Giáo trình Máy điện 1 (Nghề Điện công nghiệp CĐTC)

SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: MÁY ĐIỆN 1
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: 234 /QĐ – CĐN ngày 5 tháng 8 năm 2020
của Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam

Hà Nam, năm 2020


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Dựa theo giáo trình này, có thể sử dụng để giảng dạy cho các trình độ hoặc nghề
ngành/ nghề khác của nhà trường.

1


LỜI GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển chung của đất nước, các ngành cơng nghiệp tự động hóa
phát triển, nhằm thay thế một phần cho con người, giảm bớt nhân cơng và chi phí. Các
dây chuyền tự động hóa sản xuất là cần thiết trong các nhà máy, xí nghiệp, do đó việc
cung cấp, sử dụng các thiết bị để lắp đặt dây chuyền là vô cùng quan trọng và cần
thiết. Môn học “ Máy điện 1 ” là môn chuyên ngành nhằm cung cấp kiến thức cơ bản
cho người học, sau khi ra trường có thể đảm nhận được cơng việc cụ thể tại các nhà

máy, xí nghiệp. Đồng thời giúp người học hiểu sâu hơn bản chất, cũng như thâm nhập
thực tế, củng cố nâng cao trình độ chuyên môn. Đặc biệt đối với trường Cao Đẳng
Nghề Hà Nam giáo trình” Máy điện 1” là tài liệu quan trọng, có ý nghĩa thiết thực cho
việc giảng dạy và học tập của giảng viên cũng như học sinh.
Khi biên soạn, tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung
chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được
biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao.
Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử
dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu
đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp
ý kiến của các thầy, cơ giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hồn thiện hơn.
Hà Nam, ngày 10 tháng 7 năm 2020
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Nguyễn Thị Tuyến

2


MỤC LỤC
Trang
LỜI GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 2
BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ......................................... 6
Mã chương: MH17 – 00 .............................................................................................. 6
1. Các định luật điện từ dùng trong máy điện ........................................................... 6
1.1. Định luật lực điện từ ............................................................................................................. 6
1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ ................................................................................................. 6
1.3. Sức điện động cảm ứng khi dân dẫn chuyển động cắt từ trường ......................................... 7
1.4. Tự cảm và hỗ cảm ................................................................................................................ 7

2. Định nghĩa và phân loại máy điện ......................................................................... 8

2.1. Định nghĩa ............................................................................................................................ 8
2.2. Phân loại máy điện ............................................................................................................... 8

3. Nguyên lý máy phát và động cơ điện .................................................................... 9
3.1. Nguyên lý máy phát điện ...................................................................................................... 9
3.2. Nguyên lý động cơ điện...................................................................................................... 10

4. Sơ lược về vật liệu chế tạo máy điện ................................................................... 11
4.1. Vật liệu dẫn điện ................................................................................................................. 11
4.2. Vật liệu dẫn từ .................................................................................................................... 11
4.3. Vật liệu cách điện ............................................................................................................... 11

5. Phát nóng và làm mát máy điện ........................................................................... 12
CHƯƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP .................................................................................. 13
Mã chương: MH17-01............................................................................................... 13
1. Khái niệm chung .................................................................................................. 13
1.1. Định nghĩa .......................................................................................................................... 14
1.2. Các loại máy biến áp .......................................................................................................... 14
1.3. Công dụng của máy biến áp ............................................................................................... 15

2. Cấu tạo máy biến áp............................................................................................. 15
3. Các đại lượng định mức ....................................................................................... 19
4. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ................................................................... 20
5. Mơ hình tốn của máy biến áp ............................................................................. 21
5.1. Nhận xét.............................................................................................................................. 21
5.2. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp ................................................................................ 22
5.3. Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp .............................................................................. 23
5.4. Phương trình cân bằng từ ................................................................................................... 23
5.5. Sơ đồ thay thế máy biến áp ................................................................................................ 24

6. Các chế độ làm việc của máy biến áp .................................................................. 25
6.1. Chế độ không tải ................................................................................................................. 25
6.2. Chế độ có tải ....................................................................................................................... 26

7. Máy biến áp 3 pha ................................................................................................ 27
7.1. Công dụng .......................................................................................................................... 27
7.2. Nguyên lý cấu tạo chung .................................................................................................... 27
7.3. Hệ số biến áp ...................................................................................................................... 30
7.4 Tổ nối dây của máy biến áp ................................................................................................. 31

8. Sự làm việc song song của máy biến áp .............................................................. 33
9. Máy biến áp đặc biệt ............................................................................................ 35
9.1. Máy biến áp tự ngẫu. .......................................................................................................... 35
3


9.2. Máy biến dòng điện (TI, BI)............................................................................................... 37
9.3. Máy biến áp đo lường (TU, BU). ....................................................................................... 39
9.4. Máy biến áp hàn ................................................................................................................. 39
9.5. Máy biến áp chỉnh lưu ........................................................................................................ 41

CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .................................................... 45
Mã chương: MH17-02............................................................................................... 45
1. Khái niệm và phân loại ........................................................................................ 45
1.1. Khái niệm ........................................................................................................................... 45
1.2. Công dụng máy điện không đồng bộ .................................................................................. 46
1.3. Phân loại máy điện không đồng bộ .................................................................................... 46
1.4. Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ ba pha là: ............................................ 46

2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha ................................................. 46

2.1. Phần tĩnh ( stato) ................................................................................................................. 47
2.2. Phần quay (Roto) ................................................................................................................ 48

6. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của dộng có điện không đồng bộ ................... 58
6.1. Biểu đồ năng lượng ............................................................................................................ 58
6.2. Hiệu suất của động cơ: (%).............................................................................................. 58

7. Mô men quay của động cơ không đồng bộ 3 pha ................................................ 59
7.1 Quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng ...................................................... 59
7.2 Chiều quay của động cơ không đồng bộ 3 pha .................................................................... 60

8. Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha ............................................................... 60
8.1. Khái niệm ........................................................................................................................... 60
10.4. Sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha vào lưới điện 1 pha ............................................ 80
4.5 Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ ................................................................ 116

5. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ ........................................... 118
5.1. Khái niệm ......................................................................................................................... 118

CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .............................................................. 128
Mã chương: MH17 - 04........................................................................................... 128
1. Khái quát chung ................................................................................................. 128
1.1. Khái niệm về máy phát điện 1 chiều ................................................................................ 128
1.2 Phân loại máy điện một chiều............................................................................................ 129
2.1. Phần cảm .......................................................................................................................... 130

5. Công suất điện từ và mômen điện từ trong máy điện một chiều ....................... 140

4

CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: Máy điện 1
Mã mơn học: MH17
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị mơn học
- Vị trí: Mơn học này học sau các mơn học An tồn lao động, Mạch điện và
mơ đun Đo lường điện.
- Tính chất: Là mơn học chun mơn, thuộc môn học đào tạo bắt buộc.
- Ý nghĩa và vai trị mơn học: Có vị trí quan trọng trong chương trình đào
tạo nghề điện cơng nghiệp
Mục tiêu của mơn học:
- Về kiến thức:
+ Mô tả được cấu tạo, phân tích nguyên lý của các loại máy điện.
+ Phân tích được các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy phát điện đồng bộ.
+ Trình bày được các phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc
độ động cơ điện một chiều.
- Về kỹ năng:
+ Tính tốn được các thông số kỹ thuật trong máy điện.
+ Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện.
+ Tính tốn được dây quấn máy biến áp công suất nhỏ.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Chủ động giải quyết cơng việc về tính tốn và vẽ sơ đồ trải, bảo dưỡng
và sửa chữa máy điện trong điều kiện làm việc thay đổi.
+ Có năng lực đánh giá, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ về
tính tốn và vẽ sơ đồ trải, bảo dưỡng và sửa chữa máy điện; chịu trách nhiệm cá
nhân và trách nhiệm đối với nhóm.
+ Có tư duy mới trong tổ chức cơng việc chuyên môn, đánh giá chất lượng
sản phẩm về bảo dưỡng và sửa chữa máy điện sau khi hoàn thành và kết quả
thực hiện của các thành viên trong nhóm.
Nội dung của môn học:

5


BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
Mã chương: MH17 – 00

Giới thiệu:
Nội dung của bài gồm các kiến thức cơ bản, các định luật điện từ dùng
trong máy điện, các chế độ làm việc của máy điện.
Mục tiêu:
- Phát biểu được các định luật điện từ trong máy điện
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện
- Giải thích được q trình phát nóng và làm mát của máy
- Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong cơng việc
Nội dung chính:
1. Các định luật điện từ dùng trong máy điện
1.1. Định luật lực điện từ
Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt vng góc với đường sức từ trường,
thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
F= B.I.l
(1.1)
Trong đó:
- B là cường độ từ cảm (T).
- I là dòng điện chạy trong thanh dẫn (A).
- l là chiều dài tác dụng của thanh dẫn (m).
- F là lực điện từ đo bằng Newton (N)
Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1-1).

Hình 1-1 Xác định lực điện từ bằng quy tắc bàn tay trái

1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ
Khi từ thơng  = (t) xun qua vịng dây biến thiên trong vòng dây sẽ
cảm ứng ra sức điện động e(t). Sức điện động đó có chiều sao cho dịng điện do
nó sinh ra tạo ra từ thơng chống lại sự biên thiên của từ thơng sinh ra nó (hình 12).Sức điện động cảm ứng trong một vịng dây được tính theo cơng thức Măcxoe
6


Hình 1.2 Chiều dương sđđ cảm ứng phù hợp với từ thông theo quy tắc vặn
nút chai
1.3. Sức điện động cảm ứng khi dân dẫn chuyển động cắt từ trường
Khi thanh dẫn chuyển động thẳng vng góc với đường sức từ trường (đó
là trường hợp thường gặp trong máy phát điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức
điện động e:
e = Blv
(1.4)
Trong đó:
- B là từ cảm đo bằng Tesla (T)
- l là chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ
trường) đo bằng mét (m)
- v là tốc độ của thanh dẫn đo bằng m/s
- Chiều của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay
phải.
1.4. Tự cảm và hỗ cảm
a. Hiện tượng tự cảm: Là hiện tượng
xuất hiện sức điện động cảm ứng trong
mạch do sự biến thiên của từ thơng gây ra
i
bởi dịng điện ở trong chính mạch đó (hình
1-4).
Hình 1- 4 Hiện tượng tự cảm trong

 = L.i
(1.5)
cuộn dây có dịng điện
Với L là hệ số tự cảm (Henri – H)
etc = -d/dt = -dLi/dt = -Ldi/dt (1.6)
b. Hiện tượng hỗ cảm: Hiện tượng hỗ cảm của hai mạch là sự xuất hiện
sức điện động cảm ứng ở một trong hai mạch khi làm biến thiên dòng
21 = M21.i
Tương tự:
12 = M12.i2
M21 = M12 = M
Khi i1 biến thiên  21 cũng biến thiên qua cuộn 2 sinh ra sức điện động cảm ứng:
ecư2 = -d21/dt = -M.di1/dt
M là độ hỗ cảm của hai mạch
7


2. Định nghĩa và phân loại máy điện
2.1. Định nghĩa
Máy điện là một hệ điện từ, thiết bị điện từ, làm việc dựa vào hiện tượng
cảm ứng điện từ, về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn),
dùng để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát
điện) hoặc ngược lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện), hoặc dùng để
biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số, số pha ...
2.2. Phân loại máy điện
Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau. Ở đây ta
phân loại máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng như sau :
a. Máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, do sự biến đổi
từ thơng trong các cuộn dây khơng có sự chuyển động tương đối với nhau. Máy

điện tĩnh thường dùng để biến đổi các thông số điện năng như máy biến áp biến
điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác,..
b. Máy điện quay (hoặc có loại chuyển động thẳng)
Máy điện quay làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ
do từ trường và dòng điện trong các cuộn dây gây ra. Loại máy nầy dùng để biến
đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược
lại như điện năng thành cơ năng (động cơ điện). Quá trình biến đổi năng lượng
nầy có tính thuận nghịch nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát
điện hoặc động cơ điện

8


Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp:

c. Tính thuận nghịch của máy điện
Nếu ta cho nguồn điện một chiều vào dây quấn rơto một động cơ điện, sau
đó dùng một động cơ sơ cấp kéo rôto quay, sẽ lấy được nguồn điện ra từ dây
quấn phần ứng như một máy phát điện. Ngược lại, nếu ta đem một máy phát
điện cấp nguồn điện cho cả dây quấn stato và rôto ta thấy rôto quay và làm việc
như một động cơ điện.
Giả sử có một máy điện một chiều đang làm việc ở chế độ máy phát ta có
dịng điện đưa: I ­ 

E­
nghĩa là Eư >U, máy sinh ra mômen điện từ hãm. Nếu ta
R­

giảm từ thông Ф hoặc tốc độ n, sẽ gây giảm Eư xuống thích hợp đặt Eư nhỏ hơn
U, làm dòng điện Iư đổi chiều, khi đó Eư và Iư ngược chiều nhau. Do chiều của từ

thông không đổi nên mômen điện từ ( M= C.M.Ф.Iư ) sẽ đổi dấu, tức là M và n
cùng chiều và mơmen điện từ đó đã từ mơmen hãm của máy phát biến thành
mômen quay. Máy đã chuyển từ máy phát điện sang động cơ điện, tách động cơ
sơ cấp ra ta sẽ được một động cơ điện một chiều.
* Kết luận: Về nguyên lý máy phát điện và động cơ điện là có tính thuận
nghịch, có thể sử dụng thay cho nhau được. Nhưng trong thực tế chế tạo, muốn
để máy phát và động cơ điện làm việc với hiệu suất cao nhất cần phải có những
kỹ thuật điều chỉnh một phần trong chết.
3. Nguyên lý máy phát và động cơ điện
3.1. Nguyên lý máy phát điện
Khi dây dẫn chuyển động với tốc độ v trong mặt phẳng vng góc với
đường sức, như trên ta thấy sđđ trong dây dẫn là E = B.l.v Nếu mạch ngoài dây
dẫn nối với một phụ tải bên ngồi R thì trong mạch có dịng điện I. Dịng điện
này qua dây dẫn làm suất hiện lực điện từ F = B.l.I có chiều xác định theo qui
9


tắc bàn tay trái. Ta thấy lực này có tác dụng cản chuyển động( ngược chiều với
tốc đô v)
Để đảm bảo vật dẫn chuyển động với tốc độ v ta phải tác dụng vào dây dẫn
một lực, giả sử bằng về trị số của lực F, nhờ một động cơ sơ cấp. Công suất cơ
do động cơ sơ cấp cung cấp là:
Pcơ = F.v = B.l.I.v = E.I = Pđiện Kết quả là dây dẫn chuyển động trong từ
trường đã có tác dụng biến cơng suất cơ của động cơ sơ cấp thành công suất điện
cung cấp cho phụ tải. Đó là nguyên tắc máy phát điện.
Giả sử dây dẫn có điện trở r0 điện áp giáng trên nội trở này là U0 = I.r0. áp
dụng định luật ôm cho tồn mạch ta có : I = E/(R + r0) hay E = I. /(R + r0) = U +
U0 ở đây P = U.I là điện áp đặt vào phụ tải R.
P0 = I2.r0 là tổn thất công suất trên nội trở

3.2. Nguyên lý động cơ điện
Đặt dây dẫn có dịng điện I do nguồn cung cấp vng góc với đường sức
của một từ trường đều, dây dẫn sẽ chịu tác dụng của lực điện từ F = B.l.I
Chiều của lực F được xác định bằng qui tắc bàn tay trái. Giả sử dưới tác
dụng của lực F, dây dẫn chuyển động với tốc độ v theo phương của lực, tức là
theo phương vng góc với đường sức và do đó trong dây dẫn có sđđ cảm ứng E
= B.l.I, chiều xác định theo qui tắc bàn tay phải.
Ta thấy chiều của sđđ ngược chiều dòng điện I. Nên E được gọi là sức phản
điện động. Gọi điện trở dây dẫn là r0 , điện áp nguồn là U, ta áp dụng định luật
Kiếc sốp 2 cho mạch vòng ta có U - E = I.r0 hay U = E + I.r0. Nhân cả hai vế với
I ta có U.I = E.I + I2.r0 = F.v + I2.r0 hay Pđiện = Pcơ + P0 ở đâyPđiện là công suất
nguồn cung cấp cho đông cơ

10


4. Sơ lược về vật liệu chế tạo máy điện
Vật liệu chế tạo máy điện bao gồm vật liệu cấu trúc, vật liệu tác dụng và
vật liệu cách điện. Vật liệu cấu trúc để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ
học như trục, ổ trục, thân máy, nắp. Vật liệu tác dụng dùng để chế tạo những bộ
phận dẫn điện và từ. Còn vật liệu cách điện dùgn để cách điện giữa phần dẫn
điện với không dẫn điện và giữa các phần dẫ điện với nhau.
4.1. Vật liệu dẫn điện
Tốt nhất là đồng vì chúng có điện trở suất nhỏ và khơng đắt lắm. Ngồi ra
cịn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thanh, đồng thau. Dây đồng và
nhôm được chế tạo theo tiết diện trịn hoặc chữ nhật có bọc cách điện.
4.2. Vật liệu dẫn từ
Trong máy điện dùng vật liệu sắt từ như thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn.
4.3. Vật liệu cách điện
Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu

nhiệt tót, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Cách điện bọc dây dẫn chịu
được độ cao thì nhiệt độ cho phép của dây dẫn càng lớn và dây dẫn chịu được
dòng tải lớn.
Chất cách điện phần lớn ở thể rắn và gồm 4 nhóm:
- Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, lụa.
- Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh.
- Các chất tổng hợp.
- Các loại men và sơn cách điện.
Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt. Giấy, vải, sợi rẻ nhưng dẫn
nhiệt và cách điện kém, dễ bị ẩm. Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện
tốt hơn.
Ngồi ra cịn có chất cách điện ở thể khí (khơng khí) và thể lỏng (dầu biến áp).

11


5. Phát nóng và làm mát máy điện
Trong q trình biến đổi năng lượng ln có sự tổn hao sắt từ trong thép,
tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao do ma sát đều biến đổi thành năng
lượng nhiệt làm nóng máy điện.
Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung
quanh bằng cách tạo ra bề mặt máy điện có khả năng làm mát tốt, tạo ra sự đối
lưu khơng khí xung quanh hoặc môi trường làm mát khác như dầu máy biến áp.
CÂU HỎI ƠN TẬP

1.Viết các cơng thức điện từ , giải thích các đại lượng và ứng dụng trong
nghiên cứu chế tạo máy điện?
2. Định nghĩa và phân loại máy điện?
3. Giải thích nguyên lý máy phát điện, nguyên lý động cơ điện và tính
thuận nghịch của máy điện?

4. Các vật liệu chính để chế tạo máy điện là gì, đặc điểm và phạm vi ứng
dụng của chúng?
5. Giải thích q trình phát nóng, làm mát của máy điện, những phương
pháp làm mát máy điện?

12


CHƯƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP
Mã chương: MH17-01

Giới thiệu:
Trong thực tế máy biến áp có vai rị rất quan trọng và là thiết bị không thể
thiếu trong lĩnh vực công nghiệp hóa hiện đại hóa, khoa học kỹ thuật nói chung
và ngành điện lực nói riêng. Nội dung của chương 1 giúp người học biết được
vai trò, nhiệm vụ, tầm quan trọng của máy biến áp, cấu tạo, nguyên lý làm việc
và các thông số cơ bản của máy biến áp, từ đó lựa chọn cơng suất của máy biến
áp phù hợp với phụ tải và nhu cầu sử sụng.
Mục tiêu:
- Mơ tả được cấu tạo, phân tích được ngun lý làm việc của máy biến áp
một pha và ba pha.
- Xác định được cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha
đúng kỹ thuật.
- Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp.
- Tính tốn được các thơng số của máy biến áp ở các trạng thái: khơng tải,
có tải, ngắn mạch.
- Chọn lựa đúng máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng. Bảo dưỡng và
sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo.
Nội dung chính:

1. Khái niệm chung

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải
điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ, một vấn đề rất lớn

13


đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh
tế nhất
Như đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp
được tăng cao thì dịng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể
làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống. Vì
thế muốn truyền tải cơng suất lớn đi xa, ít tổn hao cao, thường là 35, 110, 220 và
500 kv. Trên thực tế, các máy phát điện ít có khả năng phát ra điện áp cao như
vậy, thường chỉ từ 3 đến 21kv, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp ở đầu
đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến
6 kV, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để
tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện, tức ở đầu đường dây dẫn điện và giảm
điện áp khi tới các hộ tiêu thụ, tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là các máy
biến áp. Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công
suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba
pha, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng cơng suất của các máy
biến áp trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát
điện. Từ đó ta cũng thấy rõ, máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân
phối năng lượng chứ khơng chuyển hóa năng lượng.
1.1. Định nghĩa
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện
từ,dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành hệ
thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.

Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp. Đầu ra
nối với tải gọi là thứ cấp. Các đại lượng và các thơng số sơ cấp có chỉ số 1. Các
đại lượng và thơng số thứ cấp có chỉ số 2. Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp
sơ cấp là máy tăng áp ngược lại là máy giảm áp.
1.2. Các loại máy biến áp
- Theo nhiệm vụ có: Máy biến áp điện lực, máy biến áp đo lường, máy biến áp hàn
- Theo pha có: máy biến áp một pha và ba pha.
- Theo số cuộn dây có: Máy một và nhiều dây quấn.
- Theo lõi thép có máy kiểu bọc( hình 4-3b), kiểu trụ ( hình 4-3a,c), vừa
bọc vừa trụ, kiểu hình xuyến ....
Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện
lực hay máy biến áp cơng suất.
Ngồi máy biến áp điện lực ra cịn có nhiều loại máy biến áp dịng trong
các ngành chuyên môn như: máy biến áp chuyên dùng cho các lò điện luyện
kim; máy biến áp hàn điện; máy biến áp dùng cho các thiết bị chỉnh lưu; máy
14


biến áp dùng cho đo lường; thí nghiệm… Khuynh hướng phát triển của máy
biến áp điện lực hiện nay là thiết kế chế tạo những máy biến áp có dung lượng
thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọng lượng và kích
thước máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh không những có từ
tính tốt mà tổn hao sắt lại thấp, do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp.
Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm được đồng, vừa
giảm được trọng lượng máy cũng đang phát triển. Ở nước ta, ngành chế tạo máy
biến áp đã ra đời ngay từ ngày hịa bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản suất
được một khối lượng khá lớn máy biến áp, với nhiều chủng loại khác nhau phục
vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu. Hiện nay ta đã sản xuất
được những máy biến áp dung lượng 63000 kVA với điện áp 110kv.
1.3. Cơng dụng của máy biến áp

Hình 1.2. Mơ hình truyền tải điện năng
- Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện
năng. Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ, vì thế
cần phải xây dựng các đường dây truyền tải điện năng. Mặt khác máy phát điện
thường có điện áp 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 kV. Để nâng cao khả năng truyền tải và
giảm tổn hao công suất trên đường dây, cần đặt máy biến thế tăng điện áp ở đầu
đường dây. Mặt khác, phụ tải điện yêu cầu điện áp rất khác nhau từ vài vơn đến
hàng kilơvơn, vì thế ở cuối đường dây cần đặt máy biến thế để hạ điện áp.(hình 1-2)
- Ngồi ra máy biến áp còn được sử dụng, trong các thiết bị lò nung, trong
hàn điện, làm nguồn cho các thiết bị điện tử, trong lĩnh vực đo lường (máy biến
dòng, máy biến điện áp)...
2. Cấu tạo máy biến áp
Gồm 3 bộ phận chính: Lõi thép, Dây quấn, Vỏ máy.
a. Lõi thép (mạch từ): Làm nhiệm vụ dẫn từ, đồng thời nó làm khung dể
quấn dây. Được làm bằng nhiều lá thép kỹ thuật điện có độ dầy từ 0,35- 0,5
[mm] bề mặt có tráng sơn cách điện và được ghép chặt lại thành bộ( hình 1.2).
Mạch từ gồm 2 phần:
- Trụ từ: Là nơi đặt dây quấn.
15


- Gông từ: Là phần nối liền các trụ từ với nhau, tạo thành mạch từ kín và
khơng có dây quấn.
Lõi thép của máy biến áp thường được chế tạo theo các kiểu sau:
- Lõi thép kiểu lõi (mạch từ kiễu lõi): Có dây quấn bao quanh trụ thép.
Kiểu này được sử dụng rất phổ biến cho máy biến áp 1 pha và 3 pha có dung
lượng nhỏ hoặc trung bình.
- Lõi thép kiểu Bọc (mạch từ kiểu Bọc): Mạch từ được phân nhánh sang 2
bên và bọc lấy 1 phần dây quấn. Loại máy biến áp này thường được dùng cho 1

số nghành chun mơn như: lị luyện kim, hay máy biến áp 1 pha công suất nhỏ
dùng trong nghành kỹ thuật điện tử....Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng
lớn và cực lớn ( 80 – 100 MVA trên một pha), điện áp thật cao ( 220 – 400 kV ),
để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển mạch từ của máy
biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng
vừa kiểu tru, vừa kiểu bọc gọi là máy biến áp kiểu trụ – bọc. Hay còn là lõi thép
trung gian
- Loại trung gian, loại này thường dùng cho MBA 3 pha công suất lớn.
Để tạo nên một bộ lõi thép người ta phải ghép rất nhiều lá thép kỹ thuật
điện với nhau, các lá thép có độ dày 0,35 – 0,5(mm) bề mặt có phủ sơn cách
điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên

Đối với các máy biến áp kiểu bọc và kiểu trụ bọc, hai trụ thép phía ngồi
cũng đều thuộc về gơng. Để giảm tổn hao do dịng điện xóay gây nên, lõi thép
được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện
trên bề mặt. Trụ và gơng có thể ghép với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc
ghép xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gơng ghép riêng, sau đó dùng xà ép và bulơng
vít chặt lại. Các lá thép trong một bộ lõi thép thường được chế tạo theo một số
kiểu thông dụng sau: EE, LL, EI, II, UU... Các lá thép này phải được đan và
ghép lại với nhau sao cho khe hở của các lá thép trong một lõi thép không được
16


trùng nhau, sau đó tồn bộ các lá thép phải được ép chặt lại bằng các bộ xà ép,
gông ép và bu lơng đai ốc.Vì lý do an tồn, nên toàn bộ lõi thép được nối đất với
vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất.
b. Dây quấn
Dây quấn được làm bằng dây điện từ đồng (Cu) hoặc nhôm (Al) có thiết
diện trịn hoặc chữ nhật. Dây quấn là bộ phận quan trọng để dẫn điện của MBA,
và làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra, để thực hiện

nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải điện năng.
MBA có hai cuộn dây: Cuộn Sơ cấp hay còn gọi là cao áp ký hiệu: W1(CA)
và cuộn thứ hay còn gọi là hạ áp ký hiệu: W2.(HA).
 Đối với MBA hạ áp:
- Dây quấn sơ cấp W1 được đấu vào lưới điện U1 và có giá trị điện áp lớn
hơn U2, để lấy năng lượng điện vào.
- Dây quấn thứ cấp W2 được đấu ra tải có U2 thấp hơn giá trị điện áp đầu
vào sơ cấp, hoặc lấy năng lượng chuyển tiếp đi tuỳ theo yêu cầu làm việc.
 Đối với MBA tăng áp:
- Sơ cấp đấu với điện áp vào nhỏ thường từ MFĐ nơi sản xuất điện năng.
- Thứ cấp có điện áp ra lớn hơn để truyền tải điện năng đi xa ... đến nơi tiêu
thụ điện.

Dây quấn kiểu xen kẽ
Dây quấn kiểu đồng tâm
Hình 1.4 Các kiểu dây quấn của máy biến áp
- Đối với MBA 3 pha công suất lớn thường có 2 kiểu quấn dây (hình 1.4):
- Dây quấn kiểu đồng tâm là dây quấn có dây quấn sơ và thứ cấp cùng quấn
trên 1 trụ từ và cùng 1 tâm giữa hai dây quấn được lót cách điện. Dây quấn
HA(sơ cấp) thường quấn phía trong gần trụ thép, cịn dây quấn CA quấn phía
ngồi bọc lấy dây quấn HA(thứ cấp). Với cách quấn này có thể giảm bớt được
điều kiện cách điện của dây quấn CA(sơ cấp), bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã
có cách điện bản thân của dây quấn HA(thứ cấp).
Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm:
Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây trịn, quấn thành
nhiều lớp, nếu tiết diện dây lớn thì dùng dây bẹt và thường quấn thành hai lớp.
Dây quấn hình trụ dây trịn thường làm dây quấn CA, điện áp tới 35 kV; dây
17

quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn HA với điện áp từ 6 kV trở xuống.
Nói chung dây quấn hình trụ thường dùng cho các máy biến áp dung lượng 630
kVA trở xuống.
Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc,
giữa các vịng dây có rãnh hở. Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA(thứ
cấp)của các máy biến áp dung lượng trung bình và lớn
Dây quấn kiểu xen kẽ là loại dây quấn trên 1 trụ từ có dây quấn sơ cấp và
thứ cấp đặt xen kẽ nhau cách điện với nhau.
Khi quấn dây giữa các lớp dây quấn và giữa 2 dây quấn sơ, thứ cấp đều
được cách điện với nhau và tất cả dây quấn được cách điện hoàn tồn với lõi
thép. Trong chế tạo dây quấn, để có nhiều cấp điện áp làm việc, cuộn dây sơ và
thứ cấp thường có nhiều đầu dây ra, các đầu dây này thường được đấu qua một
chuyển mạch. Kiểu dây quấn này hay dùng trong các máy biến áp kiểu bọc. Vì
chế tạo và cách điện khó khăn, kém vững chắc về cơ học nên các máy biến áp
kiểu trụ hầu như không dùng kiểu dây quấn xen kẽ.
c. Vỏ máy: Vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng.
Thùng máy biến áp: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục.
Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao thóat ra dưới dạng
nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác, làm cho nhiệt độ của
chúng tăng lên. Do đó giữa máy biến áp và mơi trường xung quanh có một hiệu
số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh đó vượt quá mức qui định
sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với máy biến áp.
Để bảo đảm cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian qui
định ( thường là 15 đến 20 năm) và không bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh
bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt
truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu, rồi từ dầu qua vách thùng
ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển động
xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các bộ phận bên
trong máy biến áp. Mặt khác, dầu máy biến áp còn làm nhiệm vụ tăng cường
cách điện.

Tùy theo dung lượng máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng dầu có
khác nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là loại thùng dầu phẳng thường dùng
cho các máy biến áp có dung lượng từ 30 kVA trở xuống. Đối với các máy biến
áp cỡ trung bình và lớn người ta hay dùng loại thùng dầu có ống. Ở những máy
biến áp có dung lượng đến 10000 kVA, người ta dùng những bộ tản nhiệt có
thêm quạt gió để tăng cường làm lạnh. Ơ các máy biến áp dùng trong các trạm
thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh.
18


Nắp thùng: Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy
quan trọng như:
- Các sứ ra của dây quấn HA và CA: Làm nhiệm vụ cách điện giữa đây dẫn
ra với vỏ máy. Tùy theo điện áp của máy biến áp mà người ta dùng sứ cách điện
thường hoặc có dầu. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn.
Bình giãn dầu: Là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với
thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảo đảm thùng trong dầu luôn luôn đầy, phải
duy trì dầu ở một mức nhất định. Dầu trong thùng máy biến áp thơng qua bình
giãn dầu giãn nở tự do. Ống chỉ mức dầu bên cạnh bình giãn dầu dùng để theo
dõi mức dầu bên trong.
Ống bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối với
thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh. Nếu vì một lý do nào đó, áp suất
trong thùng tăng lên đột ngột, đĩa thủy tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thốt ra ngồi để
máy biến áp khơng bị hư hỏng. Ngồi ra trên nắp cịn đặt bộ phận truyền động
của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA.
3. Các đại lượng định mức
Các lượng định mức của máy biến áp do nhà chế tạo quy định, được ghi
trên máy, hoặc trong Catalo máy. Các thông số định mức qui định chế độ làm
việc lâu dài và tốt nhất của máy.
Máy biến áp có ba đại lượng định mức cơ bản:

a. Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức U1®m , là điện áp lớn nhất được phép đặt vào cuộn
dây sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức U2®m , là điện áp ra của máy biến áp, khi
điện áp vào định mức và máy khơng có tải. Người ta quy ước, với máy biến áp
một pha điện áp định mức là điện áp pha với máy biến áp ba pha là điện áp dây.
Đơn vị điện áp ghi trên máy thường là V hoặc kV.
b. Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điện lớn nhất được phép chạy trong dây quấn
của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với máy
biến áp một pha dòng điện định mức là dòng điện pha. Đối với máy biến áp ba
pha, dòng điện định mức là dòng điện dây. Đơn vị dòng điện là A. Dòng điện
sơ cấp định mức ký hiệu I1đm, dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu I2đm.
c. 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 ký hiệu làSđm, đơn vị làVA hoặc
KVA. Đối với máy biến áp một pha công suất định mức được xác định bằng
công thúc:
19


Sđm = U1®m I1®m  U2®m I2®m
Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức đựoc xác định:
Sđm= 3 U2đmI2đm-= 3 U1đmI1đm
Ngồi ra trên biển máy cịn ghi tấn số, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn
mạch, chế độ làm việc...
Với MBA 1 pha: I1®m 
Với MBA 3 pha:

S ®m
S

; I2®m  ®m
U1®m
U2®m

I1®m 

S®m
3U1®m

; I2®m 

S®m
3U2®m

Ngồi ra trên nhãn của máy biến áp còn ghi những số liệu khác như: số pha
m; sơ đồ và tổ nối dây quấn; điện áp ngắn mạch un%; chế độ làm việc( dài hạn
hay ngắn hạn ); phương pháp làm lạnh. Sau cùng nên hiểu rằng, khái niệm định
mức còn bao gồm cả nhữnhg tình trạng làm việc định mức của máy biến áp, mà
có thể khơng ghi trên nhãn máy như: hiệu suất định mức, độ chênh nhiệt định
mức, nhiệt độ định mức của môi trường xung quanh.
4. Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Để đơn giản ta xét
ngun lí làm việc của
MBA 1 pha:( hình 1.4)
Gồm 2 cuộn dây sơ
cấp và thứ cấp với các số
vòng dây W1 và W2 được
quấn trên 2 trụ từ của lõi
thép các thơng số tổn hao
khơng đáng kể.

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý chung của
máy biến áp
Khi nối cuộn dây sơ cấp vào điện áp xoay chiều u 1, trong dây quấn W1 sẽ
có dịng điện i1 chạy qua, sinh ra từ trường B biến thiên theo qui luật của dòng
điện i1.Từ trường B có từ thơng chính(Φ) chạy trong lõi thép,móc vịng qua hai
dây quấn W1 và W2 và biến thiên theo i1.Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến
thiên của từ thông φ làm cảm ứng trong dây quấn sơ cấp sức điện động :
e1   w1

d
dt

và trong dây quấn thứ cấp sức điện động : e2  w 2

d
dt

Trong đó: W1, W2 là số vịng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
20


Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dịng điện i2 = 0, từ
thơng chính φ chạy trong lõi thép chỉ do dòng sơ cấp i0 sinh ra. Khi máy biến áp
có tải Zt, trong mạch thứ cấp có dịng điện i2, từ thơng chính φ do cả hai dòng
sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra. Khi điện áp U1 là hình sin thì từ thơng cũng biến
thiên theo hình sin, giả sử khi : φ = Φm . sinωt thì:
d ( m .sin t )

e1   w1
 E1 2 sin(t  )

dt
d ( m .sin t )
e2   w 2
 E2
dt

2

2 sin(t 


2

)

Trong đó: E1 = 4,44fW1Φm
E2 = 4,44fW2Φm
E1, E2 là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp, thứ cấp.
Công thức (2.7) và (2.8) cho thấy: Sức điện động thứ cấp và sơ cấp có cùng
tần số, nhưng trị số hiệu dụng khác nhau.
Tỷ số E1/ E2 gọi là hệ số của máy biến áp và được ký hiệu bằng chữ k:
k

E1 w1

E2 w 2

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thơng tản ra ngồi khơng khí, thì có thể
coi gần đúng U1 ≈ E1; U2 ≈ E2
nên

U1 E1 w1


k
U 2 E2 w 2

Kết luận: Tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp gần đúng bằng tỷ số vòng dây sơ
cấp và thứ cấp.
Đối với máy tăng áp thì: U2 > U1 và W2 > W1.
Đối với máy giảm áp thì: U2 < U1và W2 < W1.
Như vậy, dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về
điện nhưng nhờ có từ thơng chính, năng lượng đã được truyền từ mạch sơ cấp
sang mạch thứ cấp.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, thì có thể coi gần đúng
U2I2 ≈ U1I1
hoặc:

U1 E1

k
U 2 E2

5. Mơ hình tốn của máy biến áp
5.1. Nhận xét
- Theo quy tắc vặn nút chai thì chiều của φ phù hợp với chiều i1 và chiều e1,
e2 phù hợp với chiều φ nghĩa là e1 và i1 cùng chiều. Theo định luật Lenxơ thì
dịng i2 luôn sinh ra từ thông chống lại sự biến thiên của từ thông φ, nghĩa là
21

chiều i2 không phù hợp với chiều φ theo quy tắc văn nút chai, nên chiều i2 ngược
với chiều e2.
- Trong máy biến áp, ngồi từ thơng φ chạy trong lõi thép, cịn có từ thơng
tản ψt. Từ thơng tản khép mạch qua các vật liệu không sắt từ (không khí và chất
cách điện), có độ dẫn từ kém và chỉ móc vịng riêng rẽ với mỗi dây quấn, do đó
từ thơng tản rất nhỏ so với từ thơng chính.
Từ thơng tản sơ cấp ký hiệu là Ψt1, do dịng điện sơ cấp i1 gây ra.Từ thông
tản thứ cấp Ψt2, do dòng điện thứ cấp i2 gây ra, ảnh hưởng của từ thông tản được
đặc trưng bằng điện cảm tản L1 và L2.
Điện cảm tản dây quấn sơ cấp L1 là: L1 

t1

Điện cảm tản dây quấn thứ cấp L2 là: L2 

i1

t 2
i2

5.2. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp
Mạch điện sơ cấp như hình 2-6a gồm điện áp u1, sức điện động e1, điện trở
dây quấn sơ cấp R1, điện cảm tản sơ cấp L1. Áp dụng định luật Kiêc hốp II ta có
phương trình cân bằng điện sơ cấp viết dưới dạng tức thời là:
di1
 u1  e1
dt
di
Chuyển vế ta có: u1  R1i1  L1 1  e1

dt
R1i1  L1

Viết dưới dạng số phức:Tổng trở phức
dây quấn
sơ cấp là: Z1  R1  jX 1
Trong đó X1 = ωL1 là điện kháng tản
dây quấn sơ cấp.
Phương trình cân bằng điện sơ cấp
viết dưới dạng số phức là:
.

.

.

U 1  Z1 i1  E1

22

Hình 1.6a


5.3. Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp
Mạch điện thay thế mạch thứ cấp ở
hình 2-6b,
gồm sức điện động e2, điện trở dây
quấn thứ cấp R2, điện cảm tản dây quấn thứ
cấp L2, tổng trở tải Zt .
Theo phương trình Kiêc hốp II thì:

R2i2  L2

di2
 u2  e2
dt

Hình 1.6b

chuyển vế ta có:
u2  e2  R2i2  L2

di2
dt

Viết dưới dạng số phức: Tổng trở phức dây quấn thứ cấp là:
Z 2  R 2 + j L2 = R 2 + jx 2

Trong đó X2 = ωL2 là điện kháng tản dây quấn thứ cấp. Phương trình cân
.

bằng điện thứ cấp viết dưới dạng số phức sẽ là U 2 = -E 2 - Z2
Điện áp thứ cấp U2 chính là điện áp đặt lên tải do đó:
.

.

U 2  Z2 I 2

5.4. Phương trình cân bằng từ
.

.

.

.

Nhận xét: Trong phương trình điện áp U1  I 1 Z1  E1 điện áp I 1 Z1 rất nhỏ,
nên có thể coi gần đúng U1 = E1. Điện áp U1 là điện áp lưới không đổi, nên E1=
4,44fWΦm, không đổi, vì vậy biên độ từ thơng Φ m sẽ khơng đổi. Ở chế độ
khơng tải, từ thơng chính do sức từ động của dây quấn sơ cấp i0 W1 sinh ra cịn
ở chế độ có tải, từ thơng chính do sức từ động cả 2 dây quấn sơ cấp và thứ cấp
sinh ra. Sức từ động lúc có tải là i1 W1- i2W2, (có dấu - trước i2 vì chiều i2 khơng
phù hợp với chiều φ). Vì Φm khơng đổi, nên sức từ động lúc không tải bằng sức
từ động lúc có tải, do đó phương trình cân bằng từ viết dưới dạng tức thời là:
i0W1=i1W1-i2W2
Chia cả 2 vế cho W2 ta được:
w
i
i
io  i1  i2 2  i1  2  i1  2  i1  i2, hayi1  i0  i2,
w1
k
w1
w2
Trong đó : - k 

w1
là hệ số máy biến áp.
w2

23


-

i2, 

i2
k

là dòng điện thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp , nếu viết dưới dạng số
.

.

.

phức thì có dạng sau: I1  I 0  I 2
Như vậy phương trình sức từ động cho ta thấy rõ quan hệ giữa dòng điện
sơ cấp và dòng điện thứ cấp. Hệ ba phương trình (2.18),(2.19) và (2.20) là các
phương trình cân bằng điện áp và từ hay là mơ hình toán của máy biến áp.
5.5. Sơ đồ thay thế máy biến áp
Để đặc trưng và tính tốn các q trình năng lượng xảy ra trong máy biến
áp, người ta thay mạch điện và mạch từ của máy biến áp bằng một mạch điện
tương đương, gồm các điện trở và điện kháng đặc trưng cho máy biến áp và

Hình 1.8 MBA không từ thông tản và tổn hao
được gọi là mạch điện thay thế cho máy biến áp
c. Mạch điện thay thế gần đúng của máy biến áp

Trên thực tế thường tổng trở nhánh từ hoá rất lớn (Zth>>Z = 1= Z 2 ), do đó
trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua nhánh từ hoá (Zth=∞) và thành lập lại sơ
đồ thay thế gần đúng có dạng sau: Khi bỏ qua tổng trở nhánh từ, ta
Trong đó: Zn = rn+j.Xn là tổng trỏ ngắn mạch của máy biến áp
rn  r1  r2.
I 2
.
j
r
I 2
I
1
j
I
1
là
X
X
điệ
.
Zt
n
.
U1
U1
trở
ng
ắn
mạ
Hình 1.11 Mạch điện thay thế gần đúng máy biến áp

ch
của máy biến áp
X n  X 1  X 2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp
24

Zt