Kỹ thuật điện đại cương - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

296
lượt xem 105
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy biến áp(MBA) Mục tiêu: Cấu tạo và thông số của MBA; hiện tượng điện từ trong MBA; các phương trình đặc trưng, sơ đồ thay thế của MBA; phương pháp sử dụng MBA. Đ4.1. Khái niệm chung 1. Định nghĩa. Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoaychiều từ điện áp này sang diện áp khác có tần số không đổi.Trong các bản vẽ, máy biến áp ký hiệu như hình 4ư1. Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện được gọi...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điện đại cương - Chương 4

Ch−¬ng 4. M¸y biÕn ¸p(MBA) Môc tiªu: CÊu t¹o và th«ng sè cña MBA; hiÖn t−îng ®iÖn tõ trong MBA; c¸c ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng, s¬ ®å thay thÕ cña MBA; ph−¬ng ph¸p sö dông MBA. §4.1. Kh¸i niÖm chung 1. §Þnh nghÜa. M¸y biÕn ¸p lµ thiÕt bÞ ®iÖn tõ tÜnh, lµm viÖc theo nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ, dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoaychiÒu tõ ®iÖn ¸p nµy sang diÖn ¸p kh¸c cã tÇn sè kh«ng ®æi.Trong c¸c b¶n vÏ, m¸y biÕn ¸p ký hiÖu nh− h×nh 4-1. §Çu vµo cña m¸y biÕn ¸p nèi víi nguån ®iÖn ®−îc gäi lµ s¬ cÊp. §Çu ra nèi víi t¶i gäi lµ thø cÊp. C¸c ®¹i l−îng vµ c¸c th«ng sè s¬ cÊp cã chØ sè 1. C¸c ®¹i l−îng vµ th«ng sè thø cÊp cã chØ sè 2. NÕu ®iÖn ¸p thø cÊp lín h¬n ®iÖn ¸p s¬ cÊp lµ m¸y t¨ng ¸p ng−îc laÞ lµ m¸y gi¶m ¸p. 10,5kV 4 3 110kV 2 1 ~ ~ 5 7 6 22kV 220kV 8 10,5kV 9 0,4kV 10 Hệ thống truyền tải điện năng(đơn vị kV) 2. C¸c lo¹i m¸y biÕn ¸p. Theo nhiÖm vô cã: m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc, m¸y biÕn ¸p ®o l−êng, m¸y biÕn ¸p hµn... Theo pha cã: m¸y biÕn ¸p mét pha vµ ba pha. Theo sè cuén d©y cã: m¸y mét vµ nhiÒu d©y quÊn. Theo lâi thÐp cã m¸y kiÓu bäc ( h×nh 4-3b), kiÓu trô( h×nh 4-3a,c), võa bäc võa trô, kiÓu h×nh xuyÕn ... 3. C«ng dông cña m¸y biÕn ¸p http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 43
+ M¸y biÕn ¸p lµ thiÕt bÞ quan träng trong hÖ thèng truyÒn t¶i vµ ph©n phèi ®iÖn n¨ng. C¸c nhµ m¸y ®iÖn c«ng suÊt lín th−êng ë xa c¸c trung t©m tiªu thô, v× thÕ cÇn ph¶i x©y dùng c¸c ®−êng d©y truyÒn t¶i ®iÖn n¨ng. MÆt kh¸c m¸y ph¸t ®iÖn th−êng cã ®iÖn ¸p 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 kV. §Ó n©ng cao kh¶ n¨ng truyÒn t¶i vµ gi¶m tæn hao c«ng suÊt trªn ®−êng d©y, cÇn ®Æt m¸y biÕn thÕ t¨ng ®iÖn ¸p ë ®Çu ®−êng d©y. MÆt kh¸c, phô t¶i ®iÖn yªu cÇu ®iÖn ¸p rÊt kh¸c nhau tõ vµi v«n ®Õn hµng kil«v«n, v× thÕ ë cuèi ®−êng d©y cÇn ®Æt m¸y biÕn thÕ ®Ó h¹ ®iÖn ¸p. (h×nh 4-2) + Ngoµi ra m¸y biÕn ¸p cßn ®−îc sö dông, trong c¸c thiÕt bÞ lß nung, trong hµn ®iÖn, lµm nguån cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö, trong lÜnh vùc ®o l−êng (m¸y biÕn dßng, m¸y biÕn ®iÖn ¸p)... 4. C¸c ®¹i l−îng ®Þnh møc. C¸c l−îng ®Þnh møc cña m¸y biÕn ¸p do nhµ chÕ t¹o quy ®Þnh, ®−îc ghi trªn m¸y, hoÆc trong Catalo m¸y. C¸c th«ng sè ®Þnh møc qui ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc l©u dµi vµ tèt nhÊt cña m¸y. M¸y biÕn ¸p cã ba ®¹i l−îng ®Þnh møc c¬ b¶n. a) §iÖn ¸p ®Þnh møc. §iÖn ¸p s¬ cÊp ®Þnh møc U1®m, lµ ®iÖn ¸p lín nhÊt ®−îc phÐp ®Æt vµo cuén d©y s¬ cÊp. §iÖn ¸p thø cÊp ®Þnh møc U2®m, lµ ®iÖn ¸p ra cña m¸y biÕn ¸p, khi ®iÖn ¸p vµo ®Þnh møc vµ m¸y kh«ng cã t¶i. Ng−êi ta quy −íc, víi m¸y biÕn ¸p mét pha ®iÖn ¸p ®Þnh møc lµ ®iÖn ¸p pha víi m¸y biÕn ¸p ba pha lµ ®iÖn ¸p d©y. §¬n vÞ ®iÖn ¸p ghi trªn m¸y th−êng lµ V hoÆc kV. b. Dßng ®iÖn ®Þnh møc. Dßng ®iÖn ®Þnh møc lµ dßng ®iÖn lín nhÊt ®−îc phÐp ch¹y trong d©y quÊn cña m¸y biÕn ¸p, øng víi c«ng suÊt ®Þnh møc vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc. §èi víi m¸y biÕn ¸p mét pha dßng ®iÖn ®Þnh møc lµ dßng ®iÖn pha. §èi víi m¸y biÕn ¸p ba pha, dßng ®iÖn ®Þnh møc lµ dßng ®iÖn d©y. §¬n vÞ dßng ®iÖn lµ A. Dßng ®iÖn s¬ cÊp ®Þnh møc ký hiÖu I1®m, dßng ®iÖn thø cÊp ®Þnh møc ký hiÖu I2®m. c. C«ng suÊt ®Þnh møc. C«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y biÕn ¸p lµ c«ng suÊt biÓu kiÕn thø cÊp ë chÕ ®é lµm viÖc ®Þnh møc. C«ng suÊt ®Þnh møc ký hiÖu lµ S®m, ®¬n vÞ lµVA hoÆc kVA. §èi víi m¸y biÕn ¸p mét pha c«ng suÊt ®Þnh møc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thóc: S®m = U2®m I2®m ≈ U1®mI1®m (4-1) §èi víi m¸y biÕn ¸p ba pha c«ng suÊt ®Þnh møc ®ùoc x¸c ®Þnh: Sdm = 3U 2dm I 2dm = 3U1dm I1dm (4-2) http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 44
Ngoµi ra trªn biÓn m¸y cßn ghi tÊn sè, sè pha, s¬ ®å nèi d©y, ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch, chÕ ®é lµm viÖc... §4-2. CÊu t¹o cña m¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p ®−îc chÕ t¹o dùa vµo hiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ. M¸y biÕn ¸p cã 2 bé phËn chÝnh lµ lâi thÐp vµ d©y quÊn. (h×nh 4-3) g«ng lâi thÐp WTA WCA trô 4-3d 4-3c 4-3a φ 4-3b 1. Lâi thÐp cña m¸y biÕn ¸p Lâi thÐp m¸y biÕn ¸p lµ m¹ch tõ ®Ó dÉn tõ th«ng chÝnh. Lâi thÐp cã hai bé phËn lµ trô vµ g«ng g«ng. trô - Trô lµ phÇn lâi thÐp ®Ó quÊn d©y quÊn. - G«ng lµ phÇn lâi thÐp nèi gi÷a c¸c trô.Trô vµ 4-3e g«ng t¹o thµnh m¹ch tõ kÝn. Lâi thÐp ®−îc lµm b»ng thÐp l¸ kü thuËt ®iÖn (dµy 0,35mm ®Õn 0,5mm, mÆt ngoµi s¬n c¸ch ®iÖn) vµ ghÐp chÆt thµnh khèi nh− h×nh 4 -3. 2. D©y quÊn m¸y biÕn ¸p D©y quÊn m¸y biÕn ¸p th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng d©y ®ång, cã tiÕt diÖn trßn hoÆc ch÷ nhËt, bªn ngoµi cã bäc c¸ch ®iÖn. D©y quÊn ®−îc quÊn quanh trô theo tõng líp, hoÆc theo tõng ®Üa. M¸y biÕn ¸p th−êng cã hai hoÆc nhiÒu d©y quÊn. Khi c¸c d©y quÊn ®Æt trªn cïng mét trô, th× d©y quÊn ®iÖn ¸p thÊp ®Æt bªn trong, c¸c d©y quÊn cao ¸p quÊn phÝa ngoµi ®Ó gi¶m vËt liÖu c¸ch ®iÖn (h×nh 4-3a,b). Gi÷a c¸c vßng d©y, gi÷a c¸c líp d©y, gi÷a c¸c cuén http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 45
d©y, gi÷a d©y quÊn vµ thÐp cã c¸c líp c¸ch ®iÖn. §èi víi m¸y c«ng suÊt lín, ®Ó t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn vµ lµm m¸t, lâi thÐp vµ d©y quÊn ®−îc ®Æt trong dÇu c¸ch ®iÖn, vµ vá thïng dÇu cã c¸nh t¶n nhiÖt. Ngoµi ra cßn cã c¸c bé phËn nh−: sø ®Ó ®−a c¸c ®Çu d©y ra ngoµi; bé phËn chuyÓn m¹ch ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p; r¬ le ®Ó b¶o vÖ m¸y, thiÕt bÞ chèng Èm... §4-3. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y biÕn ¸p H×nh 4-4 vÏ s¬ ®å nguyªn lý φ cña m¸y biÕn ¸p mét pha cã hai i1 d©y quÊn W1 vµ W2. i2 Khi nèi cuén d©y s¬ cÊp vµo W1 ψt1 ψ W2 ®iÖn ¸p xoay chiÒu u1, trong d©y u ~ ψt ψt2 u2 Zt 1 t2 quÊn W1 sÏ cã dßng ®iÖn i1 ch¹y qua, sinh ra tõ tr−êng B biÕn thiªn theo qui luËt cña dßng ®iÖn i1.Tõ tr−êng B cã tõ th«ng H4- 4 chÝnh(Φ) ch¹y trong lâi thÐp, mãc vßng qua hai d©y quÊn W1 vµ W2 vµ biÕn thiªn theo i1. Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ, sù biÕn thiªn cña tõ th«ng φ lµm c¶m øng dφ trong d©y quÊn s¬ cÊp søc ®iÖn ®éng: e1 = − W1 (4-3) dt dφ vµ trong d©y quÊn thø cÊp søc ®iÖn ®éng: e 2 = − W2 (4-4) dt Trong ®ã: W1, W2 lµ sè vßng cña d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp. Khi m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i, d©y quÊn thø cÊp hë m¹ch, dßng ®iÖn i2 = 0, tõ th«ng chÝnh φ trong lâi thÐp chØ do dßng s¬ cÊp io sinh ra. Khi m¸y biÕn ¸p cã t¶i Z t , trong m¹ch thø cÊp cã dßng ®iÖn i2, khi ®ã tõ th«ng chÝnh φ do c¶ hai dßng s¬ cÊp i1 vµ thø cÊp i2 sinh ra. Khi ®iÖn ¸p u1 h×nh sin th× tõ th«ng còng biÕn thiªn h×nh sin, gi¶ sö φ = Φmsinωt th×: d(Φ m sinωt) π e1 = − W1 = E1 2sin(ωt - ) (4-5) dt 2 d(Φ m sinωt) π e 2 = − W2 = E 2 2sin(ωt - ) (4-6) dt 2 http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 46
Trong ®ã: E1 = 4,44fW1Φm ( 4-7) E2 = 4,44fW2Φm (4- 8) E1, E2 lµ trÞ sè hiÖu dông cña s®® s¬ cÊp, thø cÊp. C«ng thøc (4-5) vµ (4-6) cho thÊy: søc ®iÖn ®éng thø cÊp vµ s¬ cÊp cã cïng tÇn sè, nh−ng trÞ sè hiÖu dông kh¸c nhau. Tû sè E1/ E2 gäi lµ hÖ sè biÕn ¸p k: E W k= 1 = 1 (4-9) E 2 W2 NÕu bá qua ®iÖn trë d©y quÊn vµ tõ th«ng t¶n ra ngoµi kh«ng khÝ, th× cã thÓ coi gÇn ®óng U1 ≈ E1; U2 ≈ E2 nªn: U 1 E 1 W1 ≈ = =k U 2 E 2 W2 KÕt luËn: tû sè ®iÖn ¸p s¬ cÊp vµ thø cÊp gÇn ®óng b»ng tû sè vßng d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp. §èi víi m¸y t¨ng ¸p th×: U2 > U1 vµ W2 > W1. §èi víi m¸y gi¶m ¸p th×: U2 < U1vµ W2 < W1. Nh− vËy, d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp kh«ng trùc tiÕp liªn hÖ víi nhau vÒ ®iÖn nh−ng nhê cã tõ th«ng chÝnh, n¨ng l−îng ®· ®−îc truyÒn tõ m¹ch s¬ cÊp sang m¹ch thø cÊp. NÕu bá qua tæn hao trong m¸y biÕn ¸p, th× cã thÓ coi gÇn ®óng U2I2 ≈ U1I1 U1 I 2 ≈ ≈k hoÆc: (4-10) U 2 I1 §4-4. M« h×nh to¸n cña m¸y biÕn ¸p http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 47
1. NhËn xÐt. - Theo quy t¾c vÆn nót chai th× chiÒu cña φ phï hîp víi chiÒu i1vµ chiÒu e1, e2 phï hîp víi chiÒu φ nghÜa lµ e1 vµ i1 cïng chiÒu. Theo ®Þnh luËt Lenx¬ th× dßng i2 lu«n sinh ra tõ th«ng chèng l¹i sù biÕn thiªn cña tõ th«ng φ, nghÜa lµ chiÒu i2 φ i1 i1 i2 i2 Zt W1 W2 u1 W1 ψt1 ψ W2 ψt ψt2 u2 Zt u1~ t2 H4-5 H4- 4 kh«ng phï hîp víi chiÒu φ theo quy t¾c v¨n nót chai, nªn chiÒu i2 ng−îc víi chiÒu e2. - Trong m¸y biÕn ¸p, ngoµi tõ th«ng φ ch¹y trong lâi thÐp, cßn cã tõ th«ng t¶n ψt. Tõ th«ng t¶n khÐp m¹ch qua c¸c vËt liÖu kh«ng s¾t tõ (kh«ng khÝ vµ chÊt c¸ch ®iÖn), cã ®é dÉn tõ kÐm vµ chØ mãc vßng riªng rÏ víi mçi d©y quÊn, do ®ã tõ th«ng t¶n rÊt nhá so víi tõ th«ng chÝnh (h×nh 4- 4). Tõ th«ng t¶n s¬ cÊp ký hiÖu lµ Ψt1, do dßng ®iÖn s¬ cÊp i1 g©y ra. Tõ th«ng t¶n thø cÊp Ψt2, do dßng ®iÖn thø cÊp i2 g©y ra, ¶nh h−ëng cña tõ th«ng t¶n ®−îc ®Æc tr−ng b»ng ®iÖn c¶m t¶n L1vµ L2. ψ t1 §iÖn c¶m t¶n d©y quÊn s¬ cÊp L1lµ: L1 = (4-11) i1 ψ t2 §iÖn c¶m t¶n d©y quÊn thø cÊp L2 lµ: L 2 = (4-12) i2 2. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p s¬ cÊp. M¹ch ®iÖn s¬ cÊp nh− h×nh 4-6 gåm ®iÖn ¸p u1, søc ®iÖn ®éng e1, ®iÖn trë d©y quÊn s¬ cÊp R1, ®iÖn c¶m t¶n s¬ cÊp L1. ¸p dông ®Þnh luËt Kiªchèp 2 ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn s¬ cÊp viÕt d−íi d¹ng tøc thêi lµ: di R 1i1 + L1 1 − u 1 = e1 dt i1 R1 L1 chuyÓn vÕ, ta cã: u1 e1 http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 48
di1 u 1 = R 1i1 + L1 − e1 (4-13) dt ViÕt d−íi d¹ng sè phøc: Tæng trë phøc d©y quÊn s¬ cÊp lµ: Z1 = R 1 + jX1 (4-14) trong ®ã X1 = ωL1 lµ ®iÖn kh¸ng t¶n d©y quÊn s¬ cÊp. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn s¬ cÊp viÕt d−íi d¹ng sè phøc lµ: U1 = Z1&1 − E1 & I& (4-15) 3. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p thø cÊp M¹ch ®iÖn thay thÕ m¹ch thø cÊp ë h×nh 4-7, gåm søc ®iÖn ®éng e2, ®iÖn trë d©y quÊn thø cÊp R2, ®iÖn c¶m t¶n d©y quÊn thø cÊp L2, tæng trë t¶i Z t .Theo ph−¬ng tr×nh Kiªchèp 2 th×: di R 2 i 2 + L 2 2 + u 2 = −e 2 dt X2 R2 chuyÓn vÕ, ta cã: di u 2 = −e 2 − R 2 i 2 − L 2 2 Rt (4-16) dt ViÕt d−íi d¹ng sè phøc: e2 Xt Tæng trë phøc d©y quÊn thø cÊp lµ: i2 Z 2 = R 2 + jωL 2 = R 2 + jX 2 (4-17) H4-7 Trong ®ã X2 = ωL2 lµ ®iÖn kh¸ng t¶n d©y quÊn thø cÊp. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn thø cÊp viÕt d−íi d¹ng sè phøc sÏ lµ: U 2 = − E 2 − Z2 & 2 & & I (4-18) §iÖn ¸p thø cÊp U2 chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn t¶i do ®ã: U 2 = Z2 & 2 & I (4-19) 4. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tõ. NhËn xÐt: Trong ph−¬ng tr×nh U1 = &1 Z1 − E1 , ®iÖn ¸p &1 Z1 rÊt nhá, nªn cã thÓ & & I I coi gÇn ®óng U1 = E1. §iÖn ¸p U1 lµ ®iÖn ¸p l−íi kh«ng ®æi, nªn E1= 4,44fWΦm kh«ng ®æi, v× vËy biªn ®é tõ th«ng Φm sÏ kh«ng ®æi. ë chÕ ®é kh«ng t¶i, tõ th«ng chÝnh do søc tõ ®éng cña d©y quÊn s¬ cÊp ioW1 sinh ra, cßn ë chÕ ®é cã t¶i, tõ th«ng chÝnh do søc tõ ®éng c¶ 2 d©y quÊn s¬ cÊp http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 49
vµ thø cÊp sinh ra. Søc tõ ®éng lóc cã t¶i lµ i1W1 - i2W2, (cã dÊu - tr−íc i2 v× chiÒu i2 kh«ng phï hîp víi chiÒu φ). V× Φm kh«ng ®æi, nªn søc tõ ®éng lóc kh«ng t¶i b»ng søc tõ ®éng lóc cã t¶i, do ®ã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tõ viÕt d−íi d¹ng tøc thêi lµ: i0W1 = i1W1 - i2W2 Chia c¶ hai vÕ cho W1 ta ®−îc: W i i i o = i1 − i 2 2 = i1 − 2 = i1 + 2 = i1 − i' 2 W1 W1 k W2 HoÆc i1 = io + i'2 (4-20) i trong ®ã: i' 2 = 2 vµ i'2 lµ dßng ®iÖn thø cÊp ®· quy ®æi vÒ phÝa s¬ cÊp. k Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tõ viÕt d−íi d¹ng sè phøc lµ: &1 = & 0 + &'2 III Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng tõ cho ta thÊy râ quan hÖ gi÷a m¹ch ®iÖn s¬ cÊp vµ thø cÊp. HÖ ba ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn vµ tõ (4-15, 4-18, 4-20) lµ m« h×nh to¸n cña m¸y biÕn ¸p. §4.5. S¬ ®å thay thÕ CñA m¸y biÕn ¸p 1. §Þnh nghÜa. S¬ ®å thay thÕ cña m¸y biÕn ¸p lµ mét m¹ch ®iÖn cã c¸c qu¸ tr×nh n¨ng l−îng x¶y ra trong m¹ch gièng nh− c¸c qu¸ tr×nh n¨ng l−îng x¶y ra trong m¸y biÕn ¸p. S¬ ®å thay thÕ thuËn lîi cho viÖc ph©n tÝch vµ nghiªn cøu m¸y biÕn ¸p. 2. S¬ ®å thay thÕ ®Çy ®ñ. Ph−¬ng ph¸p thiÕt lËp: Nh©n 2 vÕ ph−¬ng tr×nh U 2 = − E 2 − Z2 & 2 vµ U 2 = Z t & 2 víi k ®−îc: & & & I I & & I I kU 2 = −kE 2 − k 2 Z2 2 → kU 2 = kZ t & 2 = k 2 Z t 2 & & & I k k & & & + E'2 = kE 2 = E1 §Æt: (4-21) & & + U'2 = kU 2 (4-22) + Z' 2 = k 2 Z 2 ; R' 2 = k 2 R 2 ; X' 2 = k 2 X 2 (4-23) + Z't = k 2 Z t ; R' t = k 2 R t ; X't = k 2 X t (4-24) http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 50
& I + &'2 = 2 I (4-25) k ph−¬ng tr×nh (4-18) trë thµnh: U'2 = E1 − Z'2 &'2 & & I (4-26) Ph−¬ng tr×nh 4-26 lµ ph−¬ng tr×nh c©n X'2 b»ng ®iÖn thø cÊp ®· quy ®æi vÒ s¬ cÊp. R1 X1 R'2 C¸c th«ng sè: E'2, U'2, I'2, Z'2, Z't Io R't lÇn l−ît ®−îc gäi lµ søc ®iÖn ®éng, ®iÖn Rth ¸p, dßng ®iÖn, tæng trë d©y quÊn thø u 1 X't cÊp, tæng trë t¶i, ®· qui ®æi vÒ s¬ cÊp. Xth I'2 C¸c biÓu thøc (4-21, 22, 23, 24, I1 25) lµ c¸c c«ng thøc qui ®æi c¸c ®¹i H4-7 l−îng thø cÊp vÒ s¬ cÊp, tho¶ m·n ®iÒu kiÖn b¶o toµn n¨ng l−îng.Thùc vËy, c«ng suÊt trªn c¸c phÇn tö tr−íc vµ sau khi qui ®æi b»ng nhau. VÝ dô: I E'2 I'2 = kE 2 2 = E 2 I 2 k Trong ph−¬ng tr×nh (4-15), Z 1 & 1 lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn tæng trë d©y quÊn I & Z1 ; (−E1 ) lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn tæng trë Z th ®Æc tr−ng cho tõ th«ng chÝnh φ vµ tæn hao s¾t tõ. V× tõ th«ng chÝnh do dßng ®iÖn kh«ng t¶i Io sinh ra, nªn cã thÓ viÕt: (−E1 ) = (R th + jX th )& o = Z th & o & I I (4-27) Trong ®ã: Z th = R th + jX th lµ tæng trë tõ ho¸ ®Æc tr−ng cho m¹ch tõ Rth lµ ®iÖn trë tõ ho¸ ®Æc tr−ng cho tæn hao s¾t tõ: ∆Pst = R th I 0 2 Xth lµ ®iÖn kh¸ng tõ ho¸ ®Æc tr−ng cho tõ th«ng chÝnh φ. & Thay gi¸ trÞ (−E1 ) vµo hÖ 3 ph−¬ng X'2 R1 X1 R'2 tr×nh m¸y biÕn ¸p ta cã: I1 U1 = Z1&1 + Z th & 0 & I I R't (4-28) U'2 = Z th & 0 + Z'2 &'2 & I I u1 (4-29) X't &1 = & 0 + &'2 III (4-30) I'2 HÖ 3 ph−¬ng tr×nh (4-28, 29, 30) lµ H4-8 ph−¬ng tr×nh Kiªchèp viÕt cho m¹ch ®iÖn h×nh 4-7. Nh¸nh cã Zth ®−îc gäi lµ nh¸nh tõ ho¸. http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 51
Th«ng th−êng tæng trë nh¸nh tõ ho¸ lín, dßng ®iÖn I0 nhá, do ®ã cã thÓ bá nh¸nh tõ ho¸, ta cã s¬ ®å thay thÕ ®¬n gi¶n nh− h×nh 4-8. S¬ ®å ®¬n gi¶n ®−îc sö dông nhiÒu trong tÝnh to¸n gÇn ®óng c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y biÕn ¸p. §4.6. ChÕ ®é Lµm viÖc cña m¸y biÕn ¸p I. ChÕ ®é kh«ng t¶i. ChÕ ®é kh«ng t¶i lµ chÕ ®é phÝa thø cÊp hë m¹ch dßng I2= 0, cßn phÝa s¬ cÊp ®Æt vµo ®iÖn ¸p u1. 1. Ph−¬ng tr×nh vµ s¬ ®å thay thÕ cña m¸y biÕn ¸p khi kh«ng t¶i. Khi kh«ng t¶i I2 = 0 th×: U1 = & 0 Z1 − E1 & & I HoÆc U1 = & o (Z1 + Z th ) = & o Zo & I I (4-31a) Zo = Z1 + Z th lµ tæng trë m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i. X1 R1 S¬ ®å thay thÕ cña m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i vÏ trªn h×nh 4-9. Rth a) Dßng ®iÖn kh«ng t¶i u1 Tõ ph−¬ng tr×nh trªn, ta tÝnh ®−îc dßng ®iÖn kh«ng t¶i lµ: Xth U U1 I0 = 1 = Io (4-31b) (R 1 + R th ) 2 + (X1 + X th ) 2 Z0 H4-9 Tæng trë Z0 th−êng rÊt lín v× thÕ dßng ®iÖn kh«ng t¶i nhá b»ng 2% ÷ 10% dßng ®iÖn ®Þnh møc. b) C«ng suÊt kh«ng t¶i ë chÕ ®é kh«ng t¶i, c«ng suÊt ®−a ra phÝa thø cÊp b»ng kh«ng, nh−ng m¸y vÉn tiªu thô c«ng suÊt P0 gåm c«ng suÊt tæn hao s¾t tõ ∆Pst vµ tæn hao trªn m¹ch s¬ cÊp. V× dßng ®iÖn kh«ng t¶i nhá, cã thÓ bá qua tæn hao c«ng suÊt trªn ®iÖn trë R1 vµ cã thÓ coi gÇn ®óng: P0 ≈ ∆Pst (4-32) c) HÖ sè c«ng suÊt kh«ng t¶i C«ng suÊt ph¶n kh¸ng khi kh«ng t¶i (Qo) rÊt lín so víi c«ng suÊt t¸c dông kh«ng t¶i Po. HÖ sè c«ng suÊt lóc kh«ng t¶i rÊt thÊp: Ro Po cosϕ o = = = 0,1 ÷ 0,3 R o + Xo Po2 + Q o 2 2 2 Tõ nh÷ng ®Æc ®iÓm trªn ta nhËn thÊy r»ng kh«ng nªn ®Ó m¸y BA lµm viÖc ë t×nh tr¹ng kh«ng t¶i hoÆc non t¶i. 2. ThÝ nghiÖm kh«ng t¶i cña m¸y biÕn ¸p. http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 52
Môc ®Ých: ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè biÕn ¸p k, tæn hao s¾t tõ vµ c¸c th«ng sè cña m¸y ë chÕ ®é kh«ng t¶i. S¬ ®å thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vÏ trªn h×nh 4-10. ThÝ nghiÖm: §Æt ®iÖn ¸p i1 i2 ®Þnh møc vµo d©y dÉn s¬ cÊp, A1 W1 vµ ®Ó m¹ch thø cÊp thø cÊp hë W2 m¹ch. ThÝ nghiÖm ®o c¸c sè u1 W1 V1 V2 th«ng sè sau: O¸tmÐt ®o c«ng suÊt kh«ng t¶i P0 ≈ ∆Pst. AmpemÐt ®o dßng H4-10 ®iÖn kh«ng t¶i I0. C¸c v«nmÐt ®o U1, U20. Tõ ®ã ta tÝnh ®−îc: + HÖ sè biÕn ¸p k WE U k= 1 = 1 ≈ 1 W2 E 2 U 20 + Dßng ®iÖn kh«ng t¶i phÇn tr¨m. I I 0 % = 0 100% = 3% + 10% I1dm I1dm lµ dßng ®iÖn ®Þnh møc s¬ cÊp P + §iÖn trë kh«ng t¶i: R 0 = 20 = Rt + Rth (4-34) I0 V× r»ng Rth >> R1 nªn lÊy gÇn ®óng: Rth ≈ R0 (4-34) U + Tæng trë kh«ng t¶i: Z 0 = 1dm (4-39) I0 còng nh− trªn tæng trë tõ ho¸ lÊy gÇn ®óng lµ: Zth ≈ Zo (4-40) + §iÖn kh¸ng kh«ng t¶i X 0 = Z0 − R 0 2 2 (4-41) §iÖn kh¸ng tõ ho¸ lÊy gÇn ®óng lµ: Xth ≈ X0 (4-42) + HÖ sè c«ng suÊt kh«ng t¶i P0 cosϕ 0 = = 0,1 + 0,3 (4-43) U1dm .I 0 III. ChÕ ®é ng¾n m¹ch cña m¸y biÕn ¸p http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 53
ChÕ ®é ng¾n m¹ch lµ chÕ ®é mµ phÝa thø cÊp bÞ nèi t¾t, s¬ cÊp vÉn ®Æt vµo ®iÖn ¸p ®Þnh møc. Trong vËn hµnh, do nhiÒu nguyªn nh©n lµm m¸y biÕn ¸p bÞ ng¾n m¹ch nh− hai d©y dÉn ®iÖn á phÝa thø cÊp chËp vµo nhau, r¬i xuèng ®Êt hoÆc nèi víi nhau b»ng mét d©y tæng trë rÊt nhá. §©y lµ t×nh tr¹ng sù cè. 1. Ph−¬ng tr×nh vµ s¬ ®å thay thÕ cña m¸y biÕn ¸p khi ng¾n m¹ch. S¬ ®å thay thÕ cña m¸y biÕn ¸p khi ng¾n m¹ch vÏ X1 R1 trªn h×nh 4-11. V× tæng trë Z'2 rÊt nhá so víi Zth, nªn khi m¸y ng¾n m¹ch cã thÓ bá nh¸nh tõ ho¸. Dßng R'2 ®iÖn s¬ cÊp lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch In. u1 H4-11 X'2 Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn lµ: Io U1 = & n (Z1 + Z'2 ) = & n Z n & I I (4-44) Trong ®ã: Zn = (R 1 + R'2 ) + j(X1 + X'2 ) = R n + jX n Rn ≈ R1 + R'2 lµ ®iÖn trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p. Xn = X1 + X'2 lµ ®iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p. Z n = R 2 + X 2 lµ tæng trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p. n n 2. C¸c ®Æc ®iÓm cña m¸y BA ë chÕ ®é ng¾n m¹ch U - Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch I n = 1dm rÊt lín b»ng 10 ÷ 25 lÇn dßng ®iÖn ®Þnh Zn møc, rÊt nguy hiÓm ®èi víi m¸y biÕn ¸p vµ ¶nh h−ëng ®Õn c¸c t¶i dïng ®iÖn kh¸c. - Lóc ng¾n m¹ch ®iÖn ¸p thø cÊp U2 = 0 do ®ã ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch Un lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn tæng trë d©y quÊn. nh− vËy, khi sö dông m¸y biÕn ¸p cÇn tr¸nh t×nh tr¹ng ng¾n m¹ch. 3. ThÝ nghiÖm ng¾n m¹ch m¸y i2®m i1®m biÕn ¸p A1 W1 Môc ®Ýnh: §Ó x¸c ®Þnh tæn hao trªn ®iÖn trë d©y quÊn vµ c¸c W2 un W1 V1 th«ng sè s¬ cÊp vµ thø cÊp. S¬ ®å A2 thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch vÏ trªn h×nh 4-12. D©y quÊn thø cÊp nèi ng¾n H4-12 m¹ch b»ng Ampe kÕ A2. D©y quÊn s¬ cÊp nèi víi m¸y biÕn ¸p tù ngÉu ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p. Nhê bé ®iÒu http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 54
chØnh ®iÖn ¸p ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo d©y quÊn s¬ cÊp b»ng Un sao cho dßng ®iÖn trong c¸c d©y quÊn b»ng ®Þnh møc. Un gäi lµ ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch vµ th−êng ®−îc tÝnh theo phÇn tr¨m cña ®iÖn ¸p s¬ cÊp ®Þnh møc: U U n % = n 100% = 3 ÷ 10% (4-46) U1dm V× ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch nhá, tõ th«ng Φ sÏ nhá, cã thÓ bá qua tæn hao s¾t tõ. C«ng suÊt ®o ®−îc trong thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch (Pn) chÝnh lµ tæn hao trªn ®iÖn trë 2 d©y quÊn. Tõ ®ã, tÝnh ®−îc c¸c th«ng sè trong s¬ ®å thay thÕ: U - Tæng trë ng¾n m¹ch: Z n = n (4-47) I1dm Pn - §iÖn trë ng¨n m¹ch: R n = (4-48) 2 I 1dm - §iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch: X n = Z 2 − R 2 (4-49) n n §Ó tÝnh c¸c th«ng sè d©y quÊn cña m¸y biÕn ¸p, th−êng dïng c¸c c«ng thøc gÇn ®óng sau: R 1 ≈ R' 2 ≈ R n / 2 (4-50) X1 ≈ X'2 ≈ X n / 2 (4-51) - Th«ng sè thø cÊp ch−a quy ®æi: R 2 = R '2 / k 2 (4-52) X 2 = X'2 / k 2 (4-53) - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông phÇn tr¨m: RI R .Z I U nR % = n 1dm 100% = n n 1dm 100% = U n %cosϕ n (4-54) U1dm Z n .U1dm - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng phÇn tr¨m: XI Z .X .I U nx % = n 1dm 100% = n n 1dm 100% = U n %sinϕn (4-55) U1dm U1dm .Zn H×nh 4-13a lµ tam gi¸c ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch, h×nh 4-13b lµ tam gi¸c tæng trë ng¨n m¹ch. Un Zn Unx Xn ϕn Unr ϕn Rn a) b) H4-13 http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 55
III. ChÕ ®é cã t¶i cña m¸y biÕn ¸p ë chÕ ®é cã t¶i, d©y quÊn s¬ cÊp nèi vµo ®iÖn ¸p ®Þnh møc, ®©y lµ quÊn thø cÊp nèi víi t¶i ®Þnh møc. §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é t¶i c¶u m¸y BA, ng−êi ta ®−a ra hÖ sè t¶i kt. I I kt = 2 ≈ 1 (4-56) I 2dm I1dm Khi kt= 1 lµ t¶i ®Þnh møc; kt < 1 non t¶i; kt > 1 qu¸ t¶i. ë chÕ ®é cã t¶i, ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn vµ tõ ®· xÐt ë §4- 4, s¬ ®å thay thÕ ®· xÐt ë §4-5. C¸c th«ng sè cña s¬ ®å thay thÕ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch (§4-6; §5-7). Tõ hÖ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vµ s¬ ®å thay thÕ ta nghiªn cøu mét sè ®Æc tÝnh cña m¸y BA khi cã t¶i. 1. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp theo t¶i. §−êng ®Æc tÝnh ngoµi. a. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp Khi m¸y biÕn ¸p cã t¶i, sù thay ®æi t¶i g©y nªn sù thay ®æi ®iÖn ¸p thø cÊp U2. Khi ®iÖn ¸p s¬ cÊp ®Þnh møc, ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp phÇn tr¨m tÝnh nh− sau: U − U2 ∆U 2 % = 2dm 100% (4-57) U 2dm W1 Nh©n tö vµ mÉu cña biÓu thøc (4-57) víi hÖ sè biÕn ¸p k = ta cã: W2 kU 2dm − kU 2 − U' 2 U 100% = 1dm ∆U 2 % = 100% (4-58) kU 2dm U1dm §å thÞ vÐct¬ cña m¸y biÕn ¸p øng víi s¬ ®å thay thÕ ®¬n gi¶n vÏ trªn H.4-14a. & & §Ó tÝnh ∆U ta chiÕu U1 lªn U'2 . r 2 U1dm B & Trªn ®å thÞ gãc lÖch pha gi÷a U1 vµ & U'2 kh«ng lín, cã thÓ coi gÇn ®óng: r r r U Xn U'2 U Zn U1dm = OB ≈ OC. o ϕn ϕt U1dm- U'2 ≈ AC = AB cos (ϕn- ϕt) C A r r U Rn I1 = AB cos ϕn cos ϕt + AB sin ϕnsin ϕt H4-14a = I1Zncosϕncosϕt + I1Znsinϕnsinϕt. http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 56
& ϕn lµ gãc cña tæng trë ng¾n m¹ch, ϕt lµ gãc lÖch pha gi−a ®iÖn ¸p U 2 vµ dßng X ®iÖn & 2 , chÝnh lµ gãc cña tæng trë t¶i: ϕt = arctg t I Rt I1 Z n cosϕ n cosϕ t + I1 Z n sinϕ n sinϕ t VËy: ∆U 2 % = 100% U1dm I1dm Z n cosϕ n cosϕ t + I1dm Z n sinϕ n sinϕ t = kt ( )100% U1dm ∆U2% L = kt(UnR% cosϕ1 + Unx% sinϕt) (4-59) I 4 R Trong ®ã: k t = 1 hÖ sè t¶i I1dm kt I1dm Z n cosϕ n 0,5 1,0 U nR % = 100% = U n %cosϕ n O (4-60) U1dm I1dm Z n sinϕ n H4-14b U nx % = 100% = U n %sinϕ n C (4- 61) U1dm Trªn h×nh 4-14b vÏ ∆U2% øng víi c¸c lo¹i t¶i khi cosϕt = const. b. §−êng ®Æc tÝnh ngoµi §−êng ®Æc tÝnh ngoµi cña m¸y biÕn ¸p biÓu diÔn quan U2 hÖ U2 = f(I2), khi U1dm vµ cosϕt = const (h×nh 4-14c). C §iÖn ¸p thø cÊp U2 lµ: ∆U 2 % U20 U 2 = U 2dm − ∆U 2 = U 2dm (1 − ) R (4- 62) 100 L Dùa vµo c«ng thøc (4-62) ta vÏ ®−êng ®Æc tÝnh 1,0 kt ngoµi cña MBA. 0,5 O Tõ ®å thÞ ta thÊy, khi t¶i ®iÖn dung, I2 t¨ng th× U2 H4-14c t¨ng. Khi t¶i ®iÖn c¶m hoÆc ®iÖn trë, I2 t¨ng th× U2 gi¶m. §Ó ®iÒu chØnh U2 ®¹t ®−îc gi¸ trÞ mong muèn, ta thay ®æi sè vßng d©y trong kho¶ng ±5% (th−êng thay ®æi sè vßng d©y cuén cao ¸p). 2. Tæn hao vµ hiÖu suÊt m¸y biÕn ¸p Khi m¸y biÕn ¸p lµm viÖc cã c¸c tæn hao sau: - Tæn hao trªn ®iÖn trë d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp gäi lµ tæn hao ®ång ∆P®. Tæn hao ®ång phô thuéc vµo dßng ®iÖn t¶i. ∆P® = I1 R 1 + I 2 R 2 = I1 (R 1 + R'2 ) = I1 R n = k 2 I1dm R n = k2tPn 2 2 2 2 (4-63) 2 t http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 57
Trong ®ã Pn lµ c«ng suÊt ®o ®−îc trong thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch. - Tæn h¶o s¾t tõ ∆Pst trong lâi thÐp, do dßng ®iÖn xo¸y vµ tõ trÔ g©y ra. Tæn hao s¾t tõ kh«ng phô thuéc t¶i mµ phô thuéc vµo tõ th«ng chÝnh, nghÜa lµ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p. Tæn hao s¾t tõ b»ng c«ng suÊt ®o ®−îc khi thÝ nghiÖm kh«ng ∆Pst =P0 (4-65) t¶i: - HiÖu suÊt m¸y biÕn ¸p lµ: k t Sdm cosϕ t P P2 η= 2 = = (4-66) P1 P2 + ∆Pst + ∆Pd k t Sdm cosϕ t + P0 + k 2 Pn t Trong ®ã: P2 lµ c«ng suÊt t¸c dông ë ®Çu ra (t¶i tiªu thô): I S P2 = S2cosϕt = ktSdmcosϕt vµ k t = 2 = 2 I 2dm Sdm ∂η NÕu cosϕt kh«ng ®æi, hiÖu suÊt cùc ®¹i khi : =0 ∂k t ë MBA hiÖu suÊt cùc ®¹i khi tæn hao ®ång b»ng tæn hao s¸t tõ k 2 Pn = P0 t HÖ sè t¶i øng víi hiÖu suÊt cùc ®¹i lµ: Po kt = (4-67) Pn Víi m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, hiÖu suÊt cùc ®¹i khi kt = 0,5 ÷ 0,7. §4. 7. M¸y biÕn ¸p ba pha 1. C«ng dông. §Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p cña hÖ thèng dßng ®iÖn ba pha. 4-15a 2. CÊu t¹o. Cã 2 lo¹i: - ChÕ t¹o 3 m¸y biÕn ¸p mét pha gièng nhau råi nèi thµnh m¸y biÕn ¸p 3 pha. - ChÕ t¹o m¸y biÕn ¸p ba pha (h×nh 4-15a). Lâi thÐp cña m¸y biÕn ¸p ba pha cã 3 trô nh− h×nh 4-15b. D©y quÊn s¬ cÊp: Pha A lµ AX, pha B lµ BY, pha C lµ CZ. D©y quÊn thø cÊp: pha a lµ ax, pha b lµ by, pha c vµ cz. D©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp cã thÓ nèi h×nh 4.15b sao hoÆc h×nh tam gi¸c tuú theo ®iÖn ¸p vµo vµ ra. NÕu s¬ cÊp nèi h×nh tam gi¸c, thø cÊp nèi h×nh sao ta ký hiÖu lµ ∆/Y. NÕu s¬ cÊp nèi h×nh sao, thø cÊp nèi h×nh sao cã d©y trung tÝnh ta ký hiÖu lµ Y/Y0. http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 58
3. HÖ sè biÕn ¸p. HÖ sè biÕn ¸p cña m¸y biÕn ¸p 3 pha lµ tû sè: K =Ud1/Ud2 Cßn tû sè gi÷a ®iÖn ¸p pha s¬ cÊp vµ thø cÊp: Up1/Up2= W1/ W2 kh«ng ph¶i tû sè biÕn ¸p. Tû sè biÕn ¸p kh«ng nh÷ng chØ phô thuéc vµo tû sè vßng d©y mµ cßn phô thuéc vµo c¸ch nèi h×nh sao hay tam gi¸c. VÝ dô: Khi nèi Y/∆ (h×nh 4-16a), ta cã Ud2 = Up2 cßn thø cÊp nèi h×nh sao Ud1= 3U1 . U p2 U d1 W1 = = Nªn K = (4- 69) U d2 3U p2 3W2 Khi nèi ∆/∆ cã Ud1 = Up1 vµ Ud2 = Up2 cho nªn: U p1 W1 U K= d1 = = (4-70) U d2 U p2 W2 3U p1 W1 U d1 = = Khi nèi Y/Y th× K = U d2 3U p2 W2 H4-16a 3U p1 vµ thø cÊp Khi nèi Y/Yo (h×nh 4-16b) th× s¬ cÊp Ud1 = 3U p2 cho nªn: Ud2 = U d1 U p1 W1 = = K= (4-71) U d2 U p2 W2 Trong thùc tÕ khi cã nhiÒu m¸y biÕn ¸p lµm viÖc song song víi nhau, ta ph¶i chó ý ®Õn gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp vµ ®iÖn ¸p d©y thø cÊp. H4-16b V× thÕ khi ký hiÖu tæ ®Êu d©y cña m¸y biÕn ¸p, ngoµi ký hiÖu ®Êu c¸c d©y quÊn (h×nh sao hoÆc h×nh tam gi¸c), cßn ghi thªm ch÷ sè kÌm theo ®Ó chØ gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp. VÝ dô : Y/Y - 10 th× gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp lµ 10 x 300 = 3000. Khi vÏ ®å thÞ vÐct¬ ®Ó x¸c ®Þnh gãc lÖch pha, cÇn chó ý pha cña ®iÖn ¸p pha c¸c d©y quÊn trªn cïng mét trô. Phô thuéc vµo chiÒu quÊn d©y, vµ ký hiÖu ®Çu d©y. §èi víi m¸y biÕn ¸p ba pha ®èi xøng khi nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n chØ cÇn viÕt ph−¬ng tr×nh, s¬ ®å thay thÕ, ®å thÞ vÐct¬ vµ tÝnh c¸c th«ng sè trong s¬ ®å thay http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 59
thÕ, chØ cÇn tÝnh th«ng sè pha (dßng ®iÖn pha, ®iÖn ¸p pha, tæng trë pha, c«ng suÊt mét pha...). VÝ dô: TÝnh ®iÖn trë Rn trong s¬ ®å thay thÕ: R n = R 1 + R '2 = Pnp / I 2 n Trong ®ã: Pnp lµ tæn hao ng¾n m¹ch mét pha Pn lµ tæn hao ng¾n m¹ch ba pha Pnp=Pn/3. §4.8. C¸c m¸y biÕn ¸p ®Æc biÖt 1. M¸y tù biÕn ¸p. UCA M¸y tù biÕn ¸p cßn ®−îc gäi lµ biÕn ¸p tù ngÉu. M¸y tù UTA biÕn ¸p mét pha th−êng cã c«ng suÊt nhá, ®−îc dïng trong c¸c phßng thÝ nghiÖm vµ trong c¸c thiÕt bÞ ®Ó lµm nguån cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh ®−îc ®iÖn ¸p ®Çu ra theo yªu cÇu. M¸y H4-17 biÕn ¸p ba pha th−êng dïng ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p khi më m¸y c¸c ®éng c¬ xoay chiÒu 3 pha. CÊu t¹o m¸y tù biÕn ¸p gièng nh− m¸y biÕn ¸p th«ng th−êng vµ cã nh÷ng ®iÓm kh¸c sau ®©y: - M¸y tù biÕn ¸p mét pha chØ cã cuén cao ¸p W1 cßn cuén thÊp ¸p W2 lµ 1 phÇn cña cuén cao ¸p. (h×nh 4-17). - §iÒu chØnh ®−îc ®iÖn ¸p ra. U1 W1 W = hay : U 2 = U1 × 2 Ta cã: K= U 2 W2 W1 Thay ®æi vÞ trÝ tiÕp ®iÓm a, sÏ thay ®æi ®−îc sè vßng d©y W2 UCA vµ do ®ã thay ®æi ®−îc ®iÖn ¸p U2. V× thÕ m¸y tù biÕn ¸p dïng ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra. - Sù truyÒn t¶i n¨ng l−îng tõ s¬ cÊp sang thø cÊp trong UTA m¸y tù biÕn ¸p b»ng hai ®−êng: ®iÖn vµ ®iÖn tõ. Trong khi ®ã V ë c¸c m¸y biÕn ¸p th«ng th−êng cã d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp H4-18 riªng biÖt, n¨ng l−îng tõ s¬ cÊp sang thø cÊp chØ b»ng ®iÖn tõ. V× thÕ m¸y tù biÕn ¸p cã tiÕt diÖn lâi thÐp bÐ h¬n m¸y biÕn ¸p th«ng th−êng cã cïng c«ng suÊt. M¸y tù biÕn ¸p chØ cã mét Z cuén d©y, nªn tiÕt kiÖm ®−îc d©y dÉn vµ gi¶m ®−îc tæn hao. I1 M¸y tù biÕn ¸p cã nh−îc ®iÓm lµ møc ®é an toµn ®iÖn I2 kh«ng cao, v× s¬ cÊp vµ thø cÊp liªn hÖ trùc tiÕp víi nhau vÒ ®iÖn. A 2. M¸y biÕn ¸p ®o l−êng H4-19 http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 60
C¸c m¸y biÕn ¸p ®o l−êng dïng ®Ó më réng thang ®o c¸c dông cô ®o l−êng. a. M¸y biÕn ®iÖn ¸p Dïng biÕn ®æi ®iÖn ¸p cao xuèng ®iÖn ¸p thÊp ®Ó ®o b»ng c¸c dông cô th«ng dông. Th«ng th−êng ng−êi ta qui ®Þnh ®iÖn ¸p thø cÊp U2 ®Þnh møc lµ 100V (h×nh 4-18). Khi m¾c d©y, cuén d©y s¬ cÊp nèi song song víi ®iÖn ¸p lín cÇn ®o, cuén thø cÊp nèi víi V«n mÐt, hoÆc c¸c m¹ch ®iÖn ¸p cña c¸c dông cô kh¸c nh− cuén d©y ®iÖn ¸p cña O¸t mÐt... Khi lµm viÖc, kh«ng ®−îc ®Ó m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®o l−êng bÞ ng¾n m¹ch, nghÜa lµ kh«ng ®−îc m¾c víi Ampeke hoÆc cuén dßng ®iÖn cña c¸c dông cô ®o kh¸c. b. M¸y biÕn dßng ®iÖn Dïng biÕn ®æi dßng ®iÖn lín xuèng dßng ®iÖn nhá ®Ó ®o l−êng vµ mét sè môc ®Ých kh¸c. V× dßng ®iÖn thø cÊp nhá h¬n dßng ®iÖn s¬ cÊp, nªn sè vßng d©y thø cÊp W2 nhiÒu h¬n sè vßng d©y s¬ cÊp. Dßng ®iÖn thø cÊp ®Þnh møc lµ I2 = 5A (h×nh 4-19). Khi m¾c d©y, cuén d©y s¬ cÊp ®Êu nèi tiÕp víi dßng ®iÖn lín cÇn ®o; cuén thø cÊp nèi víi ampemÐt hoÆc m¹ch dßng ®iÖn cña c¸c dông cô kh¸c nh− cuén dßng ®iÖn cña O¸t mÐt... §èi víi m¸y biÕn dßng kh«ng ®−îc ®Ó hë m¹ch cuén thø cÊp. 3. M¸y biÕn ¸p hµn ®iÖn( h×nh 4-20) PhÇn lâi thÐp di ®éng que hµn W1 W2 H4-20 VËt hµn Lµ lo¹i m¸y biÕn ¸p dïng ®Ó hµn b»ng ph−¬ng ph¸p hå quang ®iÖn. Ng−êi ta chÕ t¹o m¸y biÕn ¸p hµn cã ®iÖn kh¸ng t¶n lín, vµ thªm cuén ®iÖn kh¸ng ngoµi. V× thÕ ®−êng ®Æc tÝnh ngoµi cña m¸y rÊt dèc, phï hîp víi yªu cÇu hµn ®iÖn. S¬ ®å nguyªn lý cña m¸y biÕn ¸p hµn vÏ trªn h×nh 4-20. Cuén d©y s¬ cÊp nèi víi nguån ®iÖn, cßn cuén thø cÊp mét ®Çu nèi víi cuén ®iÖn kh¸ng vµ kim lo¹i cÇn hµn, cßn ®Çu kia nèi víi que hµn. Khi dÝ que hµn vµo tÊm kim lo¹i, sÏ cã dßng ®iÖn lín ch¹y qua, lµm nãng chç tiÕp xóc. Khi nhÊc que hµn c¸ch tÊm kim lo¹i mét kho¶ng nhá, v× c−êng ®é ®iÖn http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 61
tr−êng lín lµm i«n ho¸ chÊt khÝ, sinh hå quang vµ to¶ nhiÖt l−îng lín lµm nãng ch¶y chç hµn. Muèn ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hµn, cã thÓ thay ®æi sè vßng d©y quÊn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p hoÆc thay ®æi ®iÖn kh¸ng cuén K, b»ng c¸ch thay ®æi khe hë kh«ng khÝ cña lâi thÐp. ChÕ ®é lµm viÖc cña m¸y biÕn ¸p hµn lµ ng¾n m¹ch thø cÊp. §iÖn ¸p thø cÊp ®Þnh møc m¸y biÕn ¸p hµn th−êng 60 ÷ 70V. Bµi tËp ch−¬ng 4(MBA) 1. M¸y biÕn ¸p 1 pha S®m=25 kVA; U1®m=380V; U2®m=127V, un% = 4%.TÝnh dßng ®iÖn ®Þnh møc; tÝnh In khi Un= 70% U1®m vµ khi ®æi vÞ trÝ 2 cuén d©y. §¸p sè: I1®m= 65,79A; I1®m= 196,85A; In1®m= 1644A; I2n®m= 4927A Khi Un= 70% U1®mth×: I1n®m= 1151A; I2n®m= 3448A Khi Un=127V ®Æt vµo cuén h¹ ¸p th×: In2®m= 1644A; I1n®m= 4927A 2. Mét m¸y biÕn ¸p 1 pha ghi 2500VA, 220 V/127V, Po= 30W, Io = 1.4A, Pn=80W; I1n=I1®m= 11,35A; Un=8,8 V. - X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña s¬ ®å thay thÕ . - Khi t¶i R, L cã cosϕ = 0.6, x¸c ®Þnh hiÖu suÊt vµ U2 khi kt =1 vµ 0.5? §¸p sè: η®m = 0.948, khi kt = 0.5 th× η = 0.952 Khi Kt = 1; U2 = 121.9V; Khi Kt = 0.5; U2 = 124.45V 3. Mét m¸y biÕn ¸p 1 pha ghi 2500VA, 220 V/120V, Po= 80W, Io = 0.4A, Pn=135W, R1= 0.3Ω; R’2= 0.1Ω; X1= 0.25Ω; X'2 = 0.083Ω. T¶i cña m¸y Z t = 5.8+5.17j Ω. X¸c ®Þnh c«ng suÊt P1, Q1, cosϕ1, Pt, Qt, U2, ∆U2? §¸p sè: I1= 9.13 A; P1= 1500.5 W; Q1= 1335.4 VAr; cosϕ1= 0.747; P2=1448W; Qt=1291VAr; U2 = 127.6 V; ∆U2=3.38 V. 4. M¸y biÕn ¸p ba pha ghi 60 kVA, nèi ∆/Yo - 35kV/ 0,4 kV; Pn=1200 W; Io% = 11%; Un% = 4.55%; Po=502 W ; R1 = R’2 ; X1 = X ‘2. - TÝnh I1®m, I2®m , cosϕo; cosϕn, th«ng sè s¬ ®å thay thÕ. - TÝnh Kt khi hiÖu suÊt cùc ®¹i. - M¸y lµm viÖc víi t¶i R, L cã cosϕt = 0.9, kt= 0.5 tÝnh η, P1, Q1, cosϕ1. §¸p sè: R1 = R'2= 200 Ω; X1 = X'2= 414 Ω; Kp= W1/ W2 = 50.5; R2= 0.078Ω; X2= 0.162 Ω; ktm= 0.647; η = 0.97; P1= 27802 W; cosϕ1= 0.81; I1= 0.55A; http://www.ebook.edu.vn Lª B¸ Tø 2008 62