Máy điện - Chương 2: Máy biến áp

sin 2 < 0 khi dòng điện sớm pha (tải dung)  U2% phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải. Từ U% ta tính được điện áp thứ cấùp U2 theo công thức:         100 %U 1UUUU 2dm22dm22 IV.7. Máy biến áp ba pha Y hay  0 -U’2 rnI1 A C B 2 n U1dm xnİ1 Znİ1 İ’2 = -İ1 U2 U20 R L C  Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 43 IV.8. Sự làm việc song song của máy biến áp Điều kiện làm việc song song: dòng điện tải phân bố tỷ lệ theo công suất máy  + không có dòng cân bằng chạy trong các dây quấn thứ cấp + cùng hệ số tải  Để đảm bảo hai điều kiện trên: 1. Các MBA có cùng điện áp sơ cấp và thứ cấp 2. Điện áp thứ cấp cùng pha và cùng tổ đấu dây 3. Cùng điện áp ngắn mạch phần trăm (để cùng cùng ) U1 U2 E I E II I II I c6 Z nI Z nII I’ 2I I’ 2II I’ 2 U’ 2 Z’ 2 U 1 nI nII nI nII II I U U %U %U    %U %U IZ %U %U IZ U IZ IZ 1 IZ U IZ I I I I nI nII II12n nII nI I11n dm1 IIdm12n II12nIdm11n dm1 I11n II1 IIdm1 Idm1 I1 II I                            MBA nào có điện áp ngắn mạch nhỏ hơn sẽ chịu tải lớn hơn IV.9. Các máy biến áp đặc biệt Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu) Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 44 I 1 I 2 Z t U 1 U 2 W 1 W 2 2 1 12 2 1 2 1 w w UU W w U U k  dòng điện? Thay đổi được điện áp U2 dễ dàng bằng cách cho con trượt di chuyển. Máy biến điện áp A x U 1 U 2 A X (Biến áp làm việc ở chế độ hở mạch) Tổng trở của cuộn dây sơ cấp Z1 của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác. Giảm góc lệch pha bằng cách giảm r1. Máy biến dòng điện I 2 I 1 İ0 v İ2 -İ ’ 2 İ1 i Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 45 (Biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch) Tổng trở mạch từ Zm của biến áp càng lớn (góc lệch pha càng nhỏ) càng chính xác. Tổng trở của các cuộn dây Zn của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác. Giảm góc lệch pha bằng cách tăng Zm. Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 46 Bài tập Giới thiệu chung về máy biến áp MBA một pha: U1đm, U2đm = U20, I1đm, I2đm, Sđm = U2đm.I2đm U1đm.I1đm[VA] MBA bapha: Uđm dây, Iđm dây, Sđm = 3 U2đm.I2đm 3 U1đm.I1đm[VA] dt d we 11   dt d we 22   2 wj E 11     2 wj E 22     2 wj E 11   2 wj E 22   Hay  11 fw2E  22 fw2E (U1 không đổi  E1 xem như không đổi   không đổi Từ thông  không đổi cả khi không tải và có tải) Tỷ số biến áp: 2 1 2 1 w w E E k  Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tỏa ra ngòai không khí ta có: U1  E1 và U2  E2  2 1 2 1 2 1 U U w w E E k  Chế độ không tải của máy biến áp 2 w jEU 111      chậm pha hơn U1 một góc 90 0 . 2 w jEU 222       sớm pha hơn U1 một góc 90 0 . Công suất không tải 0I  (I0 = (0,5%  10%)I1đm) sớm pha hơn từ thông 0 góc  gọi là góc tổn hao từ trễ: I0x là thành phần phản kháng hay từ hóa dùng để từ hóa lõi thép. I0r là thành phần tác dụng do tổn hao trong lõi thép. (I0r < 10% I0x  I0x  I0). Công suất không tải P0 = PFe + Pr1  PFe (vì I0 nhỏ) Chế độ tải Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp Từ thông chính  sinh ra sức điện động cảm ứng chính: dt d w dt d e 1 1 1     dt d w dt d e 2 2 2     Từ thông tản: 111 .w   111 .w   do điện cảm tản sinh ra: 1 1 1 i L    2 2 2 i L    (hằng số,  I) Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 47 Từ thông tản chỉ móc vòng qua riêng lẻ từ cuộn dây, và tạo ra sức điện động cảm ứng : dt di L dt d e 11 1 1       dt di L dt d e 22 2 2       Chiều điện áp như hình vẽ:        22222 11111 ireeU ireeU          22 2 222 11 1 111 ir dt di LeU ir dt di LeU   Viết dạng số phức:            22222222 11111111 IZEIjxrEU IZEIjxrEU   Với x1 =  L1 là điện kháng tản dây quấn sơ cấp. x2 =  L2 là điện kháng tản dây quấn thứ cấp. Z1 = r1 + jx1 là tổng trở dây quấn sơ cấp. Z2 = r2 + jx2 là tổng trở dây quấn thứ cấp. Phương trình cân bằng sức từ động U1 = const  E1 = const  m = const ( m1dq1 .fN.k.2E 1  ) Do từ thông m = const nên sức từ động không đổi  mmRNIF   (không tải) constI.wI.wI.w 221101   (có tải)   '20 ' 2 02 1 2 01 II k I II w w II                  với 2 1 2 1 E E w w k  là tỷ số biến áp Hệ phương trình môt tả máy biến áp và giản đồ vector             ' 201 22222 11111 III IjxrEU IjxrEU     góc tổn hao từ trễ 2 góc lệch pha giữa I2 và E2. Zt i1 u1 e2 i2 u2 e2 e1 e1 Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 48 Sơ đồ thay thế của máy biến áp         ' 201 2222 1111 III IZEU IZEU    Quy đổi máy biến áp Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số, năng lượng. Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi Qui về sơ cấp: E’2 = E1, mà 22 2 1 1 kEE w w E   E’2 = kE2 Tương tự có : U’2 = kU2 Dòng điện thứ cấp quy đổi Điều kiện năng lượng: E2I2 = E’2I’2 Dòng điện thứ cấp quy đổi: 22' 2 2' 2 I k 1 I E E I  Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi Điều kiện năng lượng: 2' 2 ' 2 2 22 IrIr   2 2' 2 r.kr  Tương tự 2' 2 ' 2 2 22 IxIx   2 2' 2 x.kx  Hay 2 2' 2 Z.kZ  và t 2' t Z.kZ  Sơ đồ thay thế của máy biến áp             ' 20 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 11111111 III IjxrEIZEU IjxrEIZEU      0mm0m1 IjxrIZE   Với Zm = rm + jxm là tổng trở hóa đặc trưng cho mạch từ 2 0 Fe m I p r  là điện trở hóa đặc trưng cho tổn hao xm là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính  r1 r ’ 2 x ’ 2 x1 rm Z’t xm r1 r ’ 2 x ’ 2 x1 Z’t Xm Rm Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 49 Dòng điện không tải I0 thường rất nhỏ I0 = (0,5%  10%)I1đm. (tần số cao ko qua được) Với rn = r1 + r ’ 2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp. xn = x1 + x ’ 2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp. Xác định các thông số của máy biến áp Thí nghiệm không tải 1) Tỷ số biến áp k: 20 dm1 20 1 2 1 2 1 U U U U E E w w k  2) Điện trở không tải: 2 0 0 10 I p rrr m  rm  r0 3) Tổng trở không tải: 0 1 0 I U Z dm 0ZZm  4) Điện kháng không tải: 2 0 2 010 rZxxx m  xm  x0 5) Hệ số công suất không tải: 01 0 0cos IU p dm  (0,1  0,3) Thí nghiệm ngắn mạch I1 = I1đm Un = ( 3% + 10% ) U1đm 4) Tổng trở ngắn mạch dm1 dm1 n n n I U I U Z  5) Điện trở ngắn mạch 2 dm1 n n I P r  (có thể đo được, rất nhỏ) 6) Điện trở kháng ngắn mạch 2n 2 nn rZx  Quan hệ gần đúng: 2 r rr n'21  và 2 x xx n'21  Unr = rnI1đm là thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch. Uux = xnI1đm là thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch. 100 U Ix 100 U U %U 100 U Ir 100 U U %U 100 U IZ 100 U U %U dm1 dm1n dm1 nx nx dm1 dm1n dm1 nr nr dm1 dm1n dm1 n n    rn xn Z’t İ1=-İ ’ 2 Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 50 Các đặc điểm vận hành của máy biến áp Giản đồ năng lượng của máy biến áp Sơ cấp: P1 = U1I1cos1 công suất tác dụng. Q1 = U1I1sin1 công suất phần kháng. 1 góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp sơ cấp. pcu1 = r1I1 2 công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp. qcu1 = x1I1 2 công suất phản kháng tạo từ trường bản dây quấn sơ cấp. pfe = rmIo 2 công suất tổn hao trong lõi thép. qm1 = xmIo 2 công suất phản kháng tạo từ trường chính trong lõi thép. Công suất điện từ tác dụng và phản kháng truyền từ sơ cấp qua thứ cấp máy biến áp Pdt = P1 – pcu1 – pfe = E’2.I’2.cos 2 Qdt = Q1 – qcu1 – qm = E’2.I’2.sin 2 xem gần đúng góc lệch pha 2 giữa U2 và I2  góc lệch pha 2 giữa E2 và I2. Thứ cấp: pcu2 = r2I2 2 công suất tổn hao trên điện trở dây quấn thứ cấp. q2 = x2I2 2 công suất phản kháng tạo từ trường bản dây quấn thứ cấp. Do đó công suất tác dụng và phản kháng ở đầu ra máy biến áp là: P2 = Pdt – pcu2 = U2I2 cos 2 Q2 = Qdt – q2 = U2I2 sin 2 Hệ số tải của máy biến áp dm1 1 dm2 2 I I I I   = 1 - tải định mức;  1 - quá tải. Hiệu suất của máy biến áp 1 2 P P  hoặc 100 P P % 1 2 CuFe2 2 1 2 PPP P P P   P2 = U2I2 cos2 = .Sđmcos2 PFe  P0 (TN không tải với: U1đm) PCu = I1 2 r1 + I2 2 r2 = I1 2 (r1+r ’ 2) = I1 2 rn =  2 Pn. (TN ngắn mạch với: I1đm)  n02dm 2dm P.Pcos.S. cos.S.    nếu cos 2 không đổi thì hiệu suất sẽ cực đại khi:     = 0  2.Pn = P0 S1=P1+ jQ1 Sđt=Pđt+jQđt S2= P2+jQ2 pCu2 + jq2 pCu1+ jq1 pFe+jqm Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 51 Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại là:  = P0 Pn Độ thay đổi điện áp của máy biến áp U1 = Uđm = const U2 = U20 = U2đm Khi máy biến áp ở chế độ tải thì U2 < U2đm và phụ thuộc vào tải do điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Độ biến thiên điện áp thứ cấp U2 là: U2 = U2đm – U2 Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm: 100. U UU %U dm2 2dm2 2   Hay 100. U UU 100. U.k U.kU.k %U dm1 ' 2dm1 dm2 2dm2 2        2nx2nr dm1 2nx2nr 2 sin%.Ucos%.U U sin.Ucos.U %U    Lưu ý: sin 2 > 0 khi dòng điện chậm pha (tải cảm) sin 2 < 0 khi dòng điện sớm pha (tải dung)  U2% phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải. Từ U% ta tính được điện áp thứ cấùp U2 theo công thức:         100 %U 1UUUU 2dm22dm22 Sự làm việc song song của máy biến áp Điều kiện:cùng điện áp sơ cấp và thứ cấp và điện áp ngắn mạch phần trăm. nI nII nI nII II I U U %U %U    %U %U IZ %U %U IZ U IZ IZ 1 IZ U IZ I I I I nI nII II12n nII nI I11n dm1 IIdm12n II12nIdm11n dm1 I11n II1 IIdm1 Idm1 I1 II I                            MBA nào có điện áp ngắn mạch nhỏ hơn sẽ chịu tải lớn hơn Các máy biến áp đặc biệt Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu) 2 1 12 2 1 2 1 w w UU W w U U k  dòng điện? Thay đổi được điện áp U2 dễ dàng bằng cách cho con trượt di chuyển. Máy biến điện áp (Biến áp làm việc ở chế độ hở mạch) Tổng trở của cuộn dây sơ cấp Z1 của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác. Giảm góc lệch pha bằng cách giảm r1. Máy biến dòng điện (Biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch) Tổng trở mạch từ Zm của biến áp càng lớn (góc lệch pha càng nhỏ) càng chính xác. Tổng trở của các cuộn dây Zn của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác. Giảm góc lệch pha bằng cách tăng Zm. Bài tập: Bài giảng Máy Điện TCBinh Chương 2: Máy biến áp 52 _Tất cả các ví dụ. _ Bài tập: (.), (-) 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5a, 4.6, (*) 4.5bc, (**).