Bài giảng Máy điện I (cơ sở) - Chương 1: Máy biến áp

12/2015 1ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Máy biến áp TS. Trần Tuấn Vũ BM Thiết Bị Điện - Điện Tử Viện Điện / C3-106 vu.trantuan@hust.edu.vn / 0906 298 290 Chương 1 Học phần EE3140 – MÁY ĐIỆN I 2ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Tóm tắt Các mục chính đã học buổi trước Chương 0 – Mở đầu môn học Máy Điện 1 0. Máy điện? 1. Định nghĩa và phân loại 2. Các định luật nghiên cứu máy điện 3. Các vật liệu chế tạo máy điện 4. Tính thuận nghịch của máy điện 5. Phát nóng và làm mát máy điện 6. Sản xuất máy điện Buổi học này Chương 1 – Máy biến áp Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MBA 1.1. Định nghĩa, vai trò và công dụng của MBA 1.2. Cấu tạo của MBA 1.3. Nguyên lý làm việc của MBA 1.4. Các đại lượng định mức của MBA 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÓ TẢI VÀ HIỆU SUẤT CỦA MBA 4. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 3ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.1. Định nghĩa, vai trò và công dụng của MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP S 3 U I=Cùng một công suất chuyền tải: - Giảm sụt áp ∆Ud - Giảm tổn hao ∆Pd - Giảm tiết diện dây s tăng giảm
giảm khối lượng xà, cột, bê tông
giảm chi phí đầu tư 4ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.1. Định nghĩa, vai trò và công dụng của MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP - Định nghĩa: MBA là thiết bị chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều từ mạch điện này sang mạch điện khác theo nguyên lý cảm ứng điện từ - Công dụng chính: + Máy biến áp công suất lớn (MBA điện lực) dùng trong HTĐ để truyền tải và phân phối điện năng + Máy biến áp chuyên dùng: lò luyện kim, hàn điện, chỉnh lưu, đo lường, bảo vệ, thí nghiệm .... 5ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.2. Cấu tạo Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Lõi thép (mạch từ) Mục đích Cấu tạo Thành phần Kiểu lõi thép dẫn từ thông các lá thép KTĐ để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Trụ: đặt dây quấn trụ Gông: nối các trụ bọc trụ – bọc Kiểu bọc Kiểu trụ-bọc 6ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.2. Cấu tạo Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Dây quấn Mục đích Cấu tạo Kiểu quấn dây dẫn điện Dây đồng (nhôm) có cách điện Dây quấn đồng tâm Hình trụ, dây dẫn tròn Hình xoắn, dây dẫn bẹt Xoáy ốc liên tục Dây quấn xen kẽ Số dây quấn trên 1 trụ: 1, 2, 3 Dầu / không khí làm mát 7ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.2. Cấu tạo Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Các phụ kiện khác Thành phần Mục đích Thùng dầu Vỏ sắt Đựng dầu Cánh tản nhiệt Làm mát Dầu Làm mát + Cách điện Van xả Xả dầu Nhãn Ghi thông số máy Ngoài thùng dầu Bánh xe Nắp thùng Tai cẩu máy Sứ cách điện Lỗ cắm nhiệt kế Bình dầu phụ Kính nhìn dầu Bộ điều chỉnh điện áp MBA khô 8ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.2. Cấu tạo  MBA truyền tải > 110kV, 220kV, 500kV Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP MBA EEMC, trạm 220kV Chèm Hà Nội 9ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.2. Cấu tạo  MBA phân phối: kín / có bình dầu phụ / khô Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP MBA 22/0.4 kV trên phố Hà Nội 10ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.2. Cấu tạo Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Nhà máy sản xuất máy biến áp tại Nuremberg của Siemens 11ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.3. Nguyên lý làm việc của MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP u1~ φ biến thiên  e1 và e2 Giả sử φ = φm sinωt 1 1 d e W dt φ = − 2 2 d e W dt φ = − W1,W2 : số vòng dây sơ cấp và thứ cấp 1 1 me W cos t= − φ ω ω 1 1 me 2 fW= pi φ  1 1 ee 2E sin( t )= ω + ψ E1 = 4,44.f.W1.φm  ψe = - 90O 1E = 1 m 2 fW 2 pi φ φ  φ móc vòng qua 2 dây quấn φr 1E ur Ztu1~ i1 sin( t 90 )ω − o W1 W2 Sơ cấp Thứ cấp e1 e2 12ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.3. Nguyên lý làm việc của MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Tương tự: và tiêu thụ trên tải E2 = 4,44.f.W2.φm  U1≈ E1 ; U2 ≈ E2 1 2 U U ≈  hệ số BA k < 1   Trong dây quấn có dòng i2 Zt φ Khi nối dây quân thứ cấp với tải i2 Năng lượng điện xoay chiều lấy vào từ mạch sơ cấp thông qua mạch từ chuyển sang phía thứ cấp Nếu bỏ quả tổn hao trên dây quấn 1 2 E E = 1 2 W k W = máy tăng áp k > 1  máy hạ áp i1 u2u1~ W1 W2 Sơ cấp Thứ cấp e1 e2 13ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 1.4. Các đại lượng định mức của MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Io SC TC 1. Công suất : Sđm = U2đm.I2đm ≈ U1đm.I1đm (VA, kVA) 2. Điện áp : 3. Dòng điện : I 1đm, I2đm (A, kA) Ký hiệu : U1đm/U2đm (VD: 22/0,4 kV) Chú ý: Các đại lượng Uđm , Iđm trong MBA 3 pha là các đại lượng dây Sđm = sqrt(3)*Uđm*Iđm 4. Thông số khác : Po, Pn U1n I1đm I2đm U1đm U2đm U1đm U2đm (V, kV) 14ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Tổng kết Các mục chính đã học Chương 1 – Máy biến áp 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MBA 1.1. Định nghĩa, vai trò và công dụng của MBA 1.2. Cấu tạo của MBA 1.3. Nguyên lý làm việc của MBA 1.4. Các đại lượng định mức của MBA 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MBA 4. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA Buổi học tới Chương 1 – Máy biến áp Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MBA 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA 2.1. Các phương trình cơ bản của MBA 2.2. Quy đổi máy biến áp và sơ đồ thay thế MBA 2.3. Chế độ không tải và ngắn mạch của MBA 2.4. Thí nghiệm xác định thông số của MBA 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÓ TẢI VÀ HIỆU SUẤT CỦA MBA 4. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 15ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.1. Các phương trình cơ bản của MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP a. Phía sơ cấp 1. Phương trình cân bằng điện áp - ΦC : móc vòng qua 2 d/q - Φt1 : do i1 sinh ra chỉ móc vòng riêng với d/q sơ cấp Φt1 C 1 1 d e W dt φ = − t1 t1 1 d e W dt φ = −  e1 và et1 1 1 t1 1 1u e e R i= − − + et1 e1u1 i1 R1 i2 φC Zt u2 i1 u1~ W1 W2 e1 e2 16ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.1. Các phương trình cơ bản của MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP b. Phía thứ cấp: Phương trình cân bằng điện áp - Sơ đồ thay thế dạng phức: Tương tự : 1 11 1 1 1 1 1 U E I (R jX ) E I Z = − + + = − +      t1 1 1 d di di dt ψ = − Lt1 1 t1 t1 di e L dt = − 1 1 1 t1 1 1 di u e L R i dt = − + + E1U1 I1 X1R1 2 2 2 22 2 2 2U E I (R jX ) E I Z= − + = −      t1 t1 1 d e W dt φ = − t1d dt ψ = − 1 1 t1 1 1u e e R i= − − + 11R I+  11U E= − +   1t1j L Iω  X1 e1u1 i1 Lt1R1 I2 X2 E2 U2 R2 17ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.1. Các phương trình cơ bản của MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP 2. Phương trình cân bằng từ Không tải: i2 = 0 Có tải: i2 ≠ 0 1 2 1 21 2F F W I W I+ = +     1 2 oF F F=> + =    1 2 o1 2 1W I W I W I=> + =    2 1 o 1 2 II IW W => + =    k ' 1 o 2I I I=> = +    PT cân bằng từ E1U1 X1R1 ∆U1 Khi bỏ qua ∆U1:  Φ do Fo= W1 Io  Φ do F1 và F2 i2 φC Zt u2 i1 u1~ W1 W2 e1 e2 - I2’ ' 2 2 II k = −   U1 ≈ E1 = 4,44fW1 mΦ = constmΦ U1 = const 18ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.2. Quy đổi và sơ đồ thay thế MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP 1. Mục đích: thuận tiện cho nghiên cứu 3. Qui đổi: thường quy đổi dây quấn TC về SC E2’ = E1 Biến đổi E2 E2’ = E1  1 1 2 2 E Wk E W = =E2’ = kE2 = E1 b. Qui đổi dòng điện: Điều kiện : 22 2 2 ' ' II E E => =
Tăng s.đ.đ hay điện áp bao nhiêu, phải giảm dòng bấy nhiêu Tương tự: U2’ = kU2 2. Điều khiện: bảo toàn quá trình năng lượng E2’ I2’ = E2 I2 2 I k = a. Qui đổi s.đ.đ và điện áp: E1U1 I1 X1R1 I2 X2 E2 U2 R2 19ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.2. Quy đổi và sơ đồ thay thế MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP I2 ’ X2 ’ U2 ’E2’U1 I1 X1R1 E1= R2 ’ c. Qui đổi tổng trở Từ PTCB đ/áp phía thứ cấp: Nhân 2 vế với k và I2 = kI2’ Zt’ = k2 Zt 2 2 22 2 2U E jX I R I= − −     2 2 2 22 2 2 ' k U k E (k R jk X ) I= − +    2 22 2 2 ' ' ' ' 'U E ( R jX ) I= − +    PT sau khi qui đổi: Zt’ Chú ý: Các thông số dây quấn thứ cấp được qui đổi về dây quấn sơ cấp đều có dấu phẩy Io X2 ’R2 ’U2’ E2’ Sơ đồ thay thế MBA sau quy đổi: 1 o 2 'I I I= +    20ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.2. Quy đổi và sơ đồ thay thế MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP I2’X2’ U1 X1R1 E1 R2’ Sơ đồ thay thế MBA 1 othE Z I− =   Sơ cấp Thứ cấp Lõi thép Io ≈ (2 ÷ 6)%I1đm Có thể sử dụng sơ đồ thay thế gần đúng : U2’U1 I1 R2’ I2 ’X2’X1R1 Zt’ Thay th th thZ (R jX )= + A B I1 Rth R2’ I2 ’X2’ U2’U1 X1R1 Xth Zt’ Io Tải Zt’ ABU =  21ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.3. Chế độ không tải và ngắn mạch của MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP 1. Chế độ không tải a. Sơ đồ nguyên lý: b. Sơ đồ thay thế: U1đm U2đm Io Xth U1đm Io X1R1 Rth c. Tổng trở Zo Zo = ( R1+ Rth )+ j(X1 + Xth) Zo = Ro+ jXo Vì : R1 << Rth X1 << Xth coi Ro ≈ Rth ; Xo ≈ Xth d. Công suất không tải Po : Po = Ro Io2 e. Hệ số công suất cosϕo : o oo o 1 m o R P cos U I ϕ = = Z ® ≈ 0.1 ÷ 0,2  Không nên để MBA làm việc không tải hoặc quá non tải! ≈ Rth Io2 = ∆Pst I1 Rth R2’ I2 ’X2’ U2’U1 X1R1 Xth Zt Io 22ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.3. Chế độ không tải và ngắn mạch của MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP 2. Chế độ ngắn mạch a. Ngắn mạch thí nghiệm Sơ đồ thay thế I1n X2’ U1n X1R1 R2’Tổng trở Zn Zn = ( R1+ R2’)+ j(X1 + X2’) Zn = Rn+ jXn Trong MBA : R1 ≈ R2’ X1 ≈ X2’ Rn ≈ 2R1 ; Xn ≈ 2X1 u1n I2n I1n I1 Rth R2’ I2 ’X2’ U2’U1 X1R1 Xth Zt’ Io 23ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.3. Chế độ không tải và ngắn mạch của MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP b. Ngắn mạch sự cố MBA: un% un% ≈ (3 ÷ 10) => I1n ≈ (10÷33) I1đm Thiết bị bảo vệ (circuit breaker) cắt MBA khỏi lưới điện khi có sự cố
Sự cố nguy hiểm: cháy nổ U1 = U1đm 24ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.4. Thí nghiệm xác định thông số MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP Xác định các tham số của MBA bằng thì nghiệm 1. Thí nghiệm không tải Sơ đồ: V2 * W * V1 A U10 Đo : AI0 ở U10 ở V1 WP0 ở U20 ở V2 Xác định các tham số: 0 0 2 0 PR I = 10 0 0 U I =Z 2 2 o o oX R= −Z Rth ≈ R0 ; Xth ≈ X0 10 20 Uk U = Xth U1đ m Io X1R1 Rth 25ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.4. Thí nghiệm xác định thông số MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP Xác định các tham số của MBA bằng thì nghiệm 1. Thí nghiệm không tải Sơ đồ: V2 * W * V1 A U10 Đo : 26ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.4. Thí nghiệm xác định thông số MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP A1I1đm ở 2. Thí nghiệm ngắn mạch: Sơ đồ: Đo : U1n ở V WPn ở I2đm ở A2 Xác định tham số 2 2 n n nX R= −Z U1 A2 * W * V A1Bộ điều chỉnh U ' n 1 2 RR R 2 ≈ = ' n 1 2 XX X 2 ≈ = định mức Các thành phần của điện áp ngắn mạch: I1đm U1n XnRn 27ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2.4. Thí nghiệm xác định thông số MBA Chương 6 – MÁY BIẾN ÁP Tỷ số biến áp k U1/U20; U1 đo bằng (V1), U20 đo bằng (V2) Tổn hao không tải P0 đo bằng (W) Dòng điện không tải I0 = I1 đo bằng (A) Tổng trở không tải Z0 Z0 = 2th1 2 th1 1 1 )X(X)R(R I U +++= Điện trở không tải R0 R0 = R1 + Rth = 2 0 0 I P Điện kháng không tải X0 X0 = X1+Xth ≈ Xth= 2o 2 o RZ − Hệ số công suất lúc không tải cosϕ0 o1 o .IU P TN không tải TN ngắn mạch Công suất ngắn mạch Pn đo Điện áp ngắn mạch Un đo Điện trở ngắn mạch Rn 2 1dm n I P Tổng trở ngắn mạch Zn 1dm n I U Điện kháng ngắn mạch Xn 2 n 2 n RZ − Điện trở dây quấn sơ cấp R1 2 R n Điện trở dây quấn thứ cấp R2 2 ' 2 k R Điện kháng dây quấn sơ cấp X1 ≈ X’2 2 X n Điện kháng dây quấn thứ cấp X2 2 ' 2 k X 28ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Tổng kết Các mục chính đã học Chương 1 – Máy biến áp 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MBA 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA 2.1. Các phương trình cơ bản của MBA 2.2. Quy đổi máy biến áp và sơ đồ thay thế MBA 2.3. Chế độ không tải và ngắn mạch của MBA 2.4. Thí nghiệm xác định thông số của MBA 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MBA 4. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA Buổi học tới Chương 1 – Máy biến áp Các mục sẽ học 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MBA 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÓ TẢI VÀ HIỆU SUẤT CỦA MBA 3.1. Giản đồ năng lượng của máy biến áp 3.2. Độ thay đổi điện áp và các phương pháp điều chỉnh điện áp 3.3. Tổn hao và hiệu suất của MBA 4. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 29ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.1. Giản đồ năng lượng của MBA  Xét MBA 3 pha làm việc với tải đối xứng (ZA = ZB = ZC) và các vấn đề được xét trong 1 pha Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 30ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.1. Giản đồ năng lượng của MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Cân bằng công suất tác dụng Cân bằng công suất phản kháng P1 U1I1cosϕ1 Q1 U1I1sinϕ1 pCu1 R1I12 q1 X1I12 pFe RthI02 qth Xth.I02 Pđt P1 – pCu1 - pFe Qđt Q1 – q1 – qth E2’I2’sinϕt pCu2 R2’I2’2 = R2I22 q2 X2’I2’2 = X2I22 P2 Pđt – pCu2 Q2 Qđt – q2 U2’I2’cosϕt = U2I2cosϕt U2’I2’sinϕt = U2I2sinϕt Tính chất tải Q1 Q2 Công suất phản kháng truyền Điện cảm ϕt > 0 > 0 > 0 từ sơ cấp sang thứ cấp Điện dung ϕt < 0 nếu Q1 < 0 < 0 từ thứ cấp sang sơ cấp nếu Q1 > 0 từ TC, SC vào mạch từ MBA 17 31ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp và PP điều chỉnh điện áp Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 1. Độ biến thiên điện áp thứ cấp và đặc tính ngoài của MBA a. Độ biến thiên điện áp thứ cấp m 2 m U UU% 100 U −∆ = 2® 2® (1) Nhân tử và mẫu với k ' m 2 m U UU% 100 U −∆ = 1® 1® (2) U1®m U2’ I1 XnRn Zt’ . . . . ' 1 11 m 2 n nU U R I jX I= + +® 32ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp và PP điều chỉnh điện áp Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP ' 2U ur 1njX I r 1I r ϕ2 1nR I r A BC mU ur 1® θ Chọn '2U ur làm gốc Giả sử tải mang t/c điện cảm thực tế góc θ rất nhỏ ' 1 m 2U trùng phaU ur ur ® U1®m - U2’ = AB AC CB= + = RnI1cosϕ2 + XnI1sinϕ2 n 1 2 n 1 2 m R I cos X I sinU% 100 U ϕ + ϕ∆ = 1® n m n m1 2 2 m m m R I X IIU% [ 100cos 100sin ] I U U ∆ = ϕ + ϕ1® 1® 1® 1® 1® unx%unr%β β < 1 non tải β > 1 quá tải β = 1 tải định mức . . . . ' 1 11 m 2 n nU U R I jX I= + +® Đồ thị vector: ' m 2 m U UU% 100 U −∆ = 1® 1® hệ số tải 1 2 m m m I I S I I S β = = ≈ 1® 2® ® 33ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp và PP điều chỉnh điện áp Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP ∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2) ∆U% phụ thuộc 3 yếu tố: ∆U% β R R-L R- C - Độ lớn của tải - Tính chất của tải - Thông số MBA ∆U% = f(β, ϕ2) - tải R ϕ2 = 0 - tải R-L  0 < ϕ2 < 90o - tải R-C  - 90o < ϕ2 < 0 unr% unx% un% R XZ ϕn ∆U% = βun%(cosϕn cosϕ2 + sinϕnsinϕ2) ∆U%= βun%cos(ϕn- ϕ2 ) (β) (ϕ2) (unr%, unx%)  ∆U% = βunr%  ∆U%R-L> ∆U%R >90o =90o < 90o Nói chung ∆U%R-C < 0 (Rn và Xn) 34ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp và PP điều chỉnh điện áp Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP b. Đặc tính ngoài U2 = f(I2) 2 2 m U%U (1 )U 100 ∆ = − ® U2 I2 R R-L R-C Giữ U2 không đổi (PP điều chỉnh điện áp): m 2 m U UU% 100 U −∆ = 2® 2® U2đm f(β,cosϕ2) U2 = f( β,cosϕ2) ∆U% β R - Tải R: U2đm > U2 thay đổi W1 hoặc W2 hoặc dùng tụ bù - Tải R - L: U2đm > U2 - Tải R - C: U2đm < U2 35ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.3. Tổn hao và hiệu suất MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP P1 P2P∆∑ 2 1 P P η =  hiệu suất 2 2 P P P η = + ∆∑Các loại tổn hao: + Tổn hao đồng: ∆P® = R1I12 + R2’ I2’2 = RnI12 221 n 1 m 1 m I( ) R I I = ® ® ∆P® = β2Pn + Tổn hao sắt: ∆Pst = RthI02 ≈ R0I02 ∆Pst = P0 36ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 3.3. Tổn hao và hiệu suất MBA Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP η β + P2 = U2I2cosϕ2 2 2 m 2 m 2 2 m I U I cos I ≈ ϕ ® ® ® S®mβ P2 = βS®m cosϕ2 m 2 2 m 2 n 0 S cos S cos P P β ϕη = β ϕ + β + ® ® βk ηmax 0 k n P P β = cosϕ22 cosϕ21 ∆P® = β2Pn ∆Pst = P0 2 2 P P P η = + ∆∑ ηmax
37ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Ch1-BT01 MBA 1 pha có số liệu: Sđm = 3 kVA, U1đm = 380 V, U2đm = 36 V. Khi làm việc với tải định mức có cos(φ2) = 0.8; hiệu suất η = 0.97. Xác định I1đm, công suất tiêu thụ trên tải Pt và tổng tổn hao ∆P trong MBA? Chọn câu trả lời sai? 1. I1đm = 7.89 A 2. Pt = 2.4 kW 3. ∆P = 0.6 kW Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 38ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Ch1-BT02 MBA 1 pha có số liệu: Sđm = 2.5 kVA, U1đm = 220 V, U2đm = 127 V. - Thí nghiệm không tải: U10 = 220 V; I10 = 1.4 A; P10 = 30 W. - Thí nghiệm ngắn mạch: I1n = I1đm; U1n = 8.8 V; P1n = 80 W. Tính các thông số của sơ đồ thay thế MBA? Chọn câu trả lời sai? 1. Xth = 156.25 Ω 2. R1 = 0.31 Ω 3. X2 = 0.1 Ω 4. R2 = 0.1 Ω Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 39ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Ch1-BT03 MBA 1 pha có số liệu: Sđm = 2.5 kVA, U1đm = 220 V, U2đm = 127 V. - Thí nghiệm không tải: U10 = 220 V; I10 = 1.4 A; P10 = 30 W. - Thí nghiệm ngắn mạch: I1n = I1đm = 11.35 A; U1n = 8.8 V; P1n = 80 W. Biết tải có tc điện cảm cos(φt) = 0.8 và hệ số tải βt = 0.5 Chọn câu trả lời sai? 1. η = 95.2 % 2. Un% = 4 % 3. ∆U2% = 3.2 % 4. U2 = 124.5 V Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 40ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.1. Cấu tạo MBA 3 pha Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 1. Cấu tạo và nguyên lý: Các đại lượng định mức: - Công suất định mức Sđm : ba pha - Dòng, áp định mức Uđm, Iđm: đại lượng dây - Tổn hao công suất P0, Pn : ba pha - Các đại lượng khác: un%, i0% 41ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.2. Tổ nối dây Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Định nghĩa Ví dụ Y/∆ - 11 Ý nghĩa Mục đích Phụ thuộc các yếu tố sau Cho biết kiểu nối dây của cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp Sơ cấp nối Y, thứ cấp nối ∆ Khi các máy biến áp nối song song phải cùng tổ nối dây Tuỳ theo kết cấu mạch từ chọn kiểu nối dây thích hợp để tránh bất lợi (tăng tổn hao phụ, sức điện động pha không sin ) Chiều quấn dây hoặc ký hiệu đầu dây Cho biết góc lệch pha giữa các sức điện động dây cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp Góc lệch pha giữa e1 và e2 là 3300 Kiểu đấu dây Máy biến áp 1 pha chỉ có 2 tổ nối dây I/I -12, I/I - 6 42ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.2. Tổ nối dây Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp 3 pha có 12 tổ nối dây tương ứng với 12 giờ đồng hồ. Trong thực tế, tổ nối dây I/I - 12, Y/Y -12, Y/∆ -11 được sử dụng nhiều. MBA 3 pha Y/Y-12 43ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.3. MBA làm việc song song Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP • Hệ số biến áp 1 m d m Uk U = ® 2® 1f m 1 f m 2 U Wk U W = = ® 2f® • Sự làm việc song song của MBA 3 pha a. Mục đích: - Đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật - Liên tục cung cấp điện b. Điều kiện: - Cùng tổ nối dây / điện áp thứ cấp cùng pha - Hệ số biến áp bằng nhau / điện áp thứ cấp bằng nhau - Điện áp ngắn mạch bằng nhau (sai khác <10%) / phân bố tải đều 44ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.4. Vận hành & sử dụng MBA  Không để MBA vận hành không tải hoặc non tải.  Vận hành nâng cao hiệu suất của MBA và theo dõi hiệu suất MBA để có biện pháp kịp thời về bảo dưỡng.  Định kỳ kiểm tra mức dầu trong MBA, tránh hiện tượng thiếu dầu gây nóng máy, tăng tổn hao, nguy cơ cháy nổ.  Đặt MBA gần phụ tải để giảm tổn thất đường dây  Chọn MBA 3 pha làm việc song đảm bảo 3 điều kiện Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 45ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.5. Máy biến áp 3 pha / BT Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP Ví dụ : MBA 3 pha có số liệu: Sđm = 500 kVA; U1đm/U2đm = 22/0,4 kV; Po = 900 W; Pn = 3600 W; io% = 2%; un% = 4%; Tìm : - Các thông số sơ đồ thay thế Dây quấn nối ∆/Y - 11 - ∆ U% và hiệu suất η khi MBA làm việc với β = 0,8; hệ số cosϕ2 = 0,8, tải điện cảm - Điện áp U2 khi tải định mức Giải 1. Thông số sơ đồ thay thế: nf n 2 1 mf PR I = ® 1 m 1 mf II 3 = ® ®Sơ cấp nối ∆ 1 mI =® 1 mf 13,12I 7,58 A 3 = = ® 3 3 500.10 13,12 A 3.22.10 = = m m S 3U ® 1® 46ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.5. Máy biến áp 3 pha / BT Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP n 2 3600R 20,9 3.7,58 = = Ω 1nfn 1 mf U I = ® Z 2 2 n n nX R= −Z 1nfU = 3 1nf 4U 22.10 880 V 100 = = 1nf n 1 mf U I = ® Z 2 2 nX 116 20,9 114= − = Ω ' n 1 2 R 20,9R R 10, 45 2 2 ≈ = = = Ω ' n 1 2 X 114X X 57 2 2 ≈ = = = Ω 22 2 f X 'X k = 1f f 2f U 22k 3 95,2 U 0,4 = = = n 1 mf u % U 100 ® 880 116 7,58 = = Ω 2R = 22 f R ' k 47ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.5. Máy biến áp 3 pha / BT Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP of o 2 of PR I = 3 1of o of U 22.10 I 0,152 = =Z 2 2 o o oX R= −Z ofI = 2 7,58 0,152 A 100 = = 2 2 oX 144737 12985 144.153= − = Ω th oR R 12.985≈ = Ω th oX X 144.153≈ == Ω o 2 900R 3.0,152 = o 1 mf i % I 100 ® oR 12.985= Ω 1 4 4 .7 3 7= ΩoZ 48ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.5. Máy biến áp 3 pha / BT Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP th oX X 144.153≈ = Ωth oR R 12.985≈ = Ω ocos ϕ = 12.985 0,09 144.153 = = Chú ý : 1R 10, 45= Ω 1X 57= Ω o o R = Z o 1 m o P 3U I ® 2. Tìm ∆ U% và hiệu suất η ∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2) cosϕ2 = 0,80  sinϕ2 = 0,6 n 1 m nr 1 m R I u % 100 U = ® ® n 1 m n 1 m n I R100 U = ® ® Z Z 20,94 0,72 116 = = n n n R u %= Z 49ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 4.4. Máy biến áp 3 pha / BT Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP n nx n n X u % u %= Z ∆U% = 0,8(0,72.0,8+3,93.0,6) = 2,35 m 2 2 m 2 n 0 S cos S cos P P β ϕη = β ϕ + β + ® ® 2 0,8.500.0,8 0,99 0,8.500.0,8 0,8 3,6 0,9 = ≈ + + 1144 3,93 116 = = 2 2 m U%U (1 )U 100 ∆ = − ® 3. Tìm U2 khi tải định mức (β = 1) 2,35(1 ) 0,4 0,388 kV 0,8.100 = − = 50ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Ch1-BT4 MBA 3 pha có số liệu: Sđm = 1000 kVA, U1đm / U2đm = 10 / 0.4 kV. Tìm tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp nếu chọn mật độ dòng điện J = 5 A/mm2. Chọn câu trả lời đúng? 1. s1 = 11.5 mm2 & s2 = 28.8 mm2 2. s1 = 11.5 mm2 & s2 = 288.6 mm2 3. s1 = 115.4 mm2 & s2 = 288 mm2 4. s1 = 0.11 mm2 & s2 = 0.28 mm2 Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 51ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Ch1-BT5 MBA 3 pha có số liệu: Sđm = 400 kVA, U1đm / U2đm = 22 / 0.4 kV, P0 = 1.35kW; Pn = 4 kW; i0 = 3%; un = 4.5%; dây quấn nối Y/Y – 12. MBA làm việc với tải định mức có cos(φ2) = 0.85 (tải điện dung). Chọn câu trả lời đúng? 1. R2 = 2.68 mΩ 2. X2 = 8.76 mΩ 3. I1đm = 8.5 A 4. η = 95% Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP 52ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV Tổng kết Các mục chính đã học Chương 1 – Máy biến áp 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MBA 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA 3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MBA 4. MÁY BIẾN ÁP 3 PHA Buổi học tới Chương 2 – Lý thuyết cơ bản về MĐ quay Các mục sẽ học 1. NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI CƠ ĐIỆN 2. DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 3. SĐĐ CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 3. STĐ CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Chương 1 – MÁY BIẾN ÁP