chơng 12 loại m.b.a khác máy biến áp đặc biệt 12-1 máy biến áp ba dây quấn Trong hệ thống điện lực, m.b.a có dây quấn sơ cấp hai dây quấn thứ cấp gọi m.b.a ba dây quấn dùng để cung cấp điện cho lới điện có điện áp khác nhau, ứng với tỉ số biến đổi điện áp là: k12 = w1 U ≈ w2 U ; k13 = M.b.a ba dây quấn có u điểm nâng cao đợc tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật trạm biến áp số m.b.a cần thiết trạm tổn hao vận hành nhỏ h¬n w1 U ≈ w3 U ~ M.b.a ba dây quấn đợc chế tạo theo kiểu tổ m.b.a ba pha hc m.b.a ba pha ba trơ, ë pha có đặt ba dây quấn nh hình 12-1 Các tổ nối dây tiêu chuẩn nh sau: Y0/Y0/-12-11 Y0/∆/∆ -11-11 (12-1) H×nh 12-1 M.b.a ba dây quấn Theo quy định, công suất dây quấn đợc chế tạo theo tỉ lệ sau: 1) 100% , 100% , 100% 2) 100% , 100% , 67% 3) 100% , 67% , 67% 4) 100% , 67% , 100% Công suất định mức m.b.a ba dây quấn lấy theo công suất dây quấn sơ cấp (có công suất lớn nhất) 12.1.1 Phơng trình bản, mạch điện thay đồ thị véc tơ m.b.a ba dây quấn Cũng nh m.b.a hai dây quấn, dòng điện từ hoá m.b.a ba dây quấn nhỏ nên bỏ qua Sau quy đổi dây quấn dây quấn ta có phơng trình sau: & & & & I + I 2/ + I 3/ = I ≈ & & & ′ &′ ′ & ′ &′ ′ U − I Z = −(U + I Z ) = −(U + I Z ) (12-2) (12-3) ′ ′ ′ ®ã: Z1 = r1 + jx1 ; Z = r2′ + jx′ ; Z = r3′ + jx3 lµ tổng trở dây quấn sơ cấp dây quấn thứ cấp sau quy đổi Cần ý điện kháng tản định từ thông tản riêng biệt dây quấn nh m.b.a hai dây quấn mà định ngẫu hợp từ thông tản ba dây quấn 138 Mạch điện thay đồ thị véc tơ ứng với phơng trình (12-2) (12-3) đợc trình bày nh hình 12-2a h×nh 12-2b & jI x & U1 & I r1 &′ ′ − jI x &′ ′ − jI x Z/3 Z1 Z/2 & I1 & U1 & − I r2 & − I r3 & − U2/ & − I 3/ & − U 3/ & − I 2/ & − U2/ & − U3/ &′ − I2 & I I&3 b) a) Hình 12-2 Mạch điện thay (a) đồ thị véc tơ (b) m.b.a ba dây quấn Các tham số mạch điện thay m.b.a ba dây quấn đợc xác định từ ba thí nghiệm ngắn mạch theo hình 12-3 Theo số liệu thí nghiệm ta đợc: Zn12 = rn12 + jxn12 = (r1 + r,2) + j(x1 + x,2) Zn13 = rn13 + jxn13 = (r1 + r,3) + j(x1 + x,3) (12-4) Zn23 = rn23 + jxn23 = (r,2 + r,3) + j(x,2 + x,3) C¸c lợng biểu thức đợc tính đổi dây quấn Từ biểu thức suy ra: rn12 + rn13 + rn 23 rn12 + rn 23 + rn13 r2, = rn13 + rn 23 + rn12 r3, = r1 = 1 ~ 3 ~ 2 Z/3 Z/3 Z1 Z1 Z/2 ~ (12-5) ~ Z/3 Z1 Z/2 ~ Z/2 ~ Hình 12-3 Sơ đồ mạch điện thay ứng với thí nghiệm ngắn mạch m.b.a ba dây quấn 139 Các biểu thức x1, x,2 x,3 có dạng tơng tự Các thí nghiệm ngắn mạch cho phép xác định đợc điện áp ngắn mạch un12, un13,un23 tơng ứng với tổng trở ngắn mạch zn12, zn13 zn23 12.1.2 Độ thay đổi điện áp m.b.a ba dây quấn Cũng nh m.b.a hai dây quấn, điện áp đầu U2, U3 m.b.a ba dây quấn thay đổi theo trị số tính chất dòng điện tải I2 I3 Cần ý rằng, tải dây quấn thứ cấp thay đổi ảnh hởng đến điện áp dây quấn thứ cấp có điện áp rơi dây quấn sơ cấp z1I1, Độ thay đổi điện áp tải I2, I3 với hệ số công suất cos2, cos3 nh− sau: ∆U 12* = , U 1dm − U = u nr12* cos ϕ + u nx12* sin ϕ + u nr ( 3)* cos ϕ + u nx ( 3)* sin ϕ (12-6) U 1dm ®ã: u nr12* = , rn12 I x I, r I, x I, ; u nx12* = n12 ; u nr (3)* = ; u nx ( 3)* = U 1dm U 1dm U 1dm U 1dm BiĨu thøc cđa ∆U13* có dạng tơng tự: U 13* , U 1dm − U = = u nr13* cos ϕ + u nx13* sin ϕ + u nr ( )* cos ϕ + u nx ( )* sin ϕ (12-7) U 1dm ®ã: u nr13* = , rn13 I x I, r I, x I, ; u nx13* = n13 ; u nr ( 2)* = ; u nx ( 2)* = U 1dm U 1dm U 1dm U 1dm 12-2 máy biến áp tự ngẫu Khi điện áp lới điện sơ cấp thứ cấp khác không nhiều, tức tỉ số biến đổi điện áp nhỏ, để kinh tế chế tạo vËn hµnh ng−êi ta dïng m.b.a tù ngÉu thay cho m.b.a hai dây quấn M.b.a tự ngẫu m.b.a ®ã mét bé phËn cđa d©y qn ®ång thêi thc hai dây quấn sơ cấp thứ cấp Vì vậy, dây quấn sơ cấp thứ cấp m.b.a tự ngẫu liên hệ với từ có liên hệ trực tiếp với điện Cũng nh m.b.a thông thờng khác, m.b.a tự ngẫu có loại tăng áp, giảm áp, có loại pha, ba pha Hình 12-4 trình bày hai kiểu nối dây m.b.a tự ngẫu đó: a) ứng với s.đ.đ E1 E2 thuận nhau; b) ứng với chiều s.đ.đ ngợc Với cách nối dây nh vậy, công suất truyền tải qua m.b.a tù ngÉu gåm hai phÇn, mét phÇn qua tõ tr−êng lõi thép phần truyền dẫn trực tiếp Ta hÃy so sánh dung lợng thiết kế Stk với dung lợng truyền tải Stt m.b.a tự ngẫu Giống nh m.b.a hai dây quấn, dung lợng thiết kế m.b.a tự ngẫu dung lợng truyền qua tõ tr−êng vµ b»ng: Stk = E1I1 = E2I2 (12-8) 140 TØ sè biÕn ®ỉi cđa m.b.a tù ngÉu: k= U E1 I ≈ = U E2 I1 Trên thực tế, lúc vận hành dung lợng truyền t¶i cđa m.b.a tù ngÉu b»ng: Stt = UCAICA = UHAIHA (12-9) tỉ số biến đổi điện áp l−íi ®iƯn: k, = U CA I HA = U HA I CA Nh− vËy, theo h×nh 12-4a ta cã: S tk (U − U HA ) I CA E I = 2 = CA = 1− , S tt U CA I CA U CA I CA k (12-10) S tk (U − U HA ) I HA E I = 2 = CA = k , −1 S tt U CA I CA U CA I CA (12-11) Víi h×nh 12-4b ta cã: Ta thÊy kiểu nối dây theo hình 12-4a u việt với trị số k, tỉ số Stk/Stt nhỏ hơn, thực tế đợc dùng nhiều Nếu k, gần có lợi Thông thờng m.b.a tự ngẫu có k, 2,5 dùng để nối liên lạc lới điện có điện ¸p kh¸c nhau: 110, 154, 220, 330, 500 kV x U2 E2I2 x a IHA ICA E1I1 UHA X U1 IHA UCA A U2 E2I2 UHA a E1I1 X U1 ICA U2 E1, I1 U1 U2 E2, I2 UCA IHA UHA UCA A ICA E2, I2 ICA UCA IHA UHA E1, I1 a) U1 b) Hình 12-4 Sơ đồ m.b.a tù ngÉu mét pha: a) nèi thuËn; b) nèi ngợc Nh m.b.a tự ngẫu kinh tế so với m.b.a hai dây quấn thông thờng mặt chÕ t¹o Tỉn hao m.b.a tù ngÉu cịng nhá hơn, lấy tỉ số tổn hao p với dung lợng truyền tải Stt, ta có: 141 p Σp = (1 − , ) S tt S tk k nghĩa giảm (1 ) lần so với tổn hao tính theo dung lợng thiết kÕ Stk hay lµ tỉn k, hao cđa m.b.a hai dây quấn có dung lợng Cũng tơng tự nh vậy, điện áp ngắn mạch m.b.a tự ngẫu giảm (1 ) so k, với điện áp ngắn mạch m.b.a hai dây quấn, độ thay đổi điện áp U hay điện áp rơi m.b.a tự ngẫu nhỏ Cần ý điện áp ngắn mạch m.b.a tự ngẫu nhỏ nên dòng điện ngắn mạch tăng lên tơng ứng Ngoài ứng dụng hệ thống điện lực để truyền tải điện năng, m.b.a tự ngẫu đợc dùng để mở máy động điện không đồng M.b.a tự ngẫu đợc dùng rộng rÃi phòng thí nghiệm để thay đổi liên tục điện áp Trong trờng hợp điện áp đợc thay đổi cách dùng chổi than tiếp xúc trợt với dây quấn 12-3 máy biến áp đặc biệt 12.3.1 Máy biến áp hàn M.b.a hàn đợc chia thành nhiều loại có cấu tạo đặc tính khác tuỳ theo phơng pháp hàn (hàn hồ quang, hàn điện ) ta xét đến loại m.b.a hàn hồ quang (hình 12-5a) Các m.b.a hàn hồ quang đợc chế tạo cho đặc tính U2 = f(I2) dốc (hình 12-5b) để hạn chế dòng điện ngắn mạch bảo đảm cho hồ quang đợc ổn định Muốn điều chỉnh dòng điện hàn cần phải có thêm cuộn cảm phụ có điện kháng thay đổi đợc cách thay ®ỉi khe hë δ cđa lâi thÐp cn c¶m M.b.a hàn hồ quang thờng có điện áp không tải 60 ữ 75 V điện áp tải định mức 30 V Công suất m.b.a hàn thông thờng vào khoảng 20 kVA dùng cho hàn tự động tới hàng 100 kVA U2 U1 I2 a) b) Hình 12-5 Sơ đồ nguyên lý m.b.a hàn có cuộn kháng (a) đặc tính (b) Chế độ làm việc m.b.a hàn chế độ làm việc ngắn mạch ngắn hạn thứ cấp Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn dây thứ cấp đầu nối với cuộn điện kháng que hàn đầu nối với kim loại hàn Khi đa que hàn vào kim loại, 142 có dòng điện lớn chạy qua làm nóng chỗ tiếp xúc Khi nhấc que hàn cách kim loại hàn khoảng nhỏ, cờng độ điện trờng lớn làm ion hoá chất khí sinh hồ quang có nhiệt lợng lớn làm nóng chảy chỗ hàn 12.3.2 Máy biến áp đo lờng M.b.a đo lờng gồm hai loại: máy biến điện áp máy biến dòng điện, chúng dùng để biến đổi điện áp cao dòng điện lớn thành lợng nhỏ đo đợc dụng cụ đo tiêu chuẩn (1 ữ 100 V ữ A) dùng mạch bảo vệ Máy biến điện áp đợc chế tạo với công suất 25 ữ 1000 VA máy biến dòng điện với công suất ữ 100 VA Máy biến điện áp có dây quấn sơ cấp nối song song với lới điện, dây quấn thứ cấp nối với vônmet, cuộn điện áp oátmet, với cuộn dây rơle bảo vệ (hình 12-6) Tổng trở z dụng cụ lớn nên máy biến điện áp làm việc trạng thái gần nh không tải, điện áp rơi máy nhỏ, sai số trị số sai số góc pha U1 U2 nhỏ Sai số trị số U1 U2 đợc tính: w1 U U1 w2 ∆U % = U1 &, −U2 & U1 V W (12-12) & U1 δu vµ sai sè vỊ gãc δu nh− ë h×nh 12-6 &, U2 Tuú theo møc ®é sai sè, m¸y biÕn ®iƯn ¸p cã c¸c cÊp xác 0,5; 1; 3, nghĩa U% tơng ứng b»ng ± 0,5 %; ± %; ± % u tơng ứng Hình 12- 20, ; 40, (đối với cấp qui định Sơ đồ nối dây đồ thị tiêu chuẩn u) Khi sử dụng máy biến điện áp vectơ máy biến điện áp cần ý không đợc nối tắt mạch thứ cấp nh tơng đơng với nối tắt mạch sơ cấp, nghĩa gây cố ngắn mạch lới điện Máy biến dòng điện có dây quấn sơ cấp gồm vòng dây nối nối tiếp với mạch cần đo dòng điện, dây quấn thứ cấp gồm nhiều vòng dây đợc nối với ampemet nối với cuộn dòng điện oátmet hay rơle bảo vệ (hình 12-7) Tổng trở z dụng cụ nhỏ nên trạng thái làm việc & I1 máy biến dòng điện trạng thái ngắn mạch, lõi thép không bÃo hoà ( = 0,8 ữ Wb) I0 0, sai số đo lờng trị số: , w2 , I − I1 w1 ∆i % = 100 I1 & − I2 A W (12-13) vµ sai sè vỊ gãc δi cịng sÏ nhá T theo møc ®é sai số, máy biến dòng điện có cấp xác 0,2; 0,5; 1; 3; 10, nghĩa i% tơng øng b»ng ±0,2 %; ± 0,5 %; ± 10 % i tơng ứng 10,; 40,; 80, (đối với hai cấp 10 i & I1 Hình 12-7 Sơ đồ nối dây đồ thị vectơ máy biến dòng 143 qui định tiêu chuẩn i) Khỉ dụng cần ý không đợc để dây quấn thứ cấp hở mạch nh dòng điện từ hoá lớn (I0 = I1), lõi thép bÃo hoà nghiêm trọng ( = 1,4 ữ 1,8 Wb) nóng lên làm cháy dây quấn Hơn nữa, mạch từ bÃo hoà, từ thông ®Çu sÏ sinh s.®.® nhän ®Çu, ®ã ë dây quấn thứ cấp xuất điện áp cao hàng ngàn vôn, không an toàn cho ngời sử dơng 12.3.3 M¸y biÕn ¸p chØnh l−u M.b.a chØnh l−u có đặc điểm tải pha không đồng thời mà luân phiên theo làm việc dơng cực chỉnh lu thuỷ ngân bán dẫn đặt mạch thứ cấp m.b.a nh hình 12-8 Nh vậy, m.b.a luôn làm việc tình trạng không đối xứng, phải chọn sơ đồ nối dây cho đảm bảo đợc điều kiện từ hoá bình thờng trụ thép giảm nhỏ đợc đập mạch điện áp dòng điện chỉnh lu Muốn phải tăng số pha cđa d©y qn thø cÊp (th−êng chän sè pha 6) phía thứ cấp có đặt thêm cuộn cảm cân K điểm trung tính ba pha thuận (a,b,c,) ba pha ngợc a, (a,,b,,c,,) Tác dụng cuộn cảm cân K làm cân A điện áp mạch hai pha cã gãc lƯch 60 lµm b, c, viƯc song song, vÝ dơ nh− cđa K pha a, vµ c,, hình 12-8 ,, b Khi hai dây quấn thø cÊp C c,, B lµm viƯc song song víi nhau, chỉnh lu sáu pha làm việc tơng tự nh chỉnh lu ba _ pha mỗi dơng cực + a,, làm việc Hình 12-8 Sơ đồ máy biến áp chỉnh thời gian phần sáu chu kỳ mà phần ba chu kỳ Câu hỏi Cấu tạo, nguyên lý làm việc đặc điểm m.b.a ba dây quấn? Nguyên lý làm việc đặc điểm m.b.a tự ngẫu So sánh m.b.a tự ngẫu với m.b.a hai dây quấn? Cấu tạo, nguyên lý làm việc ứng dụng m.b.a đo lờng Những điểm cần ý sử dụng? 144 Tài liệu tham khảo Vũ gia hanh - Trần khánh hà - Phan tử thụ - Nguyễn văn sáu Máy điện 1, - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2001 Trần Khánh hà Máy điện 1, - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 1997 Châu ngọc thạch Hớng dẫn sử dụng sửa chữa máy biến áp, động điện máy phát điện công suất nhỏ - Nhà xuất Giáo dục - 1994 Nguyễn đức sỹ Sửa chữa máy điện máy biến áp - Nhà xuất giáo dục - 2001 Nguyễn Văn Sáu Máy điện 1, - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2003 Nguyễn Hồng Thanh-Nguyễn Phúc Hải Máy điện thiết bị tự động- Nhà xuất Giáo dục - 1999 145 Mục lục Lời nói đầu Phần thứ Máy điện chiều Chơng Đại cơng máy điện chiều 1-1 Nguyên lý làm việc máy điện chiều 1-2 Kết cấu máy điện chiều 1-3 Các đại lợng định mức 10 Chơng Dây quấn phần ứng máy điện chiều 2-1 Đại cơng 12 2-2 Dây quấn xếp đơn 14 2-3 Dây quấn sóng đơn 19 2-4 Sức điện động cảm ứng dây quấn máy điện chiều 21 Chơng Từ trờng máy điện chiều 3-1 Từ trờng cùc tõ 23 3-2 Tõ tr−êng phÇn øng 25 3-3 Tõ tr−êng cùc tõ phơ 29 3-4 Tõ tr−êng d©y quấn bù 30 Chơng Đổi chiều dòng điện 4-1 Đại cơng 32 4-2 Quá trình đổi chiều 34 4-3 Nguyên nhân phát sinh tia lửa biện pháp cải thiện đổi chiều 38 Chơng Quá trình điện từ máy điện chiều 5-1 Mômen điện từ công suất điện từ 42 5-2 Quá trình lợng phơng trình cân 43 5-3 Tính chất thuận nghịch máy điện chiều 46 Chơng Máy phát điện chiều 6-1 Đại cơng 49 6-2 Các đặc tính máy phát điện chiều kích thích độc lập 50 6-3 Đặc tính máy phát điện chiều kích thích song song 54 6-4 Đặc tính máy phát điện chiều kích thích nối tiếp 58 6-5 Máy phát điện chiều kích thích hỗn hợp 58 146 6-6 Máy phát điện chiều làm việc song song 60 Chơng Động điện chiều 7-1 Đại cơng 65 7-2 Mở máy động điện chiều 65 7-3 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 67 7-4 Đặc tính làm việc động điện chiều 73 Phần thứ hai Máy biến áp Chơng Khái niệm chung máy biến áp 8-1 Đại cơng 77 8-2 Nguyên lý làm việc máy biến áp 78 8-3 Phân loại kết cấu máy biến áp 79 8-4 Các đại lợng định mức máy biến áp 84 Chơng Tổ nối dây mạch từ máy biến áp 9-1 Tổ nối dây máy biến áp 86 9-2 Mạch từ máy biến áp 89 Chơng 10 Các đặc tính làm việc tải đối xứng m.b.a 10-1 Các phơng trình máy biến áp 98 10-2 Mạch điện thay đồ thị véc tơ máy biến áp 101 10-3 Xác định tham số máy biến áp 106 10-4 Giản đồ lợng máy biến áp 113 10-5 Độ thay đổi điện áp máy biến áp cách điều chỉnh điện áp 114 10-6 HiƯu st cđa m¸y biÕn ¸p 117 10-7 M¸y biÕn áp làm việc song song 119 Chơng 11 M.b.a làm việc với tải không đối xứng trình độ m.b.a 11-1 Đại cơng 125 11-2 Mạch điện thay tổng trở m.b.a thành phần đối xứng 126 11-3 Tải không đối xứng máy biến áp 127 11-4 Ngắn mạch không đối xứng máy biến áp 129 11-5 Quá dòng điện máy biến áp 130 11-6 Quá điện áp máy biến áp 133 Chơng 12 Các loại m.b.a khác m.b.a đặc biệt 147 12-1 Máy biến áp ba dây quấn 138 12-2 Máy biến áp tự ngẫu 140 12-3 Các máy biến áp đặc biệt 142 Tài liệu tham kh¶o 145 148 ... xứng m.b.a 1 0-1 Các phơng trình máy biến áp 98 1 0-2 Mạch điện thay đồ thị véc tơ máy biến áp 101 1 0-3 Xác định tham số máy biến áp 106 1 0-4 Giản đồ lợng máy biến áp 113 1 0-5 Độ thay đổi điện áp máy. .. 130 1 1-6 Quá điện áp máy biến áp 133 Chơng 12 Các loại m.b.a khác m.b.a đặc biệt 147 1 2-1 Máy biến áp ba dây quấn 138 1 2-2 M¸y biÕn ¸p tù ngÉu 140 1 2-3 C¸c m¸y biÕn áp đặc biệt 142 Tài liệu tham... 8-3 Phân loại kết cấu máy biến áp 79 8-4 Các đại lợng định mức máy biến áp 84 Chơng Tổ nối dây mạch từ máy biến ¸p 9-1 Tỉ nèi d©y cđa m¸y biÕn ¸p 86 9-2 Mạch từ máy biến áp 89 Chơng 10 Các đặc