bai giang may bien ap

TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT
TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN KỸ Õ THUẬT ĐIỆN
Các sinh viên không chuyên điện
CHƯƠNG 5
MÁY ĐIỆN TĨNH
MÁY ĐIỆN QUAY
MÁY ĐIỆN
XOAY CHIỀU
MÁY ĐIỆN
MỘT CHIỀU
MÁY ĐIỆN
K.Đ.B
MÁY ĐIỆN
ĐỒNG BỘ
ĐỘNGC
Ơ
K.Đ.BỘ
MÁY
PHÁT
K.Đ.B
ĐỘNG
CƠ
Đ.BỘ
MÁY
PHÁT
Đ.BỘ
ĐỘNG
CƠ
1CHIỀU

MÁY
PHÁT
1CHIỀU
MÁY
BIẾN
ÁP
MÁY ĐIỆN
v
e
N
S
B
Đònh luật cảm ứng điện từ
Các đònh luật thường dùng trong máy điện
F
đt
I
N
S
B
Đònh luật lực điện từ
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
I.CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN :
1. Đònh luật cảm ứng điện từ :
a,Cuộn dây :
Khi từ thông đi qua một cuộn
dây thay đổi thì trong cuộn
dây sẽ cảm ứng một sức điện
động :
e = dΦ/dt

= - w.dΨ/dt
với : Ψ = w.Φ
Φ
e
Vòng dây
Các đònh luật cơ bản:
b, Thanh dẫn chuyển động từ trường :
Khi thanh dẫn chuyển động
vuông góc với đường sức của
từ trường thì trong thanh dẫn
sẽ cảm ứng một sức điện động
e = B.l.v
Trong đó :
_ B : từ cảm (T)
_ l : Chiều dài hiệu dụng
của thanh dẫn (m)
_ v :Tốc độ thanh dẫn (m/s)
Đònh luật cảm ứng điện từ
v
e
N
S
B
Nếu thanh dẫn chuyển động
nghiêng một góc với đường sức
của từ trường thì súc điện trong
thanh dẫn :
e = B.l.v.sinα
2. Đònh luật lực điện từ :
Khi thanh dẫn có dòng điện

chạy qua đặt thẳng
góc với đường sức của từ
trường thì thanh dẫn sẽ chòu
tác dụng một lực điện từ :
F
đt
= B.i.l ( N )
* chiều được xác đònh theo qui
tắc bàn tay trái
Trong đó :
_ B : từ cảm (T)
_ I : Dòng điện
_ l : chiều dài hiệu dụng (m)
F
đt
I
N
S
B
Đònh luật lực điện từ
Các đònh luật cơ bản:
II. Các vật liệu chế tạo máy điện :
1.Vật liệu dẫn điện:
Vật liệu chủ yếu sử dụng là đồng hay nhôm. Các dây dẫn
bên ngoài được bọc một lớp cách điện bằng : sợi vải,sợi thủy
tinh,giấy,nhựa hoá học, sơn êmay.
2. Vật liệu dẫn từ :
Thường dùng là các lá thép Kỹ thuật điện có chiều dày từ :
0.1 – 0,5mm gép lại.
3. Vật liệu cách điện :

Dùng để cách điện các bộ phận dẫn điện và không dẫn
điện.Các vật liệu này có cường độ cách nhiệt cao,chòu nhiệt
tốt,chống ẩm và bền về cơ học.
4. Vật liệu kết cấu :
Dùng để chế tạo các chi tiết chòu tác dụng cơ học.Nó thường
là gang,thép,kim loại màu.
Chương 5
5.1.Khái niệm chung :
1. Đònh nghóa :
Máy biến áp là một thiết bò điện từ tónh,
có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều từ
cấp náy sang cấp khác,có cùng tần số.
MÁY BIẾN ÁP
MBA
U
2
,f
U
1
,f
2. Vai trò của máy biến áp :
Máy biến áp đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống
truyền tải,cung cấp,phân phối và sử dụng năng lượng điện. Nó nhằm
biến đổi ra các cấp điện áp thích hợp phù hợp với mục đích và yêu
cầu sử dụng.
Sơ đồ hệ thống truyền tải điện năng :
18KV/220KV
220KV/110KV
110KV/20KV
20KV/0.38KV

Máy phát
điện
220KV
Cao áp
110KV
Cao áp
220/380
Hạ thế
20KV
trung thê
T
A
i
Nhà máy điện
Trạm biến áp Trạm biến áp Đường dây
F
1
Máy phát
điện
F
2
18KV/220KV
220K
V
50Hz
50Hz
50Hz
50Hz
50Hz
Mạch từ

Dây quấn sơ cấp
Dây quấn Thứ cấp
a, Mạch từ :
Mạch từ hay còn gọi là lõi thép dùng
làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung
để quấn dây quấn,nó được làm bởi các
lá thép kỹ thuật điện có chiều dày từ
0,1 – 0,5 mm ghép lại.
Hình dạng,kích thước,trọng lượng phụ
thuộc vào công suất của máy
b,Dây quấn :
Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc
bằng nhôm bên ngoài phủ một lớp
chất cách điện và được quấn trên
mạch tư. Có hai cuộn dây
Là cuộn nhận năng lượng vào
(cuộn nối với nguồn )
u
1
,i
1
,W
1
,r
1
,x
1
,P
1
Là cuộn đưa năng lượng ra

(cuộn nối với tải)
u
2
,i
2
,W
2
,r
2
,x
2
,P
2
Cuộn sơ cấp :
Cuộn thứ cấp :
Lá thép
3, Cấu tạo :
Hình dạng mạch từ
móc vòng với cả 2 dây quấn W
1
, W
2
.
C, Vỏ :
Vỏ của máy biến áp thường được làm bằng làm nhựa,bằnggỗ,bằng thép,
bằng gang hoặc tôn mỏng. Trong các máy biến áp có công suất lớn vỏ
của máy được chế tạo có dạng bình kín,trong đó được đổ đầy cách điện.
Bên ngoài có thêm các lá tản nhiệt hoặc trong nhiều trường hợp phải la
mát cưỡng bức bằng quạt.
4, Nguyên lý làm việc :

Khi đặt điện áp xoay chiều hình
sin U
1
vào dây quấn W
1
dòng điện i
1
sẽ sinh ra một từ
thông Φ
c
chạy trong mạch từ
và cảm ứng trong 2 cuộn dây này các s.đ.đ e
1
, e
2
.
Khi thứ cấp có tải,
U
1
I
1
U
2
e
2
e
1
I
2
s.đ.đ E

2
sẽ sinh ra dòng điện i
2
đưa ra tải với điện áp U
2
Φ
c
Nếu điện áp U
1
đặt vào sơ cấp có dạng hình sin thì từ thông do nó sinh
ra cũng có dạng hình sin: Φ = Φ
max
.sinωt.Theo đònh luật cảm ứng điện
từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp sẽ là:
e
1
= - W
1
.dΦ/dt
e
1
= - W
2
.dΦ/dt
Trò hiệu dụng :
E
1
= 4,44.f.W
1
.Φ

max
E
2
= 4,44.f.W
2
.Φ
max
Người ta gọi : K = E
1
/E
2
= W
1
/W
2
= U
1
/U
20
là tỷ số biến áp
Nếu :
_ K > 1
MBA hạ áp
_ K < 1
MBA tăngï áp
_ K = 1
MBA cách ly (MBA an toàn)
Cuộn sơ và thứ quân riêng
Ký hiệu MBA
4, Các đại lượng đònh mức :

•S
đm
Công suất biểu kiến
VA.KVA
•U
1đm
Điện áp sơ cấp đònh mức
V,KV
•U
2đm
Điện áp thứ cấp đònh mức
V,KV
•I
1đm
Dòng điện sơ cấp đònh mức
A,KA
•I
2đm
Dòng điện thứ cấp đònh mức
A,KA
•f
đm
Tần số dòng điện đònh mức
Hz,KHz
•P
0
Tổn hao không tải
W,Kw
•P
n

Tổn hao ngắn mạch W,Kw
•i
%
Dòng điện không tải % A,KA
•U
n%
Điện áp ngắn mạch %
V,KV
Đ.lượng Tên gọi
Đơn vò
η
đm
Hiệu suất đònh mức
dòng điện I
2
chạy trong W
2
sẽ sinh ra từ thông tản Φ
t2
và sinh ra sức điện động tản:
5.2.Quan hệ điện từ trong máy biến áp :
*Khi có dòng điện i
1
chạy trong W
1
nó
sinh ra :
Φ
c
I

1
Φ
t1
Φ
t2
I
2
*Khi thứ cấp mang tải,
1.Từ thông và sức điện tản :
e
t2
= L
2
.di
2
/dt
Viết dưới dạng phức :
_ Từ thông tản Φ
t1
khép các vòng dây W
1
qua không khí nó sinh ra
sức điện động tản:
e
t1
= L
1
.di
1
/dt

Viết dưới dạng phức :
_ Từ thông chính Φ
c
chạy trong mạch từ,
nó sinh ra các sức điện động e
1
,e
2
.
X
1
: Điện kháng cuộn sơ cấp :
X
2
: Điện kháng cuộn thứ cấp :
5.2.Quan hệ điện từ trong máy biến áp :
2.Phương trình cân bằng điện áp
sơ cấp :
Điện áp đặt vào dây quấn sơ u
1
sẽ cân bằng với các thành phần
mà nó sinh ra gồm : E
1
,I
1
.r
1
,E
t1
3.Phương trình cân bằng điện áp

thứ cấp :
Sức điện động sinh ra trong
cuộn thứ cấp sẽ cân bằng với
các thành phần mà nó sinh ra
gồm : U
2
,I
2
.r
2
,E
t2
Mạch điện thay thế cuộn sơ cấp Mạch điện thay thế cuộn thứ cấp
* Sức từ động của một cuộn dây : F = I.W (A.vòng) nó sẽ sinh ra từ
thông Φ
* Một thiết bò : F = ΣI
i
.W
i
Trong máy biến áp : gồm sức từ động của cuộn sơ và thứ cấp
*Lúc không tải : ( i
2
= 0 ) F
o
= I
1o
.W
1
* Lúc có tải : F
t

= I
1
.W
1
+I
2
.W
2
Sinh ra Φ
max
Vì u
1
= cons,e
1
= cons nên
Φ
max
= const. Do vậy F
0
= F
t
I
10
.W
1
= I
1
.W
1
+ I

2
.W
2
Hay i
1
= i
0
+ í
2
với í
2
= -i
2
/k (dòng điện qui đổi thứ cấp về sơ cấp)
4.Phương trình cân bằng điện sức từ động :
5. Mạch điện thay thế máy biến áp :
Trong thực tế W
1
# W
2
nên : E
1
# E
2
Tưởng tượng một máy BA có W
/
2
= W
1
nên E

/
2
= E
1
Như vậy ta có thể nối hai mạch điện sơ cấp và thứ cấp lại với nhau.
Theo điều kiện bảo toàn năng lượng các đại lượng thứ cấp sẽ được qui
đổi về sơ cấp .
r
/
2
= k
2
.r
2
r
/
t
= k
2
.r
t
x
/
2
= k
2
.x
2
x
/

t
= k
2
.x
t
U
/
2
= k.U
2
a,Qui đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp :
Từ các phương trình cân
bằng điện từ và các đại
lượng qui đổi thứ cấp về sơ
cấp máy biến áp được thay
thế bởi một mạch điện
b, Mạch điện thay thế MBA :
Sơ cấp
Thứ cấp
E
1
=E
/
2
r
/
2
X
/
2

x
m
r
m
x
/
t
r
/
t
r
1
u
1
X
1
I
1
u
/
2
I
/
2
I
0
Mạch
tư’
Tải
5.3.Xác đònh các thông số của máy biến áp :

1.Thí nghiệm không tải :
a,Sơ đồ thí nghiệm :
b,Xác đònh các tham số :
Từ thí nghiệm không tải ta có :
k = U
1đm
/ U
2đm
= V
1
/ V
2
z
0
= U
1đm
/ I
10
= V
1
/ A
1
r
0
= P
0
/I
2
0
= P

W
/I
2
A
Mạch điện thay thế
_ Thứ cấp để hở ( i
2
= 0 )
_ Đặt U
1
= U
1đm
_ A chỉ dòng điện I
0
(K.tải)
_ V
1
chỉ điện áp đặt vào sơ cấp(U
10
)
_ V
2
chỉ điện áp cuộn thứ cấp(U
20
)
_ W chỉ công suất không tải(P
0
)
Thường r
1

<<r
m
, x
1
<<x
m.
Do vậy ta có :
r
m
= P
0
/I
2
0
= P
W
/I
2
A
x
0
= Z
2
0
–r
2
0
x
m
= z

2
0
–r
2
0
u
1
V
2
Chú ý : Dòng điện không tải thường được tính dưới dạng%
i
o
% = I
o
.100%/I
1đm
5.3.Xác đònh các thông số của máy biến áp :
2.Thí nghiệm ngắn mạch :
a,Sơ đồ thí nghiệm :
b,Xác đònh các tham số :
Từ thí nghiệm ngắn mạch ta có :
Z
n
= U
1n
/ I
1đm
r
n
= P

n
/ I
2
1đm
= P
W
/I
2
A1
_ Ngắn mạch thứ cấp (nối qua A)
_ Đặt U
1
= U
1n
điện áp ngắn mạch( Điện áp đặt
vào sơ cấp để dòng điện trong cuộn sơ và thứ
đạt đònh mức)
_ A
1
chỉ dòng điện sơ cấp (I
1đm
)
_ A
2
chỉ dòng điện thứ cấp (I
2đm
)
_ V
1
chỉ điện áp ngắn mạch (U

1n
)
_ W chỉ công suất ngắn mạch (P
n
)
Thường r
1
=r
/
2
, x
1
=x
/
2.
,do vậy ta có :
x
n
= Z
2
n
–R
2
n
* x
1
= x
/
2
= ½ Z

2
n
–r
2
n
* r
1
= r
/
2
= P
n
/ 2.I
2
1đm
* r
2
= r
/
2
/ k
2
* x
2
= x
/
2
/ k
2
Sơ cấp

Thứ cấp
u
1
Chú ý : Điện áp ngắn mạch thường được tính dưới dạng%
u
n
% = U
1n
.100%/U
1đm
Mạch điện thay thế
3, Hiệu suất máy biến áp :
Nếu gọi :
P
1
: Công suất điện đặt vào cuộn
sơ cấp :
P
1
= U
1
.I
1
.Cosϕ
1
Khi máy biến áp làm việc
có các tổn hao sau :
* Tổn hao đồng dây quấn sơ cấp :
ΔP
cu1

= I
2
1
.R
1
*Tổn hao sắt từ :
• ΔP
st
= I
2
0
.R
m
= P
0
Giản đồ năng lượng
P
1
P
đt
P
2
ΔP
st
ΔP
cu1
ΔP
cu2
* Công suất điện từ chuyển qua
thư cấp

P
đt
= P
1
–( ΔP
cu1
+ΔP
st
)
* Tổn hao đồng dây quấn thứ cấp :
ΔP
cu2
= I
2
2
.R
2
* Công suất lấy ra trên thứ cấp :
P
2
= P
đt
 - ΔP
cu2
P
2
+
Δ
P
st

+
Δ
P
cu
P
2
=
S
đm
.cos
ϕ
2
+ P
0
+ P
n
S
đm
.cos
ϕ
2
η
đm
=
* Hiệu suất :
* Nếu Cosϕ = const, hiệu suất của máy đạt cực đại khi :
Hay : β
2
tmax
.P

n
= P
0
Từ đó : β
tmax
= P
0
/ P
n
P
1
P
2
η
=
β
tmax
.S
đm
.cos
ϕ
2
+ P
0
+
β
2
tmax
.P
n

β
tmax
.S
đm
.cos
ϕ
2
η
max
=
* Khi làm việc đònh mức :
β
t
.S
đm
.cos
ϕ
2
+ P
0
+
β
2
t
.P
n
β
t
.S
đm

.cos
ϕ
2
η
=
* Khi làm việc ở một tải bất kỳ với hệ số tải β
t
= I
2
/I
2đm
= S
2
/S
đm
Trong đó : ΔP
Cu
= ΔP
Cu1
+ ΔP
Cu2
tổn hao đồng
P
đm
+ P
0
+ P
n
P
đm

η
đm
=
•_ P
2
= P
2đm
•_ ΔP
st
= P
0
tổn hao không tải
•_ ΔP
Cu
= P
n
tổn hao ngắn mạch
•_ P
2
= β
t
.P
2đm
•_ ΔP
st
= P
0
= const
•_ ΔP
Cu

= β
2
t
.P
n
dη/dβ
t
= 0
4, Độ biến thiên của điện áp thứ cấp :
Khi biến áp có tải,sự thay đổi tải gây nên sự thay đổi điện áp thứ câp.Khi
điện áp sơ cấp đònh mức, độ biến thiên điện áp là :
U
2đm
.100%
Δ
U
2
% =
Δ
U
2
U
nx%
= u
2
n%
-u
2
nr%
ΔU

2
= U
2đm
–U
2
Nếu gọi β
t
= I
2
/I
2đm
= S
2
/S
2đm
là hệ số mang tải của máy biến áp thì
ΔU
2
% = β
t
.(u
nr%
.cosϕ
2
+ u
nx%
.sinϕ
2
)
Trong đó :

u
nr%
= I
1đm
.r
n
.100%/U
1đm
u
nx%
= I
1đm
.x
n
.100%/U
1đm
Hoặc: u
nr%
= P
n
/10.S
đm
Với: _ P
n
(W)
_ S
đm
(KVA)
_ U
nR%

: Điện áp ngắn mạch tác dụng%
_ U
nX%
: Điện áp ngắn mạch phản kháng%
5.4.MÁY BIẾN ÁP BA PHA
Sơ cấp
XCPha3
YBPha2
XAPha1
Thứ cấp
zc
yb
xa
1.Cấu tạo :
Sơ cấp
A
B
C
X
Y
Z
Thứ cấp
cba
x
y
z
là dây đồng hoặc bằng
nhôm bên ngoài được phủ một lớp chất
cách điệnvà được quấn trên các trụ của
mạch từ

Mạch từ cũng được làm
•bởi các lá thép kỹ thuật điện,nó thể
là 3 pha 3 tru hay 3 pha 5 trụ.
* Mạch từ :
* Dây quấn:
b, Máy biến áp ba pha:
a, Tổ máy biến áp ba pha :
Gồm ba máy biến áp một pha ghép lại
Dây
quấn
Mạch từ
Ký hiệu
2, Nguyên lý làm việc :
Tương tự như máy biến áp một pha
Chú ý :
_ Các phương trình cân bằng điện từ,mạch điện
thay thế,hiệu suất tương tự như MBA 1 pha.
_ Tỷ số biến áp :
k = U
d1
/ U
d2
Tỷ số này thay đổi theo cách nối các cuộn dây sơ cấp
và thứ cấp.
Ký hiệu
Sơ cấp
A B C
a b c
X Y Z
x y z

Thứ cấp
Ví dụ: Một máy biến áp ba pha có số vòng dây mỗi pha sơ cấp và thứ
cấp là W
1
, W
2
.
Sơ cấp
A B C
a b c
X Y Z
x y z
Thứ cấp
Sơ cấp
A B C
a b c
X Y Z
x y z
Thứ cấp
_ Các đại lượng điện áp và dòng điện được tính theo đại
lượng dây và P
0
, P
n
được tính cho cả ba pha
5.5.MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG
Trong hệ thống điện,lưới điện các máy biến
áp thường làm việc song song.Khi làm việc
song song sẽ :
2. Điều kiện để các máy làm việc song song :

MÁY I
MÁY II
SƠ CẤP
THỨ CẤP
a, Điện áp đònh mức thứ cấp và
sơ cấp phải bằng nhau
U
1I
= U
1II
U
2I
= U
2II
K
I
= K
II
b,Tổ nối dây các máy phải giống nhau
c, Điện áp ngắn mạch phải bằng nhau
u
nI
% = u
nII
%
Điều kiện này để các máy mang tải tỷ lệ với công suất đònh mức của chúng
- Đảm bảo việc cung cấp điện được liên tục và sử dụng hiệu qủa hơn khi
một trong các máy bò hỏng hoặc cần bảo quản,sửa chữa.
- Cung cấp được công suất lớn
1. Ý nghóa :