Tài liệu Kỹ thuật điện_ Phần 1.4 pptx

CHƯƠNG 4
MÁY BIẾN ÁP BA PHA
4.1 Mở đầu
Trong thực tế công nghiệp, người ta thường sử dụng biến áp nhiều pha.
Biến áp nhiều pha xuất hiện do nối một cách thích hợp nhiều biến áp một pha lại
với nhau, hoặc do thiết kế riêng máy biến áp nhiều pha. So sánh 2 loại biến áp
nhiều pha cùng công suất với nhau người ta thấy biến áp nhiều pha do ghép các
biến áp một pha có số lượng thép nhiều hơn khối lượng thép của biến áp nhiều pha
được thiết kế riêng. Vì vậy khi cần dùng biến áp nhiều pha người ta thiết kế riêng
những biến áp như thế.
Ta thường gặp các biến áp 3 pha, 6 pha, 9 pha 12 pha. Những biến áp có số
pha lớn hơn 3 thường dùng rong các bộ biến đổi tĩnh.
4.2 Mạch từ của biến áp 3 pha.
Để hình dung được quá trình hình thành biến áp 2 pha ta hãy xét một ví dụ
sau: Ghép 3 biến áp 1 pha như hình 4.1
Chúng ta còn có thể tạo một biến áp 3 pha như hình vẽ 4.2. Đây là biến áp
có lõi thép phẳng 3 cột. Mỗi cột được đặt 2 cuộn dây: cuộn sơ cấp và cuộn thứ cầp.
Loại biến áp 3 pha này có đặc điểm là từ thông trong các cột không đối xứng, cột
giữa có số từ thông lớn hơn còn 2 cột bên có số từ thông ít hơn. Tuy nhiên sự khác
41
A
B
C
x y z
X
Y Z
a
b
c
0
Hình 4.1 Biến áp 3 pha được tạo từ 3 biến áp một pha

nhau này không lớn lắm, nên về nguyên tắc chúng ta có thể coi như từ thông các
cột như nhau.
4.3 Cách nối cuộn dây của máy biến áp 3 pha
Cuộn dây của máy biến áp 3 pha phải đảm bảo nối đúng để từ thông khép
kín qua mạch từ, nếu các cuộn dây nối không đúng từ thông sẽ không khép kín qua
mạch từ, làm tăng dòng kích từ. Các cuộn dây của máy biến áp có thể nối sao, tam
giác hoặc sao kép (zic-zắc).
Với mỗi cuộn dây, việc lựa chọn đầu và cuối là tuỳ ý. Cuộn dây thuận, phải
là cuộn dây mà đầu phải là điểm xuất phát, từ đó ta quấn cuộn dây theo chiều kim
đồng hồ. Cuộn dây trái là cuộn quấn theo chiều ngược lại. Dưới đây chúng ta
nghiên cứu cách nối dây trong máy biến áp 3 pha.
4.3.1 Cuộn dây biến áp 3 pha nối sao(Ký hiệu là Y(y)).
Để tiện theo dõi chúng ta qui ước như sau:
-Đầu cuộn dây sơ cấp ta ký hiệu tuần tự là A, B, C, cuối là X, Y, Z
-Đầu cuộn dây thứ cấp ta ký hiệu tuần tự là a, b, c, cuối là x, y, z
42
A B C
X Y Z
x y z
a b c
Hình 4.2 Biến áp 3 pha lõi thép phẳng
Khi ta nối 3 đầu cuối của 3 cuộn dây sơ cấp (hoặc thứ cấp) của máy biến
áp 3 pha lại ta được cuộn dây máy biến áp ba pha nối sao và ký hiệu là Y hoặc y).
Máy biế áp 3 pha có thể thực hiện nối sao như sau: Sơ cấp và thứ cấp đều
nối sao (hình 4.2). Với cách nối này sđđ tức thời ở các vòng dây khép kín AB-BC-
CA được xác định như sau:
e
A
=E
max1

sinωt+E
max3
sin3ωt+ ....+ E
max5
sin5ωt+...
e
B
=E
max1
sin(ωt-
3
2
π
)+E
max3
sin3(ωt-
3
2
π
) + ....+ E
max5
sin5(ωt-
3
2
π
)+... (4.2)
e
A
=E
max1

sin(ωt+
3
2
π
)+E
max3
sin3(ωt+
3
2
π
) + ....+ E
max5
sin5(ωt+
3
2
π
)+...
Thay các giá trị này vào (4.1) ta được:
e
AB
=
3
E
max1
sin(ωt+
6
π
)+
3
E

max5
sin(5ωt-
6
π
)+
3
E
max7
sin(7ωt+
6
π
) ....+...
e
BC
=
3
E
max1
sin(ωt+
6
π
-
3
2
π
)+
3
E
max5
sin(5ωt-

6
π
+
3
2
π
)+
3
E
max7
sin(7ωt+
6
π
-
3
2
π
)+..
e
CA
=
3
E
max1
sin(ωt+
6
π
-
3
4

π
)+
3
E
max5
sin(5ωt-
6
π
+
3
4
π
)+
3
E
max7
sin(7ωt+
6
π
-
3
4
π
)+..
Từ các biểu thức này ta thấy: sóng bậc 3 và bội số của nó không tồn tại trong điện
áp dây. Hiện tượng này có thể giải thích như sau:
Điện áp dây của tất cả các sóng bậc 3k+1, kể cả sóng cơ bản (tức là sóng
bậc nhất của hệ thống điện áp 3 pha) tạo thành những hệ thống đối xứng theo thứ
tự đối nhau có pha đầu tiên ϕ=30
0

(hình 4.4a) còn tất cả các sóng bậc 3k-1 tạo
thành hệ đối xứng ngược pha có góc lệch pha ϕ=-30
0
(hình 4.4b).
Biên độ của điện áp dây (3k+1) đều lớn hơn
3
biên độ sóng tương ứng
của điện áp pha., cụ thể:
43
e
AB
e
BC
e
CA
A
B
C
xyz
Hình 4.3 Sơ đồ máy biến áp
ba pha nối sao
e
AB
=e
A
-e
B
e
BC
=e

B
-e
C
(4.1)
e
CA
=e
C
-e
A
trong đó e
AB
, e
BC
, e
CA
- là sđđ dây (hình 4.3).
Những sđđ của biến áp trong trường hợp tổng quát
không có dạng hình sin. Phân tích chúng sang chuỗi
Fuorier ta có:
E
A1
E
B1
E
C1
-E
B1
-E
C1

-E
A1
E
AB1
E
BC1
E
CA1
E
AB5
E
BC5
E
CA5
E
A5
E
B5
E
C5
-E
C5
-E
A5
-E
B5
Hình 4.4 Đồ thị véc tơ của sóng bậc 1(a) và bậc 5 (b)
a) b)
E
maxd

γ
=
3
E
maxdp
γ

(4.3)
Trong đó: γ =3k+1 bậc sóng đa hài, d, p-ký hiệu dây và pha.
Dòng điện sẽ là: I
d
=I
p
(4.4)
Công suất của sóng bậc 1:
P
1
=3E
p1
I
p1
cosϕ =
3
E
p1
I
p1
cosϕ (4.5)
4.3.2 Cuộn dây biến áp nối tam giác (ký hiệu là D(d))
Để nối cuộn dây máy biến áp 3 pha tam giác ta làm như sau: đầu cuộn dây

pha này nối với cuối cuộn dây pha khác bằng cách đó hình thành cho ta cuộn dây
khép kín (Hình 4.5). Giả thiết rằng i
AX
, i
BY
, i
CZ
là dòng điện tức thời trong các
cuộn dây 3 pha của biến áp 3 pha còn i
A
, i
B
, i
C
là dòng điện 3 dây nối vào các đầu
A,B,C của biến áp, ta có như sau:
i
A
= i
AX
- i
BY
;


i
B
= i
BY
- i

CZ
(4.6)

i
C
= i
CZ
– i
AX
Đồ thị véc tơ của sóng bậc 1 biểu diễn trên hình 4.5c. Từ đồ thị ta thấy rằng
dòng điện trong dây dẫn vượt trước dòng điện trong pha một góc 30
0
. Do vậy:
I
d1
=
3
I
p1
(4.7)
Nghĩa là dòng dây bằng căn 3 lần dòng pha. Dòng điện bậc 3 không thể
chạy ở dây lưới cung cấp, mà nó khép kín trong các cuộn dây nối tam giác (hình
4.6).
4.3.3 Cuộn dây biến áp nối sao kép (zic-zắc).
44
a) b) c)
Hình 4.5 Sơ đồ máy biến áp ba pha nối tam giac a,b sơ đồ, c)Sao điện áp
A
B C
X Y Z

a b c
x y z
I
AX
E
BY
E
CZ
-E
BY
-E
CZ
-E
AX
I
A
I
B
I
C
I
A
I
B
I
C
I
AX
I
BY

I
CZ
A -Y
B-Z
C-X
I
3
E
A3
E
A3
E
C 3
Hình 4.6 Dòng bậc 3 khép kín
trong vòng dây tạo nên từ 3
pha
Để nối cuộn dây biến áp 3 pha thành sao kép ta chia mỗi cuộn dây ra làm 2
phần có số vòng dây bằng nhau, sau đó ta nối nửa cuộn dây trên của pha này với
nửa cuối cuộn dây pha khác (hình 4.7). Với cách nối như vậy, làm cho sđđ ở mỗi
pha là hiệu hình học sđđ ở các nửa cuộn dây cùng một cuộn dây. Sđđ sẽ bằng
3

sđđ của mỗi cuộn dây. Cách nối này chỉ dùng ở cuộn hạ điện áp.
4.4 Tổ nối dây của máy biến áp 3 pha
Ở máy biến áp 3 pha cho biết cách nối cuộn dây chưa đủ, vì nó không cho
ta biết độ lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp của pha cùng tên. Việc biết được
góc lệch pha giữa điện áp phía sơ cấp và thứ cấp rất cần thiết khi biến áp làm việc
song song. Vì lẽ đó ở biến áp ba pha, ngoài việc cho biết cách nối cuộn dây, người
ta còn cho biết góc lệch pha α giữa điện áp dây phía sơ cấp với điện áp dây phía
thứ cấp. Căn cứ vào góc lệch pha α, người ta chia ra thành những tổ nối dây khác

nhau.
Có sự lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp là do:
-Hướng quấn dây khác nhau;
-Cách ký hiệu đầu và cuối cuộn dây khác nhau;
-Cách nối cuộn dây biến áp 3 pha khác nhau.
45
a)
b)
Hình 4.7 Sơ đồ máy biến áp ba pha nối sao kép (a);
Sao điện áp (b); Đồ thị tô-pô (c)
A
B C
X Y Z
a
b c
u
ab
a
c)
c
U
ab
3 3 3
b
U
a
U
a
U
b

U
c
I
A
I
B
I
C
I
AX
I
BY
I
CZ
a
b
c
u
a
u
a
u
b
u
b
u
c
u
c
U

b
U
b
U
a
U
c
4 4 4
5 5 5
6 6 6
5
5
5
4
3
3
4
6
Để giải thích ảnh hưởng của 2 yếu tố đầu tiên ta lấy biến áp một pha để giải
thích.
Giả thiết rằng cuộn trên là cuộn cao áp, cuộn dưới là cuộn thấp áp. Ở hình
4.8a cách quấn dây cuộn sơ cấp và thứ cấp như nhau, cách nhận đầu và cuối cuộn
dây như nhau. Vì 2 cuộn dây của biến áp cùng nằm trên một cột, cùng chịu sự tác
dụng của 1 từ thông nên sđđ xuất hiện trong 2 cuộn dây tại mọi thời điểm sẽ có
cùng hướng so với trụ nối dây ví dụ: ở cuộn sơ cấp từ X→A, và ở cuộn thứ cấp từ
x→a , như vậy điện áp ở cuộn sơ cấp và thứ cấp trùng pha. Vẫn giữ nguyên chiều
quấn dây của 2 cuộn nhưng ta đổi cách nhận đầu và cuối cuộn sơ cấp và thứ cấp,
lúc này điện áp U
1
sẽ lệch pha 180

0
so với điện áp U
2
của cuộn thứ cấp (hình 4.8b).
Để chỉ góc lệch pha của 2 điện áp, người ta không dùng độ mà dùng giờ vì
nó tiện hơn, phương pháp này như sau:
Nếu nhận véc tơ điện áp cao là kim phút và đặt ở con số 12, thì véc tơ điện
áp phía hạ áp là kim giờ và nằm ở con số tương ứng với góc lệch pha giữa hai điện
áp này. Vậy với hình 4.8a thì kim giờ trùng kim phút và nằm ở con số 12 (12 giờ)
còn ở hình 4.8b kim phút nằm ở con số 12 nhưng kim giờ nằm ở con số 6 (6 giờ).
Vì một giờ ứng với 30
0
nên căn cứ vào số giờ ta biết được hai điện áp lệch nhau
bao nhiêu độ. Nói một cách khác là ta biết được tổ nối dây của biến áp 3 pha.
Dưới đây chúng ta xây dựng một số tổ nối dây.
1-Tổ nối dây Yy0 (hình 4.9)
46
A

X













a












x

A








A

X













a

x












0












A

X
a












x

a) b)
Hình 4.8 Sự hình thành góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp ở máy biến áp ba pha:
a) Góc lệch pha α=0,b) α=180
0

do nhận đầu

và cuối cuộn dây sơ cấp và thứ cấp khác nhau
a
X x
R
T
S