Giáo trình điện - Chương 9: Tổ nối dây và mạch từ của M.B.A doc

Chơng 9
tổ nối dây và mạch từ của m.b.a
9-1. tổ nối dây của m.b.a
Để m.b.a ba pha có thể làm việc đợc, các dây quấn pha sơ cấp và thứ cấp phải
đợc nối với nhau theo một qui luật nhất định. Ngoài ra, sự phối hợp kiểu nối dây quấn
sơ cấp với kiểu nối dây quấn thứ cấp cũng hình thành các tổ nối dây quấn khác nhau.
Hơn nữa khi thiết kế, việc quyết định dùng tổ nối dây quấn nào cũng phải thích ứng với
kiểu kết cấu của mạch từ để tránh những hiện tợng không tốt nh: s.đ.đ. pha không
sin, tổn hao phụ tăng v.v...
9.1.1. Cách ký hiệu các đầu dây
Các đầu tận cùng của dây quấn m.b.a, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu
cuối. Đối với dây quấn một pha có thể chọn tuỳ ý đầu đầu và đầu cuối. Đối với dây
quấn ba pha, các đầu đầu và đầu cuối phải chọn một cách thống nhất: giả sử dây quấn
pha A đà chọn đầu đầu đến đầu cuối đi theo chiều kim đồng hồ (hình 9-1a) thì dây
quấn các pha B, C còn lại cũng phải chọn nh vậy (hình 9-1b và hình 9-1c). Điều này
rất cần thiết, bởi vì nếu một pha dây quấn ký hiệu ngợc lại thì điện áp dây lấy ra sẽ
mất đối xứng (hình 9-1d).
A

B

B
X

Y

A

-UAB

C

UCA

Z
UBC

B
C
a)

b)

d)

c)

Hình 9-1. Cách quy ớc các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn ba pha (a, b,
c) và điện áp dây không ®èi xøng khi ký hiƯu ng−ỵc hay ®Êu ng−ỵc mét pha (d)

Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu, các đầu đầu và đầu cuối trên sơ đồ
ký hiệu dây quấn của m.b.a thờng đợc đánh dấu theo quy ớc sau đây:
Các đầu tận cùng

Dây quấn
cao áp (CA)

Dây quấn
hạ áp (HA)

Đầu đầu

A, B, C

a, b, c

Đầu cuối

X, Y, Z

Sơ đồ ký hiệu dây quấn
A

B

C

X

Y

Z

a

b

c

x, y, z

Đầu trung tính

0

O

x

y

z

Với m.b.a ba pha ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây
quấn điện áp trung (ký hiệu TA). Dây quấn này đợc ký hiệu nh sau: đầu đầu bằng
các chữ Am, Bm và Cm; đầu cuối bằng các chữ Xm , Ym , Zm; đầu trung tính bằng chữ 0m.
86


9.1.2. Các kiểu đấu dây quấn
Dây quấn của m.b.a có thể nối
hình sao (ký hiệu bằng dấu Y )
hoặc hình tam giác (ký hiệu bằng
dấu ). Đấu sao thì ba đầu X, Y,
Z nối lại với nhau, còn ba đầu A, B,
C để tự do (hình 9-2a). Nếu nối
hình sao có dây trung tính thì ký
hiệu bằng dấu Y0. Đấu tam giác
thì đầu cuối của pha này nối với
đầu đầu của pha kia (hình 9-2b, c).

A

B

A

C

X
X

Y

B

Y

C

Z

A

X

B

Y

C

Z

Z

a)

c)

b)

Hình 9-2. Các kiểu đấu dây quấn m.b.a

Cách đấu dây quấn CA và HA trong m.b.a thờng đợc ký hiệu nh sau: ví dụ
m.b.a đấu Y/ có nghĩa là dây quấn CA đấu Y, còn dây quấn HA đấu . ở các m.b.a
lực, dây quấn cao áp CA thờng đợc nối hình Y còn dây quấn hạ áp HA nối hình
vì khi nối nh vậy thì ở phía cao áp, điện áp pha nhỏ đi 3 lần so với điện áp dây
( U p = 1 U d ), do đó có thể giảm bớt đợc
3

A

B

C
B

chi phí và điều kiện cách điện; phía hạ áp
thì dòng điện pha nhỏ đi 3 lần so với
dòng ®iƯn d©y ( I p =

1
3

I d ), do ®ã có thể

chọn đợc tiết diện dây quấn nhỏ hơn,
thuận tiện cho việc chế tạo và kinh tế. Cách
nối hình đợc dùng nhiều khi không
cần điện áp pha. Dây quấn Y0 đợc dùng
ở các m.b.a cung cấp cho tải hỗn hợp vừa
dùng điện áp dây (cung cấp cho các động

X

Y

Z

A
C

Hình 9-3. Các kiểu đấu zic-zăc

cơ không đồng bộ) vừa dùng điện áp pha (để cung cấp cho chiếu sáng và sinh hoạt).
Ngoài hai kiểu nối dây chủ yếu trên, dây quấn m.b.a còn có thể nối theo kiểu ziczăc (ký hiệu bằng dấu Z). Khi đó mỗi pha dây quấn gồm hai nửa cuộn dây ở trên hai
trụ khác nhau nối nối tiếp và mắc ngợc nhau (hình 9-3). Kiểu đấu dây này ít dùng vì
tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trong các thiết bị chỉnh lu hoặc trong máy biến áp đo
lờng để hiệu chỉnh sai số về gãc lƯch pha.
9.1.3. Tỉ nèi d©y cđa m.b.a

Tỉ nèi d©y của m.b.a đợc hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với
kiểu đấu dây thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các s.đ.đ. dây của dây quấn sơ cấp
và s.đ.đ. dây của dây quấn thứ cấp tơng ứng. Góc lệch pha này phụ thuộc vào chiều
quấn dây, cách ký hiệu các đầu dây và kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp.
Thật vËy, ta h·y xÐt m.b.a mét pha cã hai d©y quấn sơ cấp AX và thứ cấp ax sau
đây. Nếu hai dây quấn quấn cùng chiều trên trụ thép, ký hiệu các đầu dây nh nhau, thí
dụ A và a ở phía trên , X và x ở phía dới (hình 9-4a) thì khi có từ thông biến thiên
trong lõi thép, s.đ.đ. cảm ứng trong chúng hoàn toàn trùng pha nhau: hoặc từ đầu đầu
đến đầu cuối, hoặc từ đầu cuối đến đầu đầu - chẳng hạn từ đầu cuối đến đầu đầu dây
quấn (hình 9-4a), góc lệch pha giữa chóng lµ 360o.

87


A

A

a

A

A

x x

x

X
a

X
x

3600

X
a

x

A

A

a

X
x

X
x

a

1800

a

b)

a)

1800

c)

Hình 9-4. Tổ nối dây của m.b.a một pha

Khi ®ỉi chiỊu qn d©y cđa mét trong hai d©y qn, thí dụ của dây quấn thứ cấp
(hình 9-4b) hoặc đổi ký hiệu đầu dây của một dây quấn, thí dụ cũng của dây quấn thứ
cấp (hình 9-4c) thì các s.đ.đ. trong hai dây quấn sẽ ngợc pha nhau, góc lệch pha giữa
chúng là 180o.
ở m.b.a ba pha, do cách đấu dây quấn hình Y hay hình với những thứ tự khác
nhau mà góc lệch pha giữa các s.đ.đ. dây sơ cấp và thứ cấp có thể là 30o, 60o, ..., 360o .
Trong thùc tÕ, ®Ĩ thn tiƯn, ng−êi ta không
dùng độ để chỉ góc lệch pha đó mà dùng
phơng pháp kim đồng hồ để biểu thị và gọi tên tổ
nối dây của m.b.a. Theo phơng pháp này, kim dài
của đồng hồ chỉ s.đ.đ. dây sơ cấp đặt cố định ở con
số 12, kim ngắn chỉ s.đ.đ. dây thứ cấp tơng ứng
đặt ở số 1, 2, ..., 12 tuỳ theo góc lệch pha giữa
chúng là 30o, 60o,..., 360o (hình 9-5). Với cách biểu
thị này, đối với m.b.a một pha trong ví dụ trên, ở
trờng hợp của hình 9-4a, m.b.a thuộc tổ nối dây
I/I-12, vì góc lệch pha giữa hai s.đ.đ. là 360o; còn
hai trờng hợp ở hình 9-4b và 9-4c, các m.b.a có tổ

12
11

1

1

2

9

3
4

8
5

7
6

Hình 9-5. Phơng pháp ký hiệu
tổ nối dây bằng kim đồng hồ

nối dây I/I-6, vì góc lệch pha lµ 180o (ký hiƯu I dïng cho m.b.a mét pha).
§èi víi m.b.a ba pha sÏ cã 12 tỉ nèi d©y. VÝ dơ mét m.b.a ba pha cã hai d©y quấn
nối hình Y, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu đầu dây (hình 9-6) thì các hình sao
s.đ.đ. pha của hai dây quấn sơ cấp và
A
B C
B
thứ cấp hoàn toàn trùng nhau và góc
&

E AB
lệch pha giữa hai điện áp dây tơng
&
&
E AB Z X
ứng bằng 0o (hay 360o). Ta nói m.b.a
E ab
C
Y
thuộc tổ nối dây 12 và ký hiệu là
X
Y Z
Y/Y-12. Nếu đổi chiều quấn dây
A
a
b
c
hoặc đổi ký hiệu đầu dây của dây
b
quấn thứ cấp, ta có tổ nối dây Y/Y-6.
&
E ab
360o
x
Hoán vị thứ tự các pha của dây quấn
c
x y
thứ cấp ta sẽ có các tổ nối dây chẵn
x
y

z
2, 4, 8 và 10.
a

Cũng m.b.a trên, khi các dây
quấn nối theo sơ đồ Y/ (hình 9-7)
thì góc lệch pha giữa điện áp dây sơ

Hình 9-6. Tổ nối dây Y/Y-12

88


cấp và thứ cấp tơng ứng là 330o m.b.a thuộc tổ nối dây Y/-11. Thay
đổi chiều quấn dây hay đổi ký hiệu
đầu dây của dây quấn thứ cấp ta có
tổ nối dây Y/ -5. Hoán vị các pha
của dây quấn thứ cấp ta sẽ có tổ nối
dây lẻ 1, 3, 7, vµ 9.

A

B

C

B

&
E AB

X
a

Y
b

Z
c

Z X

&
E AB

C

&
E ab

Y

A

b,z

x,c

Trong thùc tÕ ë nớc ta, để thuận
&
Eab

tiện cho việc chế tạo và sử dụng,
x
y z
330o
ngời ta chỉ sản xuất các m.b.a điện
a,y
lực có tổ đấu dây sau: m.b.a một pha
Hình 9-7. Tổ nối dây Y/-11
có tổ đấu dây I/I-12, m.b.a ba pha có
các tổ nối dây Y/Y0-12, Y/-11 và
Y0/-11. Phạm vi ứng dụng của chúng đợc ghi trong bảng dới đây:
Tổ nối dây

Điện ¸p

Dung l−ỵng cđa m.b.a (kVA)

≤ 35

230

≤ 560
≤ 1800

525

≤ 1800

> 525

Y/∆-11

HA (V)
400

Y/Y0-12

CA (kV)

≤ 5600

≤ 35

Y/∆-11

≥ 110

≥ 3150

≥ 3200

Y0/∆-11

≥ 6,3

≥ 3300

≥ 7500

9-2. mạch từ của M.b.a

9.2.1. Các dạng mạch từ
Đối với m.b.a mét pha cã thĨ cã hai lo¹i kÕt cÊu m¹ch từ: mạch từ kiểu lõi và mạch
từ kiểu bọc (mục 8-3). Đối với m.b.a ba pha, dựa vào sự không liên quan hay có liên
quan của các mạch từ giữa c¸c pha ng−êi ta chia ra: m.b.a cã hƯ thèng mạch từ riêng và
m.b.a có hệ thống mạch từ chung.
Hệ thống mạch từ riêng là hệ thống mạch từ trong ®ã tõ th«ng cđa ba pha ®éc lËp
®èi víi nhau nh− ë trong tr−êng hỵp m.b.a ba pha ghÐp tõ ba m.b.a một pha, gọi tắt là
tổ m.b.a ba pha (hình 9-8).
Hệ thống mạch từ chung là hệ thống mạch từ trong đó từ thông ba pha có liên quan
với nhau nh− ë m.b.a ba pha ba trơ (h×nh 9-9). Thực ra kết cấu của loại sau là đi từ loại
đầu mà ra. Thực vậy khi đem ghép ba m.b.a một pha lại (tức ghép ba m.b.a có mạch từ
riêng nh ở hình 9-10a), nếu điện áp đặt vào ba pha là đối xứng, nghĩa là
&
&
&
U A + U B + U C = 0 thì tổng từ thông tơng ứng của ba pha cũng bằng không, tức là
&
&
&
&
A + Φ B + Φ C = ΣΦ = 0 . Nh− vËy trơ thÐp chung c¶ ba pha tõ thông không tồn tại ở
mọi thời điểm, do đó có thĨ c¾t bá trơ thÐp chung råi rót ng¾n trơ giữa lại sao cho cả ba
trụ cùng nằm trong một mặt phẳng (hình 9-10b) mà vẫn không ảnh hởng gì ®Õn t×nh
89


A

X

a B

x

b C

c

0

Z

Y

y

z

a)

b)

Hình 9-8. Máy biến áp ba pha có hệ thống mạch từ riêng
a) Sơ đồ nối dây; b) Lắp đặt trong thực tế.

trạng làm việc bình thờng của m.b.a, do đó m.b.a ba
pha ba trụ mang hình dáng nh đà nói ở trên. Rõ ràng
kết cấu lõi sắt trong trờng hợp này rõ ràng là không đối
xứng, ở trụ giữa mạch từ ngắn hơn, do đó dòng điện từ
hoá của ba pha cũng không đối xứng: IOA IOC = (1,2

ữ1,5) IOB. Tuy nhiên sự không đối xứng này không ảnh
hởng nhiều đến sự làm việc bình thờng của m.b.a, vì
bản thân dòng điện từ hoá rất bé so với dòng điện định
mức, nên có thể xem nh không đáng kể.

A

Trong thực tế, m.b.a ba pha ba trụ đợc dùng rất phổ
biến với các cỡ dung lợng nhỏ và trung bình vì loại này
có hình dáng gọn, nhỏ, ít tốn nguyên liệu và rẻ hơn so
với dùng tổ m.b.a ba pha có dung lợng tơng ứng. Loại
tổ m.b.a ba pha chỉ dùng cho các máy cỡ lớn (dung
lợng từ 36.000 kVA trở lên) vì vậy có thể dễ dàng vận
chuyển từng pha một cách dễ dàng và thuận lợi.

a)

B

a

b

c

Hình 9-9. M.b.a ba pha
ba có mạch từ chung

b)

Hình 9-10. Cách tạo nên m.b.a ba pha ba trụ từ ba m.b.a mét pha

90

C


9.2.2. Những hiện tợng xuất hiện khi từ hoá lõi thép m.b.a
Khi từ hoá lõi thép m.b.a, do mạch từ bÃo hoà sẽ làm xuất hiện những hiện tợng
mà trong một số trờng hợp những hiện tợng ấy có thể ảnh hởng xấu đến sự làm việc
của m.b.a. Sau đây ta sẽ xét đến những ảnh hởng đáng kể đó khi m.b.a không tải.
1. M.b.a một pha
Đặt điện áp vào dây quấn sơ cấp, trong nó sẽ có dòng điện không tải i0, dòng i0 sinh
ra từ thông chạy trong lâi thÐp (xem mơc 8-2).
Nh− ta ®· biÕt, nÕu điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp của m.b.a biến thiên hình sin
theo thời gian u = Um sint và bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dây quấn thì:
u = e = w

d
dt

nghĩa là từ thông sinh ra trong mạch từ cũng biến thiên hình sin theo thời gian:

= msin(t- )
2

Nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện không tải i0 thuần tuý là
dòng điện phản kháng dùng để từ hoá lõi thép i0 = i0x. Do đó quan hệ giữa = f(i0)
cũng chính là quan hệ từ hoá B = f(H). Theo lý thuyết cơ sở kỹ thuật điện ta đà biết, do
hiện tợng bÃo hoà của lõi thép, nếu là hình sin, i0 sẽ không sin mà có dạng nhọn

đầu trùng pha với , nghĩa là dòng điện i0 ngoài thành phần sóng cơ bản i01 còn có các
thành phần sóng bậc cao: bậc 3 - i03, bậc 5 - i05, bậc 7 - i07,..., trong đó thành phần i03
lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác rất bé có thể bỏ qua. Ta có thể
xem nh chính thành phần i03 có tác dụng làm cho dòng từ hoá nhọn đầu. Cũng từ lý
luận đó ta thấy, nếu mạch từ càng bÃo hoà, i0 càng nhọn đầu, nghĩa là thành phần i03
càng lớn.
B,

,i0

&
U1

i0

0

H(i0)

t

0

&
I0 &
I

0r

&

I 0x

&
m



Hình 9-11. ảnh hởng của từ trễ
đến đờng cong dòng điện

Hình 9-12. Dòng điện từ hoá
với các thành phần của nó

Khi có kể đến tổn hao trong lõi thép thì quan hƯ Φ(i0) lµ quan hƯ trƠ B(H). Tõ quan
hƯ (i0) và (t) ta có thể vẽ đợc đờng biểu diễn quan hệ i0(t) nh hình 9-11. Đờng
cong i0(t) cho thấy nếu là hình sin thì i0 có dạng nhọn đầu nhng vợt pha với một
góc nào ®ã. Gãc α lín hay bÐ t thc vµo møc ®é trƠ cđa B ®èi víi H nhiỊu hay Ýt,
nghÜa lµ tỉn hao tõ trƠ trong lâi thÐp nhiỊu hay ít. Vì thế góc đợc gọi là góc tổn hao
từ trễ. Hình 9-12 biểu diễn vectơ dòng điện I0 và từ thông m khi kể đến tổn hao trong
lõi thép. Cũng cần chú ý rằng, vì dòng điện i0 là không hình sin nên trên đồ thị véctơ
91


chỉ vẽ gần đúng với thành phần bậc 1 của i0, hoặc là phải thay i0 bằng một dòng điện
hình sin đẳng trị có trị số hiệu dụng bằng trị số hiệu dụng của dòng điện i0 thực. Ta
thấy dòng điện không tải I0 gồm hai thành phần: thành phần phản kháng I0x là dòng
điện từ hoá lõi thép, tạo nên từ thông và cùng chiều với từ thông; thành phần tác dụng
I0r vuông góc với thành phần trên, là dòng điện gây nên tổn hao sắt từ trong lõi thÐp:
I 0 = I 02r + I 02x

(9-1)

Trªn thùc tÕ I0r < 10%I0, nghĩa là góc rất bé, nên dòng điện I0r thực ra không ảnh
hởng đến dòng điện từ hoá bao nhiêu và ta coi I0x I0.
2. M.b.a ba pha
Khi m.b.a không tải, nếu xét từng pha riêng lẻ thì dòng điện bậc 3 trong các pha
nh sau:
i03A= I03msin3ωt,

(9-2a)

i03B= I03msin3(ωt-120o) = I03msin3ωt,

(9-2b)

i03C= I03msin3(ωt -240o)= I03msin3ωt.

(9-2c)

Nh− vËy chóng trùng pha nhau về thời gian, nghĩa là tại mọi thời điểm chúng có
chiều nh nhau trong cả ba pha. Song chúng có tồn tại hay không và dạng sóng nh thế
nào còn phụ thuộc vào kết cấu mạch từ và cách đấu dây quấn nữa.
a. Trờng hợp máy biến áp nối Y/Y
Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên
thành phần dòng điện bậc 3 (i03) không
tồn tại, do đó dòng điện từ hoá i0 có
dạng hình sin và từ thông do nó sinh
ra có dạng vạt đầu (đờng đậm nét trên
hình 9-13a). Nh vậy có thể xem từ
thông tổng gồm sóng cơ bản 1 và

các sóng điều hoà bậc cao 3, 5, ...
trong đó có thể bỏ qua các thành phần
bậc cao hơn 3 vì chúng có trị số rất
nhỏ. Trên hình 9-13a ta chỉ vẽ các từ
thông 1và 3. Đối với tổ m.b.a ba
pha, vì mạch từ của cả ba pha riêng rẽ,
từ thông 3 của cả ba pha cùng chiều
với nhau tại mọi thời điểm, dƠ dµng
khÐp kÝn trong tõng lâi thÐp cđa tõng
pha nh− Φ1 (h×nh 9-14a). Do tõ trë cđa
lâi thÐp rÊt bÐ, nên 3 có trị số khá lớn,
có thể đạt tới (15ữ20)% 1. Kết quả là
trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp, ngoài
s.đ.đ. cơ bản e1 do 1 cảm ứng nên
(chậm pha sau 1 90o) còn có s.đ.đ.
bậc ba e3 khá lớn, có thể đạt đến trị số
E3 = (45 ữ 60)%E1, do từ thông 3 tạo

1




3
t

a)

e

e
e1
e3

b)

Hình 9-13. Đờng biểu diễn từ thông (a) và
s.đ.đ (b) của tổ máy biến ¸p ba pha nèi Y/Y

92

t


nên và chậm sau 3 một góc 900, do đó s.®.®. tỉng trong tõng pha e = e1 + e3 sẽ có
dạng nhọn đầu (hình 9-13b), nghĩa là biên độ của s.đ.đ. pha tăng lên rõ rệt. Sự tăng vọt
của s.đ.đ nh vậy hoàn toàn không có lợi, trong nhiều trờng hợp rất nguy hiểm nh có
thể làm chọc thủng cách điện của dây quấn, làm h hỏng thiết bị đo lờng và gây ảnh
hởng đến các đờng dây thông tin nếu trung tính có nối đất. Bởi những lý do trên,
trong thực tế ngời ta không dùng kiểu đấu Y/Y cho tổ m.b.a ba pha. Cũng cần nói
thêm rằng, dù s.đ.đ. pha có trị số và hình dáng biến đổi nhiều nhng các s.đ.đ. dây vẫn
luôn luôn là hình sin, vì dây quấn nối Y thì s.đ.đ. dây không có thành phần bậc 3.
Những hiện tợng xuất hiện trong m.b.a ba pha năm trụ cũng tơng tự nh vậy, do
đó các m.b.a này cũng không dùng kiểu nối Y/Y.

a)

b)
Hình 9-14. Từ thông 3 trong tổ m.b.a ba
pha (a) và trong m.b.a ba pha ba trơ (b)

Trong c¸c m.b.a ba pha ba trụ, các từ thông 3 bằng nhau và cùng chiều trong ba
trụ thép tại mọi thời điểm, nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác mà
bị đẩy ra ngoài và khép mạch qua không khí hoặc dầu (hình 9-14b) là những môi
trờng có từ trở lớn. Vì vậy 3 không lớn lắm và có thể xem từ thông tổng và do đó
s.đ.đ. pha là hình sin. Tuy nhiên cần nhớ rằng từ thông 3 đập mạch với tần số 3f qua
vách thùng và các bu lông ghép v.v... sẽ gây nên tổn hao phụ làm cho hiệu suất của
m.b.a giảm. Do đó phơng pháp nèi Y/Y ®èi víi m.b.a ba pha ba trơ cịng chỉ áp dụng
cho các m.b.a với dung lợng từ 5600 kVA trở xuống.
b. Trờng hợp m.b.a nối /Y (hình 9-15)
Dây quấn sơ cấp nối tam giác nên
dòng điện i03 sẽ khép kín trong tam
giác đó, nh vậy dòng điện từ hoá i0 vì
chứa thành phần bậc ba, nên có dạng
nhọn đầu, từ thông tổng và các s.đ.đ.
của các dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều
có dạng hình sin. Do đó sẽ không có
những hiện tợng bất lợi nh trờng
hợp trên.

B
i03

b
i03

A
i03

a

c

C

Hình 9-15. Dòng điện điều hoà
bậc ba trong m.b.a nối /Y

c. Trờng hợp m.b.a nối Y/

Trên hình 9-16a, do dây quấn sơ cấp đấu Y nên dòng điện từ hoá trong đó không
có thành phần điều hoà bậc 3 nên i0 có dạng hình sin, có dạng vạt đầu và có thành
phần bậc 3 - 3Y. Từ thông 3Y cảm ứng sang dây quấn thứ cấp s.đ.đ. bậc 3 - e23 chậm
sau 3Y một góc gần 90o (hình 9-16b). Đến lợt e23 gây nên trong mạch vòng thứ cấp
nối hình dòng điên i23 chậm sau e23 một góc gần 90o (vì điện kháng của dây quấn rất
93


lớn). Dòng điện i23 sẽ sinh ra từ thông 3 coi nh trùng pha với i23, nghĩa là gần nh
ngợc pha với 3Y. Do đó từ thông tổng bậc ba trong lõi thép 3 = 3Y + 3 gần nh
bị triệt tiêu. ảnh hởng của từ thông bậc 3 trong mạch từ không đáng kể nữa, kết quả
là s.đ.đ. pha sẽ gần hình sin.
Tóm lại, khi m.b.a làm việc không tải, các cách nối dây /Y hay Y/ đều tránh
đợc tác hại của từ thông và s.đ.đ. điều hoà bậc 3.
B

&
φ 3Y

b

i03
i03

A

C

&
E 23

&
φ3

c
i03

a

a)

b)

& &
I 23 (φ 3∆ )

H×nh 9-16: a) Dòng điện điều hoà bậc ba trong m.b.a nối
Y/ ; b) Tác dụng của dòng i23 khi dây quấn đấu Y/.

9.2.3. Tính toán mạch từ m.b.a
Mục đích của tính toán mạch từ m.b.a là xác định dòng điện cần thiết để từ hoá lõi

thép và tổn hao trong mạch từ. Điều này rất cần thiết khi tính toán thiết kế m.b.a.
1. Thành phần dòng điện tác dụng i0r
Nh đà biết, dòng điện tác dụng phụ thuộc vào tổn hao sắt từ trong lõi thép. Tổn
hao này có thể tính gần ®óng theo biĨu thøc:

[

]

⎛ f ⎞
2
p Fe = p1 / 50 Bt2 Gt + B g G g .⎜ ⎟
⎝ 50 ⎠

1, 3

W

(9-3)

trong ®ã:
p1/50 - st tỉn hao trong thÐp khi cờng độ từ cảm là 1 tesla (T) và tần số là 50 Hz;
Bt và Bg - cờng độ từ cảm trong trụ và trong gông (T);
Gt và Gg - trọng lợng trụ và gông tính theo kích thớc hình học của lõi thép (kg).
Thành phần tác dụng của dòng điện từ hoá:
i0 r =

p Fe
A
m.U

(9-4)

trong đó m là số pha.
2. Thành phần dòng điện phản kháng i0x
Dòng điện phản kháng có thể tính đợc theo hai phơng pháp.
Phơng pháp thứ nhất: Dựa trên quan điểm của định luật toàn dòng điện tính toán
mạch từ m.b.a:
2 I 0 x .w = F = Hl

Đối với m.b.a một pha (hình 9-17a), sức từ động (viết tắt là s.t.đ):
94

(9-5)


Bt

F = 2 H t lt + 2 H g l g + nk

à0

.

(9-6)

trong đó:
Ht và Hg - cờng độ từ trờng trong trụ và gông, xác định theo đờng cong từ hoá
tơng ứng với cờng độ cảm ứng từ Bt vµ Bg, A.cm;
lt vµ lg – chiỊu dµi trung bình của các đoạn mạch từ tơng ứng với trụ và gông, cm;

- chiều dài của khe hở không khí giữa trụ và gông, cm;
nk - số khe hở không khí, đối với m.b.a một pha nk = 4.
lg

lg

ltt

ltt

ltt

ltt

ltt





lg

lg

a)

b)

Hình 9-17. Mạch từ của m.b.a một pha (a) và ba pha (b)

Đối với m.b.a ba pha ba trụ, do mạch từ không đối xứng (hình 9-17b) nên s.t.đ.
phải tính theo trị số trung bình:
Nếu ghép các lá thép xen kẽ theo h×nh 8-7 th× ë hai pha thc hai trơ ngoµi cïng:
F , = H t lt + H g l g + nk

Bt

à0



(9-7a)

trong đó nk = 3 là số khe hở giữa trụ và gông, còn pha thuộc trụ giữa:
F ,, = H t l t + n k

Bt

à0



(9-7b)

nhng nk = 1. Do đó s.t.đ trung bình:
F=

trong đó n,k =

2 F , + F ,,

2
, B
= H t lt + H g l g + nk t δ
µ0
3
3

(9-8)

7
gäi lµ hệ số khe hở tính toán giữa trụ và gông.
3

Biểu thức (9-8) cũng dùng để tính toán cho cả trờng hợp lõi thép ghép nối (hình 917b) nhng trong đó n,k = 2.
Từ đó ta có thể tính đợc thành phần phản kháng của dòng điện từ hoá:
I0x =

F
2 .w

95

(9-9)


Phơng pháp thứ hai: Dựa vào việc tính toán năng lợng từ trờng hay công suất từ
hoá (còn gọi là công suất phản kháng) của mạch từ.
Ta biết rằng năng lợng từ trờng cực đại trong một đơn vị thể tích (gọi là mật độ
năng lợng) của trờng biến thiên hình sin theo thời gian là:
,

Wmax =

BH
2

Công suất phản kháng cho một đơn vị thể tích là:
,
Q , = Wmax = f .BH

do đó công suất phản kháng của lõi thép có thể tích V hay trọng lợng G là:
Q = Q .V =
,

Q ,G

γ

=

πf .BH
.G = qt .G
γ

(9-10)

trong ®ã:
γ - trọng lợng riêng của thép.
f .BH f .B 2
=
- công suất phản kháng trên một đơn vị trọng lợng của thép,

à 0
gọi là suất từ hoá.
qt =

Đối với khe hở không khí thì công suất phản kháng đợc tính theo biĨu thøc:
Q = qnkδ.S = nk.qδ.S

(9-11)

trong ®ã:
S - diƯn tÝch cđa khe hë kh«ng khÝ,
nk - sè khe hë trên toàn bộ lõi thép,
q - công suất phản kháng trên một đơn vị thể tích khe hở,
q = q. - công suất phản kháng trên một đơn vị diện tích khe hở.
Căn cứ vào cờng độ từ cảm B của mỗi loại thép đà cho có thể xác định đợc qt và
q theo các đờng cong qt = f(B) và q = f(B).
Vì công suất phản kháng dùng để từ hoá m.b.a là:
Q0 = mU1I0x
do đó dòng điện phản kh¸ng:
I 0x =

qt .t Gt + qt . g G g + nq S
Q0
=
mU 1
mU 1

(9-12)

trong đó:
qt.t và qt.g - suất từ hoá trong trụ và gông;
Gt và Gg - trọng lợng trụ và gông.
Cuối cùng dòng điện từ hoá toàn phần:
I 0 = I 02r + I 02x

96

(9-13)


Dòng điện I0 trong m.b.a điện lực thờng rất nhỏ, lúc điện áp định mức, trị số phần
trăm của nó so với dòng điện định mức thờng vào khoảng 2 ữ 10, trong đó trị số sau
dùng cho m.b.a dung lợng bé.
I0 % =

I0
.100
I dm

(9-14)

Câu hỏi
1. Tổ nối dây của m.b.a là gì? Tại sao phải xác định tổ nối dây của m.b.a?
2. Vẽ sơ đồ nối dây của các m.b.a ứng với các tổ nối dây Y/Y-2, 4, 8, 10 và Y/-1,
3 7, 9.
3. Dòng điện từ hoá của m.b.a lớn hay bé, nó phụ thuộc vào những yếu tố nào?
4. Kết cấu mạch từ khác nhau và cách đấu dây quấn khác nhau ảnh hởng nh thế
nào đối với dòng điện và điện áp lúc không tải của m.b.a ba pha?
5. Tính toán mạch từ m.b.a nhằm mục đích gì? Các phơng pháp tính?

97