QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY BIẾN ÁP

www.hanghaivietnam.com

1

Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa
Khoa Âiãûn - Nhọm Chun män Âiãûn Cäng Nghiãûp

Giạo trçnh

MẠY ÂIÃÛN 1

Biãn soản: Bi Táún Låüi

Chỉång 6

QUẠ TRÇNH QUẠ ÂÄÜ TRONG M.B.A

6.1. KHẠI NIÃÛM CHUNG
Quạ trçnh quạ âäü trong mba l quạ trçnh mba chuøn tỉì chãú âäü xạc láûp náưy
sang chãú âäü xạc láûp khạc khi cọ sỉû thay âäøi mäüt trong cạc âải lỉåüng xạc âënh chãú
âäü lm viãûc ca mba nhỉ : táưn säú, âiãûn ạp, phủ ti..
Theo úu täú dng âiãûn ngỉåìi ta phán ra : quạ dng âiãûn v quạ âiãûn ạp.
6.2. QỤA DNG ÂIÃÛN
Xẹt quạ dng âiãûn xy ra trong hai trỉåìng håüp :
1. Âọng mba vo lỉåïi khi khäng ti.
2. Ngàõn mảch âäüt nhiãn.
6.2.1. Âọng mba vo lỉåïi khi khäng ti.

Ta tháúy :
• Lục lm viãûc bçnh thỉåìng dng âiãûn khäng ti : I0 ≤ 10 % Iâm .
• Lục âọng mba vo lỉåïi âiãûn : I0 >> Iâm . Vç sao ?.

Gi thỉí âiãûn ạp âàût vo dáy qún så cáúp (hçnh 6.1) lục âọng K l:
u1 = U1msin(ωt + Ψ0).
Ψ0: l gọc pha ca âiãûn ạp lục âọng mba vo lỉåïi.
Phỉång trçnh cán bàòng âiãûn ạp ca dáy qún så l:
dφ
(6.1)
u1 = U1msin(ωt + Ψ0) = r1i 0 + W1 .
dt
Ta tháúy quan hãû φ = f(i0) l quan hãû phi
φ
tuún. Âãø tênh toạn âån gin, ta gi thiãút φ tè
K
lãû våïi i0 , nghéa l : i 0 =

W1φ
.
L1

Våïi L1: hãû säú tỉû cm ca dáy qún så.
Viãút lải phỉång trçnh (6.1), ta cọ:
U1m
r
dφ
.
sin(ωt + Ψ0 ) = 1 φ +
W1
L1
dt

www.hanghaivietnam.com

u1

W1

W2

Hçnh 6.1 Så âäư âọng mba
vo lỉåïi âiãûn lục khäng ti


www.hanghaivietnam.com

2

Giaới phổồng trỗnh trón, ta coù nghióỷm laỡ:
= + .
Thaỡnh phỏửn xaùc lỏỷp cuớa tổỡ thọng:

= msin(t + 0 - ).
2
= - mcos(t + 0).
L1 U1m
Vồùi : m =
.
W1 r12 + (L1 ) 2
Thaỡnh phỏửn tổỡ thọng tổỷ do:
= Ce
''

r1
t
L1

.

Xaùc õởnh hũng sọỳ C vồùi õióửu kióỷn t = 0 trong loợi theùp coù tổỡ thọng dổ dổ, nón:
t=0 = ( + )t=0 = - mcos0 + C = dổ .
C = mcos0 dổ .


r1
t
L1

.
Vỏỷy : = (mcos0 dổ) e
Ta coù, sau khi giaới phổồng trỗnh :
= - mcos(t + 0) + (mcos0 dổ) e
Tổỡ phổồng trỗnh trón ta thỏỳy :



r1
t
L1

.

1. ióửu kióỷn thuỏỷn lồỹi nhỏỳt khi õoùng mba vaỡo lổồùi õióỷn laỡ :

0 = tổùc õióỷn aùp u1 = U1m vaỡ tổỡ thọng dổ = 0, luùc õoù:
2
= - mcos(t + 0) = msint .
tổùc laỡ xaùc lỏỷp ngay khi õoùng mba vaỡo lổồùi, khọng xaớy ra quaù trỗnh quaù õọỹ.
2. ióửu kióỷn bỏỳt lồỹi nhỏỳt khi õoùng mba vaỡo lổồùi õióỷn laỡ :
0 = 0 tổùc õióỷn aùp u1 = 0 vaỡ tổỡ thọng dổ > 0, luùc õoù:
= - mcost + (m + dổ) e
Khi t = thỗ = max vỗ r << L1.


r1
t
L1





r1
t
L1

.

max

r1
L1

e
=e
1.
Nón :
Tổỡ thọng luùc nỏửy :
max 2m + dổ
Vỏỷy, tổỡ thọng max > 2m luùc laỡm
vióỷc bỗnh thổồỡng, nón luùc nỏửy loợi theùp
m.b.a rỏỳt baớo hoỡa vaỡ doỡng tổỡ hoùa I0
trong quaù trỗnh quaù õọỹ seợ rỏỳt lồùn, cồợ
100 lỏửn doỡng I0


dổ
0

www.hanghaivietnam.com





Hỗnh 6.2 Sổỷ bióỳn thión tổỡ thọng
(t) luùc doùng maỷch bỏỳt lồỹi nhỏỳt

t

www.hanghaivietnam.com

3

VÊ DỦ 1 : Lục bçnh thỉåìng : I0 = 5%Iâm .
Lục qtrçnh qụa âäü : I0 = 5Iâm . Mba bë càõt khi lỉåïi khi âọng khäng ti.
6.2.2. Quạ dng âiãûn khi ngàõn mảch

ÅÍ âáy chè xẹt qụa trçnh qụa âäü tỉì lục bàõt âáưu xy ra ngàõn mảch âãún khi thnh
láûp chãú âäü ngàõn mảch xạc láûp.
Tênh dng âiãûn In åí qụa trçnh qụa âäü.
xn

in rn

Våïi rn = r1 + r’2
xn = x1 + x’2 = ωLn

u1

u1

Hçnh 6.3 Så âäư lục mba bë ngàõn mảch

Viãút phỉång trçnh cán bàòng âiãûn ạp :
u1 = U1msin(ωt + Ψn) = rn i n + L n

di n

.
dt

Trong âọ Ψn: l gọc pha ca âiãûn ạp lục mba xy ra ngàõn mảch.
Gii phỉång trçnh trãn våïi âiãưu kiãûn ban âáưu t = 0 thç in = 0, ta âỉåüc :
in = i’ + i’’
= − 2I n cos(ωt + Ψn ) + 2I n cos Ψn e
U1
våïi : I n =
.
rn2 + (ωL n ) 2

−

rn
t
Ln

Ngàõn mảch xy ra báút låüi nháút khi Ψn = 0, våïi rn << ωLn .
i n = − 2I n cos ωt + 2I n e

−

rn
t
Ln

Dng âảt giạ trë cỉûc âải khi ωt = π, lục âọ :
i xg = 2I n (1 + e

−

πrn
ωL n

) = 2I n K xg

Trong âọ, Kxg phủ thüc vo dung lỉåüng mba, mba cng låïn thç Kxg cng låïn.
Thỉåìng Kxg = 1.2 ÷ 1.8.

VÊ DỦ 2 :
Mba cäng sút 1000kVA, un % = 6.5, unr % = 1.5, unx % = 6.32.
−

πrn
ωL n

Kxg = 1 + e
Dng âiãûn xung bàòng :

= 1+ e

i xg = 2I n K xg = 2

−

πu nr
u nx

= 1.475

100
1.475 = 22.7 nghéa l ixg = 22.7Iâm .
un %

www.hanghaivietnam.com


www.hanghaivietnam.com

4

• Hải mba :
1. Dáy qún nọng v bë chạy cạch âiãûn.
2. Gáy lỉûc cå hc phạ kãút cáúu dáy qún.
• Bo vãû :
1. Dng relais tạc âäüng nhanh càõt chäù sỉû cäú ra khi mba.
2. Mba bë nm cạc vng dáy bãn trong, ngỉåìi ta thỉåìng dng relais håi,
relais so lãûch âãø bo vãû càõt mba ra khi lỉåïi.
6.3. QUẠ ÂIÃÛN ẠP TRONG M.B.A
6.3.1. Ngun nhán gáy quạ âiãûn ạp :

Um0

Um

U
Um
Pâ
MBA

0.5Um
1.2

50

t (μs)

Hçnh 6.4 Sọng quạ âiãûn ạp

Hçnh 6.5 Sọng quạ âiãûn ạp trỉåïc v sau chäúng sẹt

Khi mba lm viãûc trong lỉåïi âiãûn thỉåìng chëu nhỉỵng âiãûn ạp xung kêch, cn
goi l quạ âiãûn ạp, cọ trë säú gáúp nhiãưu láưn trë säú âiãûn ạp âënh mỉïc.
Ngun nhán gáy quạ âiãûn ạp :
1. Thao tạc âọng càõt âỉåìng dáy hồûc cạc mạy âiãûn.
2. Ngàõn mảch chảm âáút km theo häư quang.
3. Sẹt âạnh vo âỉåìng dáy ti âiãûn trãn khäng v sọng sẹt truưn âãún mba.
Âáy l sọng nguy hiãøm nháút âäúi våïi mba, vç cọ trë säú hng triãûu vän.Tỉì
sọng quạ âiãûn ạp, ta tháúy :
a. Tỉì nåi xút hiãûn lan truưn vãư hai phêa våïi täúc âäü gáưn bàòng C.
b. Dảng xung khäng chu k våïi âáưu sọng ráút däúc, cn âi bàòng phàóng
hån.
c. Thåìi gian tàng tỉì 0 ÷ Um khong μs (hçnh 6.1).
Âãø gim biãn âäü Um0 ca sọng quạ âiãûn ạp ta dng bäü chäúng sẹt phọng âiãûn P
(hçnh 6.2), âãø dáùn âiãûn têch ca sọng xung kêch xúng âáút. Ta tháúy Um0 l biãn âäü
trỉåïc chäúng sẹt ráút låïn. Sau tạc âäüng ca bäü chäúng sẹt, âiãûn ạp ca sọng xung kêch
gim âi nhiãưu Um. Biãn âäü sau bäü chäúng sẹt Um nh hån trë säú thỉí âäü bãưìn cạch âiãûn
ca mba.

www.hanghaivietnam.com


www.hanghaivietnam.com

5

6.3.2. Maỷch õióỷn thay thóỳ vaỡ phổồng trỗnh vi phỏn

Tỏửn sọỳ soùng quaù õióỷn aùp (xung kờch) laỡ :

1
1
1
fx = x =
=
=
= 2,08.10 5 Hz
6
2 Tx 4 t d 4.1,2.10
Thaỡnh lỏỷp sồ õọử thay thóỳ :
Goỹi : Cd laỡ õióỷn dung giổợa caùc phỏửn tổớ cuớa dỏy quỏỳn vồùi nhau.
Cq laỡ õióỷn dung giổợa caùc phỏửn tổớ cuớa dỏy quỏỳn vồùi õỏỳt.
Khi quaù õióỷn aùp dung khaùng xc << r, xL nón boớ qua r, xL vỗ fx rỏỳt lồùn.
r, xl

A

X
Cd

Cq
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
A

Hỗnh 6.6 Sồ õọử thay thóỳ cuớa
X

Cd

dỏy quỏỳn mba khi coù quaù
õióỷn aùp

Cq
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Ta thỏỳy õióỷn dung coù thọng sọỳ raợi gọửm n voỡng dỏy:
C'd
1
=
.
ióỷn dung doỹc toaỡn phỏửn : Cd =
1 / C d n
ióỷn dung ngang toaỡn phỏửn : Cq = C 'q = nC'q

Khi lỏỳy õọỹ daỡi cuớa dq laỡ mọỹt õồn vở, õọỳi vồùi mọỹt nguyón tọỳ nhoớ cuớa dq coù õọỹ
daỡi dx coù thóứ tỗm õổồỹc õióỷn dung ngang Cqdx vaỡ tham sọỳ vi phỏn ngang Kdx, trong
õoù K=1/Cd .
du x
ọỳi vồùi õióỷn tờch ngang ồớ nguyón tọỳ Kdx : Q x =

(6.1)
Kdx
dQ x
ióỷn aùp trón õióỷn dung :
(6.2)
ux =
Cq dx
Thay (6.1) vaỡo (6.2), ta coù :

d 2ux
dx 2

Giaới pt trón ta õổồỹc nghióỷm daỷng:



Cq
Cd

ux = 0

u x = D1e x + D 2 e x

vồùi laỡ nghióỷm cuớa pt õỷc trổng : 2

Cq
Cd

Duỡng õióửu kióỷn bión vồùi dỏy quỏỳn nọỳi õỏỳt :

www.hanghaivietnam.com

=0=

Cq
Cd

.


www.hanghaivietnam.com

1. u x = D1e x + D 2 e x = U m

6

khi x =1

2. u x = D1e x + D 2 e x = 0
khi x = 0
shx
Ta tỗm õổồỹc : u x = U m
sh
Trổồỡng hồỹp dỏy quỏỳn khọng nọỳi õỏỳt, ta cuợng coù :
chx
.
ux = Um
ch

(6.3)

(6.4)

6.3.3. Sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc dỏy quỏỳn:

Veợ caùc quan hóỷ (6.3) vaỡ (6.4), ta õổồỹc sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu :

Um

Um
1
.8
=0

.4

A

=1

.8

.6

.2

=0

1

.6
.4

=5

.2

=10
1

.8

.6

.4

.2

0

X

A

=5
=10
1 .8

.6

(a)

.4

.2

0 X

(b)

Hỗnh 6.6 Sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc dỏy quỏỳn.
a/. Khi nọỳi õỏỳt. b/. Khi khọng nọỳi õỏỳt.

Ta thỏỳy :
= 0 sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc theo dỏy quỏỳn õóửu : ux = xUm.
caỡng lồùn sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc theo dỏy quỏỳn khọng õóửu, maỡ
tỏỷp trung chuớ yóỳu vaỡo õỏửu dỏy quỏỳn.
> 5 sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp khọng phuỷ thuọỹc vaỡo sổỷ nọỳi õỏỳt hay khọng.
Vỗ rũng giaớn õọử thay thóỳ mba gọửm r, L, C hỗnh thaỡnh, nón mọỹt loaỷt nhổợng
maỷch voỡng dao õọỹng vaỡ qtqõ tổỡ õióỷn aùp ban õỏửu õóỳn õióỷn aùp cuọỳi cuỡng ồớ mọựi õióứm
cuớa dỏy quỏỳn õóửu mang õỷc tờnh dao õọỹng. Do tọứn hao trón õióỷn trồớ caùc dao õọng
seợ từt dỏửn. Bión õọỹ dao õọỹng vaỡ quaù õióỷn aùp xuỏỳt hióỷn khi õoù tng lón vồùi sổỷ tng
vóử õọỹ khaùc nhau giổợa phỏn bọỳ õióỷn aùp õỏửu vaỡ cuọỳi.
óứ giaớm nguy hióứm do dao õọỹng õoù cỏửn giaớm õóỳn mổùc coù thóứ. Giaớm seợ
tng kờch thổồùc mba nhổ vỏỷy seợ tng giaù thaỡnh, nghộa laỡ khọng thổỷc hióỷn õổồỹc.

www.hanghaivietnam.com


www.hanghaivietnam.com

7

Baớo vóỷ mba khoới quaù õióỷn aùp :
1. Tng cổồỡng caùch õióỷn ồớ õỏửu vaỡ cuọỳi dỏy quỏỳn.
2. Taỷo ra õióỷn dung maỡn chừn tộnh õióỷn, dổồùi daỷng nhổợng voỡng kim loaỷi hồớ
coù boỹc caùch õióỷn.

]RR^

www.hanghaivietnam.com