1Phần 1
Bài giảng
Chương 2: Máy biến áp
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 1
Truyền tải điện năng từmột mạch sang một mạch khác
thông qua từ trường.
Ứng dụng: cảlĩnh vực năng lượng lẫn truyền thông.
Trong truyền tải, phân phối, và sửdụng điện năng: tăng
hay giảm điện áp ởtần sốcố định (50/60 Hz), ởcông suất
hàng trăm W đến hàng trăm MW.
Máy biến áp – Giới thiệu
3Phần 1
Trong truyền thông, máy biến áp có thể được dùng để
phối hợp trởkháng, cách ly DC, và thay đổi cấp điện áp ở
công suất vài W trên một dải tần sốrất rộng.
Gần đây, máy biến áp với lõi ferrite (còn gọi là biến áp
xung) đang ngày càng phổbiến theo sựphát triển của các
bộbiến đổi điện tửcông suất (bộnguồn xung trong các
máy tính là một ví dụ).
Môn học này chỉxem xét các máy biến áp công suất.
Máy biến áp – Giới thiệu (tt)
4Phần 1
Sựbiến đổi năng lượng chỉyêu cầu có từthông móc
vòng biến thiên theo thời gian. Do đó, lõi không khí cũng có
thểtạo ra hiệu ứng biến áp, nhưng lõi thép kỹthuật điện sẽ
cho phép thực hiện hiệu quả hơn rất nhiều lần.
Lõi thép trong máy biến áp được ghép từnhiều lá thép
mỏng, để giảm tổn hao do dòng điện xoáy.
Mặc dù máy biến áp lực sửdụng lõi thép, vẫn tồn tại một
lượng nhỏtừthông tản, chỉ liên quan đến từng dây quấn.
Máy biến áp – Giới thiệu (tt)
5Phần 1
Một sốhình ảnh vềmáy biến áp
Điều khiểnCông suất nhỏ3 pha nhỏ
Loại khô
10 kV, ngâm dầu110 kV, ngâm dầu500 kV, ngâm dầu
6Phần 1
Nếu cấp điện cho dây quấn sơ cấp, và để hởmạch dây
quấn thứcấp, ta có điều kiện làm việc không tải (hình 2.4).
Để tạo ra từthông làm việc trong máy (bằng với giá trị
bình thường), cần có một dòng điện được cung cấp từ
nguồn, được gọi là dòng điện không tải.
Thông thường dòng điện từhóa có giá trịrất nhỏso với
dòng điện định mức, do đó có thể xem điện áp cảm ứng có
giá trịbằng với điện áp đặt vào dây quấn.
Máy biến áp – Hoạt động không tải
7Phần 1
Giảsửtừthông có dạng
Điện áp đặt vào V
1
khi đó sẽthỏa mãn
với f là tần số dòng điện từhóa, và N
1
là sốvòng dây của
cuộn sơ cấp.
Nếu mạch từhoạt động ởvùng phi tuyến, dạng sóng
dòng từhóa sẽkhác với dạng sóng từthông.
Máy biến áp – Hoạt động không tải (tt)
(
)
t
ω
φ
φ
sin
max
=
1max1max1 44,42 NfNfV
φφπ
==
(2.1)
(2.2)
8Phần 1
Dòng điện không tải bao gồm 2 thành phần: thành phần
tổn hao lõi thép và thành phần từhóa.
Khi mạch từhoạt động ởvùng phi tuyến, dòng điện
không tải sẽgồm thành phần cơ bản và các họa tần bậc lẻ.
Xét thành phần cơ bản của dòng điện không tải hoặc dòng
điện không tải hình sin tương đương, có thểbiểu diễn dòng
điện không tải bằng một giản đồ vectơ (hình 2.5).
Ví dụ2.1 (sách Fitzgerald).
Máy biến áp – Hoạt động không tải (tt)
9Phần 1
Xét một mạch từcó quấn 2 cuộn
dây như hình vẽ. Bỏqua các tổn
hao, điện dung ký sinh, và từthông
rò.
Máy biến áp lý tưởng
φ
N
1
N
2
i
1
i
2
v
2
v
1
+
–
+
–
( )
dt
d
Ntv
φ
11
=
( )
dt
d
Ntv
φ
22 =⇒
(
)
( )
a
N
N
tv
tv ==
2
1
2
1
a được gọi là tỷsốvòng dây.
Xem mạch từcó độ thẩm từvô cùng lớn hay từtrởbằng 0.
(2.3)
10Phần 1
Máy biến áp lý tưởng (tt)
Sức từ động tổng cho bởi
0
2211
=
+
=
φ
RiNiNmmf
⇒
(
)
( )
aN
N
ti
ti 1
1
2
2
1
−=−=
Ideal
N1:N2
+
–
+
–
i1i2
v1v2
aN
N
i
i
a
N
N
v
v1
1
2
2
1
2
1
2
1
−=−===
(
)
(
)
(
)
(
)
0
2211
=
+
titvtitv
Dẫn đến mô hình toán của MBA như sau
(2.4)
(2.5)
(2.6)