Thí nghiệm máy điện- bài thực hành số 1- máy biến áp 3 pha

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (154.04 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

Thí nghiệm Máy điện Trang 9 
BI THÍ NGHIỆM SỐ 1

MÁY BIẾN ÁP BA PHA

I. MỤC ĐÍCH V U CẦU THÍ NGHIỆM: 
1. Mục đích:

- Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 3 pha.(tổ mba 3 pha).
- Xác định các thông số của máy biến áp 3 pha.

- Xác định một vài đường đặc tính của máy biến áp.
2. Yêu cầu :

- Xem kỹ phần phụ lục để biết được các thiết bị, cách ghép nối, các từ và thuật ngữ
mới cần thiết cho bài thí nghiệm.

- Xem lại các đặc điểm chính của mạch điện 3pha.
II. TĨM TẮT LÝ THUYẾT

1. Nguyên lý làm việc cơ bản MBA

Hình 1.1 vẽ sơ đồ nguyên lý của mba một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 có W1 vòng
dây được nối với nguồn điện áp xoay chiều u1, gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn 2 có W2 vịng
dây cung cấp điện cho phụ tải Zt, gọi là dây quấn thứ cấp.

Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ, trong dây quấn sơ sẽ có dịng i1. Trong lõi
thép sẽ có từ thơng Φ móc vịng với cả hai dây quấn gọi là từ thơng chính, từ thơng chính cảm
ứng trong dây quấn sơ sđđ e1 và trong dây quấn thứ sđđ e2. Khi mba có tải, trong dây quấn
thứ sẽ có dịng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2.

Giả thử điện áp u1 sin nên từ thông Φ cũng biến thiên sin và có dạng:

t
sin

m ω

Φ
=

Sđđ cảm ứng e1, e2 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp mba là:

)
90
t
sin(
E
2
)
90
t
sin(
N

dt
d
W

e1 =− 1 Φ =ω 1Φm ω − 0 = 1 ω − 0

)
90
t
sin(
E
2
)
90
t
sin(
N

dt
d
W

e2 =− 2 Φ =ω 2Φm ω − 0 = 2 ω − 0

trong đó, E1, E2 là trị số hiệu dụng của sđđ sơ cấp và thứ cấp, cho bởi:
m

1
m

1 2fN 4,44fN

2
N

E =ω Φ =π Φ = Φ

Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý của
mba một pha hai dây quấn

u2

∼ u1

i1 i2

m
2
m

2
m

2 2fN 4,44fN

2
N

E = ω Φ =π Φ = Φ

Tỉ số biến áp k của mba:

2
1

N
N
E
E

k= =

Nếu bỏ qua sụt áp gây ra do điện trở và từ
thơng tản của dây quấn thì E1≈ U1 và E2≈ U2

N
N
E

E
U
U

2
1

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Thí nghiệm Máy điện Trang 10

2. Phương trình cân bằng

Ngồi từ thơng chính Φ chạy trong lõi thép, trong mba các stđ i1N1 và i2N2 còn sinh ra từ
thông tản Φt1 và Φt2. Từ thông tản không chạy trong lõi thép mà móc vịng với khơng gian
khơng phải vật liệu sắt từ như dầu biến áp, vật liệu cách điện ... Vật liệu nầy có độ từ thẩm bé,
do đó từ thơng tản nhỏ hơn rất nhiều so với từ thơng chính và từ thơng tản móc vịng với dây
quấn sinh ra nó. Các từ thông tản Φt1 và Φt2 biến thiên theo thời gian nên cũng cảm ứng trong
dây quấn sơ cấp sđđ tản et1 và thứ cấp sđđ tản et2, mà trị số tức thời là:

dt
d
dt

d
N

et1 =− 1 Φt1 =− Ψt1 ;

dt
d
dt

d
N

et2 =− 2 Φt2 =− Ψt2 .

Trong đó: Ψt1 = N1Φt1là từ thơng tản móc vịng với dây quấn sơ cấp;
Ψt2 =N2Φt2 là từ thơng tản móc vịng với dây quấn thứ cấp.
Do từ thơng tản móc vịng thì tỉ lệ với dịng điện sinh ra nó :

;
1
1
t
1
t =L i

Ψ Ψt2 =Lt2i2

Trong đó: Lt1 và Lt2 là điện cảm tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Ta có sđđ tản sau khi thế từ thơng móc vịng vào:

dt
di
L

et1 =− t1 1 ;

dt
di
L
et2 =− t2 2
Biễu diễn sđđ tản dưới dạng phức số :

1
1
1

1 j L I jx I
E&t =− ω t & =− & ;

2
2
2

2 j L I jx I

E&t =− ω t & =− &

trong đó: x1 = ωLt1 là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp,
x2 = ωLt2 là điện kháng tản của dây quấn thứ cấp.

Phương trình cân bằng điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

Xét mạch điện sơ cấp gồm nguồn điện áp u1, sđđ e1, điện trở dây quấn sơ cấp r1, sđđ tản
sơ cấp et1. Mạch điện thứ cấp gồm sđđ e2, điện trở dây quấn thứ cấp r2, sđđ tản thứ cấp et2, điện
áp ở hai đầu của dây quấn thứ cấp là u2. Áp dụng định luật Kirchhoff 2 ta có phương trình điện
áp sơ cấp và thứ cấp viết dưới dạng trị số tức thời là:

u1 + e1 + et1 = r1i1; e2 + et2 = u2 + r2i2.
hoặc u1 = - e1 - et1 + r1i1: u2 = e2 + et2 - r2i2.

Biểu diễn dưới dạng số phức và thay sđđ tản vào các phương trình, ta có:
1

1
1
t
1

1 E E r I

U& =−& − & + & =−E&1+ jx1I&1 +r1&I1
2

2
2
t
2

2 E E r I

U& = & + & − & =E&2 − jx2&I2 −r2&I2

Vậy phương trình điện áp sơ cấp và thứ cấp viết dưới dạng phức là:

(1-1)

1
1
1
1
1
1
1

1 E (r jx )I E Z I

U& =−& + + & =−& + &

2
2
2
2
2
2
2

2 E (r jx )I E Z I

U& = & − + & = & − &

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Thí nghiệm Máy điện Trang 11 
1

Z & là điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp.
Z2&I2là điện áp rơi trên dây quấn thứ cấp.

Phương trình cân bằng std

Định luật Ohm từ áp dụng vào mạch từ (hình 1.1) cho ta:

W1i1 + W2i2 = RμΦ (1-2)

Thường Z1I&1<<E&1 nên từ (1-1), ta có E1≈ U1. Vậy từ thông cực đại trong lõi thép:

1
1
m

fN
44
,
4

Ở đây U1 = U1đm ,tức là U1 không đổi, vậy từ thơng Φm cũng khơng đổi. Do đó vế phải
của (1-2) khơng phụ thuộc dịng i1 và i2, nghĩa là không phụ thuộc chế độ làm việc của mba.
Đặc biệt trong chế độ khơng tải, dịng i2 = 0 và i1 = i0 là dịng điện khơng tải sơ cấp. Ta suy ra:

N1i1 + N2i2 = N1i0

Hay: N1&I1+N2I&2 = N1&I0

Chia hai vế cho W1 và chuyển vế, ta có:

)
I
(
I
)
N
N
I
(
I

I 0 '2

1
2
2
0

1 & & & &

& = + − = + −

trong âọ:

k
I
I'2 &2

& = là dịng điện thứ cấp qui đổi về phía sơ cấp, cịn k =
2
1

N
N

Dòng điện gồm hai thành phần, thành phần dịng điện khơng đổi dùng để tạo ra từ
thơng chính Φ trong lõi thép mba, thành phần dòng điện dùng để bù lại dòng điện thứ
cấp , tức là cung cấp cho ti.

1
I

& &I0

2
I

Tm li mọ hỗnh ton cuớa mba nhỉ sau:

(1.3a)
1

1
1

1 E Z I

U& =−& + &

(1.3b)
2

2
2

2 E Z I

U& = & − &
)
I
(
I

I1 &0 &'2

& = + − (1.3c)

3. Mạch điện thay thế MBA

Để đặc trưng và tính tốn các q trình năng lượng xảy ra trong mba, người ta thay
mạch điện và mạch từ của mba bằng một mạch điện tương đương gồm các điiện trở và điện
kháng đặc trưng cho mba gọi là mạch điện thay thế mba.

Qui đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp.

Nhân phương trình (1.3b) với k, ta có:

k
I
)
Z
k
(
k
I
)
Z

k
(
E
k
U

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Thí nghiệm Máy điện Trang 12

; ;

2
2
'

2 k Z

Z = r2' =k2r2 x'2 =k2x2

; ;

t
2
'

t k Z

Z = rt' =k2rt x't =k2xt

Phương trình (1.3b) viết lại thành:
'

2
'
t
'
2
'
2
'
2
'

2 E Z I Z I

U& = & − & = &

Trong đó: , , , , tương ứng là sđđ, điện áp, dòng điện, tổng trở dây quấn và
tổng trở tải thứ cấp qui đổi về sơ cấp.

'
2

E& U&2' I&'2 Z2' Zt'

Tóm lại mơ hình tốn mba sau khi qui đổi là :

1
1

1 E Z I

U& =−& + &

'
t
'
2
'
2
'
2
'

2 E Z I Z I

U& = & − & = &
)

I
(
I

I1 &0 &'2

& = + −

Mạch điện thay thế của mba.

Dựa vào hệ phương trình qui đổi, ta suy ra một mạch điện tương ứng gọi là mạch điện
thay thế của mba (hình 1-2).

Sđđ là điện áp rơi trên

tổng trở Z
1
E&
−

m, đặc trưng cho từ thơng
chính và tổn hao sắt từ. Từ thơng
chính do dịng điện khơng tải sinh ra,
do đó ta có thể viết :

0
m
0
m
m

1 (r jx )I Z I

E& = + & = &

−

x’2

r1 r’

2
x1

Z’t 
1

rm 
xm

'
2

I
&
−

'
2

U&
−

& I&o

Hình 1-2 Mạch điện thay thế máy biến áp

trong đó: Zm = rm + jxm là tổng trở từ hóa đặc trưng cho mạch từ.
• rm là điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ. pFe = rmI20
• xm là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thơng chính Φ.
Mạch điện thay thế đơn giản của mba

Thông thường tổng trở nhánh từ hóa rất lớn (Zm >> Z1 và Z’2), do đó có thể bỏ qua
nhánh từ hóa (Zm = ∞ ) và thành lập lại sơ đồ thay thế gần đúng (Hình 1.3).

rn xn 
'
2
1 I

I &

& =− −U& '2 Z’
t

Hình 1-3 Mạch điện thay thế
đơn giản của mba
Khi bỏ qua tổng trở nhánh từ hóa, ta có:

Zn = Z1 + Z’2 = rn + jxn (1.4)
Trong đó: Zn = rn + jxn là tổng trở ngắn mạch của mba;
rn = r1 + r’2 là điện trở ngắn mạch của mba; xn = x1 + x’2
là điện kháng ngắn mạch của mba.

4. Chế độ khơng tải MBA

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Thí nghiệm Máy điện Trang 13

Phương trình và mạch điện thay thế MBA khi khơng tải.

Khi khơng tải (Hììình 1.4) dịng điện thứ cấp I2 = 0, ta có phương trình là:
1

0
1

1 E I Z

U& =−& +&

hoặc U&1 =I&0(Z1+Zm)=&I0Z0 (1.5)

trong đó: Z0 = Z1 + Zm = r0 + jx0 là tổng trở khơng của tải mba.

Thí nghiệm khơng tải MBA

Thí nghiệm khơng tải là để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ trong lõi thép pFe, và
các thông số của mba ở chế độ không tải.

r1

Sơ đồ nối dây thí nghiệm khơng tải (hình 1.4). Đặt điện áp U1 = U1đm vào dây quấn sơ
cấp, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau: P0 là công suất tổn hao khơng tải;
I0 là dịng điện khơng tải; còn U1đm và U20 là điện áp sơ cấp và thứ cấp. Từ đó ta tính được:

a) Hệ số biến áp k:

20
1

U
U
=

k âm

b) Dịng điện khơng tải phần trăm : 100 1% 10%
I

I
%
i

dm
1

0 = = ÷

c) Tổn hao trong lõi thép : pFe = P0 - r1I0
2≈ P

0
d) Tổng trở không tải

+ Điện trở không tải: r0 = r1 + rm =
2
0
0

I
P

Do rm >> r1 nên gần đúng lấy bằng: rm = r0 - r1
+ Tổng trở không tải :

0
dm
1
0

I
U

Z =

+ Điện kháng không tải. x0 =x1+xm = z02 −r02

Điện kháng từ hóa xm >> x1 nên lấy gần đúng bằng: xm = x0
e) Hệ số công suất không tải.:

0
dm
1

0
0

I
U

cosϕ =

x’
2
r’2
x1

A
V

Hình 1.4 Sơ đồ thay thế mba khi không tải và Sơ đồ nối dây thí nghiệm khơng tải
1

U&

1

E&
−

rm 
xm 
0

1 I

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Thí nghiệm Máy điện Trang 24 
Bảng 3

Es U1-6 U4-9 K1 K2 K3 K

120

Góc lệch pha

240

380

Baíng 4

Số lần Kết quả đo Kết quả tính

U1-6 U6-11 U11-1 I1 I7 I3 P1 P3 U0 I0 P0 cosϕ0

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Baíng 5

Kết quả đo Kết quả tính

Số lần

U1-6 U6-11 U11-1 I1 I7 I3 P1 P3 Un In Pn

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Thí nghiệm Máy điện Trang 25

Bảng 6

Kết quả đo Kết quả tính

Số lần

U1-6 U6-11 U11-1 I1 I7 I3 P1 P3 I2 U2 Ptc η%

Tải thuần trở R
1

2
3
..

Phủ Ti R-L
1

2
3
..

Phủ Ti R-C
1

2
3
..

IV.CÂU HỎI KIỂM TRA

1. Phân biệt các sơ đồ đấu nối MBA, điện áp, dòng điện dây và pha trên các cuộn dây
trong các sơ đồ đấu nối.

3. Phân biệt thí nghiệm ngắn mạch và chế độ ngắn mạch.
4. Ý nghĩa của các đường đặc tính máy biến áp.

5. Cách xác định các thơng số máy biến áp bằng thí nghiệm.

6. Cách tạo File cấu hình, bảng số liệu, lưu số liệu và vẽ đồì thị trong phần mềm Lab -
Volt.

</div>

Thí nghiệm máy điện- bài thực hành số 1- máy biến áp 3 pha

MÁY BIẾN ÁP BA PHA

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về