giáo trình điện lý thuật phần máy biến áp

CHƯƠNG 4 – MÁY BIẾN ÁP
4.1 – KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
I . Khái quát về máy biến áp
1 . Đònh nghóa máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bò điện từ tónh , làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện
từ , dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một
hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi . Máy biến áp
cũng có tính thuận nghòch .
Hệ thống đầu vào máy biến áp ( trước khi biến đổi ) có : điện áp U
1
, dòng điện
I
1
tần số f . Hệ thống đầu ra máy biến áp ( sau khi biến đổi ) có : điện áp U
2
, dòng
điện I
2
. Trong bản vẽ máy biến áp được ký hiệu như sau :
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 , các thông số sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số
1 : số vòng sơ cấp W
1
, điện áp sơ cấp U
1
, dòng điện sơ cấp I
1
. Các đại lượng , các
thông số thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2 : số vòng thứ cấp 2 , điện áp thứ cấp
U
2

, dòng điện thứ cấp I
2

2 . Vai trò và công dụng máy biến áp
Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến các hộ tiêu thụ cần phải có đường dẫn
truyền tải điện như hình vẽ sau :
SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI CUNG CẤP ĐIỆN ĐƠN GIẢN
Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất điện các hộ tiêu thụ điện lớn , một vấn đề đặt
ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất
Ta có dòng điện truyền tải trên đường dây :
Và tổn hao công suất trên đường dây :
Trang 80
ϕ
COSU
P
I
×
=
( )
22
2
2
2
.
ϕ
ϕ
COSU
PR
COSU
P

RRP
d
dd
×
×
=








×
×=×=∆
MBA tăng áp
MBA giảm áp
Đường dây tải
điện
Máy phát điện
Các hộ tiêu thụ
MF
Từ công thức trên cho ta thấy , cùng một công suất truyền tải trên đường dây ,
nếu điện áp truyền tải càng cao thì dòng điện chạy trên đường dây càng bé , do đó
trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống , tiết kiệm được kim loại màu , đồng
thời tổn hao năng lượng sẽ giảm xuống trên đường dây .
Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu
người ta phải dùng điện áp cao thường là 35 , 110 , 220 , 500 kV . Trên thực tế máy
phát điện ra từ 3 ÷ 21 kV , do đó phải có thiết bò tăng điện áp ở đầu đường dây .

Mặt khác các hộ tiêu thụ điện thường yêu cầu điện áp thấp từ 3 ÷ 21 kV , do đó
phải thiết kế thiết bò tăng điện áp ở đầu đường dây . Mặt khác các hộ tiêu thụ
thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 ÷ 6 kV , vì vậy cuối đường dây phải có thiết bò
giảm điện áp xuống . Thiết bò tăng điện áp ở đầu đường dây và giảm điện áp cuối
đường dây gọi là máy biến áp
Máy biến áp có vai trò quan trọng hệ thống điện , dùng để truyền tải và phân
phối điện năng .
Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bò lò nung ( máy biến áp
lò ) ; trong hàn điện ( máy biến áp hàn ) ; làm nguồn cho các thiết bò điện , điện tử
cần nhiều cấp điện áp khác nhau ; trong lónh vực đo lường ( máy biến điện áp ,
máy biến dòng )
3 . Các đại lượng đònh mức
Các đại lượng của máy biến áp do xưởng chế tạo máy biến áp quy đònh để cho
máy có khả năng làm việc lâu dài và tốt nhất .
- Điện áp đònh mức : Điện áp sơ cấp đònh mức ký hiệu U
1đm
là điện áp quy đònh
cho dây quấn sơ cấp , điện áp thứ cấp đònh mức ký hiệu U
2đm
là điện áp quy đònh
cho dây quấn thứ cấp , khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn
sơ cấp là đònh mức . Người ta quy ước , với máy biến áp một pha điện áp đònh mức
là điện áp pha , với máy biến áp 3 pha là điện áp dây .
- Dòng điện đònh mức : Dòng điện đònh mức là dòng điện quy đònh cho mỗi
dây quấn của máy biến áp , ứng với công suất đònh mức và điện áp đònh mức ,
dòng điện sơ cấp đònh mức ký hiệu I
1đm

, dòng điện thứ cấp đònh mức ký hiệu I
2đm

.
Người ta quy ước với máy biến áp một pha , dòng điện đònh mức là dòng điện pha ,
với máy biến áp ba pha , dòng điện đònh mức là dòng điện dây .
- Công suất biểu kiến đònh mức của máy biến áp là công suất đònh mức (S
đm
)
Đối với máy biến áp một pha là :
Đối với máy biến áp ba là :
Ngoài ra trên biển máy còn ghi tần số đònh mức f
đm
, số pha , sơ đồ nối dây, điện
áp ngắn mạch, chế độ làm việc . . .
Trang 81
dmdmdmdmdm
IUIUS
1122
==
dmdmdmdmdm
IUIUS
1122
3 3
==
4 . Các loại máy biến áp chính
Máy biến áp điện lực để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện
lực .
Máy biến áp chuyên dùng sử dụng ở lò luyện kim , các thiết bò chỉnh lưu , máy
biến áp hàn . . .
Máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện , mở máy động cơ
không đồng bộ công suất lớn .
Máy biến áp đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các

dụng cụ đo tiêu chuẩn .
Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao .
Trang 82
MÁY TỰ BIẾN ÁP
MÁY BIẾN ÁP HÀN
MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN
MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
II . Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây : lõi thép , dây quấn và vỏ máy
1 . Lõi thép
Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông , được chế tạo bằng các vật liệu dẫn
từ tốt thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ ( 0,35 ÷ 1 mm ) , mặt ngoài có phủ
sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép .
Lõi thép gồm hai thành phần :
Trụ là nơi để đặt dây quấn .
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ .
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín .
Các lá thép kỹ thuật điện thường được sử dụng có dạng hình chữ E , U , I
Trang 83
CẤU TẠO BÊN
NGOÀI MÁY BIẾN
ÁP
CẤU TẠO BÊN
TRONG MÁY BIẾN
ÁP
CẤU TẠO BÊN TRONG
MÁY BIẾN ÁP
Dây quấn
thứ cấp
Dây quấn

Sơ cấp
2 . Dây quấn
Nhiệm vụ của dây quấn máy biến áp là nhận năng lượng vào và truyền năng
lượng ra .
Dây quấn máy biến áp thường làm băng dây đồng hoặc nhôm , tiết diện tròn
hay dẹp , bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện .
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ của lõi thép . Giữa các vòng
dây , giữa các dây quấn và lõi thép đều cách điện .
Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn . Khi dây quấn nhận điện áp
vào gọi là sơ cấp và dây quấn đưa điện áp ra được nối với tải gọi là thứ cấp
Thường trong máy biến áp có một cuộn sơ cấp , nhưng cũng có thể có một hay
nhiều cuộn thứ cấp .
Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ thì dây quấn sơ cấp đặt sát trụ từ còn
các dây quấn thứ cấp đặt lồng ra bên ngoài .
3 . Vỏ máy
Vỏ máy biến áp làm bằng gang , thép tấm gồm hai bộ phận : thùng và nắp
thùng
Thùng máy biến áp : Trong thùng máy biến áp đặt lõi thép , dây quấn và dầu
máy biến áp . Dầu máy biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt .
Lúc máy biến áp làm việc , một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt
làm dây quấn , lõi thép và các bộ phận khác nóng lên . Nhờ sự đối lưu trong dầu và
truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang từ dầu qua vách thùng ra
môi trường xung quanh .
Nắp thùng máy biến áp : dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận
quan trọng như : Sứ ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp ; Bình giản dầu
;Ống bảo hiểm . . .
Ở mỗi máy biến áp, sau khi chế tạo xong, người ta đều có ghi các thông số của
máy trên biển máy. Như điện áp sơ cấp và thứ cấp đònh mức : U
1đm
, U

2đm
; dòng
điện sơ cấp và thứ cấp đònh mức : I
1đm
, I
2đm
; dung lượng đònh mức S
đm
đó là công
suất toàn phần mà máy có thể cung cấp. Ngoài ra trên biển máy còn ghi tần số
đònh mức f
đm
, số pha , điện áp ngắn mạch phần trăm U
n
% , tổ nối dây . . .
III . Nguyên lý làm việc máy biến áp
Khảo sát máy biến áp một pha hai dây quấn như hình vẽ sau : dây quấn sơ
cấp có W
1
vòng dây , dây quấn thứ cấp có W
2
vòng dây
Trang 84
W
1
W
2
I
1
I

2
φ
U
1
U
2
Khi nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều sẽ có dòng điện sơ cấp chạy
dây quấn sơ cấp . Dòng điện sơ cấp sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép ,
từ thông này móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là từ
thông chính .
Khi máy biến áp không tải , dây quấn thứ cấp hở mạch , dòng điện thứ cấp I
2
=
0 từ thông chính trong lõi thép chỉ do dòng sơ cấp I
0
sinh ra .
Khi máy biến áp có tải , dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở tải , dưới tác
động của sức điện động thứ cấp , có dòng điện thứ cấp , cung cấp điện cho tải . Khi
ấy từ thông chính do đồng thời cả hai dòng điện sơ cấp và thứ cấp sinh ra
Giả sử , biểu thức của từ thông xoay chiều trong mạch từ là :
Vì từ thông biến thiên nên theo đònh luật cảm ứng điện từ , các sức điện động
e
1
, e
2
được xác đònh :
Trong đó :
W
1
, W

2
: là số vòng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp
φ
max
= B
max
. S
φ
max
: từ thông cực đại ( Wb )
B
max
: cường độ từ cảm ( Wb/m
2
)
S : tiết diện ( m
2
)
Nếu ta chia sức điện động sơ cấp cho thứ cấp ta có :
Tỷ số biến áp Gọi k là hệ số biến áp
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì ( E
1
≈ U
1
; E
2
≈ U
2
)
thì ta được

k > 1 gọi là MBA giảm áp
k < 1 gọi là MBA tăng áp
Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện
nhưng nhờ có từ thông chính , năng lượng truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp .
Vì hiệu suất máy biến áp thường cao , nên một cách gần đúng có thể xem công
suất máy biến áp nhận vào phía sơ cấp bằng công suất đưa ra phía thứ cấp
( U
1
.I
1
= U
2
.I
2
)
Trang 85
( )
t.sin.
max
ωφφ
=
( )
VtE
dt
d
We







−=−=
2
.sin.2
111
π
ω
φ
( )
VtE
dt
d
We






−=−=
2
.sin.2
222
π
ω
φ
2
1
2

1
W
W
E
E
k ==
2
1
2
1
2
1
U
U
W
W
E
E
k ===
1max1
44,4 WfE
Φ=
2max2
44,4 WfE Φ=
1
2
2
1
2
1

2
1
I
I
U
U
W
W
E
E
k ====
4.2 – CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VÀ SƠ ĐỒ
THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP
I . Phương trình cân bằng máy biến áp
Để thiết lập phương trình cân bằng trước hết xét quá trình điện từ trong máy
biến áp
1 . Phương trình điện áp sơ cấp
Chúng ta hãy xét mạch điện sơ cấp , gồm nguồn điện áp sơ cấp u
1
, sức điện
động sơ cấp e
1
, điện trở dây quấn sơ cấp R
1
, điện cảm tản sơ cấp L
1
áp dụng đònh
luật 2 ta có phương trình điện áp sơ cấp
Viết dưới dạng tức thời :
Chuyển sang dạng số phức

2 . Phương trình điện áp thứ cấp
Mạch điện thứ cấp gồm nguồn điện áp thứ cấp u
2
, sức điện động thứ cấp e
2
,
điện trở dây quấn thứ cấp R
2
, điện cảm tản thứ cấp L
2
áp dụng đònh luật 2 ta có
phương trình điện áp thứ cấp
viết dưới dạng tức thời :
Chuyển sang dạng số phức
Trang 86
1
1
1111
e
dt
di
LiRu −+=
( )
••••
−= 1.
1111
EZIU
2
2
2222

e
dt
di
LiRu −−−=
( )
2.
2222
••••
−−= EZIU
u
1
e
1
R
1
L
1
i
1
e
2
u
2
R
2
L
2
i
2
3 . Phương trình cân bằng sức từ động

Trong phương trình điện áp sơ cấp U
1
= I
1
Z
1
– E
1
, điện áp rơi I
1
Z
1
thường rất nhỏ
vì thế có thể lấy đúng U
1
≈ E
1
Vì điện áp lưới điện đặt vào máy biến áp U
1
không đổi , cho nên sức điện động E
1
không đổi và từ thông φ
max
sẽ không đổi . Ở chế độ không tải , từ thông chính do
sức từ động của dây quấn sơ cấp i
0
. W
1
sinh ra còn ở chế độ có tải , từ thông chính
do sức từ động cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp sinh ra , sức từ động lúc có tải là

i
1
.W
1
– i
2
.W
2

Theo lý luận trên , vì từ thông không đổi nên sức từ động lúc không tải bằng sức
từ động có tải , do đó ta có phương trình sức từ động dưới dạng tức thời như sau :
i
0
. W
1
= i
1
. W
1
– i
2
. W
2
( * )
Chia hai vế ( * ) cho W
1
ta được

i
0

= i
1
– i
’
2

Trong đó :
Hệ số biến áp
Dòng điện thứ cấp quy đổi về phía sơ cấp
Chuyển sang dạng số phức
Phương trình sức từ động cho ta thấy rõ quan hệ giữa dòng điện sơ cấp và thứ
cấp Hệ phương trình (1) , ( 2) , (3) là phương trình cân bằng của máy biến áp
II . Sơ đồ thay thế máy biến áp
Từ phương trình cân bằng :
Ta xây dựng phương trình cân bằng , đó là sơ đồ điện gọi là mạch thay thế ,
phản ảnh đầy đủ quá trình năng lượng trong máy biến áp , thuận lợi cho việc phân
tích , nghiên cứu máy biến áp
Để xây dựng mạch thay thế , trước hết cần thực hiện một số biến đổi toán học .
1 . Quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp
Do hai cuộn sơ cấp và thứ cấp liên hệ với nhau qua mạch từ cho nên , muốn
xây dựng được mạch điện thay thế ta phải thực hiện phép quy đổi
Nhân hai vế của phương trình ( 2 ) với k ta được
Trong đó :
Trang 87
2
1
W
W
k =
k

i
i
2
'
2
=
( )
3
'
201
•
••
+= III
( )
••••
−= 1.
1111
EZIU
( )
2.
2222
••••
−−= EZIU
( )
3
'
201
•
••
+= III

•
•
•
••••
−−=−−=
22
2
2
2222
EkZk
k
I
EkZIkUk
•
•
•
==
1
'
22
. EEEk
•
•
•
==
1
'
22
. UUUk
•

•
•
==
1
'
2
2
II
k
I
Phương trình trở thành là
Điều kiện để thực hiện việc quy đổi là năng lượng trước và sau khi quy đổi
trong máy biến áp là không đổi . ( E
’
2
. I
’
2
= E
2
. I
2
)
2 . Thiết lập sơ đồ thay thế máy biến áp
Vì từ thông do dòng điện không tải I
0
sinh ra do đó ta có thể viết :
−E
1
= ( R

th
+ j .X
th
) . I
0
= Z
th
. I
0
Z
th
= ( R
th
+ j .X
th
) : tổng trở từ hoá đặc trưng cho mạch từ
R
th
là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ
∆P
st
= R
th
. I
2
0
X
th
là điện kháng từ hoá đặc trưng cho từ thông chínhφ
Thay giá trò – E

1
vào b phương trình máy biến áp cuối cùng ta có :
Hệ ba phương trình chính là 2 phương trình đònh luật kiếc hốp 2 và 1 phương
trình đònh luật kiếc hốp 1 viết cho mạch điện như hình vẽ sau . Nhánh Z
th
gọi là
nhánh từ hoá
Thông thường tổng trở nhánh từ hoá rất lớn , dòng điện I
0
nhỏ , do đó coi thể bỏ
nhánh từ hoá , ta có sơ đồ thay thế gần đúng
Sơ đồ gần đúng được sử dụng nhiều trong tính toán các đặc tính của máy biến
áp . Trong sơ đồ gần đúng R
n
= R
1
+ R
’
2
; X
n
= X
1
+X
’
2
Trang 88
( )
''
2

'
2
'
2
'
2
2.
•••
−−= EIZU
•••••
+=
00111
ZIZIU
•
••
•
+−=
th
ZIZIU
0
'
2
'
22
•
••
+=
'
201
III

•
•
=
'
22
2
. ZZk
'
22
2
. RRk =
'
22
2
. XXk =
4.3 – CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI VÀ CHẾ ĐỘ NGẮN
MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP
I . Chế độ không tải của máy biến áp
Để xác đònh hệ số biến áp k , tổn hao sắt từ và các thông số của máy biến áp ở
chế độ không tải ta tiến hành thí nghiệm không tải . Sơ đồ thí nghiệm không tải
như hình vẽ sau
Đặt điện áp đònh mức vào dây quấn sơ cấp , thứ cấp hở mạch , các dụng cụ đo
cho ta các số liệu sau :
Oát kế chỉ công suất không tải P
0
= ∆P
st

Ampe kế cho ta dòng điện không tải I
0

Các vôn kế cho giá trò U
1
; U
20
Từ đó ta tính được :
Hệ số biến áp k
Dòng điện không tải phần trăm
Điện trở , tổng trở , điện kháng không tải
Khi không tải, công suất phản kháng không tải rất lớn so với công suất tác dụng,
vì hệ số công suất lúc không tải rất thấp
Ở thí nghiệm không tải , điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là điện áp đònh mức
Trang 89
20
1
2
1
2
1
U
U
E
E
W
W
k ===
( )
%103%100.%
1
0

0
÷==
dm
I
I
I
2
0
0
0
I
P
RR
th
=≈
0
1
0
0
0
I
U
I
U
ZZ
dm
th
==≈
2
0

2
00
RZXX
th
−=≈
3,01,0cos
01
0
0
÷=
×
=
IU
P
dm
ϕ
II . Chế độ ngắn mạch của máy biến áp
Chế độ ngắn mạch là chế độ mà phía thứ cấp bò nối tắt lại , sơ cấp vẫn đặt vào
điện áp . Trong vận hành , do nhiều nguyên nhân làm máy biến áp bò ngắn mạch
như hai dây dẫn điện ở phía thứ cấp chập vào nhau , rơi xuống đất hoặc nối với
nhau bằng một dây tổng trở rất nhỏ . Đây là tình trạng sự cố .
Để xác đònh tổn hao trên điện trở dây quấn và xác đònh các thông số sơ cấp và
thứ cấp ta tiến hành thí nghiệm ngắn mạch . Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch như hình
vẽ
Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch . Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều
chỉnh điện áp . Nhờ bộ điều chỉnh điện áp ta có thể điều chỉnh điện áp đặt vào dây
quấn sơ cấp bằng U
n
sao cho dòng điện trong các dây quấn bằng đònh mức .
Đồng hồ A

1
là ampe kế chỉ dòng điện ngắn mạch I
n
Đồng hồ A
2
là ampe kế chỉ dòng điện thứ cấp I
2
W là oát kế chỉ công suất ngắn mạch P
n
V là vôn kế để đo U
n
Từ thí nghiệm ta tính được :
Điện áp ngắn mạch thường biểu diễn dưới dạng phần trăm
Điện trở , tổng trở , điện kháng ngắn mạch :
Từ các thông số xác đònh thí nghiệm ngắn mạch , có thể tính các thông số của
máy biến áp bằng các công thức gần đúng

Từ đó , nếu biết hệ số biến áp k , có thể tính được các thông số của mạch thứ
cấp
Trang 90
( )
%103%100.%
1
÷==
dm
n
n
U
U
U

2
1
2
dm
n
n
n
n
I
P
I
P
R ==
dm
n
n
n
n
I
U
I
U
Z
1
==
2
'
21
n
R

RR ==
2
'
21
n
X
XX ==
2
'
2
2
k
R
R =
2
'
2
2
k
X
X =
22
nnn
RZX −=
Ở thí nghiệm ngắn mạch, dòng điện đặt vào dây quấn sơ cấp là dòng điện đònh mức
4.4 – CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điện áp đònh
mức , dây quấn thứ cấp nối với tải . Để đánh giá mức độ tải , người ta đưa ra hệ số
tải k
t

K
t
= 1 gọi là tải đònh mức
K
t
< 1 gọi là non tải
K
t
> 1 gọi là quá tải
I – Tổn hao và hiệu suất máy biến áp
Từ mạch điện thay thế trên ta có thể vẽ được giản đồ năng lượng trong máy biến
như hình vẽ sau :
Công suất điện đưa vào
Một phần bò tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và một phần bò tổn hao trên
điện trở dây quấn thứ cấp
Và tổn hao làm nóng lõi thép tức tổn hao sắt từ
Công suất điện từ
Công suất tác dụng ở đầu ra
Hiệu suất của máy biến áp
Trang 91
dmdmdm
t
S
S
I
I
I
I
k ===
1

1
2
2
∆P
đ1
∆Pst
∆P
đ2
P
đt
P
1
P
2
ϕ
cos
111
IUP =
1
2
11
.RIP
d
=∆
'
2
2
1
'
2

2
22
RIRIP
d
==∆
ntddd
PkPPP .
2
21
=∆+∆=∆
0
PP
st
=∆
stdddt
PPPPPP ∆−∆−=∆+=
1122
ϕ
cos
2 dmt
SkP =
II – Các kiểu nối dây của máy biến áp ba pha
1 – Khái niệm chung
Để máy biến áp ba pha có thể làm việc được, các dây quấn sơ cấp và thứ
cấp phải nối với nhau theo một quy luật nhất đònh. Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối
dây sơ cấp với kiểu nối dây thứ cấp cũng hình thành các tổ nối dây quấn khác
nhau. Hơn nữa, khi thiết kế máy biến áp, việc quyết đònh tổ nối dây quấn phải
thích ứng với kiểu kết cấu của mạch từ để tránh những hiện tượng không tốt như
sức điện động không sin, tổn hao phụ tăng . . .
2 – Tổ nối dây máy biến áp

Để nghiên cứu tổ nối dây máy biến áp, trước hết ta xét ký hiệu các đầu dây
và cách đấu dây quấn với nhau.
Cách ký hiệu các đầu dây :
Một cuộn dây có hai đầu tận cùng : một đầu gọi là đầu đầu; còn đầu kia gọi
là đầu cuối. Đối với dây quấn máy biến áp một pha : đầu đầu hoặc đầu cuối chọn
tuỳ ý. Đối với máy biến áp ba pha : các đầu đầu và đầu cuối chọn một cách thống
nhất theo một chiều nhất đònh, nếu không điện áp ngõ ra sẽ không đối xứng.
Các kiểu nối dây :
Trang 92
ntdmt
dmt
dst
PkPSk
Sk
PPP
P
P
P
.cos
cos
2
0
2
2
1
2
++
=
∆+∆+
==

ϕ
ϕ
η
Như trên, ta mới chú ý đến tỷ số giữa các điện áp dây mà chưa chú ý đến góc
lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp, đó là điều rất quan trong khi đưa các
máy biến áp làm việc song song. Do vậy, người ta đưa ra khái niệm tổ nối dây.
Tổ nối dây cho biết góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và điện áp dây thứ
cấp. Tổ nối dây phụ thuộc vào : chiều quấn dây, ký hiệu đầu dây, kiểu nối dây
cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Xét máy biến áp một pha có hai dây quấn : sơ cấp AX ; thứ cấp ax. Các trường
hợp xảy ra như sau :
a. Hai dây quấn cùng chiều và ký hiệu tương ứng
b. Hai dây quấn ngược chiều
c. Đổi chiều ký hiệu một trong hai dây quấn
Tổ nối dây máy biến một : kể từ điện áp dây sơ cấp đến điện áp dây thứ cấp
theo chiều kim đồng hồ :
Trường hợp a : lệch pha 360
0
Trường hợp b,c : lệch pha 180
0
Cách xác đònh tổ nối dây :
Muốn xác đònh tổ nối dây của một sơ đồ nối dây cho trước ta làm như sau:
− Dựa vào kiểu nối dây cuộn sơ cấp ta vẽ đồ thò vectơ điện áp dây của cuộn sơ
cấp.
− Dựa vào kiểu nối dây cuộn thứ cấp và đồ thò vectơ điện dây của cuộn sơ cấp
ta vẽ đồ thò vectơ điện áp dây của cuộn thứ cấp.
− Dòch chuyển vectơ điện áp dây của cuộn sơ cấp về vò trí kim phút đồng hồ ở
số 12.
− Dòch chuyển vectơ điện áp dây của cuộn thứ cấp về vò trí kim giờ đồng hồ
(dòch chuyển với góc tương ứng ở sơ cấp).

Trang 93
− Lấy góc α tính từ kim phút đồng hộ đến kim giờ đồng hồ theo chiều kim đồng
hồ, chia cho 30
0
:
− Kết quả X được ghi bên cạnh ký hiệu sơ đồ nối dây của máy biến áp
Ví dụ :

Ví dụ :
Trang 94
0
30
α
=
X
BÀI TẬP MÁY BIẾN ÁP
Bài 1 :
Máy biến áp một pha có số vòng dây cho mỗi vôn là 3,5; cường độ từ cảm cực
đại trong lõi thép B
max
= 1,0 Wb / m
2
. Biết hệ số biến áp là k = 6,2 , điện áp sơ cấp
U
1
= 220 V; tần số f = 50 Hz.
Xác đònh :
1. Tính từ thông cực đại , tiết diện thực của lõi thép.
2. Số vòng dây cuộn sơ cấp , cuộn thứ cấp ( W
1

,W
2
).
3. Trò số sức điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp E
2
của máy biến áp.
4. Máy biến áp đã cho là máy biến áp gì.
Bài 2 :
Máy biến áp một pha có điện áp sơ cấp U
1
= 230 V, điện áp thứ cấp U
2
= 24 V
tiết diện thực của lõi thép S = 13 cm
2
, tần số f = 50 Hz. Số vòng dây cho mỗi vôn là
4,6.
Xác đònh :
1. Tính từ thông cực đại , cường độ từ cảm cực đại trong lõi thép B
max
.
2. Tính số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp.
3. Tính trò số sức điện động trong dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
4. Máy biến áp đã cho là máy biến áp gì.
Bài 3 :
Máy biến áp một pha có số vòng dây cho mỗi vôn là2; cường độ từ cảm cực đại
trong lõi thép B
max
= 2,5 Wb / m
2

. Biết điện áp sơ cấp U
1
= 220 V; điện áp thứ cấp
U
2
= 24 V tần số f = 50 Hz.
Xác đònh :
1. Tính từ thông cực đại , tiết diện thực của lõi thép.
2. Tính số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp.
3. Tính trò số sức điện động trong dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
4. Máy biến áp đã cho là máy biến áp gì.
Bài 4 :
Máy biến áp một pha có số vòng dây cho mỗi vôn là 7; cường độ từ cảm cực đại
trong lõi thép B
max
= 1,0 Wb / m
2
. Biết hệ số biến áp là k = 0,2 , điện áp thứ cấp
U
2
= 380 V; tần số f = 50 Hz.
Xác đònh :
1. Tính từ thông cực đại , tiết điện thực của lõi thép.
Trang 95
2. Số vòng dây cuộn sơ cấp , cuộn thứ cấp ( W
1
,W
2
).
3. Trò số sức điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp E

2
của máy biến áp.
4. Máy biến áp đã cho là máy biến áp gì.
Bài 5 :
Cho máy biến áp ba pha với các số liệu sau : điện áp sơ cấp đònh mức bằng
35 kV ; điện áp thứ cấp đònh mức bằng 400 V ; tổn hao không tải bằng 302 W ; tổn
hao ngắn mạch bằng 1200 W ; dòng điện không tải tính theo phần trăm đạt 12 % ;
điện áp ngắn mạch tính theo phần trăm đạt 4,55 % ; dòng điện sơ cấp bằng 0,5 A ;
hệ số tải bằng 0,5 . Biết tổ nối dây (∆/ Y) . Xác đònh :
a. Tính dòng điện sơ cấp đònh mức, điện áp ngắn mạch, dòng điện không tải, hệ
số biến áp ?
b. Tính điện trở không tải, tổng trở không tải, điện kháng không tải, điện trở
ngắn mạch, tổng trở ngắn mạch, điện kháng ngắn mạch ?
c. Tính điện trở sơ cấp, điện kháng sơ cấp, điện trở thứ cấp, điện kháng thứ
cấp ?
d. Tính hiệu suất máy biến áp, biết hệ số công suất cosϕ = 0,6 ?
Bài 6 :
Cho máy biến áp ba pha với các số liệu sau : công suất biểu kiến đònh mức
bằng 400 kVA ; điện áp sơ cấp đònh mức bằng 6 kV ; điện áp thứ cấp đònh mức
bằng 131 V ; tổn hao không tải bằng 2,3 kW ; tổn hao ngắn mạch bằng 9,1 kW ;
dòng điện không tải tính theo phần trăm đạt 7,3 % ; điện áp ngắn mạch tính theo
phần trăm đạt 5,4 % . Biết tổ nối dây (Y/ ∆) . Xác đònh :
a. Tính dòng điện sơ cấp đònh mức, điện áp ngắn mạch, dòng điện không tải, hệ
số biến áp ?
b. Tính điện trở không tải, tổng trở không tải, điện kháng không tải, điện trở
ngắn mạch, tổng trở ngắn mạch, điện kháng ngắn mạch ?
c. Tính điện trở sơ cấp, điện kháng sơ cấp, điện trở thứ cấp, điện kháng thứ
cấp ?
d. Tính hiệu suất máy biến áp, biết công suất biểu kiến bằng 4000 VA và hệ số
công suất cosϕ = 0,7

Bài 7 :
Cho máy biến áp ba pha với các số liệu sau : điện áp sơ cấp đònh mức bằng
35 kV ; điện áp thứ cấp đònh mức bằng 400 V ; tổn hao không tải bằng 302 W ; tổn
hao ngắn mạch bằng 1200 W ; dòng điện không tải tính theo phần trăm đạt 12 % ;
điện áp ngắn mạch tính theo phần trăm đạt 4,55 % ; dòng điện sơ cấp đònh mức
bằng 1 A ; hệ số tải bằng 0,5 . Biết tổ nối dây (Y/ Y) . Xác đònh :
a. Tính điện áp ngắn mạch, dòng điện không tải, hệ số biến áp ?
Trang 96
b. Tính điện trở không tải, tổng trở không tải, điện kháng không tải, điện trở
ngắn mạch, tổng trở ngắn mạch, điện kháng ngắn mạch ?
c. Tính điện trở sơ cấp, điện kháng sơ cấp, điện trở thứ cấp, điện kháng thứ
cấp ?
d. Tính hiệu suất máy biến áp, biết hệ số công suất cosϕ = 0,6 ?
Bài 8 :
Cho máy biến áp ba pha với các số liệu sau : công suất biểu kiến bằng 1600VA
; điện áp sơ cấp đònh mức bằng 15 kV ; điện áp thứ cấp đònh mức bằng 400 V ; tổn
hao không tải bằng 460 W ; tổn hao ngắn mạch bằng 2350 W ; dòng điện không tải
tính theo phần trăm đạt 12 % ; điện áp ngắn mạch tính theo phần trăm đạt 4,55
% ; hệ số tải bằng 0,5 . Biết tổ nối dây (Y/∆) . Xác đònh :
a. Tính dòng điện sơ cấp đònh mức, điện áp ngắn mạch, dòng điện không tải, hệ
số biến áp ?
b. Tính điện trở không tải, tổng trở không tải, điện kháng không tải, điện trở
ngắn mạch, tổng trở ngắn mạch, điện kháng ngắn mạch ?
c. Tính điện trở sơ cấp, điện kháng sơ cấp, điện trở thứ cấp, điện kháng thứ
cấp ?
d. Tính hiệu suất máy biến áp, biết hệ số công suất cosϕ = 0,7 ?
Bài 9 :
Máy biến áp ba pha có : S
đm
= 2500 VA ; U

1đm
= 220 V ; U
2đm
= 127 V
- Thí nghiệm không tải : U
0
= 220 V I
0
= 1,4 A P
0
= 30 W
- Thí nghiệm ngắn mạch : U
n
= 8,8 V I
n
= 11,35 A P
n
= 80 W
Dây cuốn nối Y/Y.
Xác đònh :
a. Tính điện trở không tải, tổng trở không tải, điện kháng không tải, điện trở
ngắn mạch, tổng trở ngắn mạch, điện kháng ngắn mạch ?
b. Tính điện trở sơ cấp, điện kháng sơ cấp, điện trở thứ cấp, điện kháng thứ
cấp ?
c. Tính hiệu suất máy biến áp, biết công suất biểu kiến bằng 1000 VA và hệ số
công suất cosϕ = 0,6
Bài 10 :
Máy biến áp ba pha có : S
đm
= 5000 VA ; U

1đm
= 110 V ; U
2đm
= 220 V
- Thí nghiệm không tải : U
0
= 110 V I
0
= 2 A P
0
= 70 W
- Thí nghiệm ngắn mạch : U
n
= 9 V I
n
= 15 A P
n
= 90 W
Dây cuốn nối ∆/∆.
Trang 97
Xác đònh :
a. Tính điện trở không tải, tổng trở không tải, điện kháng không tải, điện trở
ngắn mạch, tổng trở ngắn mạch, điện kháng ngắn mạch ?
b. Tính điện trở sơ cấp, điện kháng sơ cấp, điện trở thứ cấp, điện kháng thứ
cấp ?
c. Tính hiệu suất máy biến áp, biết công suất biểu kiến bằng 500 VA và hệ số
công suất cosϕ = 0,9
Trang 98