Đồ án môn học: lý thuyết điều khiển tự động - Trường Đại học Điện Lực

Chia sẻ: Nguyen Trong Dung | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ. Đã có nhiều nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ công nghệ cao, hiện đại hoá trên cả nước vì vậy yêu cầu đất nước phải có một hệ thống điện ổn định, chất lượng cao để đáp ứng và phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án môn học: lý thuyết điều khiển tự động - Trường Đại học Điện Lực

Trường Đại học Điện Lực Khoa công nghệ tự động ĐỒ ÁN MÔN HỌC: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TRỌNG DŨNG LỚP : D6-CNTĐ Hà Nội-2013
Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ. Đã có nhiều nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ công nghệ cao, hiện đại hoá trên cả nước vì vậy yêu cầu đất nước phải có một hệ thống điện ổn định, chất lượng cao để đáp ứng và phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống. Để đảm bảo điều đó việc truyền tải điện năng phải ngày càng đổi mới và hoàn thiện về các trang thiết bị và kỹ thuật. Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện, việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện bộ phận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 3 đến 4 lần tăng giảm điện áp do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng) của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện. Gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp đến 6 hay 8 lần hay cao hơn nữa, hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn 98-99% nhưng vì số lượng máy biến áp khá nhiều nên tổng tiêu hao trong hệ hống rất đáng kể vì thế cần chú ý đến việc giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp. Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong nghành chế tạo máy biến áp, người ta chủ yếu sử dụng thép cán lạnh, có suất tổn hao và công suất từ hoá thấp mặt khác còn thay đổi các kết cấu từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá thép tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông ép trụ và xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép hay hay dùng những qui trình công nghệ mới về cắt dập lá thép, tự động về ủ lá thép, về lắp ráp... nhờ vậy mà công suất và điện áp đã được nâng cao rõ rệt.
PHẦN I: VAI TRÒ CỦA MBA TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG 1. VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP. Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải đi ện nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện l ớn, m ột v ấn đ ề l ớn đ ặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh t ế nhất và đ ảm b ảo được các chỉ tiêu kỹ thuật. Hình 1: Sơ đồ truyền tải điện năng. Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, n ếu đi ện áp đ ược tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm ti ết diện ấy nhỏ đi. Do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ gi ảm xuống, đ ồng th ời t ổn hao năng l ượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng đi ện cao áp, dẫn đi ện b ằng các đ ường dây cao thế, thường là 35, 110, 220, và 500 kv. Trên thực tế các máy phát đi ện th ường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà ch ỉ phát ra đi ện áp t ừ 3 đ ến 21 kv, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên, m ặt khác các h ộ tiêu th ụ th ường ch ỉ s ử dụng điện áp thấp từ 127v, 500v hay cùng lắm đến 6 kv, do đó th ường khi s ử d ụng đi ện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thi ết bị dùng đ ể tăng đi ện áp ra c ủa máy phát điện tức đầu đường dây dẫn và những thi ết bị gi ảm đi ện áp tr ước khi đ ến h ộ tiêu thu gọi là các máy biến áp ( MBA). Thực ra trong h ệ th ống đi ện l ực, mu ốn truy ền t ải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tất cả các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường ph ải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất c ủa các MBA trong h ệ th ống điện lực thường gấp ba, bốn công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực, hay máy biến áp công suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng
lượng. Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thết kế chế tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu m ới chế t ạo đ ể gi ảm tr ọng l ượng và kích thước máy. ` Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có m ột ch ỗ đ ứng trong vi ệc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà. Hiện nay chúng ta đã s ản xu ất được những MBA có dung lượng 630000kV với điện áp 110kV. 2. ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP 2.1: Định nghĩa. Máy biến áp là m ột thi ết bị đi ện từ đứng yên, làm vi ệc d ựa trên nguyên lý c ảm ứng điện từ biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành m ột h ệ th ống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Đầu vào c ủa MBA đ ược n ối v ới nguồn điện, được gọi là sơ cấp. Đầu ra của máy biến áp được n ối v ới t ải gọi là th ứ c ấp, khi điện áp đầu ra thứ cấp lớn hơn điện áp đầu vào sơ cấp ta có MBA tăng áp. Khi điện áp đầu ra thứ cấp nhỏ hơn điện áp đầu vào ta có MB hạ áp. Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp. 2.1: Công dụng của máy biến áp. Máy biến áp được sử dụng rất rộng rãi trong công nghi ệp và trong đ ời s ống. Ở m ỗi lĩnh vực, mục đích sử dụng của máy biến áp khác nhau dẫn đến k ết c ấu c ủa máy bi ến áp cũng khác nhau. Trong truyền tải và phân phối điện năng, để dẫn đi ện từ nhà máy đ ến n ơi tiêu th ụ phải có đường dây tải điện. Khoảng cách từ nhà máy điện đến h ộ tiêu th ụ th ương r ất l ớn, do việc truyền tải điện năng phải được tính toán sao cho kinh tế. Cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu tăng được đi ện áp thì dòng đi ện đến tải sẽ giảm xuống, từ đó có thể giảm tiết diện và trọng lượng dây dẫn, dẫn đến hạ đường dây truyền tải, đồng thời tổn hao năng lượng trên đ ường dây cũng t ốn. Vì v ậy mu ốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và ti ết ki ệm kim lo ại màu, trên đ ường dây ng ười ta phải dùng điện áp cao. 2.2: Phân loại máy biến áp. Có nhiều loại máy biến áp và nhiều cách phân loại khác nhau: Theo công d ụng, máy biến áp gồm những loại chính sau. - Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối điện năng - Máy biến áp điều chỉnh công suất nhỏ ( phổ biến trong các gia đình ) có khả năng điều chỉnh để giữ cho điện áp thứ cấp phù hợp với đồ dùng điện khi điện áp sơ cấp thay đổi.
- Máy biến áp công suất nhỏ dùng cho các thiết bị đóng cắt, các thi ết b ị đi ện t ử và trong gia đình. - Các máy biến áp đặc biệt, máy biến áp đo lường máy bi ến áp làm ngu ồn cho lò luy ện kim hoặc dùng chỉnh lưu, điện phân, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng thí nghiệm … - Theo số pha của dòng điện được biến đổi, máy biến áp được chia thành loại một pha và loại ba pha. - Theo vật liệu làm lõi, người ta chia ra máy biến áp lõi thép và máy biến áp lõi không khí. - Theo phương pháp làm mát, người ta chia ra máy bi ến áp làm mát b ằng dầu, máy bi ến áp làm mát bằng không khí ( biến áp khô). 2.3: Các lượng định mức. - Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho phù h ợp v ới t ừng lo ại máy. - Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA: a. Điện áp định mức( Udm ) - Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm, là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. - Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm, là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp. Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ c ấp là định m ức, người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha, với MBA 3 pha là đi ện áp dây. Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thường là KV. b. Dòng điện định mức( Idm ) - Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với MBA 1 pha dòng đi ện đ ịnh m ức là dòng điện pha. Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây. c. Công suất định mức (Sđm) - Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức. Công suất định mức kí hiệu là Sđm, dơn vị là VA, KVA. Đối với MBA 1 pha công suất định mức là : Đối với MBA 3 pha công suất định mức là : 3: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 3.1: CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là: Lõi sắt và Dây qu ấn. Ngoài ra còn có các b ộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát. 3.1.1: Lõi sắt máy biến áp Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính c ủa máy, đ ược ch ế tạo t ừ nh ững v ật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện. Ngày nay loại tôn cán lạnh đ ược s ử d ụng ch ủ y ếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có v ị trí s ắp xếp các tinh th ể g ần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng c ường đ ộ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng ch ỉ tăng đ ược t ừ 1,3 đến 1,45 T, từ đó giảm được tổn hao trong máy, d ẫn đ ến gi ảm đ ược tr ọng l ượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao c ủa MBA, r ất thu ận ti ện cho vi ệc chuyên chở. Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc gi ảm được t ổn hao và tr ọng lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo b ằng lo ại tôn này trong v ận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng. Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thi ết kế b ởi tôn các l ạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v.v) Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ (T) và gông (G). Trụ là nơi để đặt dây quấn. Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ. Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín. Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ (0,35 tới 0,5) mm hai m ặt được sơn cách điện. Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong dầu biến áp. Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các lo ại lõi s ắt như sau: a. Lõi sắt kiểu trụ: dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt th ường bó trí đ ứng, ti ết di ện tr ụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn gi ản, làm việc b ảo đ ảm, dùng ít v ật li ệu, vì v ậy hi ện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt này (hình 1.3).
b. Lõi sắt kiểu bọc: Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA loại này có ưu điểm là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn xen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn. Nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kỹ thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu. Lõi sắt loại này thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện. c. Lõi sắt kiểu trụ – bọc (hình 1.4): Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc. Kiểu này hay dùng trong các MBA m ột pha hay ba pha v ới công su ất l ớn (hơn 100000KVA /1 pha) và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang hai bên. Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc thì hai tr ụ sắt phía ngoài cũng thu ộc về gông. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi sắt đ ược ghép t ừ nh ững lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt.
Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và gông vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép xen kẽ. Ghép nối là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nh ờ những xà và bulong ép (hình 1.6a). Kiểu ghép này ghép đ ơn gi ản nh ưng khe h ở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải l ớn, vì th ế mà ki ểu này ít đ ược s ử dụng. Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ (hình 1.6b) sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt. Muốn lồng dây vào thì dở hết phần gông trên ra, cho dây qu ấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ được nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ, bakelit) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại. 3.1.2: Dây quấn máy biến áp. Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng l ượng vào và truy ền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có th ể b ằng nhôm (ít ph ổ biến). Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa các vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện với lõi.
Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi khi còn có cu ộn trung áp (TA). Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai lo ại dây qu ấn chính đó là: Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ H× 1.7 D© quÊ ® nh y n ång t©m H× 1.7 D© quÊ ® nh y n ång t©m a. Dây quấn đồng tâm (hình 1.7): Cuộn CA và HA là những hình ống đồng tâm, bố trí cuộn HA đặt sát trụ còn cuộn CA đặt ngoài. Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽ đ ơn gi ản đu ợc vi ệc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích thước rãnh cách điện gi ữa các cu ộn dây và giữa cuộn dây với trụ sắt. b. Dây quấn xen kẽ: Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh có chi ều cao thấp và qu ấn xen kẽ, do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch. Dây qu ấn xen k ẽ có nhi ều rãnh d ầu ngang nên tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ thi kém vững chắc so v ới dây qu ấn đ ồng âm. Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây. 3.1.3: Vỏ máy biến áp Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều ki ện ngo ại c ảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp thùng. a. Thùng MBA: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhi ệt đốt nóng lõi thép, dây cu ốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên. Do đó gi ữa MBA và môi tr ường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh v ượt quá qui đ ịnh thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA. Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi MBA được ngâm trong môi trường dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các b ộ ph ận bên trong MBA
sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh. L ớp d ầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại ti ếp t ục làm ngu ội m ột cách tu ần hoàn các bộ phận bên trong MBA. Mặt khác dầu MBA còn làm nhi ệm v ụ tăng c ường cách điện. Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết c ấu thùng d ầu khác nhau. Lo ại thùng d ầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các MBA dung l ượng t ừ 30KVA tr ở xuống. Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có ống hay lo ại thùng có bộ tản nhiệt. Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA. Ta dùng những b ộ t ản nhi ệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA. Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua m ột hệ thống ống n ước đ ể tăng cường làm nguội máy. b. Nắp thùng: Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi ti ết máy quan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hi ểm, h ệ th ống r ơle b ảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA. Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm v ụ cách đi ện gi ữa dây d ẫn ra v ới v ỏ máy. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn. Bình giãn dầu: Là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên n ắp thùng và n ối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luôn đ ầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định. Dầu trong thùng MBA thông qua bình giãn d ầu giãn n ở t ự do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong.
Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, m ột đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh. Nếu vì lí do nào đó mà áp su ất d ầu trong thùng cao quá m ức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA. Chú ý ống b ảo hi ểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại hay những vị trí ít nguy hiểm nhất. 3.2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra. Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên h ệ v ới nhau v ề đi ện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ. Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha (hình 1.11). H ình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây. Cuộn sơ cấp có vòng dây và có cuộn thứ cấp có vòng dây được quấn trên lõi thép. Khi đặt một điện áp xoay chiều vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng đi ện . Trong lõi thép và sinh ra từ thông móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và th ứ c ấp, c ảm ứng ra các sức điện động và , ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng đi ện đ ưa ra t ải v ới đi ện áp là . Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì thừ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây qu ấn s ơ cấp và thứ cấp là: Trong đó: Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động c ủa cuộn sơ cấp và th ứ c ấp. D ựa vào bi ểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau: Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 ≈ E1, U2 ≈ E2 do đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp. 3.3: CÁC SỐ LIỆU ĐỊNH MỨC CỦA MBA Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều ki ện k ỹ thu ật c ủa máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo quy định và thường được ghi trên nhãn máy biến áp. Dung lượng hay công suất định mức Sđm: là công suất toàn phần( hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp, tính bằng kilo voltampe (KVA) hay volt ampe (VA) Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng kilo volt (KV) hay volt (V). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi c ả đi ện áp định mức của từng đầu phân nhánh Điện áp dây thứ cấp định mức U 2đm : là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ c ấp là định mức, tính bằng kilo volt (KV) hay volt (V) Dòng điện dây định mức sơ cấp I 1đm và thứ cấp I2đm: là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng kilo ampe (KA) hay ampe (A) Tần số định mức fđm: tính bằng Hz, thường máy biến áp điện lực có tần s ố công nghiệp là 50Hz hay 60 Hz. Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi những số liệu khác nhau: như số pha m, sơ đ ồ và t ổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch un% chế độ làm việc ( dài hạn hay ngắn hạn).
4. Các định luật 4.1: Định luật về cảm ứng điện từ: Định luật Farađay Trong các thiết bị điện từ, định luật này được viết như sau e=- Điều đó nói rằng: một sự biến thiên của tổng từ thông móc vòng một mạch điện sẽ tạo ra một sức điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thông biến thiên đó. Cũng có thể viết dưới dạng e=Blv trong đó v là vận tốc chuyển động của một thanh dẫn l nằm trong từ trường có từ cảm B vuông góc với chiều chuyển động của thanh dẫn đó. 4.2: Định luật toàn dòng điện Định luật này được diễn tả như sau == F Tích phân vòng của cường độ từ trường theo một đường khép kín bất kỳ bao quanh một số mạch điện bằng tổng dòng điện trong các mạch. F chỉ giá trị của sức từ động lên mạch từ đó. 4.3: Định luật về lực điện từ: Định luật laplace Đây là một định luật cho ta giá trị của lực dM tác dụng trên một đơn vị dòng điện il đặt ở điểm M có từ cảm M . Lực này bằng tích vectơ của đơn vị dòng điện với vectơ từ cảm dM =ilxM lực tác dụng trên một đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường bằng : f= trong đó ϕ là góc giữa từ cảm với vectơ dòng điện . Nếu từ trường đều và dây dẫn thẳng, ta có f=Bilsinϕ
PHẦN II: TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Để máy biến áp có thể làm việc được các dây quấn pha sơ cấp và thứ cấp phải được nối với nhau theo một qui luật xác định. Ngoài ra, sự ph ối h ợp ki ểu n ối dây qu ấn s ơ c ấp và thứ cấp cũng hình thành vác tổ nối dây quấn khác nhau. H ơn n ữa, khi thi ết k ế máy bi ến áp, việc qui định tổ nôi dây quẫn cũng phải thích ứng với kết c ấu mạch từ để tránh nh ững hi ện tượng không tốt như sức điện động pha không sin, tổn hao phụ tăng… Trước khi nghiên cứu tổ nối dây của máy biến áp ta xét cách ký hi ệu đ ầu dây và cách đấu các dây quấn pha với nhau. 1. CÁC KÝ HIỆU ĐẦU DÂY. Các đầu tận cùng của dây quấn máy biến áp, một đầu gọi là đ ầu đ ầu, đ ầu kia g ọi là đầu cuối. Đối với máy biến áp một pha có thể tùy chọn đầu đ ầu và đ ầu cu ối. Đ ối v ới máy biến áp ba pha, các đầu đầu và đầu cuối phải chọn một cách thống nhất: gi ả sử dây quấn pha A đã chọn đầu đầu đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ thì dây qu ấn pha B và C còn l ại cũng phải chọn như vậy. Điều này rất cần thiết, bởi vì n ếu m ột pha ký hi ệu ngược thì đi ện áp dây lấy ra sẽ mất tính đối xứng. Hình 3: Cách qui ước các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn máy biến áp. Điện áp dây không đối xứng khi ký hiệu ngược. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu người ta thường đánh dấu lên sơ đồ dây quấn c ủa máy biến áp với quy ước như sau. Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp(CA) Dây quấn hạ áp(HA)
Đầu đầu A, B, C a, b, c Đầu cuối X, Y, Z x, y, z Đầu dây trung tính O hay N o hay n Đối với máy biến áp ba dây quấn ngoài hai dây quấn sơ c ấp và thứ c ấp còn có dây quấn điện áp trung. Dây quấn này được ký hiệu như sau: đầu đầu bằng các chữ Am, Bm, Cm; đầu cuối bằng các chữ Xm, Ym, Zm và đầu trung tính bằng chữ Om. 1.1: Các kiểu đấu nối dây. Dây quấn máy biến áp có thể đấu sao ( ký hiệu bằng dấu "Y" ) hay hình tam giác ( ký hiệu bằng dấu "D" hay ). Đấu sao thì ba đầu X, Y, Z n ối l ại v ới nhau, còn ba đ ầu A, B,C đ ể tự do. Nếu đấu sao có dây trung tính thì ký hiệu bằng dấu "Y0". Đấu tam giác thì đ ầu cu ối của pha này nối với đầu đầu của pha kia ho ặc theo theo th ứ t ự AX-BY-CZ -A ho ặc theo th ứ tự AX-CZ-BY-A. Các máy biến áp công suất, thường dây quấn cao áp được đấu Y, còn dây quấn hạ áp đấu tam giác, bởi vì làm như vậy thì phía cao áp, thì điện áp pha nhỏ đi lần so v ới điện áp dây, do đó giảm được chi phí và điều kiện cách điện; phía hạ áp thì dòng điện pha nhỏ đi lần so với dòng điện dây, do đó có thể làm nh ỏ dây d ẫn thuận ti ện cho vi ệc ch ế t ạo. Ngoài hai kiểu đấu dây trên, dây quấn máy biến áp có thể đấu theo ki ểu zic-zắc ( ký hi ệu chữ Z) lúc đó mỗi pha gồm hai nửa cuộn dây trên hai trụ khác nhau n ối ti ếp và m ắc ng ược nhau. Kiểu đấu này thường rất ít dùng vì tốn đồng hơn. 1.2 Tổ nối dây của máy biến áp. Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành so sự phối hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha gi ữa các sức đi ện đ ộng dây quấn sơ cấp và đây quấn thứ cấp máy biến áp. Góc lệch pha này ph ụ thu ộc vào các y ếu t ố sau. - Chiều quấn dây. - Cách ký hiệu các đầu dây. - Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp Để thuận tiện người ta không dùng "độ" để chỉ góc lệch pha đó mà dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi là tổ nối dây của máy biến áp. Cách bi ểu th ị đó nh ư sau: kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ cấp đặt c ố định ở con s ố 12, kim ng ắn ch ỉ s ức đi ện
động dây thứ cấp đặt tương ứng với các con số 1, 2, …. 12 tùy theo góc lệch pha gi ữa chúng là 30, 60,… 360. Như vậy theo cách ký hiệu này thì máy bi ến áp ba pha s ẽ có 12 t ổ n ối dây. Trong thực tế sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác nhau rất bất ti ện cho vi ệc v ận hành và chế tạo, vì thế ở nước ta chỉ sản xuất máy biến áp đi ện l ực có t ổ n ối dây nh ư sau. Đối với máy biến áp một pha có tổ I/I-12, đối với máy bi ến áp ba pha có các t ổ n ối dây Y/Yo- 12, Y/d-11/ Yo/d-11. 1.3 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép. Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do m ạch từ bão hòa sẽ làm xu ất hi ện nh ững hi ện tượng mà trong số trường hợp những hiện tượng ấy có thể ảnh hưởng đến tình tr ạng làm việc của máy biến áp. Khi máy biến áp làm việc không tải ảnh hưởng của hi ện tượng bão hòa mạch từ lớn nhất. Nghĩa là khi đặt vào dây quấn sơ cấp sơ c ấp đi ện áp hình sin, còn dây quấn thứ cấp hở mạch. Sự ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa mạch từ với máy bi ến áp m ột pha và ba pha có sự khác nhau. Đối với máy biến áp ba pha ảnh hưởng của hi ện t ượng bão hòa mạch từ còn phụ thuộc vào kiểu dáng mạch từ và tổ nối dây của máy biến áp. 2. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP 2.1 Máy biến áp một pha. Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện không tải I 0 chạy trong nó, dòng điện không tải I0 sinh ra từ thông chạy trong lõi thép máy bi ến áp. Gi ả sử đi ện áp đ ặt vào hai đầu đoạn dây sơ cấp có dạng U=Um Sin t và bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dây quấn, thì u = -e = w nghĩa là từ thông sinh ra cũng biến thiên hình sin theo thời gian. = m sin(wt - ). Nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện không tải I 0 chỉ thuần túy là thành phần dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép i0 = i0x Do đó những quan hệ =f(i0) cũng chính là quan hệ từ hóa B = F (h) Theo lý thuyết cơ sở kỹ thuật điện thì do hiện tượng bão hòa mạch từ, n ếu là hình sin, i 0 sẽ không sin mà có dạng nhọn đầu và trùng pha với , nghĩa dòng điện i 0 ngoài thành phần sóng cơ bản i01 còn có các thành phần sóng điện hòa bậc cao: b ậc 3.5.7 …, trong đó thành ph ần sóng bậc 3, i03 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác không đáng k ể có th ể b ỏ qua. Nếu mạch từ càng bão hòa thì i 0 càng nhọn đầu do đó thành phần sóng bậc cao càng lớn đặc biệt là thành phần sóng bậc ba.
Khi có kể đến tổn hao trong lõi thép thì quan hệ = f(i 0) là quan hệ từ trễ B(H). Khi đó dòng điện từ hóa gồm hai thành phần, tác dụng và phản kháng, i 0 có dạng nhọn đầu và vượt trước một góc nào đó. Góc lớn hay bé tùy thuộc mức đ ộ tr ễ c ủa B đ ối v ới H nhi ều hay ít, nghĩa là tổn hao từ trễ trong lõi thép nhiều hay ít, vì thế được gọi là góc tổn hao từ trễ. Trên thực tế I0r
Đối với máy biến áp ba pha trụ vì thu ộc hệ thống m ạch t ừ chung nên hi ện t ượng s ẽ khác đi. Từ thông bằng nhau và cùng chiều trong ba trụ thép tại mọi th ời đi ểm, nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác mà bị đẩy ra ngoài và khép m ạch t ừ gông này đến gông kia qua không khi hoặc dầu là môi trường có từ trở lớn. Vì thế không lớn lắm và có thể coi từ thông trong mạch từ là hình sin, nghĩa là sức đi ện đ ộng pha th ực t ế là hình sin. Nhưng do từ thông bậc 3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, các bu lông ghép vv…s ẽ gây nên những tổn hao phụ làm hiệu suất giảm xuống. Do đó phương phá đấu Y/Y đ ối v ới máy biến áp 3 pha ba trụ cũng chỉ dùng cho máy bi ến áp công su ất h ạn ch ế t ừ 5600kVA tr ở xuống. 2.3: Sử dụng, bảo dưỡng máy biến áp. Khi sử dụng máy biến áp cần đọc kỹ các số liệu ghi trên thẻ máy, đó là các đ ặc tr ưng cho tính năng kỹ thuật của máy mà nhà chế tạo đã ghi lại nhằm thông báo cho người sử dụng. Nếu sử dụng máy biến áp đúng tính năng kỹ thuật c ủa nó và bảo qu ản t ốt thì s ử d ụng đ ược lâu (kéo dài tuổi thọ), nếu không tuổi thọ của máy sẽ giảm hoặc hỏng tức thời. Khi lắp đặt, sử dụng máy biến áp cần lưu ý các điểm sau: 1. Công suất tiêu thụ của phụ tải không được lớn hơn công suất định m ức c ủa máy biến áp. Ngoài ra khi điện áp nguồn giảm quá thấp máy d ễ b ị quá t ải ( quá dòng), n ếu th ấy máy nóng cần giảm bớt phụ tải. Nếu công suất phụ tải lớn hơn công suất MBA, máy phải làm vi ệc quá t ải, dòng đi ện tăng cao, nếu sự quá tải thường xuyên, máy bị phát nóng nhiều, cách đi ện bị già hóa dẫn đ ến tuổi thọ của máy giảm, thậm chí gây cháy máy. Nếu công suất phụ tải thường xuyên nhỏ hơn công suất máy biến áp, máy làm vi ệc non tải, trường hợp này cũng không có lợi vì tổn hao vốn đ ầu t ư ban đầu. T ốt nh ất là công suất phụ tải xấp xỉ hoặc bằng công suất định mức của máy biến áp. 2. Điện áp nguồn đưa vào máy không được lớn hơn điện áp sơ cấp định mức ghi trên thẻ máy. Điện áp thứ cấp phải thích ứng với nhu c ầu của phụ tải, khi đóng đi ện c ần l ưu ý nấc đặt của chuyển mạch. 3. Phía sơ cấp của máy biến áp phải được nối với các thi ết b ị bảo v ệ, đ ơn gi ản là dùng cầu chì, cầu dao hoặc áptômát.
4. Chỗ đặt máy biến áp phải khô ráo, thoáng, ít bụi, xa n ơi có hóa ch ất, không có v ật nặng đè lên máy, không đặt máy biến áp gần các thiết bị vô tuyến vì máy s ẽ gây nhi ễu cho các thiết bị đó. 5. Trong quá trình vận hành phải thường xuyên theo rõi sự làm việc của máy như nhiệt độ của máy, tiếng kêu…, nếu thấy hiện tượng lạ phải ki ểm tra xem máy có b ị quá t ải ho ặc hư hỏng gì không. 6. Chỉ được phép thay đổi nấc điện áp, lau chùi máy khi ch ắc ch ắn đã ngắt đi ện vào máy. 7. Định kì sau một thời gian sử dụng máy bi ến áp phải làm v ệ sinh cho máy, công vi ệc bao gồm: lau chùi bụi bẩn bằng cách dùng c ọ mềm quét sạch b ụi bám trên v ỏ máy, dây qu ấn, lõi thép và các chi tiết khác. Có thể dùng quạt hay gió để làm sạch b ụi. Không đ ược dùng v ật cứng để cạo bụi bám trên dây quấn hay dùng vải tẩm xăng để lau dây quấn vì như thế sẽ làm hỏng cách điện. Kiểm tra lại các chi tiết, các chỗ tiếp xúc. Sự tiếp xúc ở các m ối n ối phải chắc ch ắn, nếu không sẽ phát nóng hoặc phóng điện gây chạm chập làm hỏng máy. Phải kiểm tra điện trở cách điện, nếu điện trở cách đi ện gi ảm (Rcđ< 0,5M) thì ph ải đem máy đi sấy hoặc tìm chỗ bị rò dể thay cách điện mới. 8. Phải chú ý đến vẫn đề an toàn điện. Nếu máy biến áp bị chạm vỏ, các cọc n ối đi ện bị cháy, hỏng thì phải thay thế, sửa chữa ngay, không đ ược ti ếp t ục s ử d ụng. Dây d ẫn đi ện vào máy hoặc dẫn điện từ máy ra phụ tải phải được lắp đ ặt đúng quy cách, an toàn. Không đặt máy biến áp ở nơi mà trẻ em có thể sờ mó vào ho ặc n ơi mà làm vi ệc có th ể vô ý đ ụng chạm vào. Cần đặt bảo vệ chống dòng điện rò. 3. NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ. a. Máy biến áp không hoạt động +) Nguyên nhân: - Không có nguồn mất nguồn - Hở mạch phía sơ cấp: cầu dao, ổ cắm điện không tiếp xúc, dây nối máy bi ến áp vào nguồn bị đứt cuộn dây sơ cấp. +) Xử lý: - Dùng vôn mét kiểm tra nguồn cung cấp tại cầu dao hay ổ điện. Nếu có đi ện thì ti ếp tục kiểm tra tại các cọc tiếp điện trên vỏ máy, nếu trên các cọc tiếp đi ện không có ngu ồn thì đường đây cấp điện cho máy bị đứt. Cắt cầu dao, tháo dây ti ếp điện ra kh ỏi ngu ồn đ ể ki ểm tra xác định chỗ đứt, nối lại hoặc thay dây mới.