CHƯƠNG 2: CÁC NGUYÊN LÝ CỦA MBA  Khái niệm chung  Cấu tạo của máy biến áp  Nguyên lý làm việc của máy biến áp  Mạch từ và tổ nối dây của máy biến áp  Máy biến áp làm việc không tải và có tải  Máy biến áp thực và máy biến áp lý tưởng  Các phương trình và mạch thay thế  Xác định các thông số của máy biến áp  Đồ thị véc tơ §1. KHÁI NIỆM CHUNG 1. Vai trò và công dụng của máy biến áp MBA tăng áp ĐZ tải điện ∼ N MBA hạ áp 6/22kV 22/0.4kV Sơ đồ cung cấp điện đơn giản • Công suất truyền tải trên đường dây: P = UIcosϕ • Tổn hao trên đường dây: 2 P ∆P = R d 2 cos 2ϕ U Phụ tải • Như vậy khi tăng điện áp truyền tải, tổn hao trên đường dây giảm xuống. 2. Định nghĩa: Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác nhưng cùng tần số. §2. CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP MBA 63000kVA/110kV – TBĐ – ĐA - HN MBA TRONG TRẠM BIẾN ÁP CẤU TẠO BÊN TRONG CỦA MBA Các bộ phận chính • 1. Móc cẩu • 2. Sứ cao áp • 3. Sứ hạ áp • 7. Ống phòng nổ • 8. Rơle hơi • 9. Bình dãn dầu • 10. Ống chỉ mức dầu • 13. Bình hút ẩm • 21. Van • 23. Bộ tản nhiệt 1. Lõi thép Lớp 1 Lớp 2 Lõi thép MBA ba pha ba trụ MẶT CẮT NGANG CỦA TRỤ VÀ GÔNG Mặt cắt ngang của trụ Mặt cắt ngang của gông 2. Dây quấn a. Dây quấn đồng tâm • Dây quấn hình trụ • Dây quấn hình xoắn • Dây quấn xoắn ốc liên tục Dây quấn hạ áp Dây quấn cao áp Dây quấn hình xoắn b. Dây quấn xen kẽ Dây quấn hình xoắn ốc liên tục §3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA • Ta xét máy biến áp như hình vẽ • Giả thiết:  Các cuộn dây có điện trở bằng Φ i2 i1 u1 e1 e2 ut không  Không có từ thông tản, không có tổn hao trong lõi thép  µFe = ∞, Io = 0, F = 0 • Giả sử: Φ = Φ msinωt Φ i2 i1 u1 e1 e2 ut • Như vậy: dΦ π  e 1 = N1 = N1ωΦ m cosωt = 2E1 sin  ωt+ ÷ dt 2  dΦ π  e 2 = N2 = N 2 ωΦ m cosωt = 2E 2 sin  ωt+ ÷ dt 2  ωN1Φ m ωN 2 Φ m E1 = = 4.44fN1Φ m E 2 = = 4.44fN 2 Φ m 2 2 E 1 N1 a= = E2 N2 • Giả thiết máy biến áp là lý tưởng nên điện áp rơi trong máy bằng không: E1 = U1 E2 = U2 E 1 U 1 N1 a= = = E2 U 2 N2 • Công suất của máy biến áp: U1I1 = U 2I 2 • Do vậy ta có: E 1 U 1 N1 I 2 a= = = = E 2 U 2 N 2 I1 • Khi a > 1, MBA tăng áp; khi a < 1 MBA hạ điện áp • Điện áp trên tải: & = I& Z U 2 2 t • Như vậy tổng trở vào nhìn từ phía sơ cấp Zv là: &U  N  2 U & 2 1 1 2 Zv = & =  = a Zt ÷ & I1  N 2  I 2 • Mạch điện tương đương của máy biến áp lý tưởng: I& I& I& 1 & U 1 2 Zt 1 & U 2 Zv & U 1 a2Zt Ví dụ: Một MBA 2400/480V, f = 50Hz có lõi thép với l = 1.07m, S = 95cm2. Khi đưa điện áp định mức vào máy biến áp thì H = 352Av/m và Bmax = 1.505T. Tính N1, N2 và Io khi máy biến áp làm nhiệm vụ tăng điện áp Tỉ số biến đổi điện áp: E1 U1 N1 2400 a= = = = =5 E2 U 2 N2 480 Từ thông trong lõi thép: −4 Φ m = Bmax × S = 1.505 × 95 × 10 = 0.0143Wb Số vòng dây của cuộn CA: U1 2400 N1 = = = 756vòng 4.44fΦ m 4.44 × 50 × 0.0143 Số vòng dây của cuộn HA: N1 756 N2 = = = 151 vòng a 5 Dòng điện từ hóa Io: H × l 352 × 1.07 Io = = = 2.3A N2 151 §4. MẠCH TỪ CỦA MBA 1. Các dạng mạch từ a. Mạch từ riêng: Từ thông 3 pha không liên quan đến nhau Tổ MBA ba pha b. Mạch từ chung: Trong hệ thống mạch từ chung, từ thông 3 pha có đoạn đi chung nhau. Mạch từ chung có thể suy ra từ mạch từ riêng Dạng không gian Bỏ trụ chung 36 Dạng phẳng • Hệ thống mạch từ MBA ba pha ba trụ 37 • Hệ thống mạch từ chung như hình sau: • Quan niệm mạch từ như mạch điện ta có: a  Đoạn mạch DEdaD: d  Đoạn mạch DbcED: & C ( ℜ T + 2ℜ G ) − Φ & Cℜ T = F& C − F& B Φ • Do: F& A + F& B + F& C = 0 &B Φ &A Φ & A (ℜ T + 2ℜ G ) = F& A − F& B Φ 37 b D E &C Φ c • Nên: 2 &F = Φ & & ( ℜ + 2 ℜ ) − ℜ Φ A A T G G B 3 2 &F = Φ & &B ℜ GΦ B Bℜ T + 3 2 &F = Φ & &B ℜ GΦ C C (ℜ T + 2ℜ G ) + 3 & B nên • Do F& B chỉ phụ thuộc Φ &B Φ F& B F& C F& A &A Φ &C Φ trùng pha với nó. Còn các s.t.đ F& A và F& C là tổng của các s.t.đ nên không trùng pha với các từ thông tương ứng, nghĩa là chúng không đối xứng nên dòng từ hóa cũng không đối xứng. 37 §5. TỔ NỐI DÂY CỦA MBA 1. Cách ký hiệu đầu dây: Một cuộn dây 2 đầu ra Một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi đầu là đầu cuối  MBA một pha: Tuỳ ý chọn đầu đầu, đầu cuối của cuộn dây  MBA ba pha: Do phía CA có 3 cuối cuộn dây nên kí hiệu đầu dây phải phù hợp nhau ở cả 3 pha. Phía HA cũng làm 27tương tự A B C X Y Z Đầu Cuối Trung tính CA A, B, C X, Y, Z O HA a, b, c x, y, z o TA Am, Bm, Cm X m, Y m, Z m Om  Đầu và cuối ba pha phải chọn giống nhau nếu không điện áp ra sẽ không đối xứng B A & U AB & U CA & U BC 2. Cách nối dây C a. Nối Y A B C X Y Z 28 X Y Z A B C b. Nối ∆ A X B C A B Y Z X Y C Z c. Nối zíc-zắc (Z) • Mỗi pha dây quấn gồm hai nửa, đặt trên hai trụ khác nhau mắc nối tiếp ngược chiều nhau. 29 • Kiểu dây quấn này ít dùng, chủ yếu dùng cho thiết bị chỉnh lưu. A B E& A0 C E& A0 E& C0 E& B0 −E& B0 Y X E& A0 Z E& B0 E& C0 C 30 A −E& C0 −E& A0 E& C0 E& B0 B 3. Tổ nối dây: Cho biết góc lệch pha giữa sđđ dây sơ cấp và sđđ dây thứ cấp của máy biến áp a. MBA một pha A A a X a X x  Cùng chiều quấn dây  Cùng kí hiệu đầu dây  Góc lệch pha 0o x 31 A  Cùng chiều quấn dây A  Ngược kí hiệu đầu dây X x a  Góc lệch pha 180o X x A a X a  Cùng kí hiệu đầu dây  Ngược chiều quấn dây  Góc lệch pha 180 o A x 31 X x a Kết luận: góc lệch pha giữa sđđ sơ cấp và thứ cấp của MBA một pha là 0o hay 180o b. MBA ba pha • Do nối hình sao & nối tam giác • Ký hiệu các đầu dây • Nên góc lệch pha có thể là 30o, 60o, 90o … 360o Dùng kim đồng hồ chỉ tổ nối dây MBA • Kim dài ở yên số 12 chỉ sđđ sơ cấp • Kim ngắn chỉ sđđ thứ cấp 32 A a B b A C c C B a Y/Y-12 c b A B C A Y/Y-10 c a b C a b c B A B C A Y B Z a b c ∆/∆ -12 X C a y b z x c Tổ nối dây Y/Y hay ∆/∆ chỉ có giá trị chẵn: 2, 4, 6, 8, 10, 12 A B C c a b A Y/∆ -3 C c x B a y z b Tổ nối dây Y/∆ hay ∆/Y chỉ có giá trị lẻ: 1, 3, 5, 7, 9, 11 Y/∆ - 7 A C b A B C a b c B x y c a z Y/Y- 8 C A B b a c A B C b c a §6. MÁY BIẾN ÁP KHÔNG TẢI 1. Máy biến áp không tải: Khi không tải, phía thứ cấp để hở mạch. Dòng điện đưa vào là dòng không tải(dòng điện kích thích) Io dùng để tạo từ thông và bù với tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy • Dòng điện không tải Io = (1 ÷ 6)%Iđm • Dòng điện không tải Io gồm có hai thành phần:  Thành phần từ hóa để tạo ra từ thông hỗ cảm Φm  Thành phần lõi thép cung cấp năng lượng bù với tổn hao trong lõi thép 38 I& o I& Fe & U 1 Xm & U 1 I& m E& 1 RFe I& Fe I& o I& m • Từ mô hình mạch ta có: & & U U I& m = 1 I& Fe = 1 jX m R Fe I& o = I& m + I& FE • Khi không tải, s.t.đ trong máy là: N1I& o = N1I& Fe + N1I& m • Thành phần N I& không tạo ra từ thông hỗ cảm chạy 1 Fe trong lõi thép. Nó dùng để bù với tổn hao do dòng điện xoáy và từ trễ. Nếu không có tổn hao, thành phần này không có. • Thành phần N1I& m là s.t.đ từ hóa, dùng để tạo ra từ thông trong lõi thép. Từ thông này bằng: N1I& m Φm = ℜ loi • Áp dụng định luật Kirhoff 2 cho cuộn sơ cấp ta có: & − E& U 1 S & = E& + I& R & U I =  1 S 1 1 1 R1 Ví dụ: Một máy biến áp 480/240V, 50kVA, 50Hz có dòng điện kích thích bằng 2.5%Iđm và góc pha 78.8o. Tính Io, IFe, Im và tổn hao trong lõi thép khi máy biến áp làm nhiệm vụ hạ điện áp Dòng điện định mức của máy: Idm S 50 × 10 3 = = = 104.17A U1 480 Dòng điện kích thích Io của máy: I o = 0.025 × Idm = 0.025 × 104.17A = 26.04A Thành phần dòng điện IFe của máy: o I Fe = I o × cos78.8 = 26.04 × 0.1942 = 5.06A Thành phần dòng điện từ hóa Im của máy: I m = I o sin78.8 o = 26.04 × 0.981 = 25.54A Tổn hao công suất trong lõi thép máy: PFe = U1I Fe = 480 × 5.06 = 2428.8W 39 2. Những hiện tượng xuất hiện khi từ hoá lõi thép MBA a. Mba một pha • Sơ cấp đặt vào điện áp: Φ io u1 e1 e2 u2 u1 = U1msinωt • Thứ cấp hở mạch • io là dòng trong dây quấn sơ cấp • Φ là từ thông trong lõi thép, do dòng io sinh ra có dạng: Φ = Φ msin(ωt - π/2)38 • Ta xác định được dạng dòng điện từ hóa io(t) từ quan hệ Φ(io) và Φ(t). Φ Φ, io t io • Từ hình vẽ ta thấy:  Từ thông hình sin, io(t) có dạng nhọn đầu  io = f(t) vượt trước Φ = f(t) một góc α  Góc α nhỏ hay lớn phụ thuộc vào mức độ trễ của B = f(H), nghĩa là phụ thuộc đường cong từ trễ, α góc tổn hao từ trễ • Dòng điện không tải io được phân tích thành các thành phần điều hòa: i o (t) = i o1 (t) + i o3 (t) +L • Trong các thành phần điều hòa bậc cao thì thành phần bậc 3 là lớn nhất • Như vậy có thể nói thành phần bậc 3 làm cho io(t) không sin 40 b. Máy biến áp 3 pha: Dòng điện bậc 3 trong các pha tồn tại hay không phụ thuộc cách nối dây của mba • MBA nối Y/Y: Dòng điện bậc 3 trong 3 pha: i o3A = I o3m sin 3ωt i o3B = I o3m sin 3( ωt − 120 o ) =o3m sin 3ωt i o3C = I o3m sin 3( ωt − 240 o ) =o3m sin 3ωt  Dòng điện bậc 3 không tồn tại trong 3 pha nên có thể coi dòng điện kích thích là hình sin và do đó từ thông có dạng bằng đầu. 41 Φ, io Φ Φ(t) t io io(t)  Từ thông này được phân tích thành các thành phần điều hòa trong đó ngoài thành phần cơ bản thì thành phần bậc 3 là lớn nhất.  Tổ máy biến áp có mạch từ riêng nên Φ 3 khép mạch trong lõi thép lớn, s.đ.đ e3 cũng lớn Φ1 Φ3 Φ e1 (45% - 61%)e1f làm sđđ pha tăng  Hại: 1. Hỏng cách điện dây quấn, 2. Hư TB đo lường e3 e 3. Nhiễu đường dây thông tin Không cho phép tổ MBA 3 pha nối Y/Y Trong MBA có mạch từ chung:  Từ thông bậc 3 phải đi qua vách thùng và dầu nên trị số nhỏ và có thể coi nó là42 hình sin.  S.đ.đ bậc 3 nhỏ nên có thể coi sđđ cảm ứng có dạng sin  Từ thông bậc 3 gây nhiễu đường dây thông tin Từ thông bậc ba trong mba làm nhiễu đường dây thông tin Từ thông bậc 3 trong mba ba pha ba trụ nối Y/Y Chỉ cho phép mba có S Φ T nên điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp thứ cấp của máy biến áp lý tưởng. • Điện áp rơi tạo bởi từ thông tản tỉ lệ với dòng điện tải • Từ thông tản làm giảm điện áp ra của máy biến áp nhưng nó hạn chế dòng điện ngắn mạch. §8. CÁC PHƯƠNG TRÌNH VÀ MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG 1. Điện kháng của máy biến áp • Để tính toán điện áp rơi trong máy với các phụ tải khác nhau ta cần tính đến ảnh hưởng của từ trường tản. • Điện áp rơi do từ trường tản được biểu diễn trên một điện kháng gọi là điện kháng tản. 2. Các phương trình của máy biến áp • S.đ.đ trên các cuộn dây: ES = 4.44fN1Φ S = 4.44fN1Φ m + 4.44fN1Φ t1 = E1 + E t1 ET = 4.44fN 2 Φ T = 4.44fN 2 Φ m − 4.44fN 2 Φ t 2 = E 2 − E t 2 • Theo định Kirhoff 2: & = E& + I& R U 1 S 1 1 & + I& R = E& U 2 2 2 T luật I& 1 & U 1 F& 1 Φ σ1 Φσ2 Φm I& 2 F& 2 & Zt U 2 • Viết lại các phương trình ta có: & = E& + I& R = E& + E& + I& R U 1 S 1 1 1 t1 1 1 & + I& R = E& − E& U 2 2 2 2 t2 I& 1 = I& m + I& Fe + I& 1tai • Từ các phương trình trên ta có mạch điện: I& 1 R1 & U 1 X1 I& m I& o I& 1t I& Fe I& 2 R2 E& 1 E& 2 X2 Zt • Mạch điện gồm một máy biến áp lý tưởng có các dây quấn được nối nối tiếp với các thành phần bên ngoài để bao gồm các tổn hao, điện áp rơi và dòng điện kích thích của máy biến áp thực. • Từ thông tản được thể hiện bằng các điện kháng tản X1 và X2: N1I1 Φ t1 = ℜ µt1 N 2I 2 Φt2 = ℜ µt 2 • Khi từ thông biến thiên hình sin ta có: e = 2 πfNΦ max cos ( 2 πft ) = E m cos ( 2 πft ) • Như vậy: E t1max  N1I1max   N12  = 2 πfN1  ÷ = 2 πf  ÷I1max  ℜ µt1   ℜ µt1  E t 2max  N 2I 2max   N 22  = 2 πfN 2  ÷ = 2 πf  ÷I 2max  ℜ µt 2   ℜ µt 2   N  E t1 = 2 πf  ÷I1  ℜ µt 2  2 2 • Điện cảm của cuộn dây: 2 N L= ℜµ  N 22  E t1 = 2 πf  ÷I 2  ℜ µt 2  • Do đó: E t1 = 2 πfL t1I1 E t2 = 2 πfL t 2 I 2 • S.đ.đ vượt trước từ thông góc π/2 nên vượt trước dòng điện góc π/2. Vì vậy: E& t 2 = jI& 2 X 2 E& t1 = jI& 1X 1 • Phương trình điện áp sơ cấp và thứ cấp: & = E& + jI& X + I& R = E& + I& (R + jX ) = E& + I& Z U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 & = E& − jI& X − I& R = E& − I& (R + jX ) = E& − I& Z U 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 & = I& Z U 2 2 t 3. Mạch điện tương đương • Từ các phương trình trên ta có mạch điện tương đương: I& 1 R1 & U 1 X1 Xm I& m I& 1t I& o RFe &I E& 1 Fe 4. Tổng trở tương đương a. Tổng trở tương đương I& 2 E& 2 R2 X2 Zt • Để đơn giản cho tính toán, máy biến áp thực được thay thế bằng tổng trở tương đương. Tổng trở vào của máy biến áp lý tưởng: & 2 E2 Z′v = a & I2 (2.47) • Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện tương đương: I& = 2 E& 2 R 2 + jX 2 + Z t E& 2 &I = R 2 + jX 2 + Z t 2 • Thay (2.49) vào (2.47): (2.48) (2.49) Z′v = a 2 (R 2 + jX 2 + Z t ) = a 2R 2 + ja 2 X 2 + a 2 Z t Z′v = R′2 + jX′ 2 + Z′t &U′ = aU & = aI& Z = a × aI& ′ × Z′t = I& ′ Z′ 2 2 2 t 2 2 t 2 a • Ta có mạch điện thay thế máy biến áp như sau: & = I& a a2R a2X I &I R1 X 1t 2 1 2 2 1 I& o RFe Z′v Xm & U 1 Z1t = a2Zt I& Fe I& m • Ta đẩy nhánh từ hóa ra phía trước: Ztd1 I& 1 & Xm U 1 I& m R1 I& o RFe I& Fe X1 a2R2 a2X2 I& 1t = I& 2 a Z′v Z1t = a2Zt • Khi máy biến áp làm việc với tải định mức hay gần & & I ? I định mức 1t o nên sai số không lớn • Nếu bỏ qua nhánh từ hóa, tổng trở tương đương của máy biến áp với các thông số quy đổi về sơ cấp là: 2 2 Z td1 = R 1 + a R 2 + j(X 1 + a X 2 ) = R td1 + jX td1 • Mạch tương đương của máy biến áp khi bỏ qua nhánh từ hóa với các thông số quy đổi về thứ cấp là: Ztd2 I& = I& a R /a2 X /a2 X R 1t & U 1 2 1 1 2 2 I& 2 E& 1 E& 2 Z1t = a2Zt • Tổng trở tương đương là: 2 2 Z td2 = R 1 a + R 2 + j(X 1 a + X 2 ) = R td1 + jX td1 b. Phía cao áp và phía hạ áp • Nhiều trường hợp ta dùng phía CA và phía HA thay cho phía sơ cấp và phía thứ cấp. • Mạch điện tương đương quy đổi về phía CA của máy biến áp làm nhiệm vụ hạ điện áp: ZtdCA & U 1 I& CA RtdCA XtdCA Z vCA Z1tCA = a2ZtHA I& CA = I& HA a • Mạch điện tương đương này thường dùng để xác định tổng trở vào của tổ hợp máy biến áp – tải • Mạch điện tương đương quy đổi về phía HA của máy biến áp làm nhiệm vụ hạ điện áp: ZtdHA RtdHA XtdHA I& = I& a CA HA &U Z′vCA E& 1 CA Z tdHA Z tdCA = a2 I& HA E& HA ZtHA • Mạch điện tương đương này thường dùng để xác định điện áp không tải và độ thay đổi điện áp • Mạch điện tương đương quy đổi về phía HA của máy biến áp làm nhiệm vụ tăng điện áp: ZtdHA I& HA RtdHA & U 1 Z tdHA Z vHA Z tdCA = a2 XtdHA I& HA = aI& CA Z1tHA = ZtCA/a2 • Mạch điện tương đương này thường dùng để xác định tổng trở vào của tổ hợp máy biến áp – tải • Mạch điện tương đương quy đổi về phía CA của máy biến áp làm nhiệm vụ tăng điện áp: ZtdCA XtdCA RtdCA I& HA = aI& CA &U Z′vHA E& 1 HA I& CA E& CA ZtCA • Mạch điện tương đương này thường dùng để xác định điện áp không tải và độ thay đổi điện áp Ví dụ: Một MBA 100kVA, 50Hz, 7200/480V có các thông số RCA = 3.06Ω, XCA = 6.05Ω, XmCA = 178091Ω, RFeCA = 18.695Ω, XHA = 0.0027Ω, RHA = 0.014Ω. Máy biến áp cung cấp dòng điện định mức ở điện áp 480V, cosϕ = 0.75 chậm sau. Tính RtđCA, XtđCA, tổng trở vào khi có tải và không tải và thành phần tải của dòng điện cao áp. Theo đề ra, máy biến áp làm nhiệm vụ hạ điện áp. Dòng điện phía HA: S 100 × 10 3 I HA = = = 208.3A U HA 480 Do cosϕ = 0.75 nên ϕ = 41.41o và khi chọn góc pha của điện áp ban đầu là 0o thì: I& = 208.3∠ − 41.41o A HA Tổng trở tải phía HA: & U 480 o 2 Z tHA = & = = 2.3 ∠ 41.41 Ω o I HA 208.3∠ − 41.41 Tỉ số biến đổi điện áp k: 7200 a= = 15 480 Điện trở tương đương quy đổi về phía CA: R tdCA = R CA + a 2R HA = 3.06 + 152 × 0.014 = 6.21Ω Điện kháng tương đương quy đổi về phía CA: 2 2 X tdCA = X CA + a X HA = 6.05 + 15 × 0.027 = 12.125Ω Tổng trở tải quy đổi về phía CA: Z tCA = a 2 Z tHA = 152 × 2.3∠ 41.41o = 517.5∠ 41.41o Ω Tổng trở vào khi có tải: o Z vCA = Z tdCA + Z tCA = (6.21 + j12.125) + 517.5∠ 41.41 o = 6.21 + j12.125 + 388.12 + j342.3 = 530.2∠ 41.95 Ω Tổng trở vào khi không tải: 1 1 Zv = = = 18.694Ω 1 1 1 1 + + R Fe jX m 18.694 j178091 Thành phần tải của dòng điện CA &I = 1 I& = 1 × 208.3∠ − 41.41o = 13.87 ∠ − 41.41o A tCA HA a 15 §9. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MBA 1. Thí nghiệm không tải • Sơ đồ thí nghiệm như sau: I& o A W & U 1 V & U 1 I& Fe RFe I& m Xm I& Fe & U 1 I& o I& m • Để an toàn, thí nghiệm không tải được thực hiện ở phía HA. • Bỏ qua tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp ta có: Po Uo Uo 2 2 I Fe = I m = I o − I Fe R Fe = Xm = U1 I Fe Im • Từ đồ thị véc tơ ta thấy khi không tải, cosϕ rất bé. Vì vậy không nên để MBA làm việc không tải trên lưới 2. Thí nghiệm ngắn mạch • Mục đích của thí nghiệm ngắn mạch là xác định điện trở và điện kháng tương đương của máy biến áp. • Sơ đồ thí nghiệm như sau: A & U 1 I& n Rtd W V Xtd & U n • Khi thí nghiệm ta nối ngắn mạch HA và cung cấp điện áp vào phía CA. • Để không làm hỏng máy biến áp ta đưa điện áp cỡ (2 ÷ 5)%Uđm vào máy biến áp. • Từ số liệu thí nghiệm ta có: Un Pn 2 2 Z td = = Z n R td = 2 = R n X td = Z td − R td = Xn In In §10. ĐỒ THỊ VÉC TƠ CỦA MÁY BIẾN ÁP • Mạch điện tương đương của máy biến áp: X1 I& 1t I& 2 R2 X2 I& 1 R1 I& o RFe Xm & U 1 E& 2 &I E& 1 Zt &I Fe m • Các phương trình cơ bản của máy biến áp: I& 1 = I& m + I& Fe + I& 1t &I = 1 I& 1t 2 a & = E& + jI& X + I& R U 1 1 1 1 1 1 & = E& − jI& X − I& R U 2 2 2 2 2 2 & U 1 jI& 1X 1 I& 1R 1 jaI& X 2 E& 1 jI& 1X 1 2 & U 1 aI& 2 R 2 & ′ = aU & U 2 2 I& 1 ϕ1 I& Fe I& 2 / a ϕ I& o I& m &m Φ aI& 2 R 2 I& 1R 1 jaI& 2 X 2 U & ′ = kU & 2 2 &E I& 1 1 ϕ1 &I / a I& Fe 2 ϕ I& o &m Φ I& m [...]... E2 = U2 E 1 U 1 N1 a= = = E2 U 2 N2 • Công suất của máy biến áp: U1I1 = U 2I 2 • Do vậy ta có: E 1 U 1 N1 I 2 a= = = = E 2 U 2 N 2 I1 • Khi a > 1, MBA tăng áp; khi a < 1 MBA hạ điện áp • Điện áp trên tải: & = I& Z U 2 2 t • Như vậy tổng trở vào nhìn từ phía sơ cấp Zv là: &U  N  2 U & 2 1 1 2 Zv = & =  = a Zt ÷ & I1  N 2  I 2 • Mạch điện tương đương của máy biến áp lý tưởng: I& I& I& 1 & U 1 2. .. trở bằng Φ i2 i1 u1 e1 e2 ut không  Không có từ thông tản, không có tổn hao trong lõi thép  µFe = ∞, Io = 0, F = 0 • Giả sử: Φ = Φ msinωt Φ i2 i1 u1 e1 e2 ut • Như vậy: dΦ π  e 1 = N1 = N1ωΦ m cosωt = 2E1 sin  ωt+ ÷ dt 2  dΦ π  e 2 = N2 = N 2 ωΦ m cosωt = 2E 2 sin  ωt+ ÷ dt 2  ωN1Φ m ωN 2 Φ m E1 = = 4.44fN1Φ m E 2 = = 4.44fN 2 Φ m 2 2 E 1 N1 a= = E2 N2 • Giả thiết máy biến áp là lý tưởng nên... Zt 1 & U 2 Zv & U 1 a2Zt Ví dụ: Một MBA 24 00/480V, f = 50Hz có lõi thép với l = 1.07m, S = 95cm2 Khi đưa điện áp định mức vào máy biến áp thì H = 352Av/m và Bmax = 1.505T Tính N1, N2 và Io khi máy biến áp làm nhiệm vụ tăng điện áp Tỉ số biến đổi điện áp: E1 U1 N1 24 00 a= = = = =5 E2 U 2 N2 480 Từ thông trong lõi thép: −4 Φ m = Bmax × S = 1.505 × 95 × 10 = 0.0143Wb Số vòng dây của cuộn CA: U1 24 00 N1... Lớp 1 Lớp 2 Lõi thép MBA ba pha ba trụ MẶT CẮT NGANG CỦA TRỤ VÀ GÔNG Mặt cắt ngang của trụ Mặt cắt ngang của gông 2 Dây quấn a Dây quấn đồng tâm • Dây quấn hình trụ • Dây quấn hình xoắn • Dây quấn xoắn ốc liên tục Dây quấn hạ áp Dây quấn cao áp Dây quấn hình xoắn b Dây quấn xen kẽ Dây quấn hình xoắn ốc liên tục §3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA • Ta xét máy biến áp như hình vẽ • Giả thiết:  Các cuộn dây... &A Φ &C Φ trùng pha với nó Còn các s.t.đ F& A và F& C là tổng của các s.t.đ nên không trùng pha với các từ thông tương ứng, nghĩa là chúng không đối xứng nên dòng từ hóa cũng không đối xứng 37 §5 TỔ NỐI DÂY CỦA MBA 1 Cách ký hiệu đầu dây: Một cuộn dây 2 đầu ra Một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi đầu là đầu cuối  MBA một pha: Tuỳ ý chọn đầu đầu, đầu cuối của cuộn dây  MBA ba pha: Do phía CA có 3 cuối... = 0.0143Wb Số vòng dây của cuộn CA: U1 24 00 N1 = = = 756vòng 4.44fΦ m 4.44 × 50 × 0.0143 Số vòng dây của cuộn HA: N1 756 N2 = = = 151 vòng a 5 Dòng điện từ hóa Io: H × l 3 52 × 1.07 Io = = = 2. 3A N2 151 §4 MẠCH TỪ CỦA MBA 1 Các dạng mạch từ a Mạch từ riêng: Từ thông 3 pha không liên quan đến nhau Tổ MBA ba pha b Mạch từ chung: Trong hệ thống mạch từ chung, từ thông 3 pha có đoạn đi chung nhau Mạch từ... mạch từ MBA ba pha ba trụ 37 • Hệ thống mạch từ chung như hình sau: • Quan niệm mạch từ như mạch điện ta có: a  Đoạn mạch DEdaD: d  Đoạn mạch DbcED: & C ( ℜ T + 2 G ) − Φ & Cℜ T = F& C − F& B Φ • Do: F& A + F& B + F& C = 0 &B Φ &A Φ & A (ℜ T + 2 G ) = F& A − F& B Φ 37 b D E &C Φ c • Nên: 2 &F = Φ & & ( ℜ + 2 ℜ ) − ℜ Φ A A T G G B 3 2 &F = Φ & &B ℜ GΦ B Bℜ T + 3 2 &F = Φ & &B ℜ GΦ C C (ℜ T + 2 G )... cuộn dây nên kí hiệu đầu dây phải phù hợp nhau ở cả 3 pha Phía HA cũng làm 27 tương tự A B C X Y Z Đầu Cuối Trung tính CA A, B, C X, Y, Z O HA a, b, c x, y, z o TA Am, Bm, Cm X m, Y m, Z m Om  Đầu và cuối ba pha phải chọn giống nhau nếu không điện áp ra sẽ không đối xứng B A & U AB & U CA & U BC 2 Cách nối dây C a Nối Y A B C X Y Z 28 X Y Z A B C b Nối ∆ A X B C A B Y Z X Y C Z c Nối zíc-zắc (Z) • Mỗi... quấn gồm hai nửa, đặt trên hai trụ khác nhau mắc nối tiếp ngược chiều nhau 29 • Kiểu dây quấn này ít dùng, chủ yếu dùng cho thiết bị chỉnh lưu A B E& A0 C E& A0 E& C0 E& B0 −E& B0 Y X E& A0 Z E& B0 E& C0 C 30 A −E& C0 −E& A0 E& C0 E& B0 B 3 Tổ nối dây: Cho biết góc lệch pha giữa sđđ dây sơ cấp và sđđ dây thứ cấp của máy biến áp a MBA một pha A A a X a X x  Cùng chiều quấn dây  Cùng kí hiệu đầu dây  ... i2 i1 u1 e1 e2 ut • Như vậy: dΦ π  e = N1 = N1ωΦ m cosωt = 2E1 sin  ωt+ ÷ dt 2  dΦ π  e = N2 = N ωΦ m cosωt = 2E sin  ωt+ ÷ dt 2  ωN1Φ m ωN Φ m E1 = = 4.44fN1Φ m E = = 4.44fN Φ m 2. .. = = 4.44fN Φ m 2 E N1 a= = E2 N2 • Giả thiết máy biến áp lý tưởng nên điện áp rơi máy không: E1 = U1 E2 = U2 E U N1 a= = = E2 U N2 • Công suất máy biến áp: U1I1 = U 2I • Do ta có: E U N1 I a=... CA: U1 24 00 N1 = = = 756vòng 4.44fΦ m 4.44 × 50 × 0.0143 Số vòng dây cuộn HA: N1 756 N2 = = = 151 vòng a Dòng điện từ hóa Io: H × l 3 52 × 1.07 Io = = = 2. 3A N2 151 §4 MẠCH TỪ CỦA MBA Các dạng