Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 6: Máy biến áp 1 pha

Máy biến áp là thiết bị chuyển đổi điện năng từ mạch điện này sang mạch điện khác tuân theo định luật cảm ứng điện từ. Các thông số dòng và áp tại ngõ vào và ngõ ra có thể có giá trị khác nhau nhưng tần số của áp và dòng tại ngõ vào và ngõ ra bằng nhau. Ngõ vào được gọi là sơ cấp. Ngõ ra được gọi là thứ cấp 6.1.1. ĐỊNH NGHĨA 02 Máy biến áp gồm hai thành phần chính: Mạch Từ hay lõi thép. Các bộ dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Lõi thép biến áp tạo thành từ nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại theo hình dạng định trước Thép kỹ thuật điện có chứa Silic với hàm lượng thay đổi từ 1% đến 4%. Công dụng của Silic làm tăng tính dẫn từ, giảm thấp chu trình từ trễ và tổn hao thép. Các lá thép có bề dầy từ 0,35 mm đến 0,5 mm. 6.1.2. CẤU TẠO 03 04 Tổn hao nhiệt sinh ra trong lá thép do dòng xoáy tỉ lệ thuận với bề dầy lá thép. Bề dầy lá thép càng mỏng tổn hao nhiệt do dòng xoáy sẽ giảm thấp. 05 LÁ THÉP HÌNH U I LÁ THÉP HÌNH E I 06 07 KẾT CẤU BIẾN ÁP 1 PHA 08 BIẾN ÁP 1 PHA LÕI XUYẾN 09 BIẾN ÁP 3 PHA 3 TRỤ 10 6.1.3. THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC 11 Các thông số định mức của máy biến áp được qui định do nhà sản xuất khi chế tạo để máy vận hành ở chế độ liên tục, dài hạn. Các giá trị định mức gồm : Áp định mức. : Áp sơ cấp định mức. : Áp thứ cấp định mức. Dòng định mức . : Dòng sơ cấp định mức. : Dòng thứ cấp định mức. Công suất biểu kiến định mức 2đmU 1đmU 1đmI 2đmI đmS đm 1đm 1đm 2đm 2đmS U I U I= • = • 12 A X a xSô caáp Thöù caáp + - 1 1đmU U= + - 20 2đmU U= 10I Tải 10I Dòng không tải sơ cấp 20U Áp không tải thứ cấp 13 A X a xSô caáp Thöù caáp + - 1 1đmU U= + - 2U 2I 1I Tải 2 20U U≠ Khi máy biến áp mang Tải 1 1đm 2 2đmI < I & I < I ⇒ Biến áp Non Tải 1 1đm 2 2đmI > I & I I> ⇒ Biến áp Quá Tải 14 A X a xSô caáp Thöù caáp + - 1 1đmU U= + - 2U 2đmI 1đmI Tải 1 1đm 2 2đmI = I & I = I ⇒ Biến áp Đầy Tải 2 20U U≠ Khi máy biến áp mang Tải 15 A X a xSô caáp Thöù caáp + - 1 1đmU U= + - 20 2đmU U= 10I Tải A X a xSô caáp Thöù caáp + - 1 1đmU U= + - 2U 2I 1I Tải A X a xSô caáp Thöù caáp + - 1 1đmU U= + - 2U 2đmI 1đmI Tải Tk 1 T 1đm I k I = 2T 2đm I k I = 2 2 T 2 2đm U .I k U .I = 2 2 2 T 2đm 2đm đm U .I S k U .I S ≅ = 2 T đm S k S = 16 6.2.1. QUI TẮC BÀN TAY PHẢI I I II I Φ Φ Φ Φ Töø tröôøng taïo bôûi daây daãn thaúng Töø tröôøng taïo bôûi doøng qua cuoän daây solenoid 17 6.2.2. TỪ THÔNG B → A d B dA d B.cos .dA B dA → → → → Φ = • Φ = α Φ = •∫∫ Khi A là tết diện phẳng B.A.cosΦ = α A α Từ thông cực đại khi 0=α m B.AΦ = [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]2Wb ; A m ; B T Φ = = =  18 6.2.3. TƯƠNG ĐỒNG MẠCH ĐIỆN VỚI MẠCH TỪ: A A A + - E R I I Φ ℜ MẠCH ĐIỆN MẠCH TỪ DÒNG ĐIỆN I TỪ THÔNG ĐIỆN TRỞ R TỪ TRỞ SỨC ĐIỆN ĐỘNG E SỨC TỪ ĐỘNG F E = R.I Φ ℜ F .= ℜ Φ 19 A A A + - E R I I Φ ℜ MẠCH ĐIỆN MẠCH TỪ Điện trở Từ trở R A = ρ  Fe 1 A   =  µ  ℜ  20 6.2.4. ĐỊNH LUẬT AMPERE i1 i2 i3 in in-1 (C) d   H → n j j 1C H d i → → = • = ∑∫  21 A (C) + + + + + +(C) N voøng daây N daây daãn trong voøng (C)I I F N.I= Dòng điện I qua N vòng dây quấn trên mạch từ (lõi thép) sẽ tạo thành sức từ động F trong mạch từ Fe Fe F N.I 1 B . .A.B . H. A . N H . I I N. . = =     = =        ℜ Φ = µ µ =     22 6.2.5. ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Nếu Từ Thông xuyên qua tiết diện A biến thiên theo thời gian thì hình thành trên tiết diện này một sức điện động cảm ứng d e dt Φ = − 23 Nếu sức điện động cảm ứng tạo được dòng cảm ứng, thì dòng điện này tạo ra các hệ quả có khuynh hướng đối kháng với nguyên nhân ban đầu sinh ra nó. 24 6.3.1. TRẠNG THÁI KHÔNG TẢI U1âñm I1khoâng taûi = I10 φ taín N1 N2 + - oΦ U20 CUNG CAÁP ÑIEÄNAÙP VAØO DAÂY QUAÁN SÔ CAÁP DOØNG ÑIEÄN KHOÂNG TAÛI QUA DAÂY QUAÁN SÔ CAÁP HÌNH THAØNHSÖÙC TÖØ ÑOÄNG F10 TRONG MAÏCH TÖØ TÖØ THOÂNG TÖØ HOÙA KHEÙP KÍN TRONG MAÏCH TÖØ SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG CAÛM ÖÙNG HÌNH THAØNH TRONG DAÂY QUAÁN SÔ VAØ THÖÙ CAÁP ÑL OHM MAÏCH ÑIEÄN ÑL AMPERE ÑL OHM MAÏCH TÖØ ÑÒNH LUAÄT CAÛM ÖÙNG ÑIEÄN TÖØ COÂNG THÖÙC FARADAY QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ 25 Giả sử Từ Thông Từ Hoá biến thiên có dạng như sau: Sức điện động cảm ứng hình thành trong dây quấn sơ cấp thoả công thức Faraday: Tương tự dây quấn thứ cấp có sức điện động cảm ứng như sau: ( ) ( )( ) ( ) ( ) mo 1 1 1 1 1 m d .co e s td e t N N dt d t N . .si t n t Φ ωΦ = − = Φ ω − ω = ( ) ( )2 2 me t N . .sin t= Φ ω ω ( )o m cos tΦ = Φ ω 26 ( ) ( )1 1 me t N . .sin t= Φ ω ω Biên độ sức điện động sơ cấp 1m 1 mE N .= Φ ω Sức điện động hiệu dụng sơ cấp ( )1m 1 m 1 m1 1 mE N . 2 f.NE 2 f.N2 2 2 Φ ω π Φ = = = = π Φ 1 1 mE 4,44.f.N= Φ Tính tương tự Sức điện động hiệu dụng thứ cấp 2 2 mE 4,44.f.N= Φ 27 ( ) ( )1 1 me t N . .sin t= Φ ω ω ( )o m mcos t sin t 2 π Φ = Φ ω = Φ ω +    ( ) ( )2 2 me t N . .sin t= Φ ω ω Từ Thông Từ Hoá sớm pha thời gian hơn các sức điện động cảm ứng tại sơ và thứ cấp góc o90 mΦ 1E 2E 28 1 1 m 1 ba 2 2 m 2 E 4,44.f.N . N K E 4,44.f.N . N Φ = = = Φ U1âñm I1khoâng taûi = I10 φ taín N1 N2 + - oΦ U20 29 + +- - 1 • dmU 1 • E 2 20 • • =E U 1R 1tj.X 1 • OI Φo mj.XcR • XI • cI U1âñm I1khoâng taûi = I10 φ taín N1 N2 + - oΦ U20 30 Các phương trình cân bằng dòng và áp tại sơ cấp ( )1 101đm 1 t1U E R jX I • • • = − + + • 1 C xC mE R I jX I • • • − = • = • 10 C xI I I • • • = + + +- - 1 • dmU 1 • E 2 20 • • =E U 1R 1tj.X 1 • OI Φo mj.XcR • XI • cI 31 VECTOR ĐẢO mΦ 1E 2E1E− 32 VECTOR ĐẢO VẼ CÁC DÒNG IC VÀ IX VECTOR DÒNG KHÔNG TẢI I10 mΦ 1E− CI XI 10I 1 C xC mE R I jX I • • • − = • = • 33 VECTOR DÒNG KHÔNG TẢI I10 VECTOR ĐIỆN ÁP PHẦN TỬ R1 VÀ Xt1 VECTOR ÁP NGUỒN U1 mΦ 1E− C I XI 10I 1 10R .I t1 10X .I 1U 34 6.3.2. THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM TÁCH RỜI TẢI KHỎI THỨ CẤP (HỞ MẠCH THỨ CẤP). CẤP ÁP VÀO SƠ CẤP ĐÚNG ĐỊNH MỨC. LẮP CÁC THIẾT BỊ ĐO PHÍA SƠ CẤP. ĐO CÁC THÔNG SỐ PHÍA SƠ CẤP: DÒNG KHÔNG TẢI. CÔNG SUẤT TÁC DỤNG TIÊU THỤ Ở SƠ CẤP 35 GIẢ THIẾT ĐỂ ĐƠN GIẢN HOÁ TÍNH TOÁN TRONG THỰC TẾ DÒNG KHÔNG TẢI CÓ GIÁ TRỊ BẰNG 3% ĐẾN 5% DÒNG ĐỊNH MỨC SƠ CẤP. BỎ QUA ẢNH HƯỞNG ĐIỆN KHÁNG TẢN TỪ VÀ ĐIỆN TRỞ DÂY QUẤN PHÍA SƠ CẤP. TỔN HAO THÉP CHỈ PHỤ THUỘC VÀO ÁP NGUỒN CUNG CẤP. + - 1 • dmU 2 20 • • =E U 1 • OI Φo mj.XcR • XI • cI 1dmU XI cI 1OI 36 MỤC TIÊU CỦA THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI XÁC ĐỊNH GIÁN TIẾP CÁC THÔNG SỐ Rc VÀ Xm . XÁC ĐỊNH TỔN HAO THÉP XÁC ĐỊNH GẦN ĐÚNG TỈ SỐ BIẾN ÁP. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CÔNG SUẤT KHÔNG TẢI CỦA MBA. PHƯƠNG PHÁP TÍNH DÙNG XÁC ĐỊNH Rc VÀ Xm 2 1đm c o U R P = 1đmc c U I R = 2 2 x 10 cI I I= − 1đm m x U X I = THỰC HIỆN TUẦN TỰ 4 PHÉP TÍNH SAU :