Bài giảng Vật lý công nghệ 1
Phần II. MÁY ĐIỆN
PGS. TS Nguyễn Hồng Quảng
Trung tâm Thực hành thí nghiệm
1
28/04/2016
Chương 7. MÁY BIẾN ÁP
1. Khái niệm máy biến áp (MBA)
2. Công dụng của MBA
3. Cấu tạo máy biến áp
4. Nguyên lý hoạt động của MBA
5. Sơ đồ thay thế MBA trong mạch điện
6. Các chế độ hoạt động của MBA
7. Hiệu suất máy biên áp
1.Khái niệm máy biến áp (MBA)
Khái niệm MBA
Máy biến áp là thiết bị điện từ TĨNH dùng để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó.
Ký hiệu:
Vì sao cần biến đổi điện áp?
2. Công dụng máy biến áp
Vì sao cần biến đổi điện áp?
Sản xuất
Truyền tải
Phân phối
Tiêu thụ
2. Công dụng máy biến áp
Trạm biến áp phân phối điển hình
2. Công dụng máy biến áp
Trống biến áp (transformer drum) 37.5KVA
Máy biến áp 3 pha 750V/220V (thường dùng cho các công sở)
2. Công dụng máy biến áp
Biến áp gia đình, dùng để ổn
định điện áp ra 110V/220V
Máy biến áp cỡ nhỏ
2. Công dụng máy biến áp
Vì sao cần biến đổi điện áp?
Tăng điện áp khi nào?
Hoà điện vào lưới điện quốc gia
Trước khi truyền điện đi xa
Cần giảm dòng điện để đưa vào máy đo
Giảm điện áp khi nào?
Đưa điện từ lưới điện vào mạng phân phối
Phù hợp điện áp định mức của thiết bị điện
Cần tăng dòng điện (máy hàn, vôn kế)
3. Nguyên tắc cấu tạo của MBA
Hình ảnh bên trong một MBA 3 pha
…và hình ảnh cắt dọc các bộ phận chính của nó
3. Nguyên tắc cấu tạo của MBA
Lõi thép (dẫn từ):
Gồm các lá thép KTĐ mỏng (0.5mm) sơn cách điện, ghép sát với nhau.
Phần khung: Nơi luồn các cuộn dây
điện
Phần gông: khép kín mạch từ
Các cuộn dây (dẫn điện):
Làm từ vật liệu dẫn điện tốt (Cu hoặc Al) được sơn cách điện, quấn sát nhau, từ trong ra ngoài
Thường gồm 2 cuộn: Sơ cấp (nối với nguồn) và thứ cấp (nối với tải) có số vòng khác nhau.
3. Nguyên tắc cấu tạo của MBA
Làm từ các lá thép Kỹ thuật điện mỏng, sơn cách điện ghép sát nhau
Lõi thép hình chữ V
Lõi thép hình chữ E
Xem sản xuất lõi thép máy biến áp
3. Nguyên tắc cấu tạo của MBA
Dây quấn 1 pha
Được làm từ dây dẫn điện tốt (Cu) được bọc sơn cách điện
Dây quấn 3 pha
3. Nguyên tắc cấu tạo của MBA
Máy quấn dây biến áp
4. Nguyên lý hoạt động của MBA
Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ (cụ thể là hiện tượng hỗ cảm giữa cuộn dây)
4. Nguyên lý hoạt động của MBA
# Sư biến đổi từ thông trong mạch tạo ra suất điện động tự cảm trong cuộn sơ cấp.
4. Nguyên lý hoạt động của MBA
Tương tư, sư biến đổi từ thông trong cuộn thứ cấp cũng sinh ra suất điện động hỗ cảm trong cuộn thứ cấp.
4. Nguyên lý hoạt động của MBA
Bằng cách thay đổi số vòng dây của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, chúng ta có thể biến đổi điện áp ở đầu ra so với điện áp đầu vào:
Nếu N2 = 10 N1 thì U2 = 10 U1 Nếu N1=10 N2 thì U1 = 10 U2
và
Như vậy:
5. Sơ đồ thay thế máy biến áp
# Trong mạch điện có máy biến áp, mạch điện sơ cấp và
Vì sao cần sơ đồ thay thế ?
thứ cấp không kết nối Không thể giải mạch điện
# Sơ đồ thay thế chính là mô hình hóa mạch điện MBA
Căn cứ lập sơ đồ thay thế: tương đương năng lượng
# Cân bằng điện áp sơ cấp
# Cân bằng điện áp thứ cấp
# Cân bằng sức từ động
5. Sơ đồ thay thế máy biến áp
5.1 Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp:
Sơ đồ mạch điện sơ cấp
Hay:
5. Sơ đồ thay thế máy biến áp
5.2 Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp:
Định luật KS về thế Sơ đồ mạch điện thứ cấp
Hay:
5. Sơ đồ thay thế máy biến áp
5.3 Phương trình sức từ động
Điện áp rơi thường bé nên có thể coi
Hay:
5. Sơ đồ thay thế máy biến áp
Hệ phương trình cân bằng Sơ đồ đầy đủ:
Sơ đồ rút gọn, với
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Máy biến áp có thể làm việc ở 3 chế độ :
6.1 Chế độ không tải (dòng lối ra I2 = 0)
6.2 Chế độ ngắn mạch (tải lối ra Zt = 0)
6.3 Chế độ có tải (thay đổi độ lớn và tính chất)
Mỗi chế độ có đặc điểm và phạm vi ứng dụng. Sau đây ta sẽ xem xét từng chế độ làm việc !
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
6.1 Chế độ không tải :
Đầu ra tải để hở (I2=0)
Sơ đồ thay thế :
trong đó R1 là điện trở sơ cấp, Rth là điện trở nhánh từ hoá, X1 là cảm kháng cuộn sơ cấp và Xth là cảm kháng nhánh từ hoá.
Dòng điện sơ cấp không tải :
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Chế độ không tải:
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
6.2 Chế độ ngắn mạch :
Lối ra nối tắt (Zt = 0) Sơ đồ thay thế
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Trong đó:
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Điện áp thứ cấp
U2 = 0
Dòng điện ngắn mạch:
Có độ lớn:
lớn gấp 10-25 lần giá trị định mức rất nguy hiểm
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Thí nghiệm ngắn mạch MBA
Mục đích: Kiểm tra giới hạn an toàn của MBA
Sơ đồ bố trí thí nghiệm ngắn mạch MBA
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Thí nghiệm ngắn mạch MBA
Mục đích: Kiểm tra giới hạn an toàn của MBA
Điện áp ngắn mạch
Tổng trở ngắn mạch
Điện trở ngắn mạch
Điện kháng ngắn mạch
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Ứng dụng chế độ ngắn mạch MBA
# Kiểm tra giới hạn an toàn của MBA
# Sử dụng trong máy hàn điện (hồ quang)
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
6.3 Chế độ thông thường (có tải)
Sơ đồ thay thế có tải
Tuỳ thuộc vào tính chất, giá trị của tải mà các đại lượng đặc trưng cho MBA như tỷ số biến áp, công suất, hiệu suất của MBA sẽ thay đổi theo.
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
6.3 Chế độ thông thường (có tải)
Sơ đồ thay thế MBA có tải
Tuỳ thuộc vào tính chất, giá trị của tải mà các đại lượng đặc trưng cho MBA như tỷ số biến áp, công suất, hiệu suất của MBA sẽ thay đổi theo.
Đặc điểm MBA chế độ có tải
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Hệ số tải kt được định nghĩa:
Biến thiên điện áp thứ cấp theo tải:
Hay:
6. Chế độ làm việc của máy biến áp
Đường đặc tính ngoài của MBA ở chế độ có tải
theo tải
Đường đặc trưng ngoài Biến thiên điện áp thứ cấp
7. Hiệu suất của máy biến áp
Các tổn hao trong máy biến áp
Tổn hao đồng: do sự toả nhiệt trên các cuộn
dâu sơ cấp và thứ cấp
Tổn hao sắt từ: do sự tản mát từ thông trong
lõi sắt và trong không khí
7. Hiệu suất của máy biến áp
cuộn dây theo hiệu ứng Joule – Lenz:
a) Tổn hao đồng: Là tổn hao do sự tỏa nhiệt trong các
7. Hiệu suất của máy biến áp
và không khí, không phụ thuộc tải mà phụ thuộc vào từ
b) Tổn hao sắt từ : Do sự tản mát từ thông trong lõi thép
Sơ đồ thay thế MBA
Giản đồ năng lượng MBA
thông chính:
7. Hiệu suất của máy biến áp
với
c) Hiệu suất của MBA:
là công suất tác dụng lối ra
là hệ số tải
