zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Chương 2: MÁY BIẾN ÁP

Chia sẻ: Vương Mai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Báo xấu

1.643
lượt xem 268
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiểu cấu tạo; Nguyên lý làm việc; phương trình cân băng áp, sơ đồ thay thế; đặc tính ngoài; một số thông số kỹ thuật của máy biến áp. Hiểu phương pháp biến đổi điện áp 3 pha và tổ nối dây của máy biến áp 3 pha. Hiểu đạc điểm cấu tạo, nguyên lỳ hoạt động của 1 số loại máy biến áp đặc biệt. 2.1. Khái niệm chung. 2.1.1. Định nghĩa Máy biến áp. Máy biến áp là loại máy điện tĩnh, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống điện xoay chiều nhưng vẫn...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: MÁY BIẾN ÁP

ThS Chiêm Trọng Hiển Chương 2: MÁY BIẾN ÁP Mục tiêu:  Hiểu cấu tạo; Nguyên lý làm việc; phương trình cân băng áp, sơ đồ thay thế; đặc tính ngoài; một số thông số kỹ thuật của máy biến áp.  Hiểu phương pháp biến đổi điện áp 3 pha và tổ nối dây của máy biến áp 3 pha.  Hiểu đạc điểm cấu tạo, nguyên lỳ hoạt động của 1 số loại máy biến áp đặc biệt. 2.1. Khái niệm chung. 2.1.1. Định nghĩa Máy biến áp.  Máy biến áp là loại máy điện tĩnh, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống điện xoay chiều nhưng vẫn giữa nguyên tần số của hệ thống.  Máy biến áp có 2 cửa: cửa nối với nguồn điện gọi là sơ cấp của máy biến áp; cửa nối với tải gọi là thứ cấp của máy biến áp. Các đại lượng, thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1: số vòng dây cuộn dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp: U1, dòng điện sơ cấp: I1, công suất ở sơ cấp: S1, P1; Các đại lượng, thông số thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2: số vòng dây cuộn dây thứ cấp: W2, điện áp thứ cấp: U2, dòng điện thứ cấp: I2, công suất ở thứ cấp: S2, P2. Trong sơ đồ điện máy biến áp được ký hiệu như hình 2.1.  Máy biến áp có vai trò quan trọng Hình 2.1 trong hệ thống điện. Có 2 dạng máy biến áp chính: Máy biến áp điện lực được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, làm nhiệm vụ: nâng điện áp đầu ra máy phát điện (thường từ 6, 3 đến 38, 5KV ) lên mức điện áp của đường dây truyền tải (thường là 35, 110, 220 và 500KV) và hạ điện áp đường dây xuống mức điện áp cung cầp cho các tải (thường có các mức 3kV hoặc 6kV và 110V đến 500V); Máy biến áp chuyên dùng được dùng trong các thiết bị: xe điện, lò điện, hàn điện, đo lường v.v… 2.1.2. Các lượng định mức của máy biến áp. Các lượng định mức của máy biến áp là các thông số kỹ thuật của máy do nhà sản xuất máy qui định.  Điện áp định mức sơ cấp, Ký hiệu là U1đm, là điện áp qui định cho cuộn dây sơ cấp.  Điện áp định mức thứ cấp, Ký hiệu là U2đm, là điện áp giữa các cực của cuộn thứ cấp khi thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào sơ cấp là định mức. Theo qui ước, với máy biến áp 1 pha, điện áp định mức là điện áp pha; Với máy biến áp 3 pha điện áp định mức là điện áp dây. Đơnvị của điện áp ghi trên máy biến áp thường là kV.  Dòng điện định mức: Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây của máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức. 3
ThS Chiêm Trọng Hiển Theo qui ước, với máy biến áp 1 pha, dòng điện định mức là dòng điện pha; Với máy biến áp 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây. Dòng điện định mức sơ cấp, ký hiệu là I1đm, dòng điện định mức thứ cấp, ký hiệu là I2đm Đơn vị dòng điện ghi trên máy biến áp thường là A  Công suất định mức, ký hiệu Sđm (đơn vị đo kVA), Là công suất biểu kiến đưa ra ở cuộn dây thứ cấp máy biến áp khi điện áp, dòng điện máy biến áp ở định mức. Đối với máy biến áp 1 pha, công suất định mức là: Sđm=U2đmI2đm ≈ U1đmI1đm (2.1) Đối với máy biến áp 3 pha, công suất định mức là: Sđm=√3 U2đmI2đm ≈ √3 U1đmI1đm (2.2) Ngoài ra trên nhãn máy biến áp còn ghi tần số, số pha, sơ đồ nối dây và tổ nối dây, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc…của máy. 2.2. Cấu tạo của máy biến áp. Máy biến áp có các bộ phận chính sau: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy. 2.2.1. Lõi thép. Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta ghép lõi thèp bằng các là thép kỹ thuật điện. Phần lõi thép có lồng cuộn dây gọi là trụ của lõi thép; Phần lõi thép nối các trụ với nhau thành mạch từ khép kín gọi là gông của lõi thép. Tiết điện của gông có dạng hinh chữ nhật; Tiệt diện của trụ, đối với máy biến áp công suất nhỏ thì có dạng hình chữ nhật; đối với máy biến áp công suất lớn thì có dạng hình bậc thang như hình 2.1. Gông và trụ có thể ghép với nhau theo phương pháp ghép nối hay ghép xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, Hình 2.1: Tiết diện sau đó dùng xà ép và bu lông vít chặt lại. trụ lõi thép như hình 2.2a. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời, các lá thép được xếp xen kẽ nhau theo thứ tự a, b như mô tả ở hình 2.2b. Để an toàn lõi thép được nối với vỏ và vỏ phải được nối đất. (b) (a) Hình 2.2b: ghép xen kẽ lõi thép biến áp. Hình 2.2a: ghép nối 2.2.2. Dây quấn máy biến áp Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo 4
ThS Chiêm Trọng Hiển bằng dây đồng hoặc nhôm, Lõi thép có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, mặt ngoài dây có bọc cuộn dây hạ áp lớp cách điện. Mỗi cuộn dây của cuộn dây cao áp máy biến áp gồm 1 số vòng dây quấn thành 1 số lớp chồng lên nhau. Các lớp Giữa các lớp dây của 1 cách điện cuộn dây; Giữa các cuộn dây với nhau và giữa cuộn dây với lõi thép đều có lớp cách điện. Một pha của máy biến áp thường có 2 cuộn dây, cuộn dây nối vào điện áp cao gọi là cuộn cao áp, cuộn dây nối vào điện áp thấp gọi là cuộn hạ Hình 2.3: dây quấn đồng tâm áp. Khi cuọn cao áp và cuộn hạ áp cùng quấn Trụ của lõi trên 1 trụ trong kiểu dây quân đồng tâm, thì cuộn hạ áp được quấn sát trụ, còn cuộn cao áp quấn ngoài cuộn hạ áp như Cuộn hình 2.3. Làm như vậy sẽ Cuộn HA giảm được vật liệu cách điện. CA Hình 2.4: dây quân xen kẽ Ngoài kiểu quấn dây đông tâm còn có kiểu quân dây xen kẽ, như biểu diễn trên hình 2.4 Trong kiểu quấn nay, mỗi cuộn dây CA và HA gồm một số bánh dây đặt xen kẽ nhau. 2.2.3. Vỏ máy biến áp. Vỏ máy biến áp gồm 2 phần: Thùng và nắp thùng.  Thùng máy biến áp. Thùng dùng để chứa máy biến áp và chứa dầu. Dầu máy biến áp dùng để tản nhiệt cho máy và tăng cường cách điện. Thùng máy làm bằng thép. Các máy công suất nhỏ (≤ 30KVA), thùng có vỏ trơn; Các máy công suất vừa và lớn, để tăng khả năng toả nhiệt, vỏ thùng được làm theo kiểu dập sóng hoặc được gắn các ống tản nhiệt hay bộ tản nhiệt (HÌnh 2.5). 5
ThS Chiêm Trọng Hiển Vỏ thùng có ống tản nhiệt Vỏ thùng dập sóng Hình 2.5  Nắp thùng. Nắp thừng dùng để đậy kín thùng và lắp các chi tiết như:  Trụ sứ của các đầu dây cao áp và hạ áp (có nhiệm vụ cách điện giữa các đầu dây ra với vỏ máy ).  Bình giãn dầu: là 1 thùng hình trụ bằng thép, đặt trên nắp và nối thông với thùng máy biến áp bằng 1 ống. Ở 1 đầu của bình có gắn 1 ống chỉ mức dầu dùng để theo dõi mức dầu bên trong. Bình giãn dầu tạo không gian cho dầu trong thùng máy biến áp giãn nở tự do, đảm bảo cho áp suất dầu không tăng và thùng luôn đầy dầu.  Ống bảo hiểm: thường có dạng hình trụ, đặt nghiêng, một đầu thông với thùng máy biến áp, một đầu bịt kín bằng 1 đĩa thuỷ tinh. Khi áp suất trong thùng máy biến áp đột ngột tăng lên quá lớn, đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ để dầu dầu thoát ra ngoài, máy biến áp sẽ không bị hư.  Bộ phận tuyền động của cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp. 2.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha. Hình 2.6 là sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha có 2 cuộn dây: cuộn sơ cấp có W1 vòng; cuộn thú cấp có W2 vòng.  Khi ta nối cuộn sơ cấp W1 vào nguồn điện xoay chiều i1 có điện áp u1, tần số f, trong i2 cuộn W1 sẽ có dòng điện i1. t1 Dòng điện i1 sinh ra từ thông u1 W1 Zt W2 u2 t2  biến thiên chảy kín trong lõi thép xuyên qua cả 2 cuộn dây W1, W2 và được gọi là từ thông chính. Hình 2.6 Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thông biến thiên  sẽ làm cảm ứng trong cuộn dây sơ cấp sức điện động: d e1  W1 (2.3) dt 6
ThS Chiêm Trọng Hiển và trong cuộn dây sơ cấp sức điện động: d e2  W2 (2.4) dt Khi máy biến áp không tải (cuộn thứ cấp hở mạch), dòng điện thứ cấp i2=0, từ thông chính chỉ do dòng điện sơ cấp i1 sinh ra. Khi máy biến áp có tải, cuộn thứ cấp của máy được nối với tải có trở kháng Zt, sức điện động e2 sẽ tạo ra dòng điện thứ cấp i2 chảy qua tải và cuộn W2. cuộn W2 cũng sinh ra từ thông chảy trong lõi thép và từ thông chính lúc này do đồng thời 2 dòng điện i1 và i2 sinh ra. Điện áp u1 là hình sin, nên từ thông  cũng biến thiên hinh sin: =msint. Thế vào (2.3), (2.4) ta có: d     d  W1  m sin  t   4,44 fW1  m 2 sin   t    E1 2 sin   t   e1  W1  2  2 dt dt d     d  W 2  m sin  t   4,44 fW 2  m 2 sin   t    E 2 2 sin   t   e 2  W 2  2  2 dt dt Trong đó: E1=4,44fW1m (2.5) E2=4,44fW2m E1, E2 là trị hiệu dụng của sức điện động cuộn dây sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Biểu thức của e1, e2 cho thấy các sức điện động này có cùng tần số () nhưng khác nhau về trị hiệu dụng. Tỷ số: E1 W1  K (2.6) K gọi là hệ số biến áp. E2 W2 Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài lõi thép, sẽ có các quan hệ gần đúng: U1 ≈E1; U2 ≈E2 và có: U1 E1 W1   K (2.7) U 2 E2 W2 Nghĩa là tỷ số điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp biến áp gần đúng bằng tỷ số vòng dây của 2 cuộn. Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, sẽ có quan hệ gần đúng: U1I1 ≈U2I2 Hay: U1 I 2  K (2.8) U 2 I1 Như vậy, trong máy biến áp, giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không có sự liên hệ trực tiếp về điện, năng lượng được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp nhờ từ thông chính trong lõi thép. 2.4. Phương trình cân bằng điện và từ của máy biến áp. Để viết hệ phương trình, ta chọn chiều dòng điện, điện áp ở sơ cấp và thứ cấp biến áp như h ình 2.5. Theo qui tắc vặn nút chai, chiều từ thông  phù hợp với chiều 7
ThS Chiêm Trọng Hiển i1, chiều e1, e2 phù hợp với chiều . Chiều i2 được chọn ngược chiều e2, do đó chiều từ thông do i2 sinh ra ngược chiều . Trong máy biến áp, ngoài từ thông chính  chảy trong lõi thép còn có các từ thông tản của các cuộn dây, định nghĩa như sau:  Từ thông tản móc vòng cuộn dây sơ cấp, ký hiệu t1, là từ thông do cuộn sơ cấp (W1 ) sinh ra và chỉ móc vòng riêng cuộn sơ cấp.  Từ thông tản móc vòng cuộn dây thứ cấp, ký hiệu t2, là từ thông do cuộn thứ cấp (W2 ) sinh ra và chỉ móc vòng riêng cuộn thứ cấp. Đường đi của từ thông tản có nhưng đoạn ở ngoài lõi thép, có từ trở lớn, nên từ thông tản rất nhỏ so với từ thông chính. Từ thông tản sơ cấp t1 sinh ra trong cuộn W1 sức điện động cảm ứng et1: d t 1 di1 (2.9) et 1     L1 dt dt  t1 trong đó: gọi là điện cảm tản sơ cấp. L1  i1 Từ thông tản thứ cấp t2 sinh ra trong cuộn W2 sức điện động cảm ứng et2: d t 2 di (2.10) et 2     L2 2 dt dt  t2 trong đó: gọi là điện cảm tản thứ cấp. L2  i2 2.4.1. Phương trình cân bằng điệnsơ cấp. Trong mạch vòng sơ cấp có các điện áp và sức điện động: điện áp u1, điện áp trên điện trở dây quấn sơ cấp (r1) là r1i1, sức điện động do từ thông chính sinh ra e1, di1 sức điện động do từ thông tản sơ cấp sinh ra et1   L1 . Phương trình theo luật dt Kirchhoff 2 (K2) viết cho mạch vòng sơ cấp là: r1i1 - u1 = e1 + et1 = e1 - L1di1/dt hay: di1 u1  r1i1  L1  e1 dt Viết dưới dạng số phức: . . . . . . U 1  r1 I 1  jX 1 I 1  E 1  Z 1 I 1  E 1 (2.11) trong đó X1=Lt1 là điện cảm tản dây quấn sơ cấp. Z1=r1+jX1 gọi là tổng trở dây quấn sơ cấp. 2.4.2. Phương trình cân bằng điện thứ cấp. Tương tự mạch sơ cấp, phương trình theo luật K2 cho mạch vòng thứ cấp là: r2i2+u2=- e2+et2=- e2-L2di2/dt hay: K di2 u 2  r2 i 2  L2  e2 dt Viết dưới dạng số phức: 8
ThS Chiêm Trọng Hiển . . . . . . U 2  r2 I 2  jX 2 I 2  E 2   Z 2 I 2  E 2 (2.12) trong đó: X2=Lt2 là điện cảm tản dây quấn thứ cấp, Z2=r2+jX2 gọi là tổng trở dây quấn thứ cấp. và điện áp thứ cấp u2 chính là điện áp trên tải: . . U 2  Zt I 2 (2.13) 2.4.3. Phương trình cân bằng từ. Vì điện kháng tản X1 và điện trở dây quấn sơ cấp r1 rất nhỏ, nên điện áp trên . . . các phần tử đó ( r I 1 , jX 1 I 1 ) cũng rất nhỏ so với E 1 , do đó từ phương trình (2.11) có quan hệ gần đứng: U 1 ≈ E1 Vì điện áp đặt vào sơ cấp biến áp U1 không đổi, nên sức điện động E1 cũng không đổi. Từ (2.5) suy ra biến độ từ thông chính m không đổi. Ở chế độ không tải, từ thông chính do sức từ đông của cuộn dây sơ cấp W1i1 sinh ra. Khi có tải, từ thông chính do tổng đại số các sức từ động của cuộn sơ cấp và thứ cấp (W1i1-W2i2) sinh ra. Sức từ động thứ cấp W2i2 lấy dấu âm (-) là do chiều i2 không phù hợp với chiều  theo qui tắc vặn nút chai. Vì m không đổi nên sức từ động lúc không tải bằng sức từ động lúc có tải, tức là: qW1i0=W1i1-W2i2 (2.14) trong đó i0 là dòng điện sơ cấp khi không tải và được gọi là dòng điện không tải hoặc dòng điện từ hoá của máy biến áp. (2.14) gọi là phương trình cân bằng từ của máy biến áp. Chia cả 2 vế của (2.14) cho W1 và thay: i2 W1 i2  K; / K W2 được: i1=I0+i/2 (2.15) i trong đó: i2/  2 gọi là dòng điện thứ cấp qui đổi về sơ cấp. K Phương trìh cân bằng từ dưới dạng phức: ./ . . I1  I 0  I 2 (2.16) 2.5. Sơ đồ thay thế của máy biến áp. Để thuận lợi cho việc phân tích, nghiên cứu máy biến áp, ta tìm cách thay thế máy biến áp bằng 1 sơ đồ mạch có quá trình năng lượng tương đương với máy biến áp, tức là hệ phưong trình mạch hoàn toàn đồng nhất với hệ phương trình của máy biến áp. ./ . . . Nhân 2 vế của (2.12) với K và thay I 2  K . I 2 ; K E 2  E1 được: ./ ./ . . K U 2   K 2 r2 I 2  jK 2 X 2 I 2  E1 (2.12a) Đặt: r/2=K2r2, r/2 gọi là điện trở dây quấn thứ cấp qui đổi về mạch sơ cấp 9
ThS Chiêm Trọng Hiển X/2=K2X2, X/2 gọi là điện kháng tản dây quấn thứ cấp qui đổi về mạch sơ cấp r 2+jX 2=K (r2+jX2)=K2Z2=Z/2, / / 2 Z/2 gọi là trở kháng dây quấn thứ cấp qui đổi về sơ cấp. Z/t=K2Zt, Z/t gọi là trỏ kháng tải qui đổi về mạch sơ cấp ./ ./ . kU 2  U 2, U 2 gọi là điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp. ./ ./ ./ . . U 2  K U 2  KZ t I 2  K 2 Z t I 2  Z t/ I 2 và thế vào (2.12a) được: ./ ./ ./ . U 2  r2/ I 2  jX 2/ I 2  E 1 (2.17) . . Xét số hạng (  E1 ), trong đó E1 là sức điện động do từ thông chính  gây ra . . trong cuộn dây sơ cấp. Mà từ thông chính  lại do dòng I 0 sinh ra, do đó (- E1 ) có . thể coi là điện áp trên 1 nhánh (rm+jXm) có dòng I 0 chảy qua gọi là nhánh từ hoá: . .  E1  rm  jX m  I 0 (2.18) trong đó: rm gọi là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ (Pst) Pst=rm(I0)2 Xm gọi là điện kháng từ hoá đặc trưng cho từ thông chính  Thay (2.18) vào (2.11), (2.17) và kết hợp với (2.15) ta có hệ phương trình: . . . . U 1  r1 I 1  jX 1 I 1  rm  jX m  I 0 ./ ./ ./ . U 2  r2/ I 2  jX 2/ I 2  rm  jX m  I 0 (2.19) ./ . . I1  I 0  I 2 Hệ phương trình (2.19) là hệ phương trình viết theo luật K1 và K2 cho sơ đồ mạch hình 2.7a. Sơ đồ đó gọi là sơ đồ thay thế của máy biến áp. . X/2 ./ X1 r/2 . X/2 I 1 r1 X1 r/2 r1 I2 I1 ./ . . I 2  I1 I0 Z/t ./ . ./ . rm Z/t U1 U2 U1 U2 Xm Hình 2.7b Hình 2.7a Thông thường tổng trở nhánh từ hoá rất lớn hơn tổng trở mạch thứ cấp qui đổi về sơ cấp: rm+jXm=ZmZ/2+Z/t; dòng điện từ hoá rất nhỏ hơn dòng điện thứ cấp qui đổi về sơ cấp: i0i/2 do đó có thể bỏ nhánh từ hoá, ta có sơ đồ thay thế gần đúng (đơn giản) hình 2.7b. Sơ đồ thay thế đơn giản thường đựơc dùng trong tính toán đơn giản các đặc tính của máy biến áp. 10
ThS Chiêm Trọng Hiển 2.6. Xác định tham số máy biến áp bằng thí nghiệm máy biến áp. Các tham số máy biến áp có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc bằng tính toán. dưới đây trình bày cách xác định bằng thí nghiệm. 2.6.1. Thí nghiệm không tải. Sơ đồ thí nghiệm như hình 2.8a. Điện áp đặt vào sơ cấp U1=U1đm, thứ cấp để hở mạch. Nhờ von mét V, ampe mét A, oát mét W sẽ đo được điện áp sơ cấp U1, điện áp thứ cấp U2o, dòng điện Io và công suất Po lúc không tải. Io X1 r1 Po A W rm U2o Io U1 V U1 V Xm Hình 2.8b Hình 2.8a Từ số liệu thí nghiệm, tính được: U1  Tổng trở không tải: (2.20a) z0  I0 P0  Điện trở không tải: (2.20b) r0  I 02  Điện kháng không tải: (2.20c) X 0  z 0  r02 2 P0  Hệ số công suất không tải: (2.20d) cos  0  U1 I 0 W1 U1  Hệ số biến áp: (2.20e) K  W2 U 20 Trở kháng không tải(z0) thường rất lớn; Dòng điện không tải thường rất nhỏ (khoảng 0, 03Iđm đến 0, 1I1đm); Hệ số công suất không tải cũng rất nhỏ (cos0=0, 1 đến 0, 3). Do cos0 nhỏ nên trong sử dụng không nên để máy ở chế độ không tải. Sơ đồ thay thế máy biến áp ở chế độ không tải như hình 2.8b, dựa vào sơ đồ này có thể tính các thông số rm, Xm của nhánh từ hoá. Theo sơ đồ, có: r0=r1+rm; X0=x1+X0 Vì từ thông chính rất lớn hơn từ thông tản nên Xm>>X1, vậy có: Xm≈X0 (2.21a) Vì điện trở dây quấn sơ cấp (r1) rất nhỏ mà dòng I0 cũng rất nhỏ nên có thể coi tổn hao không tải sấp sỉ bằng tổn hao sắt từ: P0≈Ps=rmI20 => rm≈P0/I20=r0 11
ThS Chiêm Trọng Hiển rm=r0 (2.21b) 2.6.2. Thí nghiệm ngắn mạch. Sơ đồ thí nghiệm như hình 2.9a. In X1 r1 A W r2/ In Pn Un U1 V / X2 Hình 2.9b Hình 2.9a Cuộn thú cấp được nối ngắn mạch. Điện áp Un đặt vào sơ cấp được lựa chọn sao cho dòng điện sơ cấp lúc này là In=I1đm Từ số liệu thí nghiệm tính được: Un  Tổng trở ngắn mạch: (2.22a) zn  In Tổng trở ngắn mạch thường có giá trị rất nhỏ. Pn  Điện trở ngắn mạch: rn  (2.22b) 2 In  Điện kháng ngắn mạch: X n  z n  rn2 2 (2.22c) Pn  Hệ số công suất ngắn mạch: cos  n  (2.22b) UnIn Trong thí nghiệm ngắn mạch, điện áp đặt vào sơ cấp biến áp Un rất nhỏ nên từ thông chính của máy rất nhỏ, tức là dòng từ hoá rất nhỏ so với dòng In, do đó mạch điện thay thế trong thí nghiệm ngắn mạch có thể xem như hở mạch nhánh từ hoá và có dạng như hình 2.9b. Theo đó ta có: rn=r1+r/2, Xn=X1+X'2 (2.23) Trong máy biến áp thường có quan hệ gần đúng: r1≈r 2; X1  X'2 do đó ta có: ' rn Xn rn Xn r2  X2  r1  X1  , , , (2.24.) 2K 2 2K 2 2 2 Điện áp ngắn mạch Un gồm 2 thành phần:  Thành phần tác dụng Unr là điện áp rơi trên điện trở: Unr=rnIn (2.25)  Thành phần phản kháng UnX là điện áp rơi trên điện kháng: UnX=XnIn (2.26) 12
ThS Chiêm Trọng Hiển Đồ thị véc tơ điện áp của máy biến áp trong thí nghiệm ngắn mạch như hình 2.10. Theo đó ta có: Unr=Uncosn (2.27) UnX=Unsinn (2.28) n là góc lệch pha giữa un và in . Un . Điện áp ngắn mạch là đại lượng đặc trưng U nX cho điện trở và điện kháng tản của dây quấn máy biến áp. Trong máy biến áp điện lực, điện áp ngắn mạch được ghi trên nhãn của máy và n thường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm so . với điện áp định mức. . U nr In U zI U n 0  n .100  n 1dm .100 (2.29) Hình 2.10 0U U 1dm 1dm U rI U nr 0  nr .100  n 1dm .100 (2.30) 0U U 1dm 1dm U XI U nX 0  nX .100  n 1dm .100 (2.31) 0U U 1dm 1dm Máy biến áp điện lực thường có Un0/0 trong khoảng 5, 5 đến 1, 5 (Máy có điện áp cao thì Un0/0 lớn và ngược lại). Có thể tính được dòng điện ngắn mạch khi máy biến áp làn việc với điện áp định mức Insc (dòng điện ngắn mạch sự cố ) theo I1đm và Un0/0 như sau: I 1dm I nsc  (2.29) .100 Um 0 0 2.7. Chế độ làm việc có tải của máy biến áp. Chế độ làm việc có tải của máy biến áp là chế độ: sơ cấp đựoc nối vào điện áp định mức; thư cấp được nối với tải. Để đánh giá mức độ tải, người ta định nghỉa hệ số tải Kt: I2 I1 Kt   (2.30) I 2 dm I 1dm Kt=1: Tải định mức; Kt < 1: non tải; Kt > 1: qua tải. Dưới dây, dựa vào sơ đồ thay thế của máy biến áp để xét một số đặc tính làm việc của máy. 2.7.1. Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải.  Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải. Khi điện áp sơ cấp định mức, nếu tải thay đổi điện áp thứ cấp củng thay đổi theo. Lượng: U2=U2đm-U2 (2.31) gọi là độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải. Người ta còn dùng khái niện Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm: U20/0, định nghĩa như sau: U 2 U 2 0 0  (2.32) .100 U 2 dm 13
ThS Chiêm Trọng Hiển B . U1 . Zn I 1 . jX n I 1 A n 0 / . U 2 t C . rn I 1 ./ . I1  I 2 Hình 2.11 U20/0 Để biểu diễn theo điện áp của sơ đồ thay thế qui về sơ cấp, ta nhân cả tử và mẫu của (2.32) với hệ số biến áp K, được: K .U 2 K .U 2 dm  KU 2 U  U2 ' U 2 0 0  .100  .100  1dm (2.33) .100 K .U 2 dm KU 2 dm U1dm Để khảo sát sự biến thiên của U20/0 theo tải, ta tìm cách biểu diễn U20/0 theo hệ số tải Kt. Đồ thị véc tơ dòng điện, điện áp của máy biến áp khi mang tải (vẽ theo sơ đồ thay thế đơn giản) như hình 2.11. Trong đó: t là góc của tổng trở tải. ./ ./ . . Để tính U2 ta chiếu U 1 lên U 2 . Vì znI1
ThS Chiêm Trọng Hiển U20/0 U2 cost=0,7 C 4 3 U20 cost=1 t>0 2 R 1 1 0 0,5 Kt L -1 -2 t
ThS Chiêm Trọng Hiển  Thay (2.38) vào (2.39), tính được: max K2t Pn=P0 Vậy hiệu suất đạt cực đại khi tổn hao đồng bằng tổn hao sắt từ. Kt P0 Pn Hình 2.14. sự phụ thuộc hiệu suất theo tải Hệ số tải khi hiệu suất cực đại là: P0 Kt  (2.40) Pn Máy biến áp điện lực thường được thiết kế để hiệu suất đạt cực đại ở Kt=0,5 đến 0,7. Hiệu suất máy biến áp thay đổi theo công suất máy và có giá trị lớn. Máy biến áp công suất lớn hiệu suất có thể đạt tới 990/0. 2.8. Biến đổi điện áp 3 pha. Để biến đổi điện áp 3 pha, ta có thể dùng 3 máy biến áp 1 pha nối với nhau tạo thành tổ máy biến áp 3 pha, hoặc dùng 1 máy biến áp 3 pha. Z 2.8.1.Máy biến áp 3 pha. C A B Y X Hình 2.15 là sơ đồ nguyên lý một máy biến áp 3 pha kiểu trụ. Lõi thèp có 3 trụ, trên mỗi trụ quấn cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của 1 pha. Người ta qui ước các đầu dây sơ cấp ký hiệu bằng các chữ in hoa, các đầu dây thứ cấp ký hiệu bằng chữ in thường. x y a c z b Hình 2.15 P ha Đầu dây sơ cấp Đầu dây thứ cấp A A, X a, x B B, Y b, y C C, Z c, z Nguyên lý làm việc của máy biến áp 3 pha tương tự như máy biến áp 1 pha. Gọi số vòng của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của 1 pha thứ tự là W1 và W2, tỷ số điện áp pha sơ cấp và thứ cấp sẽ là: U p1 W1  (2.41) U p2 W1 16
ThS Chiêm Trọng Hiển Tỷ số điện áp dây sơ cấp và thứ cấp không chỉ phụ thuộc vào W1, W2 mà còn phụ thuộc vào cách nối dây ở sơ cấp và thứ cấp. 2.8.2. Nối dây máy biến áp 3 pha.  Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp 3 pha hoặc tổ máy biến áp 3 pha có thể nối với nhau theo hình sao hay tam giác. cách nối ở sơ cấp và thứ cấp không phụ thuộc lẫn nhau. Hình 2.16 là sơ đồ một vài cách nối và ký hiệu tương ứng. B A C B B A C A C Z X Y Z X Y X Y Z x z y x z y x z y c c N b a b c a b a / /Y0 Y/Y Sơ cấp nối tam giác Sơ cấp nối sao Sơ cấp nối tam giác thứ cấp nối tam giác thứ cấp nối sao thứ cấp nối sao có trung tính Hình 2.16 Tỷ số điện áp dây sơ cấp và thứ cấp (Hệ số biến áp) của các sơ đồ là: sơ đồ Y/Y 3U p1 U p1 W1 U d1    Ud2 3U p 2 U p 2 W2 U d 1 U p1 W1 sơ đồ /   U d 2 U p 2 W2 U p1 U d1 1 W1 sơ đồ /Y   Ud2 3 W2 3U p 2 2.8.3. Tổ nối dây máy biến áp 3 pha.  Tổ nối dây máy biến áp 3 pha là ký hiệu chỉ rõ cách nối dây của máy biến áp và góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp.  Góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp luôn là bội số của của 300 với hệ số nhân là các số nguyên từ 1 đến 12. Trong ký hiệu tổ nối dây, để gọn, người ta qui ước không ghi góc lệch mà chỉ ghi hệ số nhân ứng với góc lệch. Ví dụ: Tổ nối dây Y/-11 chỉ rằng: dây quấn sơ cấp nối sao, dây quấn thứ cấp nối tam giác, góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 11*300=3300. Sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ điện áp của tổ nối dây này như hình 2.17. Ở đây các đầu dây (A, a), (B, b) … là các đầu dây cùng cực tính. 17
ThS Chiêm Trọng Hiển . UA B A C . U AB . . U AB UC . U ab Z X Y . UB x z y . 3300 Uc   . U ab  U Ua . b Ub c b a Y/ Hình 2.17 2.9. Máy biến áp làm việc song song. Khi cần tăng công suất thì nối nhiều máy biến áp làm việc song song với nhau (Hình 2.18) Điều kiện để các máy biến áp có thể làm việc song song là: 1-Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của các máy phải tươg ứng bằng nhau (cũng có nghĩa là hệ số biến áp của máy bằng nhau). U1I=U1II, U2I=U2II, kI=kII (Thực tế cho phép hệ số biến áp của các máy sai khác nhau không quá 0, 5%) 2-Các máy phải có cùng tổ nối dây (để điện áp thứ cấp của chúng trùng pha nhau). Điều kiện 1 và 2 đảm bảo cho không có dòng điện cân bằng lớn chảy quẩn trong dây quấn các máy do sự chênh điện áp thứ cấp của chúng. Máy biến áp I Máy biến áp II Hình 2.18: Nối dây 2 máy biến áp làm việc song song 18
ThS Chiêm Trọng Hiển 3-Điện áp ngắn mạch của các máy phải bắng nhau. . UnI%=UnII% II ZnI Điều kiện này đảm bảo cho phân bố tải cho các máy tỷ lệ với công suất của ZnII . Zt I II . chúng. U1 Thật vậy, giả sử có: UnI% 100%, 67%, 67% Hình 2.20  Máy biến áp 3 dây quấn cho phép nâng cao chỉ tiêu kinh tế kỹ huật của trạm cung cấp điện cho các lưới điện có các điện áp khác nhau vì số máy biến áp cần thiết của trạm sẽ ít hơn và tổn hao vận hành sẽ nhỏ hơn. 2.10.2. Máy tự biến áp.  Máy tự biến áp (hay còn gọi là máy biến áp tự ngẫu) là máy biến áp mà cuộn dây có điện áp thấp (HA) chỉ là 1 phần của cuộn dây có điện áp cao (CA) (xem sơ đồ hình 2.21). Do cách cấu tạo như vậy, nên công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu gồm 2 thành phần: một phần truyền 19
ThS Chiêm Trọng Hiển qua đườg từ trường của lõi . . I CA thép, 1 phần truyền trực tiếp E2 U2 qua đường dây dẫn. . . I HA I2 UCA U1 . . UHA E1, I 1 HÌnh 2.21 Gọi công suất truyền tải qua máy biến áp là công suất truyền tải Stt; công suất truyền tải qua đường từ trường là công suất thiết kế Stk, ta tìm mối quan hệ giữa Stt và Stk. Theo hinh 2.21, ta có: Stk=E1I1=E2I2; Stt=UCAICA=UHAIHA U  U HA I CA  1 S tk EI 1  S tk  1   S tt   2 2  CA  1 (2.42)  k S tt U CA I CA U CA ICA k U CA k Trong đó: U HA (2.42) cho thấy máy biến áp tự ngẫu kinh tế hơn máy biến áp 2 dây quấn về mặt chế tạo, ví dụ: nếu k=2 thì công suất thiết kế chỉ bằng 1/2 công suất truyền tải. Tổn hao trong máy biến áp tự ngẩu cũng nhỏ hơn tổn hao trong máy biến áp 2 dây quấn cùng công suất. Thật vậy, từ (2.42), có: P P  1 Tonhao  1   (2.43) Tonhao S tt S tk  k P Công suất tổn hao trong đó: là tỷ số của máy biến áp 2 dây quấn. Tonhao Công suất S tk  Đặc điểm của máy biến áp tự ngẫu:  Kích thước, giá thành, tổn hao đều nhỏ hơn máy biến áp 2 dây quấn cùng công suất (xem (2.42), (2.43)), tuy nhiên điều này chỉ thể hiện rõ khi hệ số k nhỏ.  Giữa sơ cấp và thứ cấp của máy có sự liên hệ trực tiếp về điện, vì vậy mức độ an toàn không cao.  Các ứng dụng chính của máy biến áp tự ngẫu ở lưới điện hạ áp:  Máy biến áp dùng để khởi động động cơ điện. Ví biến áp để khởi động động cơ điện yêu cầu hệ số K nhỏ nên dùng máy biên áp tự ngẫu sẽ giảm giá thành, kích thước so với dùng máy biên áp 2 dây quấn. 20
ThS Chiêm Trọng Hiển  Variac: Là máy biến áp có thể điều chỉnh để điện áp ra thay đổi liên tục dùng 250V trong phòng thí nghiệm. Loại máy này có 220V A lõi thép hình vành khăn. Sơ đồ cuộn dây như hình 2.22. Điện áp vào ở A, B; điện áp M ra ở M, B. M là tiếp xúc trượt, có thể trượt dọc theo cuộn dây. Khi M trượt về phía A thì điện áp ra tăng và ngược lại. B Hinh 2.22  Survoltuer. Survolter là thiết bị cho phép giữ điện áp ra (thứ cấp) cố định khi điện áp vào (sơ cấp) thay đổi bằng cách thay đổi số vòng dây cuôn sơ cấp tỷ lệ với sự thay đổi điện áp vào còn số vòng dây thứ cấp thì giữa cố định. Sơ đồ cấu tạo cuộn dây của survolter thông thường như hình 2.23. Việc điều chỉnh số Ngõ ra 110V 0V 220V vòng cuộn sơ cấp được thực hiện bằng 2 chuyển mạch S1 và S2. S1 có 4 vị trí (80V; 110V; 160V; 220V) dùng để chỉnh thô. 110V 160V S2 có 11 vị trí (10 khoảng) 80V dùng để chỉnh tinh. khoảng thay đổi giữa 2 220V S1 S2 mức chỉnh tinh liên tiếp thường là 5V. Sai số Ngõ vào: 30V đến 220V điện áp ra là 1/2 khoảng Hinh 2.23 chỉnh tinh (±2, 5V). 2.10.3. Máy biến áp hàn hồ quang điện. Máy biến áp hàn hồ quang được chế tạo sao cho có đặc tinh ngoài U2=f(I2) rất dốc như hình 2.24a để hạn chế dòng điện ngắn mạch (khi mồi hàn) và đảm bảo cho hồ quang cháy ổn định khi hàn. Máy biến áp hàn có nhiều loại. HÌnh 2.24b trình bày cấu tạo của máy biến áp hàn có mạch từ rẽ. Trong máy, sắt di động (sdđ) tạo một nhánh rẽ thuận lợi cho từ thông tản, do đó máy có điện kháng tản lớn, dẫn đến đặc tính ngoàì dốc. Ngoài ra từ thông tản có thể thay đổi nhờ thay đổi vị trí của sắt di động cho nên có thể thay đổi độ dốc đặc tính ngoài tức có thể thay đổi dòng điện hàn. Khi sdđ ở hoàn toàn trong khe hở giữa 2 trụ lõi thép, từ thông tản lớn nhất, dòng điện hàn sẽ nhỏ nhất và ngược lại. 21
ThS Chiêm Trọng Hiển U2 60-75V I2 Hình 2.24a Sắt di động Hình 2.24b Máy biến áp hàn hồ quang thường có điện áp không tải từ 60V đến 75V, điện áp ở tải định mức khoảng 30V. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2 Câu hỏi 1. Máy biến áp là gì? Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện lực? Tác dụng của từng bộ phận trong máy biến áp? 2. Ý nghĩa các lựơng định mức của máy biến áp? Hãy tính các dòng điện định mức của máy biến áp 3 pha có: Sđm=100kVA; U1đm/U2đm=6000/230V. 3. Tại sao khi tăng dòng điện thứ cấp thì dòng điện sơ cấp lại tăng lên? lúc đó từ thông trong máy biến áp có thay đổi không? 4. Cách xác định tham số từ hoá của máy biến áp? Tổn hao không tải là gì? 5. Càch xác định trở kháng mạch sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp? Tổn hao ngắn mạch là gì? Trị số điện áp ngắn mạch có ý nghĩa gì? 6. Sự phụ thuộc của điện áp thứ cấp vào tải như thế nào? 7. So sánh ưu nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp 2 cuộn dây. Nêu các ứng dụng chính của máy biến áp tự ngẫu. 8. Yêu cầu của máy biến áp hàn hồ quang xoay chiều? Nguyên lý hoạt động của máy biến áp hàn có mạch từ rẽ? 9. Cho 2 máy biến áp nối Y/Y-12 và Y/Y-6 có cùng tỷ số` biến đổi K và điện áp ngắmn mạch Un. Để chúng làm việc song song thì phải làm thê nào? Cùng các điều kiện trên nếu 2 máy biến áp có tổ nối dây Y/-11 và Y/-3? 22

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.