Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng.
Gồm cuộn dây sơ cấp nối nguồn điện và cuộn dây cảm ứng nối tải là cuộn thứ cấp.
Ký hiệu:
52 trang |
Chia sẻ: Mr Hưng | Lượt xem: 829 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang nội dung tài liệu Máy điện - Chương 2: Máy biến áp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 = L1 là điện kháng tản dây quấn sơ cấp.
x2 = L2 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
e2
i2
u2
e2 e1
e1
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 = U1I1cos1 công suất tác dụng.
Q1 = U1I1sin1 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 cos2 = .Sđmcos2
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, (**).
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- c2_may_bien_ap_c2_slide_v2_1172.pdf