CHƯƠNG 3 vận HÀNH máy BIẾN áp

CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH MÁY BIẾN ÁP
 Giản đồ năng lượng
 Độ thay đổi điện áp của máy biến áp
 Các phương pháp điều chỉnh điện áp của máy
biến áp
 Hiệu suất của máy biến áp
 Máy biến áp làm việc song song


§1. GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG
• Khi truyền năng lượng từ phía sơ cấp sang phía thứ
cấp, trong máy có tổn hao năng lượng
&
&
&I R1
X
I
I
1
1t
2
1
I& o
RFe
Xm
&
U
&
1
&
E

E
&
2
I Fe 1
I& m

R2

• Công suất tác dụng đưa vào phía sơ cấp:
P1 = U1I1cosϕ1
• Tổn hao trên dây quấn sơ cấp:

X2
Zt


2
1 1

pCu1 = R I

• Tổn hao trên lõi thép do từ trở và dòng điện xoáy:
2
pFe = R Fe I Fe
• Công suất điện từ chuyển từ sơ cấp sang thứ cấp:
Pdt = P1 − pCu1 − pFe = E′2I′2cosψ 2
• Tổn hao công suất trên dây quấn thứ cấp:
pCu2 = R 2 I 22
• Công suất trên tải:
P2 = Pdt − pCu 2 = U 2I 2 cosϕ

• Ngoài công suất tác dụng, trong máy còn có công
suất phản kháng


• Công suất phản kháng đưa tới sơ cấp:
Q1 = U1I1sinϕ1
• Công suất phản kháng dùng để tạo ra từ trường tản
của cuộn sơ cấp:
q 1 = I12 X 1
• Công suất phản kháng dùng để tạo ra từ trường hỗ
cảm
2
Qm = I m
Xm

• Công suất phản kháng dùng để tạo ra từ trường tản
của cuộn thứ cấp:


q 2 = I 22 X 2
• Công suất phản kháng đưa tới tải
Q 2 = U 2I 2 sin ϕ
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp:

P1 ± jQ1

p1 ± jq1

Pdt ± jQdt

pFe ± jQ m

P2 ± jQ 2

p2 ± jq 2


§2. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP
1. Độ thay đổi điện áp
• Độ thay đổi điện áp của máy biến áp là hiệu số điện
áp thứ cấp khi không tải và điện áp thứ cấp khi có tải
định mức chia cho điện áp thứ cấp định mức
U 20 − U 2dm
∆U 2 =
U 2dm
Ví dụ: Các thông số của một máy biến áp 250kVA,
4160/2400V làm việc ở điện áp định mức, công suất
định mức và cosϕ = 0.95 vượt trước là XtđCA = 2.65Ω và
RtđCA = 0.5196Ω


Máy biến áp làm nhiệm vụ hạ điện áp. Tính thông số
tương đương phía HA, điện áp không tải, độ thay đổi
điện áp và tổng trở vào của máy biến áp.
Tỉ số biến đổi điện áp của máy biến áp:
U CA 4160
a=
=
= 1.73
U HA 2400

Thông số tương đương phía HA:
R tdCA 0.5196
R tdHA =
=
= 0.173Ω
2
2
a
1.73
X tdHA

X tdCA 2.65
=
=
= 0.883Ω
2
2
a
1.73


Dòng điện phía HA:
I HA

S
250 × 10 3
=
=
= 104.2A
U HA

2400

Với tải vượt trước ta có:
o
&
& = 104.2∠18.2 o A
U
=
2400
∠
0
V
I
HA
HA
Điện áp ra khi không tải:
E& = I& R
+ jI& X
HA

HA

tdHA

HA

tdHA

&
+U

t

= 104.2∠18.2o × 0.173 + j104.2∠18.2o × 0.883 + 2400
= 2390.2∠ 2.23o V
Độ thay đổi điện áp:


U 20 − U 2dm 2390.2 − 2400
∆U 2 =
=
= −0.4%
U 2dm
2400
Điện áp vào:
& = − E& ′ = aE& ′ = 1.73 × 2309.2∠ 2.23o
U
v
CA
HA
= 4135.05∠ 2.23o V
Dòng điện CA:
o
&
I
104.2
∠
18.2
o
&I = HA =
= 60.23∠18.2 A

CA
a
1.73
Tổng trở vào:
o
&
U
4135.05
∠
2.23
o
Zv = & v =
=
68.65
∠
−
15.97
Ω
o
I CA
60.23∠18.2


2. Tổng trở trong hệ đơn vị tương đối
• Các thông số trong hệ đơn vị tương đối được định
nghĩa là:
Z td Idm
Z∗ =
Udm

R td Idm
R∗ =
Udm

X td Idm
X∗ =
Udm

• Điện áp Uđm và dòng điện Iđm được gọi là điện áp và
dòng điện cơ sở. Tổng trở cơ sở được định nghĩa là:
2
Udm
Udm × Udm Udm
Z cs =
Z cs =
=

I dm
I dm × Udm
S dm
Z n Idm Z n
=
 Z∗ =
Udm
Z cs

Rn
R∗ =
Z cs

Xn
X∗ =
Z cs


• Các đại lượng Uđm, Iđm, Rn, Xn và Zn được lấy cùng
phía
• Các đại lượng Rn*, Xn* và Zn* có cùng giá trị khi tính
từ phía CA hay HA và đây là ưu điểm khi dùng các
đại lượng trong hệ đơn vị tương đối
Z∗ = R ∗ + jX ∗

2
∗

z∗ = R + X

2
∗

X∗
tgϕ =
R∗

Ví dụ: Một máy biến áp 50kVA, 2400/240V, 50Hz làm
nhiệm vụ hạ điện áp có R1 = 0.75Ω, R2 = 0.0075Ω, X1=1Ω
và X2 = 0.01Ω. Tính tổng trở trong hệ đơn vị tương đối.


Tổng trở cơ sở phía CA của máy biến áp:

2
Udm
2400 2
Z cs1 =
=
= 115.2Ω
3
Sdm 50 × 10
Tổng trở CA của máy biến áp trong hệ đơn vị tương
đối:

R1
0.75
R 1∗ =
=
= 0.0065
Z cs1 115.2
X1
1
X 1∗ =
=
= 0.0087
Z cs1 115.2
Z1∗ = R 12∗ + X 12∗ = 0.00652 + 0.8887 2 = 0.0109

Tổng trở cơ sở phía HA của máy biến áp:


Z cs2

2
Udm
240 2
=
=
= 1.152Ω
3
Sdm 50 × 10

Tổng trở HA của máy biến áp trong hệ đơn vị tương
đối:
R1
0.0075
R 1∗ =
=
= 0.0065
Z cs1 1.152
X1
0.01
X 1∗ =
=
= 0.0087
Z cs1 1.152
2
1∗

2
1∗

2

2

Z1∗ = R + X = 0.0065 + 0.8887 = 0.0109


3. Độ thay đổi điện áp theo các thông số tương đối
• Ta xét mạch điện tương đương của một máy biến áp
làm nhiệm vụ hạ điện áp:
I& CA = − I& HA a
&U Z′vCA E&
1
CA

RtdHA

ZtdHA
XtdHA
I& HA

E& HA

ZtHA

• Đồ thị véc tơ khi tải có tính cảm và tính dung như
hình sau:


& sinϕ
U

HA
jI& X
HA

jI& HA X nHA
I& R

&
U
HA

HA

nHA

ϕ
I& HA R nHA I& HA

nHA

ϕ
& cosϕ
U
HA

& sinϕ
U
HA

I& HA

& cosϕ
U
HA

&
U
HA

• Từ đồ thị véc tơ ta xác định được độ lớn của điện áp
không tải:
E& = I& R
HA

HA

& X
&
+
jI
+
U
nHA
HA nHA
HA

EHA = (I HA R nHA + U HA cosϕ)2 + (I HA X nHA + U HA sinϕ) 2
• Độ thay đổi điện áp của máy biến áp:

∆U 2∗ =
(I HA R nHA + U HA cosϕ)2 + (I HA X nHA + U HAsinϕ) 2 − U HA
U HA
2

2

 I HA R nHA
  I HA X nHA

= 
+ cosϕ ÷ + 
+ sinϕ ÷ − 1
 U HA
  U HA

=

( R n∗ + cosϕ )

2

+ ( X n∗ + sinϕ ) − 1
2


Ví dụ: Một máy biến áp 50kVA, 2400/240V, 50Hz làm
nhiệm vụ tăng điện áp có RtđCA = 1.5Ω và XtđCA = 2Ω.
Tính độ thay đổi điện áp khi tải định mức có cosϕ = 0.8
chậm sau.

Do cosϕ = 0.8 nên ϕ = 36.8o. Như vậy:
&U = 2400∠ 0 o V
CA

I CA

S
50 × 10 3
=
=
= 20.8A 
U CA
2400

Điện áp thứ cấp(CA) khi không tải:
&
E& = I& R
+ jI& X
+U
CA

CA

tdCA

CA

tdCA

CA

I CA = 20.8∠ 36.8 o A


= 20.8∠ − 36.8o ( 1.5 + j2.5 ) + 2400∠0 o = 2450∠0.34 o V
Độ thay đổi điện áp của máy biến áp:
ECA − U CA 2450 − 2400
∆U CA =
=
= 0.0208 = 2.08%
U CA
2400
4. Độ thay đổi điện áp theo điện áp ngắn mạch
• Ta có thể viết lại biểu thức của độ thay đổi điện áp:
U 20 − U 2dm
aU 20 − aU 2dm
U10 − U1dm
∆U 2 =
=
=
U 2dm
aU 2dm
U1dm
• Khi dùng mạch điện thay thế đơn giản ta có đồ thị
véc tơ của MBA như hình sau:


& = OA ≈ OE
U
10

& −U
&′ ≈U
& −U
&
O
U
10
2
10
1dm

δ

& A&
U
1 jI′ X
B

&′
U
2

ϕ2

K

2

E

&′ R
I
&
&
2 n
I1 = I′2
≈ BE = BK + KE
 I1 
BK = I1R n1cosϕ 2 = I1dm R n1 
÷cosϕ 2 = kU nR cosϕ 2
 I1dm 

 I1
KE = I1X n1sinϕ 2 = I1dm R n1 
 I1dm


÷sinϕ 2 = kU nX sinϕ 2


k(U nR cosϕ 2 + U nX sinϕ 2 )
∆U 2 % =
× 100%
Udm
∆U 2 % = k(u nR %cosϕ 2 + u nX %sinϕ 2 )

n


§3. CÁCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

1. Điều chỉnh khi máy ngừng làm việc
• Để giữ điện áp ra không đổi ta phải thay đổi tỉ số
biến đổi điện áp a
• Các đầu phân áp thường đặt ở cuộn cao áp vì dòng
điện trong cuộn cao áp có trị số nhỏ nên dễ chế tạo bộ
đổi nối.
• Cách bố trí các đầu phân áp như hình sau:


1

3
4
5
6
7
8

Đầu phân áp cuối

2

8
3

4
7

6
5

Đầu phân áp giữa

• Các đầu phân áp đưa ra cuối cuộn dây sẽ dễ cách
điện
• Các đầu phân áp đưa ra giữa cuộn dây thì lực từ đối
xứng và từ trường tản phân bố đều



2. Điều chỉnh khi máy đang làm việc
• Điện áp được điều chỉnh từng 1% trong phạm vi
±10%.

Dùng cuộn kháng hạn chế
dòng
Dùng điện trở hạn chế
dòng


§4. HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. Hiệu suất của máy biến áp
• Hiệu suất của máy biến áp là:
P2
P2
η=
=
2
2
P1 P2 + pFe + I CA

R CA + I HA
R HA
• Trong đó:
pFe = Pt + Px

Pt = k t fB1.6
max

2
Px = k xf 2 Bmax

2
2
2
2
I CA
R CA + I HA
R HA = I CA
R nCA = I HA
R nHA

• Do đó:
P2
P2
η=
=
P1 P2 + pFe + I 2R n


2. Tính hiệu suất theo số liệu thí nghiệm

• Khi thí nghiệm không tải và ngắn mạch ta có:
 pFe = Po - tổn hao không tải
2

 I 
2
2
R
I
=
R
I
=
k
Pn - tổn hao ngắn mạch
 n

÷ n dm
 Idm 
2

• Công suất trên tải: P2 = U2I2cosϕ2
• Do đó:
P2
U 2 I 2 cosϕ 2
η=
=
P1 U 2 I 2 cosϕ 2 + Po + I 22R n
kU 2 I 2dm cosϕ 2
=

kU 2I 2dm cosϕ 2 + Po + k 2Pn