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

Chương 6 MÁY BIẾN ÁP Kỹ thuật điện 1 6.1 Khái niệm chung 6.2 Cấu tạo MBA 6.3 Nguyên lý làm việc 6.4 Các phương trình MBA 6.5 Mạch tương đương MBA 6.6 Chế độ không tải của MBA Chương 6 Kỹ thuật điện 2 6.7 Chế độ ngắn mạch của MBA 6.8 Chế độ có tải 6.9 MBA 3 pha 6.10 MBA đặc biệt 6.1. Khái niệm chung Kỹ thuật điện 3  Định nghĩa  Hình ảnh minh họa  Các đại lượng định mức  Công dụng Định nghĩa Kỹ thuật điện 4 Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh biến đổi điện năng sang điện năng dựa vào định luật cảm ứng điện từ. Phân biệt phía sơ cấp và phía thứ cấp Hình ảnh minh họa Kỹ thuật điện 5 Hình ảnh minh họa Các đại lượng định mức Kỹ thuật điện 6 Điện áp định mức Uđm: Dòng điện định mức Iđm: Công suất định mức Sđm: Công dụng của MBA Kỹ thuật điện 7 Dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện đi xa và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp cho tải. Dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làm nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử 6.2. Cấu tạo của MBA Kỹ thuật điện 8  Lõi thép  Dây đồng Lõi thép Kỹ thuật điện 9 Lõi thép dùng để dẫn từ thông đi. Bao gồm phần trụ và phần gông. Lõi thép Kỹ thuật điện 10 Dựa vào kiểu mạch từ hay lõi thép mà ta có 2 loại sau:  Loại trụ: ít dùng vì sinh ra từ tản nhiều dẫn đến sụt áp cao.  Loại bọc: thông dụng, các dây quấn được quấn đồng tâm. Dây đồng Kỹ thuật điện 11 Dây quấn MBA được làm bằng đồng hoặc nhôm. Có tiết diện tròn hoặc hình vuông hoặc hình chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện. Tiết diện dây hình vuông hoặc hình chữ nhật dùng cho MBA nhỏ. Vì sợ khi NM loại này dễ bị biến dạng. Trong khi tiết diện tròn ít hơn. Làm mát MBA: không khí, dầu, cần thiết sẽ làm mát cưỡng bức thêm 6.3. Nguyên lý làm việc cua MBA Kỹ thuật điện 12 sin( ) 2 sin( )m t t      0 1 1 1 0 1 sin( 90 ) 2 sin( 90 ) m d e N N t dt E t            0 2 2 2 0 2 sin( 90 ) 2 sin( 90 ) m d e N N t dt E t            6.3. Nguyên lý làm việc cua MBA Kỹ thuật điện 13 1 1 1 12 4.44 2 m m m N E fN fN          2 2 2 22 4.44 2 m m m N E fN fN          Trị hiệu dụng của sức điện động Tỷ số MBA: 1 1 1 2 2 2 2 1 E U N I K E U N I     6.4. Các phương trình MBA Kỹ thuật điện 14 Sụt áp trong MBA do điện trở, từ thông tản từ Điện cảm tản sơ cấp và thứ cấp 1 1 1 1 2 2 2 2 t t N L i N L i     Từ thông tản từ φt1 chỉ móc vòng cuộn dây sơ cấp W1 và do dòng điện i1 sinh ra Từ thông tản từ φt2 chỉ móc vòng cuộn dây sơ cấp W2 và do dòng điện i2 sinh ra 6.4. Các phương trình MBA Kỹ thuật điện 15  Phương trình điện áp sơ cấp  Phương trình điện áp thứ cấp  Phương trình dòng điện Phương trình điện áp sơ cấp Kỹ thuật điện 16 1 1 1 1 1 di u e Ri L dt    1 1 1 1 11 1U E R I jX E Z I     Dạng cực Phương trình điện áp thứ cấp Kỹ thuật điện 17 2 2 2 2 2 di u e Ri L dt    2 2 2 2 22 2U E R I jX E Z I     Dạng cực 22 TU Z I Phương trình dòng điện Kỹ thuật điện 18 Định luật Ohm từ 1 1 2 2N i N i    1 21 2N I N I   Hay: Thực tế thì 1E U Nên: 1 14.44 m U fN   Phương trình dòng điện Kỹ thuật điện 19 Dòng thứ cấp qui về sơ cấp 2 2' I I K  Quan hệ dòng điện 1 0 2'I I I  Phương trình dòng điện Kỹ thuật điện 20 Mô hình toán MBA 2 2 22U E Z I  1 1 11U E Z I  22 TU Z I 1 0 2'I I I  6.5. Mạch tương đương MBA Kỹ thuật điện 21  Mạch tương đương chính xác  Mạch tương đương chính xác qui về phí sơ cấp  Mạch tương đương gần đúng qui về phí sơ cấp Mạch tương đương chính xác MBA Kỹ thuật điện 22 1 1C C C E I G E R   1 1m m m E I jB E jX    0 C mI I I  Mạch tương đương chính xác MBA Kỹ thuật điện 23 11 1RU R I  Mạch tương đương phía sơ cấp 11 1XU jX I  11 1U Z I  1 1 11U E Z I  Mạch tương đương chính xác MBA Kỹ thuật điện 24 22 2RU R I  Mạch tương đương phía thứ cấp 22 2XU jX I  22 2U Z I  2 2 22U E Z I  22 TU Z I Mạch tương đương chính xác MBA Kỹ thuật điện 25 Mạch tương đương lõi thép 0mI I Mạch tương đương chính xác MBA qui về sơ cấp Kỹ thuật điện 26 2 2 2 2 2 2 2 2 ' ' ' T T U KU I KI Z K Z Z K Z     1 0 2'I I I  1 2 22' ' 'U E Z I  1 1 11U E Z I  2 2' ' 'TU Z I Mạch tương đương gần đúng MBA qui về sơ cấp Kỹ thuật điện 27 1 2 1 2 ' ' n n n n n R R R X X X Z R jX       1 2' 'n T U I Z Z   Sụt áp qua Z1 nhỏ nên: 11U E Ưu điểm của mạch này là chỉ dùng áp 1U 1 0 2'I I I  Mạch tương đương gần đúng MBA qui về sơ cấp Kỹ thuật điện 28 Bỏ qua ảnh hưởng mạch từ: Dùng để tính toán sụt áp Mạch tương đương gần đúng MBA qui về sơ cấp Kỹ thuật điện 29 Bỏ qua ảnh hưởng điện trở: Dùng để tính toán cho MBA công suất lớn > 100 kVA 6.6. Chế độ không tải của MBA Kỹ thuật điện 30  Các phương trình không tải  Các đặc điểm của chế độ không tải  Thí nghiệm không tải MBA Các phương trình MBA không tải Kỹ thuật điện 31 1 0 0 1 1 1( ) ( / / )C m U I Y U R jX R jX     0 1( )C m C mI I I G jB U    0TP P Các đặc điểm của chế độ không tải Kỹ thuật điện 32 Dòng không tải rất nhỏ so với : 0I 1,dmI 0 0 1, % 100% dm I I I  Tổn hao không tải gồm tổn hao thép và tổn hao đồng phía sơ cấp: 2 2 2 2 2 1 1 0 1 0 0 1 0C C C E U P R I R I R I R R      Hệ số công suất không tải: 0 0 0 1 cos P I U   Thí nghiệm không tải MBA Kỹ thuật điện 33 Thí nghiệm không tải dùng để xác định: Tỷ số biến áp Dòng không tải Tổn hao lõi thép Hệ số công suất không tải Điện trở lõi thép Điện kháng từ hóa lõi thép 0 0 0 1 cos P I U   1 20 U K U  0 0 1, % 100% dm I I I  2 0 1 0 0TP P R I P   2 01 2 0 1 C C PU R G P U    2 2 2 20 1 0 0 1 0 1 ( ) ( )C m m C m m I U Y G B B Y G X U B I          6.7. Chế độ ngắn mạch MBA Kỹ thuật điện 34  Các phương trình ngắn mạch  Các đặc điểm của chế độ ngắn mạch  Thí nghiệm ngắn mạch MBA Các phương trình ngắn mạch Kỹ thuật điện 35 1 ( )n n nn nU I R jX I Z   Các đặc điểm của chế độ ngắn mạch Kỹ thuật điện 36 Dòng ngắn mạch : 1 n n U I Z  Tổn hao ngắn mạch là tổn hao đồng của 2 cuộn dây: 2 2 2 1 1 2 2n n n n nP R I R I R I   Hệ số công suất không tải: 0 1 cos n n P I U   Thí nghiệm ngắn mạch MBA Kỹ thuật điện 37 Thí nghiệm ngắn mạch dùng để xác định: Điện áp NM % Tổn hao đồng định mức Hệ số công suất không tải Tổng trở, điện trở, điện kháng NM: 1 cos nn n P I U   1, % 100%nn dm U U U  Cu nP P 2 2 2 1, 1, ; ;n nn n n n n dm dm U P Z R X Z R I I     Thí nghiệm ngắn mạch MBA 38 Thí nghiệm ngắn mạch dùng để xác định: Điện trở và điện kháng tản của từng phía sơ cấp và thứ cấp: Điện trở và điện kháng thứ cấp: Điện áp NM tác dụng và điện áp phản kháng tính bằng phần trăm: 1 2' 2 nRR R  1 2' 2 nXX X  2 2 2 'R R K  22 2 'X X K  1, 1, % 100% %cosn dmr n n n dm R I U U U    1, 1, % 100% %sinn dmx n n n dm X I U U U    6.8. Chế độ có tải của MBA Kỹ thuật điện 39 Tải được cho bằng hai dạng: 1.Tổng trở: 2.Công suất: 2t tZ Z   2;cost tP P  Khi ta biết được 02 2 0U U  Ta tính được dòng tải: Hoặc 0 2 2 2 2 2 2 0 tt UU I I ZZ         2 2 2 2 2 2 2cos P I I U        6.8. Chế độ có tải của MBA Kỹ thuật điện 40 Hệ số mang tải của MBA 2 1 2 2 2, 1, 2, 2, t dm dm dm dm I I P S K I I P S     6.8. Chế độ có tải của MBA Kỹ thuật điện 41  Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải  Đặc tuyến ngoài của MBA 2U 2I Tải dung Tải trở Tải cảm 2,dmU 2,dmI 6.8. Chế độ có tải của MBA Kỹ thuật điện 42  Tổn hao trong MBA  Hiệu suất MBA Tổn hao trong MBA Kỹ thuật điện 43 Tổn hao sắt và tổn hao đồng 2 0 t NP P K P   Hiệu suất MBA Kỹ thuật điện 44 22 2 2 1 2 2 0 cos cos t dm t dm t N K SP P P P P K S P K P          Khi hệ số công suất là cố định ta có hiệu suất max phụ thuộc vào hệ số mang tải  max 0 t N P K P  6.9. MBA ba pha Kỹ thuật điện 45  Cấu tạo mạch từ: MBA ba pha ba trụ, ba pha năm trụ, tổ hợp ba MBA một pha.  Tổ đấu dây: đấu sao hay tam giác 6.10. MBA đặc biệt Kỹ thuật điện 46  MBA tự ngẫu: tăng áp, giảm áp  MBA đo lường: TI. TU  MBA hàn điện Kỹ thuật điện 47 Kỹ thuật điện 48