Chương 4. Máy biến áp

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

<b>MÁY BIẾN ÁP</b>

•

<i><b>Máy biến áp được sử dụng rông</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2></div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3></div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4></div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>MÁY BIẾN ÁP </b>

<b>DÙNG TRONG </b>

<b>MÁY MÓC </b>

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

<b>MÁY </b>

<b>BIẾN </b>

<b>ÁP </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7></div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8></div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9></div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10></div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11></div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>3.1. CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP</b>

<b>Cấu tạo máy biến áp gồm hai bộ</b>

<b>phận chính là:</b>

<i><b>lõi thép và dây quấn</b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

<b>a) Lõi thép: </b>

•

Lõi thép là phần mạch từ của máy biến áp

dung để dẫn từ thơng chính trong máy, nó được ghép

từ các lá thép

kỹ thuật điện:

-

lá thép có độ dày 0,35 đến 0,5mm;

-

là hợp kim của sắt và Silic.

-

Hình dạng: chữ U, chữ E, chữ I

<b>Hình 3-3. lá thép E, I biến áp 1 pha</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

•

Lõi thép được chia thành hai phần:

+

Trụ

<i>là nơi để đặt dây quấn</i>

+

Gông

<i>là phần khép kín mạch</i>

<i>từ giữa các trụ</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<b>b) Dây quấn: </b>

dây đồng (hoặc nhơm)

tiết diện trịn (hình chữ nhật),

có bọc cách điện.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

<b>MBA có hai cuộn dây:</b>

<i><b>Cuộn sơ cấp:</b></i>

là cuộn dây nhận năng lượng vào
(cuộn nối với nguồn)

u₁; i₁; W₁; r₁; X₁; P₁

<i><b>Cuộn thứ cấp</b><b>:</b></i>

là cuộn đưa năng lượng ra
(cuộn nối với tải)

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<b>3.2. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>3.2. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP</b>

<b>3.2.1. THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC: </b>

<i><b>a) Điện áp định mức</b></i>

▪

Điện áp sơ cấp định mức

U

_1đm

: là điện áp quy định

cho dây quấn sơ cấp.

▪

Điện áp thứ cấp định mức

U

_2đm

: là điện áp giữa các

cực của dây quấn thứ cấp.

▪

Quy ước:

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

b) Dòng điện định mức:

Dòng điện định mức sơ cấp I

_1đm

Dòng điện định mức phía thứ cấp (ký hiệu là I

_2đm

)

là dòng điện qui định bởi nhà sản xuất cho phép qua các

dây quấn để biến áp vận hành đạt được

công suất định mức

tương ứng với

điện áp định mức

.

Quy ước:

MBA 1 pha: dòng điện định mức là dòng điện pha

MBA 3 pha: dòng điện định mức là dịng điện dây.

c) Cơng suất định mức

:

là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làm việc

định mức

MBA 1 pha: S

_đm

= U

_2đm

I

_2đm

= U

_1đm

I

_1đm

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20></div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21></div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<b>Điện áp nguồn được cấp từ nguồn bằng đúng định mức: </b>
<b>U₁</b> <b>= U_1đm</b>

<b>Điện áp thứ cấp lúc không tải: U₂₀</b> <b>= U_2đm.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

•

Điện áp thứ cấp là

áp đặt ngang qua hai đầu tải:

U

₂

(

U

₂



U

₂₀

)

•

Tại tải bất kỳ, dịng qua tải và dây quấn thứ cấp biến áp

là I

₂

, dòng điện sơ cấp là I

₁

.

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

Hệ số tải K

_t

:

biết được mức độ tải của máy biến áp

so

với

công suất định mức

qui định bởi nhà sản xuất.

Trong đó S

₂

cơng suất biểu kiến đang cấp đến tải từ thứ

cấp biến áp: S

₂

= U

₂

I

₂

Với định nghĩa theo trên, hệ số tải có giá trị trong

khoảng: 0



K

_t



1 cần chú ý thêm các cách nói như sau:

Máy biến áp non tải (under load) khi K

_t

< 1

Máy biến áp đầy tải (hay tải định mức – full load)

khi K

_t

= 1

Máy biến áp quá tải (over load) khi K

_t

>1

Máy biến áp đang mang nửa tải khi K

_t

= 0,5

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25></div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

26



</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27></div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

Đặt điện áp xoay chiều u

₁

vào hai đầu cuộn dây sơ cấp

N

₁

sẽ có dòng điện i

₁₀

chạy trong dây quấn sơ cấp.

Xung quanh dịng điện có từ trường, hay nói cách khác

xung quanh cuộn sơ cấp có từ trường.

Do dịng điện i

₁₀

là dịng điện có độ lớn thay đổi theo

quy luật hình sin nên từ trường xung quanh cuộn sơ cấp cũng

biến đổi theo quy luật hình sin



sinh ra từ thơng



biến

thiên hình sin chạy trong lõi thép, từ thông này xuyên qua cả

hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thơng chính.

Từ thơng chính gây ra trong các cuộn dây sơ cấp và

thứ cấp các sức điện động chính là:

1 1

<i>d</i>

<i>e</i>

<i>N</i>

<i>dt</i>



= −

<i>e</i>

₂

<i>N</i>

₂

<i>d</i>

<i>dt</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

1 1 1

(

sin

)

e

2 sin(

)

2

<i>ma x</i>

<i>d</i>

<i>t</i>

<i>N</i>

<i>E</i>

<i>t</i>

<i>dt</i>





_



= −

=

−

2 2 2

(

sin

)

e

2 sin(

)

2

<i>ma x</i>

<i>d</i>

<i>t</i>

<i>N</i>

<i>E</i>

<i>t</i>

<i>dt</i>





_



= −

=

−

1 1

E

=

4, 44

<i>fN</i>



<i>_{ma x}</i>

2 2

E

=

4, 44

<i>fN</i>



<i>_{ma x}</i>

Trong đó:

E

₁

; E

₂

là trị hiệu dụng của sức điện động sơ

cấp và thứ cấp

(

<i>_{ma x}</i>

sin

<i>t</i>

)

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

1 1 1

2 2 2

<i>U</i>

<i>E</i>

<i>N</i>

<i>k</i>

<i>U</i>

=

<i>E</i>

=

<i>N</i>

=

gọi là hệ số máy biến áp:

Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thơng tản

ra ngồi khơng khí, có thể coi:

1 1
2 2

<i>E</i>

<i>N</i>

<i>k</i>

<i>E</i>

<i>N</i>

=

=

Máy tăng áp

: U

₂

> U

₁

; N

₂

> N

₁

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

Xác định số vòng dây sơ cấp và thứ cấp

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32></div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

a. Mạch tương đương biến áp tại chế độ khơng tải

 Ngồi thành phần từ thông , ta cần chú ý đến các đường sức
từ trường khơng móc vịng trong lỏi thép chỉ móc vịng qua
cuộn dây sơ cấp và chạy trong khơng khí. Thành phần này được
gọi là từ thơng tản, kí hiệu _t1

 Khi xét riêng phía sơ cấp, do từ thơng chính  biến thiên theo
thời gian t hình thành sức điện động cảm ứng sơ cấp e₁ . Khi
biến áp không tải bộ dây sơ cấp đóng vai trị như mơt cn
cảm, do đó chúng ta có thể tương đồng sức điện động cảm ứng
ở sơ cấp với sức điện động tự cảm sinh ra trong cn dây khi
dịng điện qua dây quấn biến thiên theo thời gian.

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

b. Mạch tương đương biến áp tại chế độ không tải

Thành phần từ thông tản _t1 cũng được đặc trưng bằng phần tử điện
cảm được gọi là <i>điện kháng tản từ</i> phía sơ cấp<i>, kí hiệu X_t1</i>

Với N₁ vịng dây quấn sơ cấp, ta có <i>điện trở</i> dây quấn phía thứ cấp R₁

 Khi xét riêng phía sơ cấp, do từ thơng chính  biến thiên theo
thời gian t hình thành sức điện động cảm ứng sơ cấp e₁ . Khi
biến áp khơng tải bộ dây sơ cấp đóng vai trị như mơt cn
cảm, do đó chúng ta có thể tương đồng sức điện động cảm ứng
ở sơ cấp với sức điện động tự cảm sinh ra trong cn dây khi
dịng điện qua dây quấn biến thiên theo thời gian.

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35></div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

Khi MBA vận hành ở chế độ khơng tải, từ

thơng chính trong lõi thép

biến thiên theo thời gian

nên

tạo ra dịng điện xốy ( dịng Foucault) trên

các lá thép. Ngồi ra cịn tùy

thuộc vật liệu dẫn từ

tạo nên lá thép ta cịn có tổn hao thép.

Các thành

phần tổn hao thép phụ thuộc vào

độ lớn của từ cảm B hay từ thông



. Do đó có thể

xem như tổn hao thép tỉ lệ với giá trị hiệu dụng

sức điện động E.

₁

.

</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

I

_m

: thành phần dịng từ hóa của I

₁₀

.

I

_C

: thành phần dịng điện của I

₁₀

</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

b. Phương trình cân bằng áp

+ Trường hợp chưa xét đến tổn hao thép

1d 1 1 1 10

1
10

(

X ).

X

<i>m</i> <i>t</i>

<i>m m</i>

<i>m</i>

<i>U</i>

<i>E</i>

<i>R</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

<i>E</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

+

=

+

= −

</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

+ Trường hợp có xét đến tổn hao thép

1d 1 1 1 10

1
10

(

X ).

X

<i>m</i> <i>t</i>

<i>C C</i> <i>m m</i>

<i>C</i> <i>m</i>

<i>U</i>

<i>E</i>

<i>R</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

<i>E</i>

<i>R I</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

+

=

+

= −

= −

</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

c. Thí nghiệm không tải

</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

Công suất tác dụng tiêu thụ trong sơ cấp biến áp

Tổn hao không tải bao gồm: tổn hao thép và tổn hao

trên điện trở dây quấn sơ cấp R

₁

do dịng khơng tải.

Thực tế R

₁

<< R

_C

và dịng khơng tải có giá trị thấp

nên (R

₁

I

2₁₀

) rất nhỏ khơng đáng kể. Vì vậy có thể coi tổn

hao không tải là tổn hao thép (hay tổn hao không tải chủ

yếu là tổn hao thép:

Hệ số công suất không tải

</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>

Với mạch gần đúng của MBA khơng tải, ta có:

2

1d
0
1d
2 2
10
d
<i>m</i>
<i>C</i>
<i>m</i>
<i>C</i>
<i>C</i>
<i>m</i> <i>C</i>
<i>m</i>
<i>m</i>
<i>m</i>

<i>U</i>

<i>R</i>

<i>P</i>

<i>U</i>

<i>I</i>

<i>R</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

<i>I</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(43)</span><div class='page_container' data-page=43>

MỤC TIÊU CỦA THÍ NGHIỆM KHƠNG TẢI

Thơng qua thí nghiệm khơng tải cho phép ta xác định được

các thông số sau đây của máy biến áp:

Tỉ số biến áp.

Dịng khơng tải và phần trăm dịng khơng tải.

Tổn hao thép

Hệ số cơng suất khơng tải.

</div>
<span class='text_page_counter'>(44)</span><div class='page_container' data-page=44>

Khi thực hiện thí nghiệm không tải, chúng ta tiến hành tuần tự
theo các bước sau:

Hở mạch thứ cấp, không nối tải vào thứ cấp.
Lắp các thiết bị đo phía sơ cấp theo mạch

Cấp áp vào sơ cấp biến áp bằng đúng định mức và đọc
các giá trị trên các thiết bị đo.

</div>
<span class='text_page_counter'>(45)</span><div class='page_container' data-page=45></div>
<span class='text_page_counter'>(46)</span><div class='page_container' data-page=46></div>
<span class='text_page_counter'>(47)</span><div class='page_container' data-page=47></div>
<span class='text_page_counter'>(48)</span><div class='page_container' data-page=48></div>
<span class='text_page_counter'>(49)</span><div class='page_container' data-page=49>

c. Phương trình cân bằng áp và dịng

Tại phía sơ cấp:

1d 1 1 1 1

1

(

X ).

X

<i>m</i> <i>t</i>

<i>C C</i> <i>m m</i>

<i>U</i>

<i>E</i>

<i>R</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

<i>E</i>

<i>R I</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

+

=

+

= −

= −

Tại phía thứ cấp:

2 2 2 2 2

2 2

(

X ).

.

<i>t</i>

<i>t</i>

<i>E</i>

<i>U</i>

<i>R</i>

<i>j</i>

<i>I</i>

<i>U</i>

<i>Z I</i>

=

+

+

=

Phương trình cân bằng sức từ động:

1

.

1 2

.

2 1

.

10

</div>
<span class='text_page_counter'>(50)</span><div class='page_container' data-page=50></div>
<span class='text_page_counter'>(51)</span><div class='page_container' data-page=51></div>
<span class='text_page_counter'>(52)</span><div class='page_container' data-page=52></div>
<span class='text_page_counter'>(53)</span><div class='page_container' data-page=53>

d. Mạch tương đương biến áp quy đổi thứ cấp về sơ cấp
'
2 2
' 2
2 2
' 2
2 2
2

'

k

<i>t</i> <i>t</i>
<i>t</i> <i>t</i>

<i>U</i>

<i>kU</i>

<i>R</i>

<i>k R</i>

<i>X</i>

<i>k X</i>

<i>Z</i>

<i>Z</i>

=

=

=

=

2 2 ( 2 X ).<i>t</i>2 2

<i>E</i> = <i>U</i> + <i>R</i> + <i>j</i> <i>I</i>

2 2 ( 2 X ).<i>t</i>2 2

<i>kE</i> = <i>kU</i> + <i>k R</i> + <i>j</i> <i>I</i> .

2 2 ₂

2 2 ( 2 X ).<i>t</i>2

<i>I</i>

<i>kE</i> <i>kU</i> <i>k R</i> <i>jk</i>

<i>k</i>

= + +

.
2 2

1
1 1 ( 2 X ).<i>t</i>2

<i>E</i> = <i>U</i> + <i>k R</i> + <i>jk</i> <i>I</i>

1 1 2
2 2 1

<i>U</i> <i>E</i> <i>I</i>

<i>k</i>

<i>U</i> <i>E</i> <i>I</i>

= = =

.
.

'
1 ₂

</div>
<span class='text_page_counter'>(54)</span><div class='page_container' data-page=54>

Chế độ ngắn mạch của MBA

Chế độ ngắn mạch của biến áp xảy ra khi tổng trở tải phía
thứ cấp có giá trị Z_t = 0

</div>
<span class='text_page_counter'>(55)</span><div class='page_container' data-page=55></div>
<span class='text_page_counter'>(56)</span><div class='page_container' data-page=56>

Chế độ ngắn mạch của MBA

_{Trong chế độ ngắn}

mạch, tổn hao thép xem

như không đáng kể

Z_n là tổng trở ngắn mạch,

R_n là thành phần điện trở ngắn mạch,

</div>
<span class='text_page_counter'>(57)</span><div class='page_container' data-page=57></div>
<span class='text_page_counter'>(58)</span><div class='page_container' data-page=58>

<b>3.3. GIÃN ĐỒ PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG </b>

<b>VÀ HIỆU SUẤT CỦA MBA</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(59)</span><div class='page_container' data-page=59></div>
<span class='text_page_counter'>(60)</span><div class='page_container' data-page=60></div>
<span class='text_page_counter'>(61)</span><div class='page_container' data-page=61>

Hiệu suất :

2

1

<i>P</i>

<i>P</i>



=

</div>
<span class='text_page_counter'>(62)</span><div class='page_container' data-page=62></div>
<span class='text_page_counter'>(63)</span><div class='page_container' data-page=63>

3.3.2. Biểu thức hiệu suất

Tại tải bất kì ta có:

Trong đó cos



₂

là hệ số cơng suất phía thứ cấp cũng chính là

hệ số công suất của tải.

</div>
<span class='text_page_counter'>(64)</span><div class='page_container' data-page=64></div>
<span class='text_page_counter'>(65)</span><div class='page_container' data-page=65></div>
<span class='text_page_counter'>(66)</span><div class='page_container' data-page=66></div>
<span class='text_page_counter'>(67)</span><div class='page_container' data-page=67></div>
<span class='text_page_counter'>(68)</span><div class='page_container' data-page=68></div>
<span class='text_page_counter'>(69)</span><div class='page_container' data-page=69></div>
<span class='text_page_counter'>(70)</span><div class='page_container' data-page=70></div>
<span class='text_page_counter'>(71)</span><div class='page_container' data-page=71></div>

<!--links-->