Tài liệu Chương 9: Khái niệm chung về máy biến áp pdf

CHƯƠNG 9
CHƯƠNG 9
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP








9-1. ĐẠI CƯƠNG
9-1. ĐẠI CƯƠNG

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến nơi tiêu thụ cần phải có đường dây tải
điện (hình 9-1).



Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ lớn, việc truyền tải điện năng đi
xa làm sao cho kinh tế nhất ?
Như đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây (S = U.I), nếu điện áp
được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm, tiết diện dây dẫn chọn sẽ
nhỏ, chi phí dây dẫn sẽ giảm, đồng thời việc thi công cơ giới đường dây cũng thuận
lợi hơn …
Mặt khác, điện áp càng cao thì tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên đường
dây cũng giảm xuống (các tổn thất này tỷ lệ nghịch với bình phương điện áp).

~
MFĐ
MBA
tăng áp
MBA
giảm áp
Đường dây tải điện
Phụ tải
Hình 9-1. Sơ đồ cung cấp điện đơn giản.


Như vậy, muốn truyền tải điện năng đi xa mà ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu,
trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao (35, 110, 220, 500 kV và hơn nữa).
Trên thực tế, các máy phát điện chỉ có khả năng phát ra điện áp từ 3 đến 21 kV, do
đó phải có thiết bị để nâng điện áp ở đầu đường dây.
Đến nơi tiêu thụ, phụ tải thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4 đến 6 kV, do đó lại
phải có thiết bị giảm điện áp xuống.
Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu ra máy phát (đầu đường dây) và giảm điện áp
khi tới các hộ tiêu thụ (cuối đường dây) chính là máy biến áp.
•
Trong hệ thống điện lực, máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện
năng.
•
Từ nhà máy sản xuất đến nơi tiêu thụ, muốn truyền tải và phân phối điện năng một
cách hợp lý thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm áp.
•
Máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực để truyền tải và phân phối điện năng gọi là
máy biến áp điện lực.
•
Ngoài các máy biến áp lực còn có nhiều loại máy biến áp dùng trong các lĩnh vực

khác nhau như: Máy biến áp chỉnh lưu cho các thiết bị mạ. Điện phân; máy biến áp
dùng cho lò kuyện kim; máy biến áp hàn điện; máy biến áp đo lường; máy biến áp
dùng trong ngành truyền thanh …


9-2. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp
9-2. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp
Xét máy biến áp một pha hai dây quấn như hình 9-2.
Dây quấn 1 có W
1
vòng dây, dây quấn 2 có W
2
vòng dây,
cả hai đều quấn trên lõi thép 3.
Đặt điện áp xoay chiều U
1
vào dây quấn 1, trong nó
có dòng điện i
1
chạy. Dòng i
1
sinh ra từ thông Φ trong lõi
thép móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng nên
trong các dây quấn đó s.đ.đ cảm ứng e
1
và e
2
. S.đ.đ. e
2

trong dây quấn 2 sẽ sinh ra dòng điện i
2
đưa ra tải với
điện áp ra là u
2
.
Nếu điện áp u
1
đặt vào cuộn sơ cấp là một hàm số
hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng hình sin:
Φ = Φ
m
sinωt (9-1)
Theo định luật cảm ứng điện từ, ta có:
).sin(cos
sin
2
2
11111
π
ωωωφ
ωφ
φ
−=−=−=−=
tEtw
dt
td
w
dt
d

we
m
m
(9-2a)
).
2
sin(2cos
sin
22222
π
ωωωφ
ωφ
φ
−=−=−=−=
tEtw
dt
td
w
dt
d
we
m
m
(9-2b)
Hình 9-3. Nguyên lý làm
việc của máy biến áp
W
1
Z
t

I
1
I
2
W
2
2
3
1
~
U
1
U
2
Ф


2
1
2
1
w
w
E
E
k
==
gọi là tỷ số biến đổi của máy biến áp.
(9-3)
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn của máy biến áp thì: U

1
≈ E
1
và U
2
≈ E
2 ,
Do đó:

2
1
2
1
U
U
E
E
k
≈=
(9-4)
m
mm
fw
fww
E
φ
πωφ
1
11
1

44,4
2
2
2
=
Φ
==
m
mm
fw
fww
E
φ
πωφ
2
22
2
44,4
2
2
2
=
Φ
==
Trong đó
và
là trị số hiệu dụng của các s. đ. đ ở dây quấn 1 và 2
Từ các biểu thức (9-2a, b) cho thấy: s. đ. đ cảm ứng trong các dây quấn chậm
pha so với từ thông sinh ra nó một góc π/2
Nếu bỏ qua tổn thất công suất trong máy biến áp, ta có:

k
I
I
U
U
==
1
2
2
1
(9-5)
Định nghĩa về m.b.a: M.b.a là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm
ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang
cấp điện áp khác, với tần số không đổi.


Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây quấn nối với
nguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp, dây quấn nối với phụ tải để
đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp.
Máy biến áp có k > 1, tức U
1
> U
2
gọi là máy biến áp giảm áp.
Máy biến áp có k < 1, tức U
1
<

U
2

gọi là máy biến áp tăng áp.
Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp (CA), dây quấn có điện
áp thấp gọi là dây quấn hạ áp (HA).
Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ
ba có cấo điện áp trung gian, gọi là dây quấn trung áp (TA).