Giáo trình máy điện - 27 chương

Chia sẻ: Munglung 2000 | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

253
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy biến áp là thiết bị đứng yên làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều này thành hệ thống xoay chiều khác tần số không đổi. Công dụng: Dùng chủ yếu truyền tải điện năng, máy hàn đo lường.Ký hiệu Trong truyền tải điện năng. Trong sơ đồ điện năng thường kí hiệu

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình máy điện - 27 chương

PHẦN MỞ ĐẦU §1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Máy: Vật chế tạo từ nhiều bộ phận phức tạp dùng thực hiện chính xác công việc chuyên môn nào đó. - Máy điện : → Máy điện tử : cơ → điện, điện cơ, AC→DC → Máy quay : Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều U~1→U~2 có f =const : Máy biến áp §2. CÁC ĐỊNH LUẬT THƯỜNG DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN 1.Định luật cảm ứng điện từ dΦ Định luật Farađây e=− = b.v.l dt Sức điện động tạo ra trong 1 mạch điện tỉ lệ với đạo hàm tổng từ thông biến thiên trong mạch đó. 2. Định luật toàn dòng điện ∫ H.dl = ∑ W.i = F F- sức từ động Tích phân vòng của cường độ từ trường quanh một vòng kín bất kỳ quanh 1 số vòng điện bằng tổng dòng điện trong W vòng dây của mạch. 3. Định luật lực điện từ d fM = i.dl × B M Lực điện từ đặt lên 1 đoạn dây có từ cảm Bm có từ cảm l f = ∫ B.i. sin ϕ.dl 0 ϕ = B.i Nếu từ trường đều dây dẫn thẳng f = B.il sin ϕ 4. Năng lượng của điện từ µ.H 2 1 W=∫ .dV = L.i 2 2 2 L.i = Ψ từ thông móc vòng 2 L: hệ số điện cảm Nếu thiết bị điện từ có 2 hoặc nhiều mạch có hỗ cảm với nhau: µ.H 2 L1 .i1 L 2 .i 2 2 2 W12 = ∫ .dV = + + M12 .i1 .i 2 2 2 2 5. Phương trình cân bằng điện áp U = Z.i Z: tổng trở của mạch 1 Z = r + j.w.L + jwC 6. Momen điện từ sinh ra ở máy điện 1
 M = k. ψ. i k: hệ số Ψ: từ thông móc vòng 7. Đơn vị tương đối U I U∗ = I∗ = U dm I dm §3. SƠ LƯỢC VẬT LIỆU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN 1.Vật liệu dẫn từ Các loại thép kĩ thuật điện → chế tạo 1511 1512 1513 Máy biến áp 3404 3405 3408 →Chế tạo 1211 1311 1411 1412 1511 1512 động cơ 2211 2312 • Số đầu thể hiện hình thức cán số 1: Cán nóng số 2: cán nguội đẳng hướng số 3: cán nguội dị hướng •Số thứ hai chỉ hàm lượng Silic •Số thứ ba phân loại theo suất tổn hao •Số thứ tư phân loại mã hiệu theo số sảm xuất 2. Vật dẫn điện chủ yếu là Al, Cu Al có điện trở suất 0,0282 Ωmm2/m ở 200C Cu có điện trở suất 0,0172 Ωmm2/m ở 200C 3. Vật liệu kết cấu kim loại - chất dẻo 4. Vật liệu cách điện: cách ly phần dẫn điện và dẫn từ hoặc giữa phần dẫn điện với nhau < vật cách điện tốt : cách điện tốt và dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm, độ bền điện cao và có độ bền có tính nhất định > PHẦN MỘT 2
MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP §1.1 ĐẠI CƯƠNG Máy biến áp là thiết bị đứng yên làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều này thành hệ thống xoay chiều khác tần số không đổi. Công dụng: Dùng chủ yếu truyền tải điện năng, máy hàn đo lường - Ký hiệu + Trong truyền tải điện năng + Trong sơ đồ điện năng thường kí hiệu Chú ý : Tổng công suất của MBA >> tổng công suất của MFĐ Do có tổn hao MBA. Hãy tính hiệu suất để từ đó quyết định xem kWh ở đâu → do có sự tổn hao trên MBA sự tổn hao này tương ứng với 1 nhà máy phát điện §1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP Khi U1 là điện áp hình sin φ = φm.sinwt Theo định luật cảm ứng điện từ dφ e1 = − W1 . dt dφ . sin ω.t ⇔ e1 = − W1 . m dt ⇔ e1 = − W1 .φ m .ω cos ωt π ⇔ e1 = 2E1 sin( ωt − ) 2 π e 2 = 2E 2 sin( ωt − ) 2 ω.W1φ m E1 = = 4,44.f .W1φ m 2 ωW2 φ m B =(1÷ 1,5)T E2 = = 4,44fW2 .φ m 2 φ = B.S E1 W1 U1 Hệ số biến áp k = = ≈ E 2 W2 U 2 3
E=U+I.R khi R∼ 0 thì E lúc đó là U R≠ 0 thì E là sức điện động §1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC - Dung lượn máy S(VA,KVA,MVA) - Điện áp định mức sơ cấp U1 - Điện áp định mức thứ cấp U2 + nếu MBA ba pha là điện áp dây + nếu là MBA một pha là điện áp pha - Dòng điện áp định mức sơ cấp I1 (Dòng điện dây) - Dòng điện áp định mức thứ cấp I2 S S I1 = (3pha ) I1 = (1pha ) 3U1 U1 - Tần số f - Un% là điện áp đặt vào phía sơ cấp khi phía thứ cấp bị nối ngắn mạch mà còn điện trong các cuộn dây bằng dòng điện định mức - Tổ nối dây: là cách nối dây của dòng sơ cấp và thứ cấp Số 12, 11 thể hiện góc lệch pha suất điện động dây sơ cấp và suất điện động thứ cấp §1.4. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP CHÍNH 1.MBA điện lực: truyền tải và phân phối điện năng đi xa nhằm giảm tổn thất đường dây P=U.I phải tăng P thì Pd giảm mà Pd=∆U.I = I2.R thì I2 giảm thì U tăng thì P tăng - Không truyền tải dòng điện một chiều vì không sinh ra từ trường biến thiên ⇒ không tồn tại từ thông 2. Máy biến áp chuyên dùng - Máy biến áp tự ngẫu - Máy biến áp chỉnh lưu xoay chiều thành một chiều §1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP • Máy biến áp: - lõi thép - dây quấn - vỏ máy 1. Lõi thép: chế tạo bằng thép kỹ thuật điện thường cán lạnh a. Máy 1 pha ST = k S E = 4,44.f .W.φm = 4,44.W.f.B.S T ST: tiết diện trụ bằng cm2 K : hệ số (1÷ 1,4) tôn tốt k nhỏ, tôn xấu k lớn S: Dung lượng máy VA b. Máy ba pha 4
- Mạch từ kiểu lõi 3 pha – 3 trụ + Trụ: lõi thép có dây quấn + Gông: phần nối giữa các trụ tiết diện gông lớn hơn tiết diện trụ → giảm tổn hao sắt từ → Mạc từ kiểu bọc 3 pha- 5 trụ 2. Dây quấn a. Dây quấn kiểu đồng tâm: - ống trụ - xoắn: + xoắn đơn + xoắn kép + Các vòng → ống trụ, giữu các lớp cách điện bằng tổng điện áp 2 lớp dừng lại có tác dụng cho máy công suất cho cả cuộn cao thế và hạ thế Thường dùng cho máy trung bình và cao thế + Đường dây hạ thế dùng dây quấn chữ nhật, số sợi chập lớn dùng dây xoắn với nhau, với mục đích chiều dài dây quấn bằng nhau - Để các dây dài bằng nhau ta hoán vị dây - Xoắn kép tiết kiệm dây, tăng cường dây quấn, tiết kiệm diện tích b. Dây quấn xoáy ốc liên tục Dùng cho cao thế lớn hơn 110KV dây quấn thành các bánh dây ghép lại theo hình xoáy ốc và có bán kính dây nếu số sợi dây chập nhiều c. Dây quấn xoáy ốc: Dùng làm dây quấn hạ thế thay cả trụ và xoắn cắt tấm đồng có chiều cao bằng chiều cao ống d. Dây quấn xen kẽ 3. Vỏ máy - Chức năng: che đậy MBA, chứa dầu, làm mát, trên vỏ máy gắn bộ phận tản nhiệt được tính toán đến sự tổn hao: gắn quạt làm mát, mát dầu , bộ chuyển mạch, rơle, áp lực, bình dầu phụ, sứ v.v... CHƯƠNG 2 TỔ NỐI DÂY Để MBA làm việc được các dây quấn phải nối theo một tổ hợp nhất định và việc định ra kiểu nối dây phải phù hợp mạch từ §2.1. TỔ NỐI DÂY CỦA MBA Quy ước đầu dây 1.Cách ký hiệu đầu dây Cao thế Trung thế Hạ thế Đầu đầu ABC Am Bm Cm abc Đầu cuối XYZ Xm Ym Zm xyz Đầu trung tính O,N O, Nm o,n 2. Các kiểu nối dây - Kiểu sao Υ, tam giác ∆ , đấu ZicZăc + Đấu Υ ba đầu cuối hoặc ba đầu đấu chập lại U d = 3U f 5
Id = If + Đấu tam giác Ud = Uf I d = 3I f 3. Tổ nối dây Là sự tổ hợp kiểu nối sơ cấp và thứ cấp biểu thị góc lệch pha suất điện động sơ và thứ cấp + Phụ thuộc chiều quấn, cách ký hiệu đầu dây, kiểu đấu dây Υ ∆ 11 Cao thế sơ cấp hạ thế thứ cấp góc lệch pha Edsc và Edtc VD: Máy pha kí hiệu I6, I12 Phạm vi ứng dụng của tổ nối dây Tổ nôi dây cao áp Hạ áp Dung lượng Yy-12 ≤ 35kV 400/230 V ≤ 630kVA Y∆-11 ≤ 35kV 400/230 V ≤ 2500kVA ≥ 110kV < 100V ≤ 2500kVA ≥ 3150 V Y0∆-11 ≥ 6,3kV ≥ 3300V ≥ 10000kVA §2.2. MẠCH TỪ CỦA MBA 1.Các kiểu mạch từ - Mạch từ lõi, kiểu bọc - Mạch từ chung, mạch từ riêng (3 pha) Ba pha chung một mạch gọi là mạch từ chung Mỗi pha một mạch gọi là mạch từ riêng 2. Sự xuất hiện từ hoá ở lõi thép u = U m sin ωt dφ u = −E = W1 . dt a. Máy một pha π φ = φ m sin( ωt − ) 2 φ = f (i 0 ) ↔ B = f (H ) - Mạch từ chung φ3 không tồn tại (3 pha, 3 trụ) → Mạch từ sau thì φ3 tồn tại - Mạch từ: 5 trụ, 3 pha độc lập nên tồn tại φ3 do từ trở lõi thép nhỏ suy ra φ3 khá lớn (15÷ 20% φ1) ⊕ Tổ nối dây Yy hạn chế tổn thất máy, hạn chế dung lượng, công suất máy → ít dùng ⊕ Tổ nối dây ∆y dòng từ hoá i03 khép kín mạch nên dòng từ hoá không hình sin và có dạng nhọn đầu thì φ hình sin → do đó suất điện động ở sơ cấp và thứ cấp hình sin ⇒ không có gì bất lợi → ứng dụng rộng rãi 6
⊕ Tổ nối dây Υ∆ ở phía sơ cấp không tồn tại dòng điện bậc 3 nên tổ nối dây sơ cấp có dạng ban đầu. Khi có tải dòng bậc 3 thứ cấp sinh ra suất điện động bậc E 23→ i23 → φ3∆ nó ngược với φ3Y. φ3∆ và φ3Y triệt tiêu ⇒ ảnh hưởng không đáng kể Kết luận: Đối với tổ nối dây Y∆ ta tránh được ảnh hưởng của từ thông và sđđ bậc 3 §2.3.TÍNH TOÁN MẠCH TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP - Xác định dòng từ hoá i0 và tổn hao sắt từ trong đó İo = İor + İox İor : thành phần đốt nóng lõi thép İox : sinh ra từ thông chính 1. Tính Ior căn cứ tổn hao sắt từ 1,3  f  PFe = P1150 .[B2 .G t t 2 + Bg .G g ].  (W)  50  P1150: suất tổn hao thép ở mật độ từ cảm 1T, f=50Hz Bt, Bg mật độ từ cảm ở trụ và gông Gt, Gg: khối lượng của trụ , gông P I or = FE m.U1 m: là số pha U1: điện áp pha 2. Tính Iox 2I 0 X .W = F = ∑ H.l Iox .W : sức từ động W số vòng dây F Iox = 2 .W Bt Cách 1: Máy một pha F = 2.H t .l t + 2H g .l g + n k .δ (nk=4) µo Ht: cường độ từ trong trụ lt: chiều dài trụ Cách 1: Máy 3 pha trường hợp hai trụ ngoài Bt F′ = H t .l t + 2H g .l g + n k .δ (nk=3) µ0 Trụ giữa: Bt F′′ = H t .l t + n k .δ (nk=1) µo 2F′ + F′′ 2 B F= = H t .l t + H g l g + n 'k . t δ (nk’=7/3) 3 3 µo F I ox = 2W 7
Qo q tt .G t + q tg .G g + n.q δ .s Cách 2: I ox = = m.U1 m.U1 S: diện tích khe hở không khí Qtt, Qtg: suất từ hoá trong trụ và gông 2 2 I o = I or + I ox I0 i% = .100% ≈ (1 ÷ 10)% I dm Bài tập: Tính các dòng điện định mức của 1 máy biến áp ba pha khi biết các số liệu Sđm = 100 kVA, U1đm/U2đm=6000/230 V Ta có : S 10 5 I1dm = = = 9,62(A) 3U1dm 3.6000 S 10 5 I 2dm = = = 251(A) 3U 2dm 3.230 CHƯƠNG 3 MỐI QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA §3.1. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN 1.Phương trình cân bằng sức điện động dφ dψ e1 = − w 1 =− 1 dt dt ψ1 = w 1.φ dψ 2 e2 = − ; ψ 2 = w 2 .φ dt ψ 1 ,ψ 2 là từ thông móc vòng dφ dψ e δ1 = − w 1 . δ1 = − δ1 dt dt dφ dψ e δ2 = −w 2 . δ2 = − 2 φδ ⇒eδ dt dt - Từ thông tải chủ yếu đi qua môi trường phi từ tính → tỉ lệ dòng điện sinh ra nó thông qua hệ số điện cảm (điện tải cảm ) dI ψ1 = L.δ1 .i1 → e δ1 = − L.δ1 . 1 dt dI ψ 2 = L.δ 2 .i 2 → e δ 2 = −L.δ 2 . 2 dt Theo Kirchoff 2 : 8
u 1 + e1 + e δ1 = i1 .r1 di1 di u 1 = −e1 − e δ1 + i1 .r1 = L1 + M 2 + i1 .r1 dt dt e 2 + e δ 2 = i 2 .r2 + u 2 di 2 di u 2 = −e 2 + e δ 2 − i1 .r1 = −L 2 − M 1 − i 2 .r2 dt dt Trong đó : L1=L11+Lδ1 ; L2=L22+Lδ2 ; M = L12 = L21 Dạng phức : • • • • • • • • • U1 = − E1 − E δ1 + I1 .r1 = − E1 + j. I1 .x1 + I1 .r1 = − E1 + I1 Z1 • • • • • • U 2 = E 2 + E δ1 − I 2 .r2 = − E 2 − I 2 Z 2 • • E δ1 = − j. I1 .x1 • • E δ1 = − j. I 2 .x 2 2. Phương trình sức từ động U1 ≈ E1 = 4,44 f. W1. φm φm = const kể cả khi có tải và khi không tải → sức từ động (i1w1 + i2 w2) sinh ra φm lúc có tải i0 w1 sinh ra φm lúc không tải (i1w1 + i2 w2) = io wo • • • I1 .w 1 + I 2 .w 2 = I 0 .w 0 • w2 ( I′ 2 = I 2 . • • • ⇔ I1 + I 2 = I 0 ) w1 • • • ⇔ I1 + I ′ 2 = I 0 Kết luận: Khi có máy có tải sơ cấp gồm hai thành phần • • • • I 0 + ( − I′ 2 ) = I1 I o sinh ra từ thông chính • − I′ 2 : bù lại tác dụng dòng thứ cấp do đó khi tải tăng thì I2 • tăng ⇒− I′ 2 tăng → I1 tăng để giữ I0 đảm bảo sinh ra từ thông chính §3.2 MẠCH THAY THẾ CỦA MBA -Mục đích: Đơn giản trong quá trình tính toán, thay thế mạch điện và mạch từ bằng mạch tương đương và đặc trưng cho MBA ⇒ Mạch thay thế nối trực tiếp sơ cấp và thứ cấp thành mạch điện thì dây quấn nọ thành dây quấn kia, việc qui đổi thuận tiện cho tính toán không ảnh hưởng đến quá trình vật lý 1. Quy đổi MBA a. Quy đổi suất điện động, điện áp thứ cấp về sơ cấp E2 qui đổi E2’ U2 qui đổi U2’ do có sự qui đổi W1=W2 (E2’ = E1) E w w ⇒ 1 = 1 ⇒ E1 = E1. 1 = k.E 2 = E′ 2 E2 w 2 w2 b. Dòng điện qui đổi I2’ 9
E2 1 I′ = 2 .I 2 = I 2 k=w1/w2 E ′2 k c. Điện trở của điện kháng qui đổi r2’, x2’ 2 I  I 2 .r2 = I '2 .r2 2 ' ⇒ ' r2 =  '2  .r2 = k 2 .r2 2 I   2 Z '2 = k 2 .Z 2 Z 't = k 2 .Z t x '2 = k 2 .x 2 Z t = rt + j.x t d. Các phương trình qui đổi từ phương trình cũ → phương trình mới. Phương trình qui đổi U = − E + I .Z • • •  1 1 1 1  • • • U ′ 2 = E ′ 2 − I′ 2 .Z′2 • • • I 1 = I 0 + ( − I ′ 2 )  2. Sơ đồ thay thế của MBA ψ 2 = M.i o ψ1 = k.M.i o di o e1 = −k.M. dt di e 2 = −M. o dt • • • • E1 = E′2 = j.ω.k.M. I0 = − j. I0 .x m x m = k.m.ω P rm = FE ; Z m = rm + jx m Zm : tổng trở từ hoá MBA 2 Io 3. Mạch điện thay thế đơn giản ′ rn = r1 + r2 x n = x1 + x 2 Z n = rn + jx n Tổng trở ngắn mạch MBA §3.3. ĐỒ THỊ VECTO CỦA MÁY BIẾN ÁP Mục đích:Thấy rõ quan hệ trị số và góc pha giữa đại lượng của MBA và thấy đ ược sự biến thiên giữa các đại lượng §3.4. CÁCH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG THỰC NGHIỆM 1. Thí nghiệm không tải 10
U1 P 2 2 Zo = ; ro = o ⇒ x 0 = Zo − ro I0 I′ o w U P P k= 1 = 1 cos ϕ = 2 = 0 w 2 U2 S0 U1 .I 0 - Khi máy chạy không tải cosϕ rất thấp ⇒ tối kị không chạy không tải 2.Thí nghiệm ngắn mạch + Nối a-b-c U P Z n = n ; rn = 2 ⇒ x n = Z 2 − rn n 2 In In Bài tập chương 3: Bài 1(62): máy BA 1 pha có S = 5kVA; U1đm=11000V; U2đm=110V . Thay đổi cách nối dây quấn với nhau sẽ có các tỉ số biến đổi điện áp khác nhau. Với mỗi cách nối hãy tính các dòng điện định mức sơ và thứ cấp Bài làm: Dây sơ cấp và thứ cấp đều nối nối tiếp 5000 ′ S = U1dm .I1dm ⇒ I1dm = = 0,227 (A ) 2.11000 5000 S = U ′2dm .I 2dm ⇒ I 2dm = = 22,7(A ) 2.110 Dây sơ cấp và thứ cấp nối song song 5000 ′′ S = U1dm .I1dm ⇒ I1dm = = 0,454(A ) 11000 5000 S = U ′2dm .I 2dm ⇒ I 2dm = ′ = 45,4(A ) 110 Bài 2: Máy biến áp có Sđm=20000kVA; U1 = 126,8kV; U2=11kV; f = 50kHz . Diện tích lõi thép là 3595 cm2 ; B = 1,5 T. Tính W1 ; W2 CHƯƠNG 4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG §4.1.GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG Trong quá trình truyển tải năng lượng qua MNA phần tổn hao cho MBA tổn hao đồng, tổn hao sắt ⇒ phần công suất điện từ truyền qua máy Pđt = P1 – Pcu1 – PFE =E2’.I2’.cosΨ2 P1: Công suất phần sơ cấp P1=U1.I1.cosϕ1 2 Pcu = I1 .r1 : tổn hao điện trở sơ cấp 2 PFE = rm .I o : tổn hao sắt từ P2 = Pdt − Pcu = U 2 .I 2 . cos ϕ 2 Công suất tác dụng Q1 = U1 .I1 sin ψ1 11
2 q1 = x 1 .I1 2 q m = x m .I o Q dt = Q1 − q1 − q m = E ′ .I′2 . sin ψ 2 2 q 2 = x 2. I 2 2 + Đối với tải cảm do ϕ2 > 0 → Q2 > 0 , Q1 >0 ⇒ công suất phản kháng truyền từ sơ cấp đến thứ cấp + Đối với tải dung ϕ2 < 0 → Q2 < 0 Nếu Q1 >0 toàn bộ công suất phản kháng dùng từ hoá lõi thép Q1 0 → U 2 < U 20 Tải dung: ∆U < 0 → U 2 > U 20 U20: điện áp thứ cấp lúc không tải U2: điện áp thứ cấp lúc có tải ∗ Cách điều khiển: - Cân đối giữa tải dung và tải cảm →∆U giảm w1 - Thay đổi tỷ số điện áp : k = Nếu thay dổi W1 hoặc W2 ⇒ k2 khác w2 - Điện áp dưới tải nhỏ biến thiên tỉ số biến áp khi tải đang làm việc - Điện áp không tải cắt điện khi thay đổi tỉ số biến áp ∗ Hiệu suất của máy biến áp P η% = 2 .100 P1, P2 công suất có ích P1  ∑P  Pcu + PFe η% = 1 −  .100 = 1 −   P1  P1 + Pcu + PFe ∑P: Tổng tổn hao P2 ≈ β - Sđm.cosϕ2 = P0 β: Hệ số tải 2  I2  Tổn hao đồng: PCu = I 2 .rn 2 = rn .I 2dm . 2   = β 2 .Pn   I 2dm   Po + β 2 .Pn  ⇒ η% = 1 − 2   β.Sdm . cos ϕ 2 + Po + β .Pn    12
Nếu cosϕ2 = const thì η là hàm β hay η= f(β) dη Po Cực đại khi =0⇒β= hay β 2 .Pn = Po dβ Pn Chú ý : Hiệu suất của máy biến áp sẽ cực đại ở một tải nhất định ứng với khi tổn hao không đổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng §4.4. MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG - Đơn giản thiết kế, dễ bảo dưỡng, tăng hiệu quả kinh tế, người ta ghép máy biến áp song song - Điều kiện: + Cùng tổ nối dây + Cùng điện áp và tỉ số biến đổi + Cùng điện áp ngắn mạch Un% (qui định độ phân phối tải trong máy) - Một số công thức: S S β1 = 1 = SdmI S S: tải chung của i máy U n %.∑ dmi U ni S S β2 = 2 = SdmI S U n %.∑ dmi U ni S dmi S dm S dm S dmN ∑ U =∑ U 1 +∑ U 2 +... + ∑ U i =1÷ N ni n1 n2 nN Bài tập: Cho 3 máy biến áp ba pha làm việc song song Máy I : S=560 kVA 22/0,4 kV ; Y∆-11; UnI =5%; P0=800W ; Pn =800 W Máy II : S=1000 kVA 22/0,4 kV; Y∆-11; UnI =5,6%; P0=1200W ; Pn =1300 W Máy III : S=800 kVA 22/0,4 kV; Y∆-11; UnI =6,5%; P0=1080W ; Pn =11080 W 1) Tính dòng điện thứ cấp định mức của mỗi máy 2) Cho 3 máy làm việc công suất chung cho tải S = 2300kVA 2.1. Tính hệ số tải mỗi máy 2.2. Tính tổn hao của mỗi máy ứng với hệ số tải 2.3. Tính dòng điện mỗi máy để ηmax Bài làm: S S 1. Từ S = 3.U.I ⇒ I1dm = ; I 2dm = 3.U1dm 3.U 2dm 2.1. Từ S βi = S u ni %.∑ dmi u ni 2.2. Tổn hao của mỗi máy : PI = P01 + β 2 .Pn1dm = PFe + PCu P0 I 2.3. η max ⇔ β = →β= → I = β.I dm Pn I dm 13
CHƯƠNG 5 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG §5.1. ĐẠI CƯƠNG - Máy biến áp làm việc không đối xứng khi tải phân phối không đều cho 3 pha, dòng không bằng nhau ⇒ ảnh hưởng xấu đến tình trạng làm việc bình thường của MBA như Ud, Uf , tổn hao phụ trong dây quấn và lõi thép tăng lên, độ chênh lệch trong dây quấn quá qui định - Nghiên cứu ta dùng phương pháp phân lượng đối xứng. Hệ thống dòng điện • • • không đổi I a , I b , I c → phân ra thành 3 hệ thống dòng điện đối xứng: Thứ tự • • • • • • • • • thuận I a1 , I b1 , I c1 ; Thứ tự ngược I a 2 , I b 2 , I c 2 ; Thứ tự không I ao , I bo , I co Quan hệ I = I + I + I • • • •  a ao a1 a2  • • • •  I b = I ao + a 2 . I a1 + a. Ia 2 • • • • I c = Iao + a. I a1 + a 2 . I a 2  • 1 • • •  I ao = (I a + I b + I c ) 3 •  1 • • • ⇔ I a 1 = ( I a + a . I b + a 2 I c )  3  • 1 • • •  I a 2 = ( I a + a 2 . I b + a. I c )  3 Trong đó : 0 a = e j.120 0 a 2 = e j.240 1+ a + a2 = 0 - Hệ thống thứ tự thuận và hệ thống thứ tự ngược xét như trong phần tải đối xứng. - Dòng thứ tự không chỉ tồn tại khi tổ nối dây Y ∆. Để phân tích giả sử từ không bão hoà. Hệ số thứ cấp chuyển đổi về sơ cấp. §5.2.MÁY ĐIỆN THAY THẾ VÀ TỔNG TRỞ CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỐI VỚI CÁC THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỐI XỨNG Chỉ xét thành phần thứ tự không → thành phần này sinh ta từ thông thứ tự không gọi là φto trùng pha về thời gian ∗ Xảy ra trường hợp 14
+ Trong tổ MBA 3 pha φto khép mạch trong lõi thép và do từ trở lõi thép nhỏ dù IA0, IB0 ,IC0 nhỏ nhưng φ lớn + Đối với MBA 3 pha 5 trụ thì φto không đáng kể ghép mạch qua lõi thép mà phải khép mạch qua vách thùng dầu → sinh ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp tự cảm. ∗ Tổ nối dây : Yoyo Tổng trở thứ tự không là Zto: là tổng trở có được khi đo ở một phía MBA với điều kiện phía kia ngắn mạch có trị số giả thiết (Z1÷ Zo) U P Z to = ; rto = 2 ; x to = Z 2 − ro to 2 3.I 3.I U P Z to = ; rto = 2 ; x to = Z 2 − ro to 2 3.I 3.I §5.3. TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1. Khi có dòng điện thứ tự không a. Tổ nối dây: Yy0 không đối xứng; Dòng thứ cấp cân bằng dòng sơ cấp. Dòng thứ tự • không không cân bằng ⇒ sinh ra rừ thông φto → E mo • • • IA + IB + IC = 0 • • • • Ia + Ib + Ic = Id • • • • • • Vì I A + I B + I C = 0 và E A + E B + E C = 0 ta suy ra được : • • • • • U A + U B + U C = −3. E mo = 3. I mo .Z mo ∗ Do sơ cấp nối Y nên: • • • U AB = U A − U B • • • U BC = U B − U C • • • U CA = U C − U A Ta tìm được điện áp pha sơ cấp 1 • U A =  U AB − U CA  + I ao .Z mo = U ′ A + I ao .Z mo • • • • •   3  1 • U B =  U BC − U AB  + I bo .Z mo = U ′ B + I bo .Z mo • • • • •   3  1 • U C =  U CA − U BC  + I co .Z mo = U ′ C + I co .Z mo • • • • •   3  • - Sự ảnh hưởng của thứ tự không làm cho điểm trung tính xê dịch I ao .Z mo → làm cho điện áp không đối xứng ∗ Thứ cấp yo • • - Dòng thứ tự không làm lệch điểm trung tính một đoạn I to .Z to > I ao .Z mo do Z to = Z mo + Z 2 . Tuy nhiên sự khác nhau không đáng kể 15
• • • • − U a = U ′ A − I A .Z n + I ao .Z to • • • • − U b = U ′ B − I B .Z n + I bo .Z to • • • • − U c = U ′ C − I C .Z n + I co .Z to Kết luận: Sự xê dịch điểm trung tính làm điện áp pha mất đối xứng bất lợi cho phụ tải không cho phép và hạn chế sử dụng tổ nối dây Yyo đối máy ba pha, ba trụ b. Tổ nối dây Yoyo ; Yo∆ Do thứ tự không tồn tại hai phía thứ và sơ cấp MBA mà nó cân bằng nhau ⇒ không sinh ra φto , Eto ảnh hưởng của dòng thứ tự không làm điểm trung tính xê dịch không đáng kể. 2.Khi không có thành phần thứ tự không Y/Y, ∆ /∆ , ∆ /Y, Y/∆ Trong trường hợp này khi tải mất cân bằng ∆U ở các pha không bằng nhau, do Zn nhỏ nên sự mất cân bằng không đáng kể §5.4. NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 6 QUÁ ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP §6.1. ĐẠI CƯƠNG Quá trình quá độ: + Quá dòng điện + Quá điện áp §6.2. QUÁ ĐỘ DÒNG ĐIỆN Quá dòng điện xảy ra khi đóng MBA không tải của dòng điện ngắn mạch đột nhiên. 1. Đóng MBA không tải vào lưới Khi đóng MBA tải vào lưới dφ U1m . sin( ωt + ψ) = i o .r1 + w1. dt w 1 .φ Giả thiết Ψ∼ i → i o = L1 U1m r dφ → . sin( ωt + ψ) = 1 .φ + w1 L1 dt dU x chαx Nối đất: = α.U A . dx shα dU x shαx Không nối đất: = α.U A . dx chα α > 0 ở đầu dây quấn tgα = cthα = 1 16
dU x = x.U A ở đầu dây quấn đầu tiên thì điện áp lớn gấp 2 lần dx x =1 trường hợp phân bố đều ⇒ tăng cường cách điện ở vòng dây đầu tiên của MBA. ⇒ Nghiệm của phương trình vi phân φ = φ′ + φ′′ φ′ : thành phần xác lập φ′′ : thành phần tự do π φ′ = φ m . sin(ωt + ψ − ) = −φ m . cos( ωt + ψ) 2 L1 .U1m φ′ = − m w 1. r12 + (ω.L1 ) 2 r1.t − L1 φ′′ = c.e Khi t = 0 → tồn tại từ thông dư trong lõi thép φ t =o = [ φ′ + φ′′] t =0 = −φ m . cos ψ + C = ±φ du C = φ m cos ψ ± φ du r .t −1 L1 φ′ = (φ m . cos ψ ± φ du ).e ⇒ φ = −φ m . cos(ωt + ψ ) + (φ m cos ψ ± φ du ) π - Tại thời điểm ψ = là thời điểm đóng MBA vào lưới điện là thuận lợi nhất vì 2 φ = φ m . sin( ωt ) - Bất lợi nhất khi ψ = 0 ; φdư có dấu dương lúc đó r1.t − L1 φ = −φ m . cos(ωt ) + (φ m + φ du ).e Từ thông φ max vào thời gian nửa chu kỳ sau. Khi đóng mạch và φ max = 2.φ m + φ du dòng quá độ có thể gấp 5 lần dòng định mức ⇒ xảy ra hiện tượng đứt mạch (quấn dây tròn để từ trường đều) 2. Ngắn mạch đột nhiên di U1m . sin( ωt + ψ n ) = rn .i n + L n . n dt  r  − n L .t  U1m U1m i n = i ′n + i ′n = − ′ . cos(ωt + ψ n ) + . cos(ψ n ).e  n  rn + (ωL) 2 2 rn + (ωL) 2 2 rn .t − Ln = − 2 .I n . cos(ωt + ψ n ) + 2 .I n . cos ψ n .e rn .t − Ln ⇒ ψ n = − 2 .I n . cos(ψt ) + 2 .I n .e  π.r  − n  L   i xg = 2 .I n .(1 + e  n ) = 2 .I n .k xg Máy có dung lượng càng lớn thì kxg càmg lớn và ixg gấp vài chục lần dòng định mức. 17
§6.3.QUÁ ĐIỆN ÁP Do thao tác bấm cắt các đường dây, do ngắn mạch nối đất kèm hồ quang, quá điện áp do khí quyển (sét đánh). Sóng điện áp do khí quyển tạo ra không chu kỳ đầu sóng dốc, đuôi sóng thẳng thời gian tác động ngắn vài phần triệu và coi 1/4 chu kỳ sóng điện áp có tần số từ 10000÷ 50000Hz Cd : điện dung các vòng dây Cq’: điện dung giữa vòng dây và cuộn dây nối đất 1 Cd = 1 điện dung dọc ∑ C′ d C q = ∑ C′q điện dung ngang Do có Cq’ sóng xung kích truyền vào dây quấn trong quá trình nạp ban đ ầu trong các điện tích phân bố không đều trên các điện tích C’q giảm dần A → X theo qui luật shαx Ux = UA. (dây nối đất) chα chαx Ux = UA. (dây quấn không nối đất) chα Cq α= với qui ước chiều dài dây quấn bằng một Cd CHƯƠNG 7 CÁC LOẠI BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT §7.1. MÁY BIẾN ÁP BA PHA DÂY QUẤN Các tổ nối dây tiêu chuẩn:Yo/Yo/∆; Yo/∆/∆ §7.2.MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU Hai dây quấn nối nhau nên ngoài liên hệ từ còn có liên hệ điện Ưu điểm: tận dụng công suất truyền tải VD: 100 kVA → hai dây quấn phải tính 100 kVA → tự ngẫu theo cấp điện áp 15 22/15 kV Ptt=k.Ptr ⇒ k = 22 ∗Cách tính đường kính dây S S I1 = I2 = (một pha) U1 U2 chọn J=2,5÷ 7 A/mm2 I πd 2 ⇒ Sday = = J 4 Bài tập: Uvào=220V;Ura = 150V; S= 5kVA 18
22 − 15 klợi dụng= = 0,32 22 Stính toán=0,32.5=1,6 kVA (Stt) Strụ = k. S tt = 0,32. 1,6 = 0,404(kVA ) 5000 I1 = = 22,7(A) 220 5000 I2 = = 33,3(A) 150 chọn J=2,5÷ 7 A/mm2 (J=4A/mm2) 2 I1 22,5 πd1 22,5 → Sday = = = ⇒ d1 = = 2,7(mm) J 4 4 π d2 =3,25 (mm) I1+I3=I2 (hình 1) ở hình bên → I3 = I2 – I1 = 33,3 – 22,7 = 10,6 (A) 10,6 d3 = = 1,84 (mm) π chọn lõi thép hình xuyến E – I §7.3.MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG w 1 U1 - Cần độ chính xác sao cho ≈ , an toàn w2 U2 Máy biến dòng điện (TY; BI; CT) 3000/5; 2000/5500/5 100/5 50/5 - Biến dòng phải ngắn mạch; không bao giờ hở mạch - Máy biến áp hở mạch §7.4.MÁY BIẾN ÁP HÀN Luôn làm việc trong trạng thái chập mạch PHẦN HAI 19
NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN QUAY CHƯƠNG 8 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY §8.1.KẾT CẤU CHUNG CỦA CÁC MÁY ĐIỆN QUAY Kết cấu gồm hai bộ phận chính: Mạch từ và dây quấn. Ở đó diễn ra sự biến thiên năng lượng diện từ, điện – cơ. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ, bộ phận làm mát. + Mạch từ được cấu tạo gồm hai khối thép đồng trục và cách nhau một đoạn sao cho chúng có thể chuyển động tương đối được ⊕ Khối tĩnh: lõi thép stato khối quay lõi thép rôto ⊕ Dây quấn: được đặt ở hai phía của khe hở trong các rãnh của stao và rôto §8.2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN QUAY - Dựa trên hai định luật cơ bản: + Định luật cảm ứng điện từ   dφ e = B.v.l = − dt + Định luật lực điện từ   F = i .B.l Vì hai định luật cơ bản trên có tính thuận nghịch nên bất kỳ một máy điện quay nào cũng có thể làm việc thuận nghịch - Có 4 loại máy điện 1.Máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ loại máy phổ biến nhất, nguyên lý làm việc như sau : Khi có dòng trong dây quấn tạo ra từ trường quay 60.f n1 = P từ trường này quét qua dây quấn rôto và tạo ra suất điện động do Rôto nối ngắn mạch → dòng điện rôto → từ thông rôto, từ thông này kết hợp nới từ thông stato tạo nên từ thông tổng Sự tương tác giữa dòng điện rôto và từ thông tổng tạo nên mômen quay làm cho Rôto quay với tốc độ n ≠ n1 ⇒ gọi là máy điện không đồng bộ - hệ số trượt: n −n s= 1 n1 ∗Một số trường hợp cụ thể 20