Bài giải đề cương máy điện 1

Câu 1a:
a.Hãy so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều với
nhau.
b.Vẽ một sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song bằng điện áp thấp(Ummc.Giải thích hiện tượng xảy ra khi mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song
mà mạch kích thích bị đứt.
Trả lời
a. Ưu nhược điểm của các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều:
+ Mở máy trực tiếp: được thực hiện bằng cách đóng thẳng động cơ điện vào nguồn vớ U mm
= U dm .
- Ưu điểm: thời gian mở máy nhanh do có mô men mở máy lớn
- Nhược điểm: Ngay lúc đầu mở máy Roto chưa quay nên sức điện động E u = 0 và dòng
điện phần ứng Iu =

U − Eu
RU

=

U
RU

sẽ có trị số rất lớn và bằng ( 510).I dm có thể làm cháy dây

quấn và vành góp:
+ Mở máy bằng biến trở:
- Ưu điểm hạn chế được dòng mở máy, an toàn cho động cơ.
- Nhược điểm: Thời gian mở máy lâu, có tổn hao công suất nhiệt trên biến trở mở máy.
+ Mở máy bằng điện áp thấp: (U mm < U dm ):
- Ưu điểm: hạn chế được dòng mở máy. Dùng để mở máy động cơ công suất lớn. Mômen
mở máy lớn.

- Nhược điểm: đòi hỏi hai nguồn mở máy, một nguồn có thể điều chỉnh để cung cấp cho
phần ứng động cơ, một nguồn cố định có U= U dm , lên giá thành sẽ cao hơn 2 phương pháp mở
máy kia. Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ kích thích độc lập hoặc động cơ kích thích song
song làm việc ở chế độ kích thích độc lập.
b. Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích thich song song bằng điện áp thấp (Umm <
Uđm):
Vì phương pháp này chỉ có thể áp dụng cho động cơ kích thích độc lập nên ta phải chuyển
động cơ kích thích song song về chế độ kích thích độc lập và ta có sơ đồ mở máy bằng điện áp
thấp ở chế độ này như hình vẽ 31 tr14 Sách hướng dẫn thí nghiệm máy điện.
Trình tự thao tác mở máy:
- Đặt núm điều chỉnh điện áp cung cấp cho phần ứng của động cơ ở vị trí,
- Đóng cầu giao của bộ nguồn cung cấp, động cơ được kích thích với U kt = U ktdm ,
- Điều chỉnh tăng điện áp đặt vào phần ứng của động cơ để khởi động động cơ, kết thúc quá
trình khởi động điện áp đặt vào động cơ bằng định mức U = U dm
C,Hiện tượng xảy ra khi mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song mà mạch kích
thích bị đứt:
Nếu nhánh kích thích bị đứt thì dòng kích thích bằng không I t =0 , do đó từ thông Φ = 0 , cho nên
mô men điện từ M=CM. Φ. Iư =0 , nên động cơ không quay được do đó Eư= 0 , suy ra U=E u +
Iư.Rư = Iư.Rư . cho nên Iư = U/ Rư sẽ có trị số rất lớn lam cháy vành gop và dây quấn.
Câu 1b:


a.Giải thích vì sao các đặc tính (ví dụ đặc tính ngoài, đặc tính điều chỉnh của máy phát kích
thích độc lập) suy ra từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính lại hơi khác so với các đặc
tính có được từ thí nghiệm trực tiếp và có dạng nét đứt như trên hình vẽ?
b.Tìm các nguyên nhân khiến cho máy phát điện một chiều kích thích song song không thể
tự kích thích và tạo ra được điện áp.Nếu máy phát kích thích song song không tự kích thích
được do mất từ dư thì làm thế nào để tạo ra được điện áp?
c.Nếu chổi than đặt không đúng vị trí mà bị xê dịch ngược chiều quay của rôto thì tốc độ của
động cơ điện sẽ như thế nào(tăng,giảm hay không đổi)?

Trả lời
a. Nguyên nhân các đặc tính ( ví dụ đặc tính ngoài, đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích
độc lập) suy ra từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính lại hơi hơi khác so với các đặc tính có
đựoc từ thí nghiệm trực tiếp và có dạng nét đứt như trên hình vẽ ( Hình 2-7 và 2-9 tr61 SGK) là:
Khi vẽ đặc tính ngoài U =f(I) và đặc tính điều chỉnh I t =f(I) bằng tam giác đặc tính và đặc
tính không tải là ta vẽ trong trường hợp mạch từ chưa bão hoà, cạnh AB của tam giác đặc tính còn
tỉ lệ vơi phản ứng phần ứng nghĩa là cũng tỉ lệ với dòng điện I. Trên thực tế khi ta làm thí nghiệm
cho ảnh hưởng của bão hoà khi I tăng và U giảm cạnh AB của tam giác không còn tỉ lệ với I nữa
nên đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh thu được bằng thí nghiệm trực tiếp hơi lệch đi theo nét
đứt như trên hình vẽ.
b. Các nguyên nhân khiến cho máy phát điện một chiều kích thích song song không thể tự kích
thích là:
+ Máy bị mất hết từ dư sẽ không thể tự kích được.
+ Máy quay không đúng chiều quy định làm cho từ thông do dòng điện I t sinh ra ngược
chiều với từ thông dư làm cho từ thông dư bị khử mất máy không thể thành lập được điện áp
+ Điện trở mạch kích thích R t quá lớn dòng điện I t xác lập sẽ rất nhỏ, điện áp xác lập bằng
điện áp dư của máy E du .
Nếu máy phát kích thích song song không thể tự kích thích được do mất từ dư thì để tạo ra
điện áp chúng ta phải chuyển máy phát kích thích song song đó về máy phát kích thích độc lập sau
đó cho máy phát chạy một thời gian máy sẽ có lại từ dư lúc đó ta lại chuyển máy về máy phát kích
thích song song.
C. Nếu chổi than đặt không đúng vị trí mà bị xê dich ngược chiều quay của Roto thì sẽ có phản
ứng phần ứng dọc trục có tính chất khử từ làm giảm trị số từ thông tổng φ . Mặt khác ta có công
E

thức tính tốc độ của động cơ điện một chiều như sau: n = C * ϕ cho nên khi φ giảm thì tốc độ
e
động cơ sẽ tăng.
Câu 1c:
a.Phân tích ảnh hưởng của từ trường phần ứng đối với từ trường cực từ(từ trường chính)

trong máy điện một chiều khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học.
b.Nếu chổi than không ở trên đường trung tính hình học thì điện áp đầu cực của máy phát
khi máy quay thuận và quay ngược có bằng nhau không,giải thích tại sao?
c.Tác dụng của từ trường cực từ phụ như thế nào?
Trả lời
a. Ảnh hưởng của từ trường phần ứng đối với từ trường cực từ trong máy phát điện 1 chiều
khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học là:
( Hình 1.37a, 1.37b tr 35 SGK)


Hình 1.37a mô tả sự phân bố của từ thông tổng do từ trường cực từ chính và từ trường phần
ứng hợp lại. Hình 1.37b phân tích sự thay đổi của từ thông khe hở khi có phản ứng phần ứng.
Trong hình 1.37b đường 1 chỉ sự phân bố của từ trường chính, đường 2 là sự phân bố của từ
trường phần ứng. Khi mạch từ khôn bảo hoà thì theo nguyên lý xếp chồng sự phân bố của từ
trường tổng như đường 3 nhận được bằng cách cộng từ trường của cực từ(đường 1) với từ trường
của phần ứng (đường 2). Nhưng khi mạch từ bão hoà thì dùng nguyên lý xếp chồng không hoàn
toàn đúng vì lúc mạch từ bão hoà từ thông không tăng tỉ lệ với sức từ động nữa nên thực tế sự
phân bố từ trường tổng như đường 4. Vậy ta có thể rút ra những kết luận sau:
- Khi chổi than ở trên đường trung tính hình học chỉ có phản ứng phần ứng ngang trục mà
tác dụng của nó là làm méo từ trường khe hở. Đối với máy phát điện thì ở mỏm ra cực từ ( mỏm
cực mà phần ứng đi ra) máy được trợ từ, ở mỏm vào của cực từ thì bị khử từ. Đối với ĐCĐ tác
động sẽ ngược lại vì chiều quay ngược với chiều quay của máy phát.
- Nếu mạch từ không bão hoà thì trường tổng không đổi thì tác dụng trợ từ và khử từ là như
nhau. Nếu mạch từ bão hoà thì do tác dụng trợ từ ít hơn tác dụng khử từ nên từ thông tổng dưới
mỗi cực giảm đi một ít, nghĩa là phản ứng ngang trục phần ứng có một ít tác dụng khử từ.
- Từ cảm ở đường trung tính hình học không bằng không, đường mà ở trên bề mặt phần ứng
từ cảm bằng không - gọi là đường trung tính vật lý – đã lệch khỏi đường trung tính hình học một
góc thuận chiều quay của máy fát điện (Đường mm trên hình 1.37).
Tóm lại: Khi chổi than đặt trên dường trung tính hình học thì chỉ có phản ứng phần ứng
ngang trục làm méo dạngtừ trường khe hở do đó xuất hiện trung tính vật lý. Nếu mạch từ không

bão hoà thì từ thông tổng không đổi. Nếu mạch từ bão hoà thì từ thông tổng giảm đi một ít.
b. Nếu chổi than không ở trên đường trung tính hình học thì điện áp đầu cực của máy phát
khi máy quay thuận và quay ngược không bằng nhau. Khi chổi than không ở trên đường trung tính
hình học thì sức từ động phần ứng có thể chia làm 2 thành phần ngang trục và dọc trục. Khi máy
quay thận chiều xê dịch của chổi than thì phản ứng phần ứng dọc trục có tính chất khử từ làm cho
từ thông ϕ giảm do đó sức điện động phần ứng E u = C M . ϕ .n giảm do đó điện áp đầu ra U cũng
giảm. Khi máy phát quay ngược chiều xê dịch của chổi than thì phản ứng phần ứng dọc trục có
tính chất trợ từ nên sức điện động phần ứng E u tăng và điện áp đầu ra cũng tăng. Như vậy ta có kết
luận điện áp đầu cực của máy phát điện một chiều khi máy quay thuận và quay ngược không bằng
nhau.
c. Tác dụng của từ trường cực từ phụ là:
Cực từ phụ đặt giữa 2 cực từ chính, trên đường trung tính hình học. Khi có tải, do có phản
ứng phần ứng nên trên đường trung tính hình học từ trường khác không và từ trường đó cùng chiều
với từ trường cực từ tính trước đường trung tính hình học theo chiều quay máy phát. Để cải thiện
đổi chiều, thường yêu cầu ở khu vực đổi chiều ( khu vực có chổi than, chổi than đặt ở đường trung
tính hình học) có từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng ở khu vực đó, vì vậy phải đặt cực
từ phụ. Tác dụng của cực từ phụ là sinh ra một sức từ động triệt tiêu từ trường phần ứng ngang
trục đồng thời tạo ra một từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng ở khu vực đổi chiều.
Câu 1d:
a.Tại sao lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kỹ thuật điện,cực từ có thể dùng thép kỹ thuật
điện hay thép lá thường ghép lại?Tại sao vỏ máy điện một chiều không dùng gang(loại vật
liệu rẻ tiền và dễ đúc)mà lại phải dung thép đúc hoặc thép tấm uốn lại?
b.Sự khác nhau chính giữa dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp,song đơn và song phức tạp
như thế nào?


c.Nếu một máy 4 cực dây quấn xếp đơn đổi thành song đơn mà số thanh dẫn và những
điều kiện khác không đổi thì điện áp,dòng điện và công suất định mức của máy có thay đổi
không,thay đổi thế nào,chứng minh?
Trả lời

a. Lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kĩ thuật điện vì: Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ
nên phải làm bằng các lá thép kĩ thuật điện ( thép hợp kim silic) dầy 0.5mm, bề mặt có phủ sơn
cách điện rồi ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy ( dòng điện fucô) gây lên.
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0.5mm
được ép lại và tán chặt.
Cực từ phụ có thể làm bằng thép thường.
Vỏ máy điện một chiều không dùng gang bởi vì gang dẫn từ rất kém mà vỏ máy dùng làm
mạch từ để nối liền các cực từ cho nên không dùng gang được.
Câu 2a:
Máy biến áp có những kiểu đấu dây nào, ứng dụng của từng kiếu đấu đó?Giải thích tại sao
kiếu nối dây Y/Y không dung cho tổ máy biến áp 3 pha,máy biến ỏp 3 pha 5 trụ và chỉ dung
chi những mỏy biến ỏp 3 pha 3 trụ cú cụng suất 5600 kVA trở xuống,cũn kiểu đấu dây Y/∆
và ∆/Y được dung cho tất cả các loại trên?
Trả lời
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 5-16a).
Nếu nối hình sao có dây trung tính thì ký hiệu bằng dấu “Y 0”. Đấu tam giác thì đầu cuối của pha
này nối với đầu đầu của pha kia (hình 5-16b và c).
Cách đấu dây quấn CA và HA trong m.b.a thường được ký hiệu như 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
thường được nối hình “Y” còn dây quấn hạ áp HA nối hình “∆” vì khi nối như vậy thì ở phía cao
áp, điện áp pha nhỏ đi 3 lần so với điện áp dây ( U p

=

1
3

U d ),

do đó có thể giảm bớt được chi phí

và điều kiện cách điện; phía hạ áp thì dòng điện pha nhỏ đi
Ip =

1
3

3 lần so với dòng điện dây (

I d ), do đó có thể chọn được tiết diện dây quấn nhỏ hơn, thuận tiện cho việc chế tạo và kinh

tế. Cách nối hình “∆” được dùng nhiều khi không cần điện áp pha. Dây quấn “Y 0” được dùng ở
các m.b.a cung cấp cho tải hỗn hợp vừa dùng điện áp dây (để cung cấp cho các động 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 zic-zăc (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 ngược nhau (hình 5-17). Kiểu đấu dây này ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn và chỉ
gặp trong các thiết bị chỉnh lưu hoặc trong máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số về góc lệch
pha.


A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C
B

X
X

Y

a)

Y

Z

X

Y

Z
X

Z

b)

Y

A

Z

c)

C

Hình 5-16. Các kiểu đấu dây quấn
m.b.a

Vỡ dõy qun s cp ni Y nờn thnh phn
dũng in bc 3 (i03) khụng tn ti, do ú
dũng in t hoỏ i0 cú dng hỡnh sin v t
thụng do nú sinh ra cú dng vt u
(ng m nột trờn hỡnh 5-26a). Nh vy
cú th xem t thụng tng gm súng c
bn 1 v cỏc súng iu ho bc cao 3, 5,

... trong ú cú th b qua cỏc thnh phn bc
cao hn 3 vỡ chỳng cú tr s rt nh. Trờn
hỡnh 5-26a ta ch v cỏc t thụng 1v 3.
i vi t m.b.a ba pha, vỡ mch t ca c
ba pha riờng r, t thụng 3 ca c ba pha
cựng chiu vi nhau ti mi thi im, d
dng khộp kớn trong tng lừi thộp ca tng
pha nh 1 (hỡnh 5-27a). Do t tr ca lừi
thộp rt bộ, nờn 3 cú tr s khỏ ln, cú th
t ti (15ữ20)% 1. Kt qu l trong dõy
qun s cp v th cp, ngoi s... c bn
e1 do 1 cm ng nờn (chm pha sau 1 90o)
cũn cú s... bc ba e3 khỏ ln, cú th t
n tr s E3 = (45 ữ 60)%E1, do t thụng 3
to

Hình 5-17. Các kiểu đấu zic-zăc

1




3
t

a)

e

e
e1
e3

t

b)

Hình 5-26. Đờng biểu diễn từ thông (a) và
s.đ.đ (b)của tổ máy biến áp ba pha nối Y/Y

nờn v chm sau 3 mt gúc 900. Do ú s... tng trong tng pha e = e 1+e3 s cú dng nhn u
(hỡnh 5-26b), ngha l biờn ca s... pha tng lờn rừ rt. S tng vt ca s.. nh vy hon
ton khụng cú li, trong nhiu trng hp rt nguy him nh cú th lm chc thng cỏch in ca
dõy qun, lm h hng thit b o lng v gõy nh hng n cỏc ng dõy thụng tin nu trung
tớnh cú ni t. Bi nhng lý do trờn, trong thc t ngi ta khụng dựng kiu u Y/Y cho t m.b.a
ba pha. Cng cn núi thờm rng, dự s... pha cú tr s v hỡnh dỏng bin i nhiu nhng cỏc
s... dõy vn luụn luụn l hỡnh sin, vỡ dõy qun ni Y thỡ s... dõy khụng cú thnh phn bc 3.


Những hiện tượng xuất hiện trong m.b.a ba pha năm trụ cũng tương tự như vậy, do đó các
m.b.a này cũng không dùng kiểu nối Y/Y.

b)

a)
Hình 5-27. Từ thông φ3 trong tổ m.b.a ba
pha (a) và trong m.b.a ba pha ba
trụ (b)

Trong các m.b.a ba pha ba trụ, các từ thông Φ3 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 5-27b) là những môi trường có từ trở lớn. Vì vậy Φ3 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 Φ3 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 phương pháp nối Y/Y đối với m.b.a ba pha ba trụ cũng
chỉ áp dụng cho các m.b.a với dung lượng từ 5600kVA trở xuống.
b. Trường hợp m.b.a nối ∆/Y (hình 5-28)
Dây quấn sơ cấp nối tam giác nên dòng
điện i03 sẽ khép kín trong tam giác đó, như
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 tượng bất lợi như trường hợp
trên.
c. Trường hợp m.b.a nối Y/∆

b

B
A

i03

i03

a

i03

c

C

Hình 5-28. Dòng điện điều hoà
bậc ba trong m.b.a nối ∆/Y

Trên hình 5-29a, 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, Φ có dạng vạt đầu và có thành phần bậc 3 - Φ3Y. Từ thông
Φ3Y cảm ứng sang dây quấn thứ cấp s.đ.đ. bậc 3 - e 23 chậm sau Φ3Y một góc gần 90o (hình 5-29b).
Đến lượt 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 lớn). Dòng điện i 23 sẽ sinh ra từ thông Φ3∆ coi như trùng pha
với i23, nghĩa là gần như ngược pha với Φ3Y. Do đó từ thông tổng bậc ba trong lõi thép Φ3 = Φ3Y +
Φ3∆ gần như bị triệt tiêu. ảnh hưởng 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 được tác hại
của từ thông và s.đ.đ. điều hoà bậc 3.


B

φ 3Y

b
i03

A

i03

φ3

c

C

E 23

i03

a

a)

b)

I 23(φ3∆ )

Hình 5-29 : a) Dòng điện điều hoà bậc ba trong m.b.a
nối Y/∆ ; b) Tác dụng của dòng i23 khi dây quấn đấu Y/∆.

sCõu 2b:
Trỡnh bày cỏc phương phỏp xỏc định tham số mạch từ hoỏ của mỏy biến ỏp.Dũng từ hoỏ
của mỏy biến ỏp lớn hay bộ,tại sao?Dũng từ hoỏ phụ thuộc vào những yếu tố nào,chứng
minh?Thực chất của dũng điện khụng tải là gỡ,tổn hao khụng tải là gỡ?
Trả lời
Cách xác định các tham số của m.b.a
Các tham số của m.b.a có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc tính toán.
1. Phương pháp xác định các tham số bằng thí nghiệm

Hai thí nghiệm để xác định các tham số của m.b.a là thí nghiệm không tải và thí nghiệm
ngắn mạch.
a. Thí nghiệm không tải
Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như hình 5-36a.
Đặt điện áp xoay chiều U1 = Uđm vào dây quấn sơ cấp, dây quấn thứ cấp để hở mạch. Nhờ các
đồng hồ Ampemet, Oátmet, Vônmet ta đo được dòng điện I 0, công suất P0, điện áp sơ cấp U1 và
thứ cấp U20 khi không tải. Từ các số liệu thí nghiệm ta tính được tổng trở, điện trở và điện kháng
của máy biến áp khi không tải:
z0 =

U1
I0

P

0
; r0 = I 2
0

; x0 = z 02 − r02

(5-46)

Thường z0* ≈ x0* = 10 ÷ 50 và r0* = 1,0 ÷ 5,0
Ngoài ra còn xác định được tỉ số biến đổi của m.b.a:
k=

W1 U 1
≈
W2 U 20

(5-47)

P0
U1I 0

(5-48)

và hệ số công suất lúc không tải:
cos ϕ 0 =

Khi không tải, I,2 = 0, mạch điện thay thế của m.b.a có dạng trên hình 5-36b, do đó các tham
số không tải z0, r0 và x0 chính là:
z 0 = z1 + z m ; r0 = r1 + rm và x0 = x1 + xm

(5-49)
Trong các m.b.a điện lực, thường r1 << rm và x1 << xm nên có thể coi:
r0 ≈ rm ; x0 ≈ xm và z0 ≈ zm.


Cũng vì lý do đó, công suất không tải P 0 thực tế có thể xem là tổn hao sắt p Fe do từ trễ và dòng
điện xoáy trong m.b.a gây nên:
P0 = pFe
(5-50)
Vì điện áp sơ cấp đặt vào không thay đổi nên Φ và do đó B không thay đổi, nghĩa là tổn hao
sắt - tức tổn hao không tải không thay đổi.
A

W

V

U1

U 1
I 0 Z 1

U20

V

U 1

I0 r1

− E 1

a)

ö0

x1

r1

jI0 x1

I 0 = I1

− E 1

I 0 = I1

φ m

rm

E 1 = E 2′

xm

c)

b)

Hình 5-36: a) Sơ đồ thí nghiệm không tải của m.b.a
một pha; b) mạch điện thay thế; c) Đồ thị véc tơ của
m.b.a lúc không tải
Khi không tải, ta có các phương trình:
U 1 = − E 1 + I 0 z1 = − E 1 + (r1 + jx1 ) . I1 (5-51)
′ = E 2′
U 20

(5-52)

I1 = I 0

(5-53)
Đồ thị véctơ tương ứng ở hình 5 - 36c. Từ đồ thị véctơ ta thấy lúc m.b.a không tải góc lệch pha
giữa U 1 và I 0 là ϕ0 ≈ 90o, nghĩa là cosϕ0 rất thấp, thường cosϕ0 ≤ 0,1. Như vậy trong vận hành

không nên để m.b.a làm việc không tải hoặc non tải, khi đó sẽ làm xấu hệ số công suất của lưới
điện.
b. Thí nghiệm ngắn mạch
Sơ đồ thí nghiệm như hình 5-37,
trong đó dây quấn thứ cấp bị nối
ngắn mạch và điện áp đặt vào dây
quấn sơ cấp phải được giảm thấp đến
trị số Un sao cho dòng điện trong đó
bằng dòng điện định mức.
Từ các số liệu đo được P n, Un, In
ta xác định được các tham số ngắn
mạch
của m.b.a:

A
Un

W

V

Hình 5-37
Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch
m.b.a

A


zn =

Un
P
rn = n2 v x n = z n2 rn2
;
In
In

(5-54)

Vỡ lỳc thớ nghim ngn mch, in ỏp U n t vo rt bộ nờn t thụng chớnh v do ú dũng in
t hoỏ cng rt bộ. Do ú mch in thay th ca m.b.a cú th xem nh h mch nhỏnh t hoỏ v
ch cũn li mt mch in gm hai tng tr s cp v th cp ni tip nhau (hỡnh 5-38a), hay n
gin hn ta thay bng mt tng tr ng tr (hỡnh 5 - 38b) gi l tng tr ngn mch ca m.b.a:
z n = z1 + z 2

I n r
1

U n

r2

x1

; rn = r1 + r2 ; x n = x1 + x 2
rn

x2

I n

z2/

z1

(5-55)
xn

zn

U n

a)

b)

Hình 5 - 38
Mạch điện thay thế m.b.a lúc ngắn mạch

Vỡ I0 rt bộ nờn cú th coi cụng sut lỳc ngn mch ch bự vo tn hao ng trong cỏc
dõy qun s cp v th cp:
Pn = pCu1 + p Cu 2 = I 12n r1 + I 2 2n r2 = I 12n (r1 + r2 ) = I 12n rn (5-56)
T mch in thay th lỳc ngn mch (hỡnh 5-38b) ta thy rừ, in ỏp t vo lỳc ngn
mch hon ton cõn bng vi in ỏp ri trong m.b.a, hay núi cỏch khỏc, in ỏp ngn mch
gm hai thnh phn:
Thnh phn tỏc dng:
Un = Inrn
(5-57)
l in ỏp ri trờn in tr v thnh phn phn khỏng:
Unx = In xn

(5-58)
l in ỏp ri trờn in khỏng ca m.b.a.
B

B

th vộc t
ca m.b.a lỳc ngn
mch vi In = Im v
hỡnh 5-39a v b.
Tam giỏc OAB gi
l tam giỏc in ỏp
ngn mch. Cnh
huyn biu th in
ỏp ngn mch ton
phn Un, cỏc cnh
gúc vuụng chớnh l
cỏc in ỏp ri trờn

I dm Z 1
I dm Z n
I dm Z 2/
n

jI dm x1

I dm x n

Idm r1
jIdm x2/

A

Idm r2/I dm rn

0
a)

U nx

U n

I dm

I dm
n

A

U nr

0
b)

Hình 5-39. a) Đồ thị véc tơ của m.b.a ngắn mạch
b) Tam giác điện áp ngắn mạch.


điện trở và điện
kháng:

Unr = Uncosϕn
Unx = Unsinϕn
trong đó ϕn là góc giữa Un
và In.
Như vậy điện áp
ngắn mạch có thể xem
như một đại lượng đặc
trưng cho điện
trở và điện kháng tản của m.b.a .
Trong các m.b.a lực, điện áp ngắn mạch được ghi trên nhãn hiệu của máy theo tỷ lệ phần trăm
so với điện áp định mức.
un % =

Un
I z
100 = dm n 100
U dm
U dm

(5-59)

và các thành phần điện áp ngắn mạch là:
u nr % =

U nr
I r
100 = dm n 100
U dm
U dm

(5-60)

u nx % =

U nx
I x
100 = dm n 100
U dm
U dm

(5-61)

Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng còn được tính như sau:
u nr % =

I dm rn I dm
I2 r
Pn (W )
100 = dm n 100 =
U dm I dm
S dm
10 S dm (kVA)

(5-62)

Thường un% = 5,5 ÷ 15. Số đầu là đối với các m.b.a điện lực có U đm≤ 35 kV, số sau là đối với
các m.b.a có Uđm = 500 kV.
Chú ý: Ngắn mạch ở trên là do ta tiến hành thí nghiệm với điện áp đặt vào rất nhỏ để cho I n
= Iđm, gọi là ngắn mạch thí nghiệm. Trong trường hợp m.b.a đang làm việc với điện áp sơ cấp
định mức, nếu thứ cấp xảy ra ngắn mạch (hai dây chạm nhau, đứt dây, chạm đất...) thì ta gọi là

ngắn mạch vận hành hay ngắn mạch sự cố. Lúc đó toàn bộ điện áp định mức đặt vào tổng trở
ngắn mạch rất nhỏ của m.b.a, nên dòng điện ngắn mạch sự cố sẽ rất lớn:
In =

hay

In =

U dm
zn

U dm
I dm
I
100 =
100 = dm 100
I
I
un %
z n dm 100
z n dm 100
I dm
U dm

(5-63)
(5-64)

Thí dụ m.b.a có un% = 10 thì dòng điện ngắn mạch sự cố sẽ là:
In =

I dm
100 = 10.I dm
10

Dòng điện ngắn mạch lớn sẽ gây nên sự cố hư hỏng m.b.a. Do đó trong thực tế vận hành, các
m.b.a cần phải được bố trí những thiết bị bảo vệ rơ le để tự động cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện.


2. Xác định tham số bằng tính toán
Các tham số của mạch từ hoá có thể dễ dàng xác định từ cách tính toán mạch từ của m.b.a.
Điện trở từ hoá rm có thể xác định theo biểu thức (5-44) trong đó p Fe xác định theo biểu thức (57) và I0 xác định theo (5-17).
Điện kháng từ hoá xm xác định đúng theo biểu thức:
xm =

E1
I 0x

(5-65)

trong đó I0x tính theo biểu thức (5-13) hoặc (5-16).
Dưới đây sẽ trình bày cách xác định các tham số ngắn mạch.

[

]

 f 
p Fe = p1 / 50 Bt2 Gt + B g2 G g . 
 50 

1, 3

W

(5-7)

I 0 = I 02r + I 02x

(5-17)

Cõu 2c:
Tổ nối dõy của mỏy biến ỏp là gỡ,nú phụ thuộc vào những yếu tố nào?Tại sao phải xỏc định
tổ nối dõy của mỏy biến ỏp?Hóy vẽ sơ đồ nối dõy,vẽ đồ thị vộc tơ của mỏy biến ỏp cú tổ nối
dõy sau:Y/Y-2;Y/Y-8;Y/∆-5;Y/∆-9; ∆/Y-11 và ∆/∆-12.
Trả lời
Tổ nối dây của m.b.a được 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 tương 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.


Câu 2d:
Độ thay đổi điện áp của máy biến áp là gì, độ thay đổi điện áp phụ thuộc vào những yếu tố
nào,chứng minh?Cách điều chỉnh điện áp trong máy biến áp?
Thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp có lien quan đến việc xác định
∆U và hiệu suất ŋ như thế nào?
Trả lời
Khi m.b.a làm việc, do có điện áp rơi trên các dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên điện áp đầu ra U 2
thay đổi theo trị số và tính chất điện cảm hay điện dung của dòng điện tải I 2. Hiệu số số học giữa
các trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U 20 và lúc có tải U2 trong điều kiện U1đm không đổi gọi là

độ thay đổi điện áp ÄU của m.b.a. Độ thay đổi điện áp thường được tính theo % so với điện áp
định mức. Trong hệ đơn vị tương đối ta có:
∆U * =

′ − U 2′ U 1dm − U 2′
U 20 − U 2 U 20
=
=
= 1 − U 2, *
′
U 20
U 20
U 1dm

(6-5)

Ta có thể dùng đồ thị véc tơ đơn giản của m.b.a trên hình 5-35 để xác định độ thay đổi điện
áp ÄU bằng phương pháp hình học nhưng vì các cạnh của tam giác điện kháng rất nhỏ so với
U1 và U,2 nên phương pháp này không được chính xác. Thông thường người ta dùng phương
pháp giải tích sau đây:
I

2
Giả sử m.b.a làm việc với hệ số tải β = I
và cosϕ2 đã biết và đồ thị vectơ tương ứng như ở
2 dm
hình 6-2. Khi ấy các cạnh của tam giác điện kháng ABC có trị số:

I 2, rn
I 2, dm rn I 2,

BC =
=
.
= βU nr*
U 1dm
U 1dm I 2, dm
I 2, x n I 2, dm x n I 2,
AB =
=
.
= βU nx*
U 1dm
U 1dm I 2, dm

Hạ đường thẳng góc AP xuống U,2 và Bb // U 2′ (đoạn Bb cắt AP kéo dài tại b). Gọi AP = n, CP
= m ta có:


U 2, * = 1 − n 2 − m ≈ 1 −

n2
−m
2

A
U1* =1

Do đó:

P

b

a

B

ÄU* = 1 - U,2* ≈ m + n2/2

ϕ2

C

(6-6)
Theo hình 6-2:
m = Ca + aP = â(Unr*cosö2 + Unx*.sinö2)
n = Ab - bP = â(Unx*cosö2 - Unr*.sinö2)
Thay vào (6-6) ta có:
∆U* = â(Unr*cosö2 + Unx*.sinö2) +
â2(Unx*cosö2 - Unr*.sinö2)2/2
(6-

ϕ2

Unx*β
Unr*β

,

U 2*

I,2*
ϕ2

Hình 6 - 2
Xác định ∆U của m.b.a

7)
Số hạng sau của biểu thức trên thường rất
nhỏ,
có thể bỏ qua và ta có:
∆U* = β(Unr*cosö2 + Unx*.sinö2)
(6-8)
Muốn biểu thị ∆U theo phần trăm của U1đm ta chỉ việc nhân hai vế của biểu thức (6-8) với 100.
Vì ∆U * =

∆U %
U %
U %
; U nr* = nr ; U nx* = nx
nên biểu thức (6-8) trở thành:
100
100
100

∆U% = β(Unr%.cosö2 + Unx%.sinö2)
(6-9)
Trong biểu thức (6-8), Unr* và Unx* đã được xác định do cấu tạo của máy nên ∆U* phụ thuộc
vào hệ số tải β và tính chất của tải. Hình 6-3 cho biết quan hệ ∆U = f(β) khi cosö2 = Cte và ∆U =
f(cosö2) khi β = Cte.
∆U%

4

ö2 > 0

3
2

-2

cosö2 = 0,7

0

0,2 0,4 0,6

ö2 < 0

0,8 1,0

β

cosö2 = 0,7

∆U%

2

cosö2 = 1

1

-1

5
4
3
1
0

0,2 0,4 0,6 0,8 1

-1

ö2 < 0

-2
-3
-4

a)

b)
Hình 6-3. Quan hệ ∆U = f(â) khi cosö2 = Cte
(a) và ∆U = f(cosö2) khi β = Cte (b).

0.8 0,6 0,4 0,2 0

ö2 > 0


. Cách điều chỉnh điện áp của m.b.a

Trong thực tế muốn giữ cho điện áp U 2 không đổi khi m.b.a làm việc với tải khác nhau thì phải
điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi lại số vòng dây, nghĩa là thay đổi tỉ số biến đổi k = W 1/W2.
Muốn vậy, ở giữa hoặc cuối dây quấn CA người ta đưa ra một số đầu dây ứng với các số vòng dây
khác nhau (hình 6-5). Nếu các đầu phân nhánh ở cuối dây quấn thì việc cách điện được dễ dàng,
còn nếu các đầu phân nhánh ở giữa dây quấn thì từ trường tản sẽ đều và lực điện từ tác dụng lên
dây quấn cũng sẽ đối xứng hơn. Cũng cần nói thêm là các đầu phân nhánh được bố trí ở dây quấn
CA vì ở dây quấn CA dòng điện nhỏ hơn so với dòng điện trong dây quấn HA do đó thiết bị đổi
nối cũng gọn nhẹ hơn.
Việc thay đổi số vòng dây có thể được thực hiện khi máy ngừng làm việc. Trường hợp này thường
ứng dụng với các m.b.a hạ áp khi điện áp sơ cấp thay đổi hoặc khi cần điều chỉnh điện áp thứ cấp
theo đồ thị phụ tải hàng năm. Nếu công suất của m.b.a nhỏ thì loại m.b.a này thường có ba đầu
phân nhánh ở mỗi pha để có thể điều chỉnh điện áp trong phạm vi ± 5% U đm, nếu m.b.a công suất
lớn thì mỗi pha có 5 đầu phân nhánh để điều chỉnh điện áp trong phạm vi ± 2,5% U đm và ± 5% Uđm.
Vì việc đổi nối được thực hiện khi ngừng máy nên thiết bị đổi nối tương đối đơn giản và rẻ tiền.
Thiết bị đổi nối được đặt trong thùng dầu, còn tay quay được đặt trên nắp thùng.
A

X1

A

A

X2

X3

Z3

X3

A6
A
A24
A3
A5
A7

X1
X2
X3

X2
X1

X

Z2
Z1

Y1
Y2
A2

Y3
A3

A7
A6

A4
A5

H×nh 6-5. Các kiểu điều chỉnh ®iÖn ¸p

Trong hệ thống điện lực công suất lớn, nhiều khi cần phải điều chỉnh điện áp khi m.b.a đang
làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống. Điện
áp thường được điều chỉnh từng 1% trong phạm vi 10%U đm. ở trường hợp này thiết bị đổi nối phức
tạp hơn và phải có cuộn kháng K để hạn chế dòng ngắn mạch của bộ phận dây quấn bị nối ngắn
mạch khi thao tác đổi nối.
Hiệu suất của m.b.a
Hiệu suất η của m.b.a là tỉ số công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1:
η = P 2 / P1
Hiệu suất của m.b.a thường được tính theo phần trăm:
η% =

P2
100
P1

(6-11)


Trị số của η nhỏ hơn 1 vì theo giản đồ năng lượng của m.b.a ở hình 6-1 ta thấy, trong quá trình
truyền tải công suất qua m.b.a có tổn hao đồng pcu trên điện trở của các dây quấn sơ cấp và thứ cấp,
tổn hao sắt từ pFe trong lõi thép m.b.a do dòng điện xoáy và do từ trễ. Ngoài ra còn phải kể đến tổn
hao do dòng điện xoáy trên vách thùng dầu và các bulông lắp ghép.
Như vậy, biểu thức (6-11) có thể viết:
η% =

P1 − ∑ p
P1

 ∑ p


100 = 1 − p Cu + p Fe 100
100 = 1 −



P1 
 P2 + p Cu + p Fe 


(6-12)

Khi thiết kế m.b.a ta có thể tính được các tổn hao kể trên và xác định hiệu suất η bằng tính
toán.
Khi m.b.a vận hành với tải I2 và cosϕ2 đã biết, có thể tính gián tiếp được hiệu suất η bằng cách
xác định các tổn hao pCu và pFe ứng với tải đó căn cứ theo tổn hao không tải P 0, tổn hao ngắn mạch
Pn ghi trong thuyết minh máy. Các tổn hao P 0 và Pn được xác định trong các thí nghiệm không tải
và thí nghiệm ngắn mạch như đã trình bày ở mục 5.6.3.
ở tải ứng với I2, cosϕ2 ta có công suất đầu ra bằng:
P2 = U2I2 cosϕ2
I

2
Đặt I = β - hệ số tải. Vì U2 ≈ U20 nên Sđm = U20I2đm ≈ U2I2đm, do đó:
2 dm

P2 = βSđmcosϕ2.
(6-13)
Tổn hao đồng trong các dây quấn phụ thuộc vào dòng điện tải I 2 và bằng pcu = rnI,22. Tổn hao
này có thể biểu thị theo tổn hao ngắn mạch Pn = rnI22đm như sau:
pcu = rnI,22 = rnI22đm(I,2/I2đm)2 = β2.Pn
(6-14)
Tổn hao sắt từ trong lõi thép p Fe có thể xem gần như không phụ thuộc vào tải và bằng tổn hao
không tải P0 (pFe = P0) vì trên thực tế với điều kiện U1 = Cte, khi tải thay đổi, từ thông trong lõi thép
thay đổi rất ít.
Như vậy công thức (6-12) có thể viết như sau:

P0 + β 2 Pn

η % = 1 −
2
 βS dm cos ϕ 2 + P0 + β Pn


100


(6-15)

Thường thì các tổn hao rất nhỏ so với công suất truyền tải nên hiệu suất của m.b.a rất cao (có
thể đạt trên 99% đối với các m.b.a công suất lớn).
Theo biểu thức (6-15) ta thấy, khi cosϕ2 = Cte thì η chỉ phụ thuộc vào hệ số tải β và đạt được
dη

cực đại ở hệ số tải nào đó ứng với điều kiện dβ = 0 .

Sau khi tính toán ta được β =

P0
hay β 2 Pn = P0 .
Pn

Như vậy hiệu suất m.b.a đạt giá trị cực đại ở một tải nhất định ứng với khi tổn hao không đổi
bằng tổn hao biến đổi hay là tổn hao sắt bằng tổn hao đồng.
Trong thực tế m.b.a không làm việc thường xuyên ở tải định mức mà ở hệ số tải β = o,5 ÷ 0,7
nên người ta thiết kế để hiệu suất ηmax ở trong giới hạn đó của β. Muốn vậy cấu tạo m.b.a phải đảm
bảo sao cho P0/Pn ≈ 0,25 ÷ 0,5.


Cũng cần biết thêm rằng, để đánh giá hiệu suất của m.b.a khi tải thay đổi, người ta xét hiệu
suất của máy biến áp trong một năm. Hiệu suất đó được tính bằng tỉ số điện năng ở đầu ra của
m.b.a tính theo kilôoat giờ với điện năng ở đầu vào m.b.a cũng trong thời gian đó.