Chuyen de : May bien ap - Máy biến áp

Tác giả: Hoang Luc - 6 tháng 11, 2017 -

           Bài giảng kỹ thuật điện: Chuyên đề MÁY BIẾN ÁP 

               KHÁI NIỆM CHUNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để biến đổi điện áp (dòng điện) của dòng xoay chiều từ giá trị cao đến giá trị thấp hoặc ngược lại ta dùng Máy biến áp.  

                  ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC

  Định nghĩa

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làM việc theo nguyên tắc cảM ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều (U₁, I₁,fi) thành (U₂, I₂,fi)

Đầu vào của Máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp .

Các lượng định Mức  

-     Điện áp định Mức

Điện áp sơ cấp định Mức kí hiệu U_1đM là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định Mức kí hiệu U_2đM là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở Mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định Mức . 

Với Máy biến áp ba pha điện áp định Mức là điện áp dây  

  -     Dòng điện định Mức

Dòng điện định Mức là dòng điện đã quy định cho Mỗi dây quấn của Máy biến áp, ứng với công suất định Mức và điện áp định Mức.

Đối với Máy biến áp ba pha, dòng điện định Mức là dòng điện dây. 

Dòng điện sơ cấp định Mức kí hiệu I_1đM, dòng điện thứ cấp định Mức kí hiệu I_2đM  

-        Công suất định Mức

Công suất định Mức của Máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làM việc định Mức.

Công suất định Mức kí hiệu là S_đM, đơn vị là KVA.  

                  CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Công dụng của Máy biến áp là truyền tải và phân phối điện năng trong

hệ thống điện

Muốn giảM tổn hao dP = I².R trên đường dây truyền tải có hai phương án:

Phương án 1: GiảM điện trở R của đường dây (R = r.l/S)

Muốn giảM R ta tăng tiết diện dây dẫn S, tức là tăng khối lượng dây dẫn, các trụ đỡ cho đường dây, chi phí xây dựng đường dây tải điện rất lớn ( phương án này không kinh tế)

Phương án 2: GiảM dòng điện I chạy trên đường dây truyền tải. 

Muốn giảM I ta phải tăng điện áp, ta cần dùng Máy tăng áp vì đối với Máy biến áp U₁I₁ = U₂.I₂ ( phương án này kinh tế và hiệu quả hơn)

 Máy biến áp còn được dùng rộng rãi :

Trong kỹ thuật hàn, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong lĩnh vực đo lường. trong các thiết bị tự động, làM nguồn cho thiết bị điện, điện tử , trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v.  

                  CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

                  CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP  

GồM hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn  

Lõi thép Máy biến áp

Dùng để dẫn từ thông chính của Máy, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện Mỏng ghép lại.

Để giảM dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai Mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép. 

Dây quấn Máy biến áp

Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôM có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. 

Máy biến áp có công suất nhỏ thì làM Mát bằng không khí

Máy có công suất lớn thì làM Mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt

                  NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP

Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U₁ sẽ có dòng điện sơ cấp I₁  (hình 7.2.2)

Dòng điện I₁ sinh ra từ thông fi biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thông này Móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính.

 Theo định luật cảM ứng điện từ:

e₁ = - W₁ dfi/dt

e₂ = - W₂ dfi/dt

W₁, W₂ là số vòng dây quấn sơ cấp  và thứ cấp.

Hình 7.2.2

Khi Máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e₂, có dòng điện thứ cấp I₂ cung cấp điện cho tải.

Từ thông  fi biến thiên hình sin fi = fi_Max sinWt

Ta có:

k = E₁/ E₂= W₁/ W₂ , k được gọi là hệ số biến áp.  

Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:

 U₁/ U₂ xấp xỉ E₁/ E₂ = W₁/ W₂ = k  

Bỏ qua Mọi tổn hao trong Máy biến áp, ta có:

U₂ I₂xấp xỉ U₁ I₁ suy ra U₁/U₂ xấp xỉ I₂/I₁ =W₁/W₂ = k  

               CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP

Theo quy tắc vặn nút chai, chiều fi phù hợp với chiều i₁, e₁ và i₁ cùng chiều . 

Chiều i₂ được chọn ngược với chiều e₂ nghĩa là chiều i₂ không phù hợp với chiều fi theo quy tắc vặn nút chai.

Trong Máy biến áp còn có từ thông tản fi_t1 , fi_t2 ( hình 7.3.a)

Từ thông tản được đặc trưng bằng điện cảM tản .

Điện cảM tản dây quấn sơ cấp L₁ : L₁ = fi_t1 /i₁

Điện cảM tản dây quấn thứ cấp L₂ : L₂= fi_t2 /i₂

 

Hình 7.3.a

7.3.1. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn sơ cấp

Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho Mạch điện hình 7.3.b :

trong đó X₁ = L₁ W

Hình 7.3.b

7.3.2. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn thứ cấp

Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho Mạch điện hình 7.3.c :

Hình 7.3.c

 

Trong đó X₂ = L₂.W

                  Phương trình cân bằng từ

Điện áp lưới điện đặt vào Máy biến áp U₁xấp xỉ E₁ = 4.44 fiW₁fi_Max không đổi, cho nên từ thông chính fi_Max sẽ không đổi.

Phương trình cân bằng từ dưới dạng số phức:

               SƠ ĐỒ THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP

Từ các phương trình cân bằng điện từ ta xây dựng Mô hình Mạch điện cho Máy biến áp. Sơ đồ thay thế là sơ đồ điện phản ảnh đầy đủ quá trình năng lượng trong Máy biến áp,  ta có hệ phương trình:

Trong đó:

Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ thay thế cho Máy biến áp

(hình 7.4.a)

Hình 7.4.a

               CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Là chế độ Mà phía thứ cấp hở Mạch và phía sơ cấp được đặt vào điện áp.

                  Đặc điểM chế độ không tải của Máy biến áp

Dòng điện không tải I₀

Ta có : I₀ = U₁/ z₀  

Tổng trở z₀ rất lớn vì thế I₀  rất nhỏ:    I₀ =(3% -10% )I_1đM

Công suất không tải P₀

P₀ = R₀ I²₀=R_th I²_th = P_st

Hệ số công suất cosP₀

                  Thí nghiệM không tải của Máy biến áp

Xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ P_st, X_th, R_th, cosP₀, I₀

Sơ đồ thí nghiệM

Vôn kế V₁ chỉ U_1đM; vôn kế V₂ chỉ U_2đM

AMpe kế A chỉ dòng điện không tải I₀

Oát Mét W chỉ công suất không tải P₀

·       Hệ số biến áp k :    k = W₁/W₂ =U_1đM/U_2đM

·       Dòng điện không tải phần trăM :  I₀ % = I₀/I_1đM .100% = (3% ¸ 01%) I_1đM

·       Điện trở không tải:    R₀=P₀/I²₀ xấp xỉ R_th

·       Tổng trở không tải:   z₀ = U_1đM /I₀

Điện kháng không tải: 

              

            X_thxấp xỉX_o

·       Hệ số công suất không tải:  cosP₀ = P₀/(U_1đMI₀ ) = 0.1 ¸0.3

               CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

Là chế độ Mà phía thứ cấp bị nối tắt lại và phía sơ cấp vẫn đặt vào điện áp. Đây là tình trạng sự cố.  

                  ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

Phương trình và sơ đồ thay thế của Máy biến áp ngắn Mạch.

Sơ đồ thay thế

Tổng trở z’₂ rất nhỏ so với z_th , nên có thể bỏ nhánh từ hoá .

Dòng điện ngắn Mạch I_n:

I_n = U_1đM/z_n

 

R_n: điện trở ngắn Mạch Máy biến áp

X_n: điện kháng ngắn Mạch Máy biến áp.

z_n : tổng trở ngắn Mạch Máy biến áp

Z_n rất nhỏ cho nên I_n rất lớn:

I_n = U_1đM/z_n xấp xỉ (10 ¸ 25) I_1đM ( tình trạng sự cố)  

                  THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

Xác định tổn hao trên điện trở dây quấn và các thông số R₁, X₁, R₂, X₂

Sơ đồ thí nghiệM ngắn Mạch 

Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp . 

Nhờ bộ điều chỉnh điện áp, ta có thể điều chỉnh điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng U_n sao cho dòng điện trong các dây quấn đạt giá trị định Mức.

U_n % = U_n /U_1đM 100% = (3¸10 %) U_1đM

Công suất đo trong thí nghiệM ngắn Mạch P_n là tổn hao trong điện trở 2 dây quấn.

·       Tổng trở ngắn Mạch:   z_n = U_n /I_1đM

·       Điện trở ngắn Mạch:  R_n= P_n/I²_1đM

·       Điện kháng ngắn Mạch  

  

·       Thông số dây quấn

R₁ =R’₂ = R_n /2

X₁ =X’₂ =X_n/2

Biết hệ số biến áp, tính được thông số thứ cấp chưa quy đổi.

R₂=R’₂/k² ;^X₂=X’₂/k²

               CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện áp định Mức, dây quấn thứ cấp nối với tải.

Hệ số tải :    k_t = I₂/I_2đM= I₁/I_1đM

k_t=1 tải định Mức, k_t<1 non tải, k_t >1 quá tải.

Độ biến thiên điện áp thứ cấp.

dU₂% = (U_2đM-U₂)/ U_2đM .100%

Đặc tính ngoài của Máy biến áp

Quan hệ U₂ = fi(I₂), khi U₁ =U_1đM và cosP_t = const.

Điện áp thứ cấp U₂ là: U₂ = U_2đM -dU₂ = U_2đM (1 - dU₂%/100)

Tổn hao và hiệu suất Máy biến áp

- Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng 

dP_đ =dP_đ1+dP_đ2 = I₁²R₁ +I²₂R₂ = k_t²P_n

trong đó P_n là công suất đo được trong thí nghiệM ngắn Mạch .

- Tổn hao sắt từ dP_st trong lõi thép do dòng điện xoáy và từ trể gây ra.. Tổn hao sắt từ bằng công suất đo khi thí nghiệM không tải. dP_st = P₀

Hiệu suất Máy biến áp h:

h=P₂/P₁ = P₂/(P₂ + dP_st +dP_đ) = k_tS_đM cosP_t /( k_tS_đM cosP_t +P₀ +k_t²P_n)

 P₂= S₂ cos P_t = k_tS_đM cosP_t

Nếu cosP_t không đổi, hiệu suất cực đại khi hxích ma /xích ma k_t = 0 suy ra k_t²P_n =P₀

Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại:

Đối với Máy biến áp công suất trung bình và lớn, hiệu suất cực đại khi hệ số tải 

 k_t= 0.5 /0.7 

               MÁY BIẾN ÁP BA PHA

Để biến đổi điện áp của hệ thống điện ba pha, ta dùng Máy biến áp ba pha.

Về cấu tạo lõi thép của Máy biến áp ba pha gồM 3 trụ và trên Mỗi trụ quấn dây quấn sơ cấp và thứ cấp của  Mỗi pha

Dây quấn sơ cấp: pha A thường kí hiệu là AX, pha B là BY, pha C là CZ. 

Dây quấn thứ cấp: pha a thường kí hiệu là ax, pha b là by, pha c là cz.

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc hình taM giác, ví dụ như có 4 trường hợp cơ bản, bao gồM 12 tổ nối dây ( hình  7.8.1)

Hình 7.8.1

Tỷ số điện áp dây trong 4 trường hợp cơ bản:

Nối Y/Y:

U/d:

d/U:

d/d:

Tổ nối dây của Máy biến áp cho ta biết cách Mắc của cuộn sơ cấp, thứ cấp và góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và điện áp dây thứ cấp.

Ví dụ: Tổ nối dây kí hiệu U/U- 21; phía sơ cấp và thứ cấp nối sao, góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là  12x30⁰ =360⁰  

               SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Nhờ làM việc song song, công suất lưới điện lớn rất nhiều so với công suất Mỗi Máy, đảM bảo nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống và an toàn cung cấp điện, khi Một Máy hỏng hóc hoặc phải sửa chữa.

Điều kiện để cho các Máy biến áp làM việc song song  :

·       Điện áp định Mức sơ cấp và thứ cấp của các Máy phải bằng nhau tương ứng

·       Các Máy phải có cùng tổ nối dây

·       Điện áp ngắn Mạch của các Máy phải bằng nhau.

U_nI% = U_nII% =.....U_nN%

Cần đảM bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các Máy tỷ lệ với công suất định Mức của chúng.  

CÁC MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT

                  MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 

Biến áp tự ngẫu còn được gọi là Máy tự biến áp

Máy  biến áp tự ngẫu Một pha thường có công suất nhỏ, được dùng trong các phòng thí nghiệM và trong các thiết bị để làM nguồn có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu.

Máy  biến áp tự ngẫu  Một pha gồM có dây quấn thấp áp (số vòng dây W₂ ) là Một phần của dây quấn cao áp (số vòng dây W₁) ( hình 7.10.1 )

Ta có: U₁/U₂=W₁/W₂ hay là U₂ = U₁.W₁/W₂

Hình 7.10.1

Ta thay đổi vị trí tiếp điểM trượt a, sẽ thay đổi được điện áp U₂.

Máy tự biến áp có tiết diện lõi thép bé hơn Máy biến áp thông thường nhưng vẫn đảM bảo đủ công suất

Máy tự biến áp trong đó cuộn thấp áp là Một phần cuộn cao áp cho nên tiết kiệM được dây dẫn, và giảM được tổn hao.

Máy tự biến áp có nhược điểM là Mức độ an toàn điện không cao

                  MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG

Máy biến điện áp

Dùng biến đổi điện áp xoay chiều rất cao xuống điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ thông thường.  

Số vòng dây cuộn thứ cấp phải ít hơn số vòng dây cuộn sơ cấp. Tiết diện dây quấn sơ cấp nhỏ hơn tiết diện dây quấn thứ cấp.

Trong khi làM việc, không được để cho Máy biến điện áp ngắn Mạch ở thứ cấp.

Hình 7.10.2.a

Máy biến dòng điện

Dùng biến đổi dòng điện xoay chiều lớn xuống dòng điện nhỏ để đo lường và Một số Mục đích khác.

Vì dòng điện thứ cấp nhỏ hơn dòng điện sơ cấp nên số vòng dây thứ cấp nhiều hơn số vòng dây sơ cấp. Tiết diện dây quấn thứ cấp nhỏ hơn tiềt diện dây sơ cấp

Đối với Máy biến dòng không được để hở Mạch ở thứ cấp.

 

Hình 7.10.2.b

                                        He so hap thu: R15/E60 =< 1,3 : Do 15” va 60”

                                                                                                 (TL Sưu tầm)

Danh mục:

an toàn công nghệ Quy định

• Bài sau
• Bài trước