñiện. 3. Máy biến dòng ño lường - Mục ñích: Biến dòng ñiện lớn thành dòng ñiện nhỏ (tiêu chuẩn 1A hoặc 5A). - Chế ñộ làm việc (ñiểm ñặc biệt): Các dụng cụ ño và thiết bị bảo vệ loại này có tổng trở rất nhỏ nên xem như chế ñộ làm việc ngắn mạch. - Phạm vi ứng dụng: dùng cho ño lường (có ñộ chính xác cao 0,1-0,5) và cung cấp tín hiệu Trang 54
cho mạch bảo vệ rơle (có ñộ chính xác vừa phải 1-3). Ví dụ Ampemet, Wmet, bảo vệ quá dòng,… - Một số lưu ý: + Không ñược phép hở mạch. + Số vòng dây sơ cấp ít hơn rất nhiều thứ cấp. 4. Máy biến áp hàn hồ quang ñiện: - Mô tả cấu tạo và nguyên lý làm việc trên sơ ñồ hình vẽ: Dí que hàn vào tấm kim loại dòng chạy qua lớn nóng chỗ tiếp xúc nhắc que hàn ra khoảng nhỏ làm ion hóa chất khí do ñiện trường cao hồ quang tỏa nhiệt lớn làm nóng chảy. Việc làm nóng chỗ tiếp xúc ñể mồi ion hóa. - Chế ñộ làm việc (ñiểm ñặc biệt): ngắn mạch ngắn hạn (khoảng 60-70V). Do chế ñộ ngắn mạch với dòng ñiện khá lớn nên người ta chế tạo có ñiện kháng tản lớn (lõi thép dẫn từ kém) và thêm cuộn kháng ngoài ñể khống chế dòng ñiện ở 2-3 lần ñịnh mức (nếu 10-20 lần thì nguy hiểm). Lưu ý: biến dòng có chế ñộ ngắn mạch nhưng dòng nhỏ nên không cần kháng tản lớn. - Phạm vi ứng dụng: hàn kim loại. (còn có máy biến áp hàn nóng chảy bằng dòng ñiện (hàn ñiểm)). ðiều chỉnh dòng hàn bằng cách ñiều chỉnh khe hở không khí lõi thép ngoài. * Nghiên cứu thêm: làm thế nào ñể chọn ñược dòng ñiện hàn hợp lý (kinh nghiệm của người thợ hàn). Trang 55
CHƯƠNG : 07 MÁY ðIỆN KHÔNG ðỒNG BỘ Tiết thứ: 28 § 7.1. Khái niệm chung Máy ñiện KðB = máy ñiện quay + biến ñổi các dạng năng lượng khác thành ñiện năng và ngược lại (tính thuận nghịch) Nguyên lý: cảm ứng ñiện từ, tốc ñộ quay rô to khác tốc ñộ từ trường quay. ðộng cơ dùng phổ biến vì hiệu suất cao, ñơn giả, giá rẻ, không cần bảo trì (các loại khác còn phải thay chổi than,…). Chủ yếu là 3 pha. Máy phát ít dùng do ñặc tính làm việc không tốt Các phần sau chỉ nghiên cứu về ñộng cơ không ñồng bộ Các thông số ñịnh mức: Công suất cơ, ñiện áp stato, dòng ñiện stato, tốc ñộ quay rôto (v/p), cosϕ, hiệu suất, tần số. § 7.2. Cấu tạo ñộng cơ không ñồng bộ Trình bày mô hình ñộng cơ KðB 1 pha cho SV xem: Bộ phận chính: roto và stato Vẽ tượng trưng mặt cắt máy ñiện: thể hiện cả rôto và stato, có dây quấn trên các rãnh. 7.2.1 Stato (phần tĩnh- gốc từ Tiếng Anh): Vẽ lên bảng 2 hình minh họa gồm: Hình khối có rãnh và hình mặt cắt lá thép mỏng stato. Bố trí dây dẫn vào rãnh (1 dây và 1 bối dây) - Lõi thép: + Nhiệm vụ: dẫn từ trường (tương tự máy biến áp) + Hình trụ rỗng, gồm các lá thép KT ñiện mỏng dập rãnh bên trong, ghép cách ñiện với nhau + Rãnh ñể quấn dây, nằm dọc theo trục stato. Số lượng rãnh khá nhiều và phân bố ñều dọc chu vi lõi thép. - Dây quấn: + Nhiệm vụ: dẫn ñiện và tạo ra từ trường + Dây bằng ñồng hoặc nhôm, bọc cách ñiện, ñặt trong rãnh stato + Dây quấn rải trên các rãnh, không quấn tập trung trong 1 rãnh. - Bộ phận cơ: nắp, vỏ máy, … ñể bảo vệ, che ñậy,… 7.2.2 Roto (phần quay - gốc từ Tiếng Anh): Vẽ lên bảng 2 hình minh họa gồm: Hình khối có rãnh và hình mặt cắt lá thép mỏng stato. Tương tự có 2 phần: lõi thép dẫn từ và dây quấn dẫn ñiện - Lõi thép: + Nhiệm vụ: dẫn từ trường (tương tự máy biến áp) + Hình trụ ñặc, gồm các lá thép KT ñiện mỏng dập rãnh bên ngoài, ghép cách ñiện với nhau Trang 56
+ Rãnh ñể quấn dây, nằm dọc theo trục stato. Số lượng rãnh khá nhiều và phân bố ñều dọc chu vi lõi thép. - Dây quấn: Có 2 kiểu: rôto ngắn mạch (rôto lồng sóc) và roto dây quấn mô tả chi tiết từng kiểu (lồng sóc có 2 loại); ghi ký hiệu phân biệt 2 kiểu trên sơ ñồ ñiện. Loại roto lồng sóc dùng phổ biến hơn (nêu lý do). - Bộ phận cơ: Ổ bi, gối ñỡ, trục máy,… § 7.3. Từ trường của máy ñiện không ñồng bộ 7.3.1 Từ trường ñập mạch của dây quấn một pha - Khái niệm: là loại từ trường có phương không ñổi nhưng chiều và trị số biến ñối theo t. - Từ trường này do dây quấn 1 pha tạo ra. Tùy vào cách bố trí dây dẫn ñể tạo ra từ trường ñập mạch p ñôi cực.(số cặp cực N-S) Nêu ví dụ p=1 và p=2 - Xét trường hợp p=1 (2 nhánh song song trong 4 rãnh ): + Có dòng ñiện chạy qua 2 nhánh // i(t)=Imaxsinωt + Quy ước ký hiệu chiều dòng ñiện ñi vào và ra trang giấy + Xác ñịnh chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai + Mô tả hiện tượng ñập mạch (ñộ lớn và chiều thay ñổi theo chiều dòng, phương không ñổi) Nhận thấy có 2 cực từ (p=1) - Vẽ minh họa và giải thích sơ bộ trường hợp p=2 (2 bối dây ñặt trong 4 rãnh ñược nối tiếp với nhau). Dòng ñiện chạy xuyên suốt các thanh dẫn Trang 57
CHƯƠNG : 07 MÁY ðIỆN KHÔNG ðỒNG BỘ Tiết thứ: 29 § 7.3. Từ trường của máy ñiện không ñồng bộ 7.3.2 Từ trường quay của dây quấn 3 pha a) Sự tạo thành từ trường quay; - Xét máy ñiện 3 pha ñơn giản 6 rãnh ñều trên chu vi stato, ñặt 6 dây dẫn ñộc lập AX-BY- CZ lệnh nhau 1200 (lệch nhau về mặt không gian). - Cho 3 dòng ñiện chạy qua 3 dây quấn lệch nhau về thời gian là 1200 (lưu ý 1200 này khác với 1200 không gian) iA=Imaxsin(ωt)----------------> cuộn AX Từ ñây ta vẽ ñược ñồ thị thời gian của 3 dòng iB=Imaxsin(ωt-1200)----------> cuộn BY ñiện trên 1 hệ trục tọa ñộ. Quy ước nếu i>0 thì iC=Imaxsin(ωt+120)-----------> cuộn CZ chiều dòng ñiện ñi từ ñầu ñến cuối cuộn dây Imax Imax 2 - Thời ñiểm ωt=900: iA>0 dương còn iB, iC âm và bằng nhau. Do ñó ta vẽ ñược chiều dòng Trang 58
ñiện trong các thanh dẫn như hình vẽ. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác ñịnh ñược chiều của BA, BB, BC và Btổng. Ta nhận thấy Btổng có chiều nằm ngang từ trái sang phải. - Thời ñiểm ωt=900+1200: iB>0 dương còn iA, iC âm và bằng nhau. Do ñó ta vẽ ñược chiều dòng ñiện trong các thanh dẫn như hình vẽ. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác ñịnh ñược chiều của BA, BB, BC và Btổng. Ta nhận thấy Btổng ñã quay ñi 1200 theo kim ñồng hồ so với thời ñiểm trước. - Thời ñiểm ωt=900+2400: iC>0 dương còn iA, iB âm và bằng nhau. Do ñó ta vẽ ñược chiều dòng ñiện trong các thanh dẫn như hình vẽ. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác ñịnh ñược chiều của BA, BB, BC và Btổng. Ta nhận thấy Btổng ñã quay ñi 1200 theo kim ñồng hồ so với thời ñiểm trước. Như vậy dòng ñiện 3 pha nói trên ñã tạo ra từ trường quay có p=1. Tùy cách ñấu dây có thể có nhiều ñôi cực hơn (p>1). Ở ñây ta cần lưu ý rằng nếu 3 cuộn dây ñặt lệch nhau 1200 không gian nhưng dòng ñiện vào 3 pha trùng pha nhau thì cũng không tạo từ trường quay và ngược lại. Mặt khác cách mô tả ở trên chỉ chọn 3 vị trí ñặc biệt, thực tế từ trường quay biến ñổi vị trí liên tục chứ không phải nhảy cóc. b) ðặc ñiểm từ trường quay: - Từ trường quay móc vòng với stato và roto, là từ trường chính - Tốc ñộ quay n1=60f/p: ðể giải thích cần dựa vào hình vẽ phần từ trường ñập mạch: với p=2 thì khi dòng ñiện ñổi chiều thì cực N ñổi cho S (tương ñương cực từ quay ¼ vòng) nên khi dòng ñiện qua f×1 chu kỳ thì từ trường quay f×1/2 vòng hay f×1/p vòng. - Chiều quay: phụ thuộc thứ tự pha. Khi ñảo chiều chỉ cần ñảo 2 pha cho nhau. Chứng minh bằng cách chuyển dòng ñiện pha B vào cuộn CZ - Biên ñộ từ thông xuyên qua 1 pha : Φmax=3/2ΦPmax . Ta chứng minh ñiều này như sau: Tại thời ñiểm ωt = 900, iA=Imax và iB=iC=Imax/2 nên BA=Bpmax và BB=BC=Bmax/2. Mặt khác → → → → B B và BC hợp với phương ngang góc 60 nên B B + BC = B P max / 2 Do ñó Btổng =3/2Bpmax hay 0 Φtổng=3/2Φpmax. 7.3.3 Từ thông tản: - Là bộ phận từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ với dây quấn satato và roto. - ðược ñặc trưng bằng ñiện kháng tản giống như máy biến áp. Φtản - Không tham gia vào quá trình biến ñổi năng lượng. - ðiện kháng tản có giá trị khá lớn vì từ thông tản khép mạch qua khe hở không khí. § 7.4. Nguyên lý làm việc của máy ñiện không ñồng bộ - Stato: Cung cấp ñiện áp 3 pha tần số f1 cho dây quấn có dòng ñiện tạo ra từ trường quay với tốc ñộ n1=60f1/p Trang 59
- Roto: Dây quấn cảm ứng sññ E2 (do từ trường quay cắt ngang các thanh dẫn rôto) tạo ra dòng ñiện I2 (do thanh dẫn roto nối ngắn mạch). - Kết quả: Tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay với thanh dẫn có dòng ñiện I2 làm roto quay theo chiều từ trường quay với tốc ñộ n