Tài liệu Lý thuyết máy biến áp doc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (209.95 KB, 17 trang )
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 1
Chương 3: MÁY BIẾN ÁP
Chương 3: MÁY BIẾN ÁP Chương 3: MÁY BIẾN ÁP
Chương 3: MÁY BIẾN ÁP (7LT + 3BT)
(7LT + 3BT)(7LT + 3BT)
(7LT + 3BT)
IV.1. Giới thiệu chung về máy biến áp
IV.1. Giới thiệu chung về máy biến ápIV.1. Giới thiệu chung về máy biến áp
IV.1. Giới thiệu chung về máy biến áp
IV.1.1. Đònh nghóa
IV.1.1. Đònh nghóaIV.1.1. Đònh nghóa
IV.1.1. Đònh nghóa
Máy biến áp là thiết bò điện từ tónh làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng.
Gồm cuộn dây sơ cấp nối nguồn điện và cuộn dây cảm ứng nối tải là cuộn thứ cấp. Ký
hiệu:
IV.1.2. Các đại lượng đònh mức
IV.1.2. Các đại lượng đònh mứcIV.1.2. Các đại lượng đònh mức
IV.1.2. Các đại lượng đònh mức
MBA một pha: U
1đm
, U
2đm
= U
20
, I
1đm
, I
2đm
, S
đm
= U
2đm
.I
2đm
≈ U
1đm.
I
1đm
[VA]
MBA bapha: U
đm
dây, I
đm
dây, S
đm
= 3 U
2đm
.I
2đm
≈ 3 U
1đm.
I
1đm
[VA]
IV.1.3. Cấu tạo của máy biến áp
IV.1.3. Cấu tạo của máy biến ápIV.1.3. Cấu tạo của máy biến áp
IV.1.3. Cấu tạo của máy biến áp
Lõi: (0,35mm đến 0,5mm)
Dây quấn.
Vỏ máy: có thể chứa dầu máy biến áp (
làm mát và cách điện MBA
).
IV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
IV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến ápIV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
IV.1.4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
dt
d
we
11
φ
−=
dt
d
we
22
φ
−=
2
wj
E
1
1
Φω
−=
&
&
2
wj
E
2
2
Φω
−=
&
&
2
wj
E
1
1
Φω
−=
2
wj
E
2
2
Φω
−=
Hay
Φπ−=
11
fw2E
Φπ−=
22
fw2E
(U
1
không đổi ⇒ E
1
xem như không đổi ⇒ Φ không đổi
Từ thông Φ không đổi cả khi không tải và có tải)
Tỷ số biến áp:
2
1
2
1
w
w
E
E
k ==
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tỏa ra ngòai không khí ta có:
U
1
≈
E
1
và U
2
≈
E
2
⇒
2
1
2
1
2
1
U
U
w
w
E
E
k
≈==
i
1
u
1
w
1
w
2
i
2
u
2
Z
t
φ
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 2
IV.2. Chế độ không tải của máy biến áp
IV.2. Chế độ không tải của máy biến ápIV.2. Chế độ không tải của máy biến áp
IV.2. Chế độ không tải của máy biến áp
IV.2.1.
IV.2.1. IV.2.1.
IV.2.1. Phương trình điện áp
Phương trình điện ápPhương trình điện áp
Phương trình điện áp
2
w
jEU
1
11
Φω
=−≈
&
&&
Φ
chậm pha hơn U
1
một góc 90
0
.
2
w
jEU
2
22
Φ
−=≈
&
&&
ω
Φ
sớm pha hơn U
1
một góc 90
0
.
IV.2.2.
IV.2.2. IV.2.2.
IV.2.2. Dòng điện không tải
Dòng điện không tảiDòng điện không tải
Dòng điện không tải
Do tổn hao trong lõi thép,
0
I
&
sớm pha hơn từ thông
0
Φ
&
góc
α
gọi
là góc tổn hao từ trễ.
I
0x
là thành phần phản kháng hay từ hóa dùng để từ hóa lõi thép.
I
0r
là thành phần tác dụng do tổn hao trong lõi thép.
Thường I
0r
< 10% I
0x
⇒ I
0x
≅
I
0
.
Dòng điện không tải I
0
rất nhỏ hơn so với dòng điện sơ cấp đònh
mức nên có thể bỏ qua dòng không tải: I
0
= (0,5%
÷
10%)I
1đm
.
IV.2.3.
IV.2.3. IV.2.3.
IV.2.3. Công suất không tải
Công suất không tảiCông suất không tải
Công suất không tải
P
0
= P
Fe
+ P
r1
≈
P
Fe
(vì I
0
nhỏ)
Fe
3,1
2
50
40Fe
m
50
f
pP
β=
Trong đó
50
40
p
là suất tổn hao trong thép ở tần số 50Hz và từ cảm 1T [w/kg]
β
từ cảm trong lõi thép [T]
m
Fe
khối lượng thép [kg]
IV.3.
IV.3.IV.3.
IV.3. Chế độ tải
Chế độ tải Chế độ tải
Chế độ tải
IV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
IV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấpIV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
IV.3.1. Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp và thứ cấp
Φ
&
1
E
&
2U2E
&&
=
11
EU
&&
−=
Φ
&
1
I
&
1
U
&
w
1
w
2
0I
2
=
&
2
E
&
2
U
&
1
E
&
Φ
&
1
E
&
1
U
&
0
I
&
x0
I
&
r0
I
&
α
1
I
&
1
U
&
w
1
w
2
2
I
&
t
Z
&
1σ
Φ
&
2
σ
Φ
&
2
U
&
Φ
&
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 3
Từ thông chính Φ sinh ra sức điện động cảm ứng chính:
dt
d
w
dt
d
e
1
1
1
φ
−=
ψ
−=
dt
d
w
dt
d
e
2
2
2
φ
−=
ψ
−=
Từ thông tản:
111
.w
σσ
Φ=Ψ
111
.w
σσ
Φ=Ψ
do điện cảm tản sinh ra:
1
1
1
i
L
σ
σ
Ψ
−=
2
2
2
i
L
σ
σ
Ψ
−=
(hằng số,
∉
I)
Từ thông tản chỉ móc vòng qua riêng lẻ từ cuộn dây, và tạo ra sức điện động cảm ứng :
dt
di
L
dt
d
e
1
1
1
1 σ
σ
σ
−=
ψ
−=
dt
di
L
dt
d
e
2
2
2
2 σ
σ
σ
−=
ψ
−=
Chiều điện áp như hình vẽ:
−+=
+−−=
σ
σ
22222
11111
ireeU
ireeU
⇒
−−=
++−=
22
2
222
11
1
111
ir
dt
di
LeU
ir
dt
di
LeU
σ
σ
Viết dạng số phức:
( )
( )
( )
−+=+−=
+−=++−=
22222222
11111111
IZEIjxrEU
IZEIjxrEU
&&&&&&
&&&&&&
Với x
1
= ω L
σ1
là điện kháng tản dây quấn sơ cấp.
x
2
= ω L
σ2
là điện kháng tản dây quấn thứ cấp.
Z
1
= r
1
+ jx
1
là tổng trở dây quấn sơ cấp.
Z
2
= r
2
+ jx
2
là tổng trở dây quấn thứ cấp.
IV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ động
IV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ độngIV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ động
IV.3.2. Phương trình cân bằng sức từ động
U
1
= const ≈⇒ E
1
= const ⇒ Φ
m
= const (
m1dq1
.fN.k.2E
1
Φπ= )
Do từ thông Φ
m
= const nên sức từ động không đổi
( )
mm
RNIF Φ==
⇒
(không tải)
constI.wI.wI.w
221101
=+=
&&&
(có tải)
⇒
( )
'
20
'
2
02
1
2
01
II
k
I
II
w
w
II
&&
&
&&&&
−+=
−+=
−+=
với
2
1
2
1
E
E
w
w
k ==
là tỷ số biến áp
Z
t
i
1
u
1
e
σ2
i
2
u
2
e
2
e
1
e
σ1
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 4
IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và
IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và
IV.3.3. Hệ phương trình môt tả máy biến áp và
giản đồ vector
giản đồ vectorgiản đồ vector
giản đồ vector
( )
( )
( )
−+=
+−=
++−=
'
201
22222
11111
III
IjxrEU
IjxrEU
&&&
&&&
&&&
α góc tổn hao từ trễ
θ
2
góc lệch pha giữa I
2
và E
2
.
IV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến ápIV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
( )
−+=
−=
+−=
'
201
2222
1111
III
IZEU
IZEU
&&&
&&&&
&&&&
IV.4.1. Quy đổi máy biến áp
IV.4.1. Quy đổi máy biến ápIV.4.1. Quy đổi máy biến áp
IV.4.1. Quy đổi máy biến áp
Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số,
năng lượng.
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổiSức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi
Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi
Qui về sơ cấp: E’
2
= E
1
, mà
22
2
1
1
kEE
w
w
E ==
⇒ E’
2
= kE
2
Tương tự có : U’
2
= kU
2
Dòng điện thứ cấp quy đổi
Dòng điện thứ cấp quy đổiDòng điện thứ cấp quy đổi
Dòng điện thứ cấp quy đổi
Điều kiện năng lượng: E
2
I
2
= E’
2
I’
2
Dòng điện thứ cấp quy đổi:
22
'
2
2
'
2
I
k
1
I
E
E
I ==
Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi
Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổiĐiện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi
Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi
Điều kiện năng lượng:
2'
2
'
2
2
22
IrIr =
⇒
2
2'
2
r.kr =
Tương tự
2'
2
'
2
2
22
IxIx =
⇒
2
2'
2
x.kx =
Hay
2
2'
2
Z.kZ =
và
t
2'
t
Z.kZ =
IV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến ápIV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
IV.4.2. Sơ đồ thay thế của máy biến áp
( )
( )
( )
−+=
+−=−=
++−=+−=
'
20
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
11111111
III
IjxrEIZEU
IjxrEIZEU
&&&
&&&&&&
&&&&&&
α
2
θ
2
U
&
2
I
&
2
E
&
1
E
&
22
Ijx
&
−
11
Ijx
&
22
Ir
&
−
11
Ir
&
1
I
&
2
'
I
&
−
Φ
&
1
U
&
0
I
&
1
E
&
−
r
1
r
’
2
x
’
2
1
I
&
x
1
r
m
0
I
&
1
E
&
−
'
2
E−
Z
’
t
1
U
&
'
2
U
&
x
m
'
2
I
&
−
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 5
( )
0mm0m1
IjxrIZE
&&&&
+==
Với Z
m
= r
m
+ jx
m
là tổng trở hóa đặc trưng cho mạch từ
2
0
Fe
m
I
p
r =
là điện trở hóa đặc trưng cho tổn hao
x
m
là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Φ
Dòng điện không tải I
0
thường rất nhỏ I
0
= (0,5% ÷ 10%)I
1đm
.
(tần số cao ko qua được)
Với r
n
= r
1
+ r
’
2
là điện trở ngắn mạch của máy biến áp.
x
n
= x
1
+ x
’
2
là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp.
IV.5. Xác đònh các thông số của máy biến áp
IV.5. Xác đònh các thông số của máy biến ápIV.5. Xác đònh các thông số của máy biến áp
IV.5. Xác đònh các thông số của máy biến áp
IV.5.2. Thí nghiệm không tải
IV.5.2. Thí nghiệm không tảiIV.5.2. Thí nghiệm không tải
IV.5.2. Thí nghiệm không tải
1) Tỷ số biến áp k:
20
dm1
20
1
2
1
2
1
U
U
U
U
E
E
w
w
k =≈==
2) Điện trở không tải:
2
0
0
10
I
p
rrr
m
=+=
Thường r
0
>> r
1
nên: r
m
≈ r
0
3) Tổng trở không tải:
0
1
0
I
U
Z
dm
=
thường
m
ZZ >>
0
nên
0
ZZ
m
≈
4) Điện kháng không tải:
2
0
2
010
rZxxx
m
−=+=
Điện kháng từ hóa thường lấy gần đúng: x
m ≈
x
0
5) Hệ số công suất không tải:
01
0
0
cos
IU
p
dm
=
ϕ
(0,1
÷
0,3)
r
1
x
1
1
U
&
20
U
&
I
0
r
m
x
m
A
W
V
V
U
1
I
0
P
0
U
20
r
1
r
’
2
x
’
2
1
I
&
x
1
0
I
&
1
E
&
−
'
2
E−
Z
’
t
1
U
&
'
2
U
&
'
2
I
&
−
X
m
r0
I
&
x0
I
&
R
m
r
n
x
n
Z
’
t
1
U
&
'
2
U
&
Đ
1
=-Đ
’
2
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương TCBinh
Chương 3: Máy biến áp 6
IV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạch
IV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạchIV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạch
IV.5.2. Thí nghiệm ngắn mạch
I
1
= I
1đm
U
n
= ( 3% + 10% ) U
1đm
1) Tổng trở ngắn mạch
dm1
dm1
n
n
n
I
U
I
U
Z ==
2) Điện trở ngắn mạch
2
dm1
n
n
I
P
r =
(có thể đo được, rất nhỏ)
3) Điện trở kháng ngắn mạch
2
n
2
nn
rZx −=
Quan hệ gần đúng:
2
r
rr
n
'
21
≈≈
và
2
x
xx
n
'
21
≈≈
U
nr
= r
n
I
1đm
là thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch.
U
ux
= x
n
I
1đm
là thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.
Điện áp ngắn mạch thường được tính bằng phần trăm so với điện áp
đònh mức:
100
U
Ix
100
U
U
%U
100
U
Ir
100
U
U
%U
100
U
IZ
100
U
U
%U
dm1
dm1n
dm1
nx
nx
dm1
dm1n
dm1
nr
nr
dm1
dm1n
dm1
n
n
==
==
==
IV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến áp
IV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến ápIV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến áp
IV.6. Các đặc điểm vận hành của máy biến áp
IV.6.1.
IV.6.1. IV.6.1.
IV.6.1. Giản đồ năng lượng của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến ápGiản đồ năng lượng của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến áp
Sơ cấp:
Sơ cấp:Sơ cấp:
Sơ cấp:
P
1
= U
1
I
1
cos
ϕ
1
công suất tác dụng.
Q
1
= U
1
I
1
sin
ϕ
1
công suất phần kháng.
ϕ
1
góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp sơ cấp.
p
cu1
= r
1
I
1
2
công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp.
n
U
&
nx
U
&
ϕ
n
nr
U
&
A
W
V
A
U
1
=U
n
I
n
P
n
r
n
x
n
n
U
&
Đ
n
=Đ
1đm
S
1
=P
1
+ jQ
1
S
đt
=P
đt
+jQ
đt
S
2
= P
2
+jQ
2
p
Cu2
+ jq
2
p
Cu1
+ jq
1
p
Fe
+jq
m
