Bài giảng Kỹ thuật điện đại cương_Chương 3 docx

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 1

Chương 3: MÁY BIẾN ÁP
Chương 3: MÁY BIẾN ÁP Chương 3: MÁY BIẾN ÁP
Chương 3: MÁY BIẾN ÁP (7LT + 3BT)
(7LT + 3BT)(7LT + 3BT)
(7LT + 3BT)


IV.1. Giới thiệu chung về máy biến áp
IV.1. Giới thiệu chung về máy biến ápIV.1. Giới thiệu chung về máy biến áp
IV.1. Giới thiệu chung về máy biến áp


IV.1.1. Đònh nghóa
IV.1.1. Đònh nghóaIV.1.1. Đònh nghóa
IV.1.1. Đònh nghóa


Máy biến áp là thiết bò điện từ tónh làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng.
Gồm cuộn dây sơ cấp nối nguồn điện và cuộn dây cảm ứng nối tải là cuộn thứ cấp. Ký
hiệu:
IV.1.2. Các đại lượng đònh mức
IV.1.2. Các đại lượng đònh mứcIV.1.2. Các đại lượng đònh mức
IV.1.2. Các đại lượng đònh mức


MBA một pha: U
1đm
, U

2đm
= U
20
, I
1đm
, I
2đm
, S
đm
= U
2đm
.I
2đm
≈ U
1đm.
I
1đm
[VA]

MBA bapha: U
đm
dây, I
đm
dây, S
đm
= 3 U
2đm
.I
2đm
≈ 3 U

1đm.
I
1đm
[VA]

IV.1.3. Cấu tạo của máy biến áp
IV.1.3. Cấu tạo của máy biến ápIV.1.3. Cấu tạo của máy biến áp
IV.1.3. Cấu tạo của máy biến áp


Lõi: (0,35mm đến 0,5mm)
Dây quấn.
Vỏ máy: có thể chứa dầu máy biến áp (
làm mát và cách điện MBA
).
IV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
IV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến ápIV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
IV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp











dt

d
we
11
φ
−=

dt
d
we
22
φ
−=


2
wj
E
1
1
Φω
−=
&
&

2
wj
E
2
2
Φω

−=
&
&


2
wj
E
1
1
Φω
−=

2
wj
E
2
2
Φω
−=

Hay
Φπ−=
11
fw2E

Φπ−=
22
fw2E

(U
1
không đổi ⇒ E
1
xem như không đổi ⇒ Φ không đổi
Từ thông Φ không đổi cả khi không tải và có tải)
Tỷ số biến áp:
2
1
2
1
w
w
E
E
k ==

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tỏa ra ngòai không khí ta có:
U
1
≈
E
1
và U
2

≈
E
2

⇒
2
1
2
1
2
1
U
U
w
w
E
E
k
≈==

i
1

u
1

w
1

w
2

i

2

u
2

Z
t

φ

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 2

IV.2. Chế độ không tải của máy biến áp
IV.2. Chế độ không tải của máy biến ápIV.2. Chế độ không tải của máy biến áp
IV.2. Chế độ không tải của máy biến áp


IV.2.1.
IV.2.1. IV.2.1.
IV.2.1. Phương trình điện áp
Phương trình điện ápPhương trình điện áp
Phương trình điện áp

2
w
jEU
1
11
Φω
=−≈
&
&&

Φ
chậm pha hơn U
1
một góc 90
0
.

2
w
jEU
2
22
Φ
−=≈
&
&&

ω

Φ
sớm pha hơn U
1
một góc 90
0
.
IV.2.2.
IV.2.2. IV.2.2.
IV.2.2. Dòng điện không tải
Dòng điện không tảiDòng điện không tải
Dòng điện không tải


Do tổn hao trong lõi thép,
0
I
&
sớm pha hơn từ thông
0
Φ
&
góc
α
gọi
là góc tổn hao từ trễ.
I
0x
là thành phần phản kháng hay từ hóa dùng để từ hóa lõi thép.

I
0r
là thành phần tác dụng do tổn hao trong lõi thép.

Thường I
0r
< 10% I
0x
⇒ I
0x
≅
I
0
.

Dòng điện không tải I
0
rất nhỏ hơn so với dòng điện sơ cấp đònh
mức nên có thể bỏ qua dòng không tải: I
0
= (0,5%
÷
10%)I
1đm
.
IV.2.3.
IV.2.3. IV.2.3.
IV.2.3. Công suất không tải
Công suất không tảiCông suất không tải
Công suất không tải

P
0
= P
Fe
+ P
r1

≈
P
Fe

(vì I
0
nhỏ)


Fe
3,1
2
50
40Fe
m
50
f
pP







β=

Trong đó
50
40
p
là suất tổn hao trong thép ở tần số 50Hz và từ cảm 1T [w/kg]

β
từ cảm trong lõi thép [T]
m
Fe
khối lượng thép [kg]
IV.3.
IV.3.IV.3.
IV.3. Chế độ tải
Chế độ tải Chế độ tải
Chế độ tải


IV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
IV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấpIV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
IV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp

Φ
&

1
E
&

2U2E
&&
=

11
EU
&&
−=

Φ
&

1
I
&

1
U

&

w
1

w
2

0I
2
=
&

2
E
&

2
U
&

1
E
&

Φ
&

1
E

&

1
U
&
0
I
&

x
0
I
&

r
0
I
&

α

1
I
&

1
U
&

w

1

w
2

2
I
&

t
Z
&

1σ
Φ
&

2
σ
Φ
&

2
U
&

Φ
&

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh

Chương 3: Máy biến áp 3

Từ thông chính Φ sinh ra sức điện động cảm ứng chính:

dt
d
w
dt
d
e
1
1
1
φ
−=
ψ
−=

dt
d
w
dt
d
e
2
2
2
φ
−=
ψ

−=

Từ thông tản:

111
.w
σσ
Φ
=
Ψ

111
.w
σσ
Φ
=
Ψ

do điện cảm tản sinh ra:

1
1
1
i
L
σ
σ
Ψ
−=

2
2
2
i
L
σ
σ
Ψ
−=

(hằng số,
∉
I)

Từ thông tản chỉ móc vòng qua riêng lẻ từ cuộn dây, và tạo ra sức điện động cảm ứng :

dt
di
L
dt
d
e
1
1
1
1 σ
σ
σ
−=
ψ

−=

dt
di
L
dt
d
e
2
2
2
2 σ
σ
σ
−=
ψ
−=










Chiều điện áp như hình vẽ:





−+=
+−−=
σ
σ
22222
11111
ireeU
ireeU

⇒








−−=
++−=
22
2
222
11
1
111
ir
dt

di
LeU
ir
dt
di
LeU
σ
σ

Viết dạng số phức:

(
)
( )
( )





−+=+−=
+−=++−=
22222222
11111111
IZEIjxrEU
IZEIjxrEU
&&&&&&
&&&&&&

Với x

1
= ω L
σ1
là điện kháng tản dây quấn sơ cấp.
x
2
= ω L
σ2
là điện kháng tản dây quấn thứ cấp.
Z
1
= r
1
+ jx
1
là tổng trở dây quấn sơ cấp.
Z
2
= r
2
+ jx
2
là tổng trở dây quấn thứ cấp.
IV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ động
IV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ độngIV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ động
IV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ động


U
1

= const ≈⇒ E
1
= const ⇒ Φ
m
= const (
m1dq1
.fN.k.2E
1
Φπ= )
Do từ thông Φ
m
= const nên sức từ động không đổi
(
)
mm
RNIF
Φ
=
=

⇒
(không tải)
constI.wI.wI.w
221101
=+=
&&&

(có tải)

⇒

( )
'
20
'
2
02
1
2
01
II
k
I
II
w
w
II
&&
&
&&&&
−+=








−+=









−+=

với
2
1
2
1
E
E
w
w
k ==
là tỷ số biến áp



Z
t

i
1

u

1

e
σ2

i
2

u
2

e
2

e
1

e
σ1

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 4

IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và
IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và
IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và
giản đồ vector
giản đồ vectorgiản đồ vector
giản đồ vector

(
)
( )
( )





−+=
+−=
++−=
'
201
22222
11111
III
IjxrEU
IjxrEU
&&&
&&&
&&&


α góc tổn hao từ trễ
θ
2

góc lệch pha giữa I
2
và E
2
.
IV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến ápIV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến áp



( )





−+=
−=
+−=
'
201
2222
1111
III
IZEU
IZEU
&&&
&&&&
&&&&

IV.4.1. Quy đổi máy biến áp
IV.4.1. Quy đổi máy biến ápIV.4.1. Quy đổi máy biến áp
IV.4.1. Quy đổi máy biến áp


Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số,
năng lượng.
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổiSức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi


Qui về sơ cấp: E’
2
= E
1
, mà
22
2
1
1
kEE
w
w
E ==
⇒ E’
2
= kE
2

Tương tự có : U’
2
= kU
2

Dòng điện thứ cấp quy đổi
Dòng điện thứ cấp quy đổiDòng điện thứ cấp quy đổi
Dòng điện thứ cấp quy đổi



Điều kiện năng lượng: E
2
I
2
= E’
2
I’
2

Dòng điện thứ cấp quy đổi:
22
'
2
2
'
2
I
k

1
I
E
E
I ==

Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi
Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổiĐiện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi
Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi



Điều kiện năng lượng:
2'
2
'
2
2
22
IrIr =
⇒
2
2'
2
r.kr =

Tương tự
2'
2
'

2
2
22
IxIx =
⇒
2
2'
2
x.kx =

Hay
2
2'
2
Z.kZ =
và
t
2'
t
Z.kZ =
IV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến ápIV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến áp



(
)
( )
( )






−+=
+−=−=
++−=+−=
'
20
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
11111111
III

IjxrEIZEU
IjxrEIZEU
&&&
&&&&&&
&&&&&&







α

2
θ

2
U
&

2
I
&

2
E
&

1

E
&

22
Ijx
&
−

1
1
Ijx
&

22
Ir
&
−

11
Ir
&

1
I
&

2
'
I
&

−

Φ
&

1
U
&

0
I
&

1
E
&
−

r
1

r
’
2

x
’
2

1

I
&

x
1

r
m

0
I
&

1
E
&
−

'
2
E−

Z
’
t

1
U
&

'
2
U
&

x
m

'
2
I
&
−

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 5


(
)
0mm0m1
IjxrIZE
&&&&
+==
Với Z
m
= r
m
+ jx
m

là tổng trở hóa đặc trưng cho mạch từ

2
0
Fe
m
I
p
r =
là điện trở hóa đặc trưng cho tổn hao
x
m
là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Φ







Dòng điện không tải I
0
thường rất nhỏ I
0
= (0,5% ÷ 10%)I
1đm
.

(tần số cao ko qua được)
Với r
n
= r
1
+ r
’
2
là điện trở ngắn mạch của máy biến áp.
x
n
= x
1
+ x
’
2
là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp.
IV.5. Xác đònh các thông số của máy biến áp
IV.5. Xác đònh các thông số của máy biến ápIV.5. Xác đònh các thông số của máy biến áp
IV.5. Xác đònh các thông số của máy biến áp


IV.5.2. Thí nghiệm không tải
IV.5.2. Thí nghiệm không tảiIV.5.2. Thí nghiệm không tải
IV.5.2. Thí nghiệm không tải

1) Tỷ số biến áp k:

20
dm1
20
1
2
1
2
1
U
U
U
U
E
E
w
w
k =≈==

2) Điện trở không tải:
2
0
0
10
I

p
rrr
m
=+=

Thường r
0
>> r
1
nên: r
m
≈ r
0

3) Tổng trở không tải:

0
1
0
I
U
Z
dm
=

thường
m
ZZ >>
0
nên

0
ZZ
m
≈

4) Điện kháng không tải:

2
0
2
010
rZxxx
m
−=+=

Điện kháng từ hóa thường lấy gần đúng: x
m ≈
x
0

5) Hệ số công suất không tải:
01
0
0
cos
IU
p
dm
=
ϕ

(0,1
÷
0,3)

r
1


x
1


1
U
&

20
U
&

I
0


r
m


x

m


A


W


V


V


U
1


I
0


P
0


U
20

r
1

r
’
2

x
’
2

1
I
&

x
1

0
I
&

1
E
&
−

'
2

E−

Z
’
t

1
U
&

'
2
U
&

'
2
I
&
−

X
m

r0
I
&

x0
I

&

R
m


r
n


x
n


Z
’
t


1
U
&

'
2
U
&

Đ
1

=
-
Đ
’
2


Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 6

IV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạch
IV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạchIV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạch
IV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạch


I
1
= I
1đm

U
n
= ( 3% + 10% ) U
1đm

1) Tổng trở ngắn mạch
dm1
dm1
n
n
n
I
U
I
U
Z ==

2) Điện trở ngắn mạch
2
dm1
n
n
I
P
r =

(có thể đo được, rất nhỏ)

3) Điện trở kháng ngắn mạch
2
n
2
nn
rZx −=

Quan hệ gần đúng:
2
r
rr
n
'
21
≈≈
và
2
x
xx
n
'
21
≈≈

U
nr
= r
n
I
1đm
là thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch.
U
ux
= x
n
I

1đm
là thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.
Điện áp ngắn mạch thường được tính bằng phần trăm so với điện áp
đònh mức:

100
U
Ix
100
U
U
%U
100
U
Ir
100
U
U
%U
100
U
IZ
100
U
U
%U
dm1
dm1n
dm1
nx

nx
dm1
dm1n
dm1
nr
nr
dm1
dm1n
dm1
n
n
==
==
==

IV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến áp
IV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến ápIV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến áp
IV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến áp


IV.6.1.
IV.6.1. IV.6.1.
IV.6.1. Giản đồ năng lượng của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến ápGiản đồ năng lượng của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến áp

Sơ cấp:
Sơ cấp:Sơ cấp:
Sơ cấp:


P
1
= U
1
I
1
cos
ϕ
1
công suất tác dụng.
Q
1
= U
1
I
1
sin
ϕ
1
công suất phần kháng.

ϕ

1
góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp sơ cấp.
p
cu1
= r
1
I
1
2
công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp.
n
U
&

nx
U
&

ϕ
n

nr
U
&

A


W

V


A


U
1
=U
n


I
n


P
n


r
n


x
n


n

U
&

Đ
n
=Đ
1đm


S
1
=P
1
+ jQ
1

S
đt
=P
đt
+jQ
đt

S
2
= P
2
+jQ
2

p
Cu2
+ jq
2

p
Cu1
+ jq
1

p
Fe
+jq
m

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 7

q
cu1
= x
1
I
1
2
công suất phản kháng tạo từ trường bản dây quấn sơ cấp.
p
fe
= r
m

I
o
2
công suất tổn hao trong lõi thép.
q
m1
= x
m
I
o
2
công suất phản kháng tạo từ trường chính trong lõi thép.
Công suất điện từ tác dụng và phản kháng truyền từ sơ cấp qua thứ cấp máy biến áp

P
dt
= P
1 –
p
cu1
– p
fe
= E’
2
.I’
2
.cos
ϕ
2

Q
dt
= Q
1 –
q
cu1
– q
m
= E’
2
.I’
2
.sin
ϕ
2

xem gần đúng góc lệch pha
ϕ
2
giữa U
2
và I
2

≈
góc lệch pha
θ
2
giữa E
2

và I
2
.
Thứ cấp:
Thứ cấp:Thứ cấp:
Thứ cấp:


p
cu2
= r
2
I
2
2
công suất tổn hao trên điện trở dây quấn thứ cấp.
q
2
= x
2
I
2
2
công suất phản kháng tạo từ trường bản dây quấn thứ cấp.
Do đó công suất tác dụng và phản kháng ở đầu ra máy biến áp là:
P
2
= P
dt
– p

cu2
= U
2
I
2
cos
ϕ
2

Q
2
= Q
dt
– q
2
= U
2
I
2
sin
ϕ
2



IV.6.2.
IV.6.2. IV.6.2.
IV.6.2. Hệ số tải của máy biến áp
Hệ số tải của máy biến ápHệ số tải của máy biến áp
Hệ số tải của máy biến áp

dm1
1
dm2
2
I
I
I
I
≈=
β

Khi
β
= 1 - tải đònh mức;
β
< 1 - non tải;
β
> 1 - quá tải.
IV.6.3.
IV.6.3. IV.6.3.
IV.6.3. Hiệu suất của máy biến áp
Hiệu suất của máy biến ápHiệu suất của máy biến áp
Hiệu suất của máy biến áp



1

2
P
P
=η
hoặc
100
P
P
%
1
2
=η


CuFe2
2
1
2
PPP
P
P
P
++
==η

P
2
= U
2
I

2
cos
ϕ
2
=
β
.S
đm
cos
ϕ
2

P
Fe

≈
P
0
(TN không tải với: U
1đm
)
P
Cu
= I
1
2
r
1
+ I
2

2
r
2
= I
1
2
(r
1
+r
’
2
) = I
1
2
r
n
=
β
2
P
n
. (TN ngắn mạch với: I
1đm
)
⇒

n
dm
dm
PPS

S
.cos
cos
.
.
2
0
2
2
βϕβ
ϕ
β
η
++
=

nếu cos
ϕ
2
không đổi thì hiệu suất sẽ cực đại khi:
β
η
∂
∂
= 0
⇔

β
2
.P

n
= P
0

Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại là:
β
=
P
0
P
n

IV.6.4.
IV.6.4. IV.6.4.
IV.6.4. Độ thay đổi điện áp của máy biến áp
Độ thay đổi điện áp của máy biến ápĐộ thay đổi điện áp của máy biến áp
Độ thay đổi điện áp của máy biến áp


U
1
= U
đm
= const

U
2
= U
20
= U

2đm

Khi máy biến áp ở chế độ tải thì U
2
< U
2đm
và phụ thuộc vào tải do điện áp rơi trên dây
quấn sơ cấp và thứ cấp. Độ biến thiên điện áp thứ cấp
∆
U
2
là:
∆
U
2
= U
2đm
– U
2


Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 8

Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm:
100.
U
UU
%U
dm2

2dm2
2
−
=∆

Hay
100.
U
UU
100.
U.k
U.kU.k
%U
dm1
'
2dm1
dm2
2dm2
2
−
=
−
=∆

(
)
( )
2nx2nr
dm1
2nx2nr
2
sin%.Ucos%.U
U
sin.Ucos.U
%U ϕ+ϕβ=
ϕ+ϕβ
=∆

Lưu ý
: sin ϕ
2
> 0 khi dòng điện chậm pha (tải cảm)
sin
ϕ
2
< 0 khi dòng điện sớm pha (tải dung)
⇒ ∆U
2
% phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải.
Từ
∆U% ta tính được điện áp thứ cấùp U
2
theo công thức:







∆
−=∆−=
100
%U
1UUUU
2
dm22dm22








IV.7. Máy biến áp ba pha
IV.7. Máy biến áp ba phaIV.7. Máy biến áp ba pha
IV.7. Máy biến áp ba pha



Y hay
Y hay Y hay

Y hay ∆
∆∆
∆


0


-U
’
2


r
n
I
1


A


C


B


ϕ
2

ϕ
n


U
1đm


x
n
Đ
1


Z
n
Đ
1


Đ
’
2
= -
Đ
1

U
2

U
20

R


L


C


β


Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 9


IV.8. Sự làm việc song song của máy biến áp
IV.8. Sự làm việc song song của máy biến ápIV.8. Sự làm việc song song của máy biến áp
IV.8. Sự làm việc song song của máy biến áp


Điều kiện làm việc song song: dòng điện tải phân bố tỷ lệ theo công suất máy
⇔ + không có dòng cân bằng chạy trong các dây quấn thứ cấp
+ cùng hệ số tải β

Để đảm bảo hai điều kiện trên:
1. Các MBA có cùng điện áp sơ cấp và thứ cấp
2. Điện áp thứ cấp cùng pha và cùng tổ đấu dây
3. Cùng điện áp ngắn mạch phần trăm (để cùng cùng β)

U
1
U
2
E
I
E
II
I
II
I
c6
Z
nI
Z
nII
I’
2I
I’
2II
I’
2
U’
2
Z’

2
U
1



nI
nII
nI
nII
II
I
U
U
%U
%U
==
β
β


%U
%U
IZ
%U
%U
IZ
U
IZ
IZ

1
IZ
U
IZ
I
I
I
I
nI
nII
II12n
nII
nI
I11n
dm1
IIdm12n
II12nIdm11n
dm1
I11n
II1
IIdm1
Idm1
I1
II
I
=

















=
















==

β
β

MBA nào có điện áp ngắn mạch nhỏ hơn sẽ chòu tải lớn hơn
IV.9. Các máy biến áp đặc bi
IV.9. Các máy biến áp đặc biIV.9. Các máy biến áp đặc bi
IV.9. Các máy biến áp đặc biệt
ệtệt
ệt


Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu)
Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu)Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu)
Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu)



Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 10

I
1
I
2
Z
t
U
1
U
2

W
1
W
2



2
1
12
2
1
2
1
w
w
UU
W
w
U
U
k =
⇒
==
dòng điện?
Thay đổi được điện áp U
2
dễ dàng bằng cách cho con trượt di chuyển.

Máy biến điện áp
Máy biến điện ápMáy biến điện áp
Máy biến điện áp


A
x
U
1
U
2
A
X


(Biến áp làm việc ở chế độ hở mạch)
Tổng trở của cuộn dây sơ cấp Z
1
của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác.
Giảm góc lệch pha bằng cách giảm r
1
.

Máy biến dòng điện
Máy biến dòng điệnMáy biến dòng điện
Máy biến dòng điện

I
2
I
1


Φ
&


Đ
0


δ
v


2
U
&
−


1
E
&
−

1
U
&

22
EU
&&
=

Đ
2

-
Đ
’
2

Đ
1

δ
i

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 11

(Biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch)
Tổng trở mạch từ Z
m
của biến áp càng lớn

(góc lệch pha càng nhỏ)
càng chính xác.
Tổng trở của các cuộn dây Z
n
của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác.
Giảm góc lệch pha bằng cách tăng Z
m
.





Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 12

Bài tập
Bài tậpBài tập
Bài tập


Giới thiệu chung về máy biến áp
Giới thiệu chung về máy biến ápGiới thiệu chung về máy biến áp
Giới thiệu chung về máy biến áp



MBA một pha: U
1đm
, U

2đm
= U
20
, I
1đm
, I
2đm
, S
đm
= U
2đm
.I
2đm
≈ U
1đm.
I
1đm
[VA]

MBA bapha: U
đm
dây, I
đm
dây, S
đm
=
3
U
2đm
.I

2đm
≈
3
U
1đm.
I
1đm
[VA]


dt
d
we
11
φ
−=

dt
d
we
22
φ
−=


2
wj
E
1
1

Φω
−=
&
&

2
wj
E
2
2
Φω
−=
&
&


2
wj
E
1
1
Φω
−=

2
wj
E
2
2
Φω

−=

Hay
Φπ−=
11
fw2E

Φπ−=
22
fw2E


(U
1
không đổi ⇒ E
1
xem như không đổi ⇒
Φ
không đổi
Từ thông
Φ
không đổi cả khi không tải và có tải)
Tỷ số biến áp:
2
1
2
1
w
w
E

E
k ==

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tỏa ra ngòai không khí ta có:
U
1
≈ E
1
và U
2
≈ E
2

⇒

2
1
2
1
2
1
U
U
w
w
E
E
k
≈==
Chế độ không tải của máy biến áp

Chế độ không tải của máy biến ápChế độ không tải của máy biến áp
Chế độ không tải của máy biến áp



2
w
jEU
1
11
Φω
=−≈
&
&&
Φ chậm pha hơn U
1
một góc 90
0
.

2
w
jEU
2
22
Φ
−=≈
&
&&
ω

Φ sớm pha hơn U
1
một góc 90
0
.
Công suất không tải
Công suất không tảiCông suất không tải
Công suất không tải


0
I
&
(
I
0
= (0,5%
÷
10%)I
1đm
) sớm pha hơn từ thông
0
Φ
&
góc α gọi là góc tổn hao từ trễ:
I
0x
là thành phần phản kháng hay từ hóa dùng để từ hóa lõi thép.
I
0r

là thành phần tác dụng do tổn hao trong lõi thép.
(
I
0r
< 10% I
0x
⇒ I
0x
≅
I
0
).

Cô
CôCô
Công suất không tải
ng suất không tảing suất không tải
ng suất không tải



P
0
= P
Fe
+ P
r1
≈ P
Fe

(vì I
0
nhỏ)

Chế độ tải
Chế độ tảiChế độ tải
Chế độ tải


Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấpPhương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp


Từ thông chính Φ sinh ra sức điện động cảm ứng chính:

dt
d
w
dt
d
e
1
1
1
φ
−=
ψ
−=

dt
d
w
dt
d
e
2
2
2
φ
−=
ψ
−=

Từ thông tản:

111
.w
σσ
Φ
=
Ψ

111
.w
σσ
Φ
=
Ψ

do điện cảm tản sinh ra:

1
1
1
i
L
σ
σ
Ψ
−=

2
2
2
i
L
σ
σ
Ψ
−=

(hằng số,
∉
I)

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 13

Từ thông tản chỉ móc vòng qua riêng lẻ từ cuộn dây, và tạo ra sức điện động cảm ứng :

dt
di
L
dt
d
e
1
1
1
1
σ
σ
σ
−=
ψ
−=

dt
di
L
dt
d
e
2
2
2
2
σ
σ

σ
−=
ψ
−=










Chiều điện áp như hình vẽ:




−+=
+−−=
σ
σ
22222
11111
ireeU
ireeU

⇒








−−=
++−=
22
2
222
11
1
111
ir
dt
di
LeU
ir
dt
di
LeU
σ
σ

Viết dạng số phức:

(
)

( )
( )





−+=+−=
+−=++−=
22222222
11111111
IZEIjxrEU
IZEIjxrEU
&&&&&&
&&&&&&

Với x
1
= ω L
σ1
là điện kháng tản dây quấn sơ cấp.
x
2
= ω L
σ2
là điện kháng tản dây quấn thứ cấp.
Z
1
= r
1

+ jx
1
là tổng trở dây quấn sơ cấp.
Z
2
= r
2
+ jx
2
là tổng trở dây quấn thứ cấp.

Phương trình cân bằng sức từ động
Phương trình cân bằng sức từ độngPhương trình cân bằng sức từ động
Phương trình cân bằng sức từ động


U
1
= const ≈⇒ E
1
= const ⇒ Φ
m
= const (
m1dq1
.fN.k.2E
1
Φπ= )
Do từ thông Φ
m
= const nên sức từ động không đổi

(
)
mm
RNIF
Φ
=
=

⇒
(không tải)
constI.wI.wI.w
221101
=+=
&&&

(có tải)

⇒
( )
'
20
'
2
02
1
2
01
II
k
I

II
w
w
II
&&
&
&&&&
−+=








−+=








−+=

với
2
1

2
1
E
E
w
w
k ==
là tỷ số biến áp

Hệ phương trình môt tả máy b
Hệ phương trình môt tả máy bHệ phương trình môt tả máy b
Hệ phương trình môt tả máy biến áp và giản đồ vector
iến áp và giản đồ vectoriến áp và giản đồ vector
iến áp và giản đồ vector




(
)
( )
( )





−+=
+−=
++−=

'
201
22222
11111
III
IjxrEU
IjxrEU
&&&
&&&
&&&

α góc tổn hao từ trễ
θ
2
góc lệch pha giữa I
2
và E
2
.



Z
t

i
1

u
1

e
σ
2

i
2

u
2

e
2

e
1

e
σ
1

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 14

Sơ đồ thay thế của máy biến áp
Sơ đồ thay thế của máy biến ápSơ đồ thay thế của máy biến áp
Sơ đồ thay thế của máy biến áp

( )





−+=
−=
+−=
'
201
2222
1111
III
IZEU
IZEU
&&&
&&&&
&&&&

Quy đổi máy biến áp
Quy đổi máy biến ápQuy đổi máy biến áp
Quy đổi máy biến áp


Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số,
năng lượng.
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổiSức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi

Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi


Qui về sơ cấp: E’
2
= E
1
, mà
22
2
1
1
kEE
w
w
E ==

⇒
E’
2
= kE
2

Tương tự có : U’
2
= kU
2

Dòng điện thứ cấp quy đổi
Dòng điện thứ cấp quy đổiDòng điện thứ cấp quy đổi

Dòng điện thứ cấp quy đổi



Điều kiện năng lượng: E
2
I
2
= E’
2
I’
2

Dòng điện thứ cấp quy đổi:
22
'
2
2
'
2
I
k
1
I
E
E
I ==

Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi
Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổiĐiện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi

Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi



Điều kiện năng lượng:
2'
2
'
2
2
22
IrIr =

⇒

2
2'
2
r.kr =

Tương tự
2'
2
'
2
2
22
IxIx =

⇒

2
2'
2
x.kx =

Hay
2
2'
2
Z.kZ =
và
t
2'
t
Z.kZ =

Sơ đồ thay thế của máy biến áp
Sơ đồ thay thế của máy biến ápSơ đồ thay thế của máy biến áp
Sơ đồ thay thế của máy biến áp



(
)
( )
( )






−+=
+−=−=
++−=+−=
'
20
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
11111111
III
IjxrEIZEU
IjxrEIZEU
&&&

&&&&&&
&&&&&&








(
)
0mm0m1
IjxrIZE
&&&&
+==

Với Z
m
= r
m
+ jx
m
là tổng trở hóa đặc trưng cho mạch từ

2
0
Fe
m
I

p
r =
là điện trở hóa đặc trưng cho tổn hao
x
m
là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Φ






r
1

r
’
2

x
’
2

1
I
&

x
1

r
m

0
I
&

1
E
&
−

'
2
E−

Z
’
t

1
U
&

'
2
U
&

x

m

'
2
I
&
−

r
1

r
’
2

x
’
2


1
I
&

x
1


0
I

&

1
E
&
−

'
2
E−


Z
’
t


1
U
&

'
2
U
&

'
2
I
&

−

X
m


r0
I
&

x0
I
&

R
m


Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 15


Dòng điện không tải I
0
thường rất nhỏ I
0
= (0,5% ÷ 10%)I
1đm
.

(tần số cao ko qua được)
Với r
n
= r
1
+ r
’
2
là điện trở ngắn mạch của máy biến áp.
x
n
= x
1
+ x
’
2
là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp.

Xác đònh các thông số của máy biến áp
Xác đònh các thông số của máy biến ápXác đònh các thông số của máy biến áp
Xác đònh các thông số của máy biến áp


Thí nghiệm không tải
Thí nghiệm không tảiThí nghiệm không tải
Thí nghiệm không tải

1) Tỷ số biến áp k:

20
dm1
20
1
2
1
2
1
U
U
U
U
E
E
w
w
k =≈==

2) Điện trở không tải:
2
0
0
10
I
p
rrr

m
=+=
r
m
≈ r
0

3) Tổng trở không tải:

0
1
0
I
U
Z
dm
=
0
ZZ
m
≈
4) Điện kháng không tải:

2
0
2
010
rZxxx
m
−=+=

x
m ≈
x
0

5) Hệ số công suất không tải:
01
0
0
cos
IU
p
dm
=
ϕ

(0,1
÷
0,3)

Thí nghiệm ngắn mạch
Thí nghiệm ngắn mạchThí nghiệm ngắn mạch
Thí nghiệm ngắn mạch


I
1
= I
1đm
U

n
= ( 3% + 10% ) U
1đm

4) Tổng trở ngắn mạch
dm1
dm1
n
n
n
I
U
I
U
Z ==

5) Điện trở ngắn mạch
2
dm1
n
n
I
P
r =

(có thể đo được, rất nhỏ)

6) Điện trở kháng ngắn mạch
2
n

2
nn
rZx
−=

Quan hệ gần đúng:
2
r
rr
n
'
21
≈≈
và
2
x
xx
n
'
21
≈≈

U
nr
= r
n
I
1đm
là thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch.
U

ux
= x
n
I
1đm
là thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.

100
U
Ix
100
U
U
%U
100
U
Ir
100
U
U
%U
100
U
IZ
100
U
U
%U
dm1
dm1n

dm1
nx
nx
dm1
dm1n
dm1
nr
nr
dm1
dm1n
dm1
n
n
==
==
==




r
n


x
n


Z
’

t


1
U
&

'
2
U
&

Đ
1
=
-
Đ
’
2


Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 16

Các đặc điểm vận hành của máy biến áp
Các đặc điểm vận hành của máy biến ápCác đặc điểm vận hành của máy biến áp
Các đặc điểm vận hành của máy biến áp

Giản đồ năng lượng của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến ápGiản đồ năng lượng của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến áp








Sơ cấp:
Sơ cấp:Sơ cấp:
Sơ cấp:


P
1
= U
1
I
1
cosϕ
1
công suất tác dụng.
Q
1
= U
1
I

1
sinϕ
1
công suất phần kháng.

ϕ
1
góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp sơ cấp.
p
cu1
= r
1
I
1
2
công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp.
q
cu1
= x
1
I
1
2
công suất phản kháng tạo từ trường bản dây quấn sơ cấp.
p
fe
= r
m
I
o

2
công suất tổn hao trong lõi thép.
q
m1
= x
m
I
o
2
công suất phản kháng tạo từ trường chính trong lõi thép.
Công suất điện từ tác dụng và phản kháng truyền từ sơ cấp qua thứ cấp máy biến áp

P
dt
= P
1 –
p
cu1
– p
fe
= E’
2
.I’
2
.cos ϕ
2

Q
dt
= Q

1 –
q
cu1
– q
m
= E’
2
.I’
2
.sin ϕ
2

xem gần đúng góc lệch pha
ϕ
2
giữa U
2
và I
2

≈
góc lệch pha
θ
2
giữa E
2
và I
2
.
Thứ cấp:

Thứ cấp:Thứ cấp:
Thứ cấp:


p
cu2
= r
2
I
2
2
công suất tổn hao trên điện trở dây quấn thứ cấp.
q
2
= x
2
I
2
2
công suất phản kháng tạo từ trường bản dây quấn thứ cấp.
Do đó công suất tác dụng và phản kháng ở đầu ra máy biến áp là:
P
2
= P
dt
– p
cu2
= U
2
I

2
cos ϕ
2

Q
2
= Q
dt
– q
2
= U
2
I
2
sin ϕ
2
Hệ số tải của máy biến áp
Hệ số tải của máy biến ápHệ số tải của máy biến áp
Hệ số tải của máy biến áp


dm1
1
dm2
2
I
I
I
I
≈=

β
β = 1 - tải đònh mức; β < 1 - non tải; β > 1 - quá tải.
Hiệu suất của máy biến áp
Hiệu suất của máy biến ápHiệu suất của máy biến áp
Hiệu suất của máy biến áp



1
2
P
P
=η
hoặc 100
P
P
%
1
2
=η

CuFe2
2
1
2
PPP
P
P
P
++

==η

P
2
= U
2
I
2
cosϕ
2
= β.S
đm
cosϕ
2

P
Fe
≈ P
0
(TN không tải với: U
1đm
)
P
Cu
= I
1
2
r
1
+ I

2
2
r
2
= I
1
2
(r
1
+r
’
2
) = I
1
2
r
n
= β
2
P
n
. (TN ngắn mạch với: I
1đm
)
⇒

n02dm
2dm
P.Pcos.S.
cos.S.

β++ϕβ
ϕβ
=η

nếu cos
ϕ
2
không đổi thì hiệu suất sẽ cực đại khi:
β
η
∂
∂
= 0 ⇔ β
2
.P
n
= P
0

Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại là:
β =
P
0
P
n

S
1
=P
1

+ jQ
1

S
đt
=P
đt
+jQ
đt

S
2
= P
2
+jQ
2

p
Cu2
+ jq
2

p
Cu1
+ jq
1

p
Fe
+jq

m

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 17

Độ thay đổi điện áp của máy biến áp
Độ thay đổi điện áp của máy biến ápĐộ thay đổi điện áp của máy biến áp
Độ thay đổi điện áp của máy biến áp



U
1
= U
đm
= const

U
2
= U
20
= U
2đm

Khi máy biến áp ở chế độ tải thì U
2
< U
2đm
và phụ thuộc vào tải do điện áp rơi trên dây
quấn sơ cấp và thứ cấp. Độ biến thiên điện áp thứ cấp

∆U
2
là: ∆U
2
= U
2đm
– U
2


Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm:
100.
U
UU
%U
dm2
2dm2
2
−
=∆

Hay
100.
U
UU
100.
U.k
U.kU.k
%U
dm1

'
2dm1
dm2
2dm2
2
−
=
−
=∆


(
)
( )
2nx2nr
dm1
2nx2nr
2
sin%.Ucos%.U
U
sin.Ucos.U
%U ϕ+ϕβ=
ϕ+ϕβ
=∆

Lưu ý
: sin ϕ
2
> 0 khi dòng điện chậm pha (tải cảm)
sin

ϕ
2
< 0 khi dòng điện sớm pha (tải dung)
⇒
∆U
2
% phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải.
Từ
∆U% ta tính được điện áp thứ cấùp U
2
theo công thức:







∆
−=∆−=
100
%U
1UUUU
2
dm22dm22

Sự làm việc song song của máy biến áp
Sự làm việc song song của máy biến ápSự làm việc song song của máy biến áp
Sự làm việc song song của máy biến áp

Điều kiện:cùng điện áp sơ cấp và thứ cấp và điện áp ngắn mạch phần trăm.

nI
nII
nI
nII
II
I
U
U
%U
%U
==
β
β


%U
%U
IZ
%U
%U
IZ
U
IZ
IZ
1
IZ
U

IZ
I
I
I
I
nI
nII
II12n
nII
nI
I11n
dm1
IIdm12n
II12nIdm11n
dm1
I11n
II1
IIdm1
Idm1
I1
II
I
=

















=
















==
β
β

MBA nào có điện áp ngắn mạch nhỏ hơn sẽ chòu tải lớn hơn
Các máy biến áp đặc biệt
Các máy biến áp đặc biệtCác máy biến áp đặc biệt
Các máy biến áp đặc biệt


Máy tự biến áp (máy biến áp
Máy tự biến áp (máy biến ápMáy tự biến áp (máy biến áp
Máy tự biến áp (máy biến áp tự ngẫu)
tự ngẫu) tự ngẫu)
tự ngẫu)


2
1
12
2
1
2
1
w
w
UU
W
w
U
U
k =
⇒==
dòng điện?

Thay đổi được điện áp U
2
dễ dàng bằng cách cho con trượt di chuyển.
Máy biến điện áp
Máy biến điện ápMáy biến điện áp
Máy biến điện áp

(Biến áp làm việc ở chế độ hở mạch)
Tổng trở của cuộn dây sơ cấp Z
1
của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác.
Giảm góc lệch pha bằng cách giảm r
1
.
Máy biến dòng điện
Máy biến dòng điệnMáy biến dòng điện
Máy biến dòng điện

(Biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch)
Tổng trở mạch từ Z
m
của biến áp càng lớn
(góc lệch pha càng nhỏ)
càng chính xác.
Tổng trở của các cuộn dây Z
n
của máy biến áp càng nhỏ càng chính xác.
Giảm góc lệch pha bằng cách tăng Z
m
.

Bài tập:
Bài tập:Bài tập:
Bài tập:


_Tất cả các ví dụ.
_ Bài tập: (.), (-) 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5a, 4.6, (*) 4.5bc, (**).