PHẦN – MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP KHÁI NIỆM CHUNG VỀ M.B.A 1.1 Vai trò công dụng Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, vấn đề đặt việc truyền tải điện xa cho kinh tế Dòng điện truyền tải tổn hao công suất đường dây: P P I ; P  R d I2  R d U cos  U cos2  CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Cùng công suất truyền tải đường dây, điện áp truyền tải cao → dòng điện chạy đường dây nhỏ, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn xa tổn hao tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường 35, 110, 220, 500kV Thực tế máy phát điện phát điện áp ÷ 21kV, phải có thiết bị tăng điện áp đầu đường dây Mặt khác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4 ÷ 6kV, cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Thiết bị dùng để tăng điện áp đầu đường dây giảm điện áp cuối đường dây gọi máy biến áp (MBA) 1.2 Định nghĩa Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không thay đổi CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 1.3 Phân loại MBA điện lực để truyền tải phân phối công suất hệ thống điện lực MBA chuyên dùng sử dụng lò luyện kim, thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn MBA tự ngẫu dùng để liên lạc hệ thống điện, mở máy động không đồng công suất lớn MBA đo lường dùng để giảm điện áp dòng điện lớn đưa vào dụng cụ đo tiêu chuẩn MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG Máy biến áp lý tưởng có tính chất sau : Cuộn dây điện trở Từ thông chạy lõi thép móc vòng với hai dây quấn, từ thông tản tổn hao lõi thép Độ từ thẩm thép lớn (µ = ∞), dòng từ hoá cần phải có để sinh từ thông lõi thép nhỏ không đáng kể, stđ cần để sinh từ thông lõi thép cho không CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Sơ đồ nguyên lý MBA pha hai dây quấn Dây quấn có N1 vòng dây nối với nguồn điện áp xoay chiều u1, gọi dây quấn sơ cấp Ký hiệu đại lượng phía dây quấn sơ cấp có số kèm theo u1, i1, e1, Dây quấn có N2 vòng dây cung cấp điện cho phụ tải Zt, gọi dây quấn thứ cấp Ký hiệu đại lượng phía dây quấn thứ cấp có số kèm theo u2, i2 , e2, CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ cấp → có dòng i1 → từ thông Φ lõi thép móc vòng với hai dây quấn, cảm ứng sđđ e1 e2 Khi MBA có tải, dây quấn thứ cấp có dòng i2 tải với điện áp u2 Từ thông Φ móc vòng với hai dây quấn gọi từ thông Giả sử điện áp u1 sin nên từ thông Φ biến thiên sin, ta có:   m sin t Theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng e 1, e2 sinh dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA: d  N1 m sin( t  90o ) dt d e2   N  N 2 m sin( t  90o ) dt e1   N1 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Với E1, E2 trị số hiệu dụng sđđ sơ cấp thứ cấp, E1  2f N1 m E  2f N2 m Tỉ số biến áp k MBA: E1 N1 k  E2 N2 Nếu giả thiết MBA lý tưởng, nghĩa bỏ qua sụt áp gây điện trở từ thông tản dây quấn E1 ≈ U1 E2 ≈ U2 : U1 E1 N1   k U2 E2 N2 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Nếu bỏ qua tổn hao MBA: U1I1  U2I2 Như vậy: U1 I  k U I1 Nếu N2 > N1 U2 > U1 I2 < I1 : MBA tăng áp Nếu N2 < N1 U2 < U1 I2 > I1 : MBA giảm áp CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Mba ba pha nối Y/Δ : Ví dụ: mba ba pha có dây quấn sơ cấp nối thứ cấp nối tam giác, chiều quấn dây ký hiệu đầu dây vector sđđ pha hai dây quấn hoàn toàn trùng góc lệch pha hai điện áp dây 330o Mba thuộc tổ nối dây 11 ký hiệu Y/Δ-11 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Để nguyên dây quấn sơ cấp, dịch kí hiệu dây quấn thứ a→b, b→c, c→ a ta có tổ đấu dây Y/Δ-3, dịch tiếp lần ta có tổ đấu dây Y/Δ-7 Nếu đổi chiều dây quấn thứ ta có tổ đấu dây Y/Δ-5,9,1 Như mba nối Y/Δ, ta có tổ nối dây số lẻ CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP MẠCH TỪ MÁY BIẾN ÁP 6.1 Các dạng mạch từ máy biến áp Máy biến áp pha + Mạch từ kiểu lõi + Mạch từ kiểu bọc Máy biến áp ba pha + Hệ thống mạch từ riêng: Từ thông ba pha độc lập (thường gặp tổ mba ba pha từ ba mba pha giống nhau) + Hệ thống mạch từ chung: Từ thông ba pha liên quan (mba ba pha ba trụ) CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Hệ thống mạch từ chung:    U A  U B  UC       A   B  C  Như trụ ghép chung có từ thông tổng không, nên bỏ trụ ghép chung đưa ba trụ mặt phẳng → kết cấu lõi thép mba không đối xứng, trụ ngắn hai trụ hai bên nên dòng từ hóa ba pha không đối xứng IOA  IOC  (1,2  1,45)IOB CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 6.2 Những tượng xuất từ hóa lõi thép MBA Xét trường hợp MBA không tải a Mba pha Điện áp u có dạng: u  Um sin t Bỏ qua điện áp rơi dây quấn: d u  e  N dt Từ thông lõi thép có dạng:   m sin(t   / 2) CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Không xét tổn hao lõi thép: Dòng io ≈ iox, nghĩa dòng từ hóa gần dòng phản kháng Ta có quan hệ Φ = f(io) quan hệ B = f(H) Từ quan hệ Φ = f(io) Φ = f(t) ta vẽ io = f(t) + Từ thông Φ(t) có dạng hình sin + Dòng điện io(t) có dạng nhọn dầu (không sin) + Φ(t) io(t) trùng pha CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Dòng io(t) không sin, ta phân tích thành tổng sóng hình sin: i0 (t )  i01  i03  i05  i07  + io1 – sóng (sóng bậc 1) + io3,5,7 – sóng bậc cao Sóng bậc trở lên có biên độ nhỏ, ta bỏ qua Như dòng điện bậc ba i o3 làm dòng io có dạng nhọn đầu Thực chất dòng i o có dạng nhọn đầu tượng bão hòa lõi thép CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Có kể đến tổn hao lõi thép Quan hệ Φ = f(io) quan hệ đường cong từ trễ B = f(H) Từ quan hệ F = f(io) F = f(t) ta dùng phương pháp vẽ để tìm quan hệ io = f(t) CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Hình bên biểu diễn vectơ dòng điện I0 từ thông Φm có kể đến tổn hao lõi thép Vì dòng điện i0 không sin nên vẽ gần với thành phần bậc Dòng điện không tải I0 gồm hai thành phần: + Iox : thành phần dòng điện phản kháng để từ hóa lõi thép + Ior : thành phần dòng điện tác dụng, vuông góc với Φ I0  I02r  I02x Thực tế I0r < 10%I0 , nghĩa góc α thường bé, nên dòng điện I 0r không ảnh hưởng đến dòng điện từ hoá ta coi I 0x ≈ I0 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP b Mba ba pha Khi mba không tải xét pha dòng điện bậc ba pha: I0.3A  I0.3m sin 3t I0.3B  I0.3m sin 3(t  120o )  I0.3m sin 3t I0.3C  I0.3m sin 3(t  240o )  I0.3m sin 3t Từ phương trình ta thấy, ba pha trùng thời gian, nghĩa thời điểm chiều dòng điện bậc ba pha hướng từ đầu đến cuối hướng từ cuối đến đầu, tức luôn tồn CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Trường hợp mba nối Y/Y Sơ cấp đấu Y nên dòng i0.3 không tồn tại, dòng i0 có dạng sin từ thông Φ sinh có dạng vạt đầu Phân tích từ thông Φ lõi thép thành sóng sóng bậc cao:   1  3  5  Các sóng Φ5,7 nhỏ, nên bỏ qua, xét Φ1 Φ3 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Trường hợp tổ mba ba pha (Mba ba pha trụ): Loại mạch từ riêng, nên Φ3 tồn khép mạch qua lõi thép, Φ3 tương đối lớn, sđđ e3 từ thông sinh lớn (E3f = (45-60)% E1f) làm cho sđđ pha tăng Còn sđđ Ud thành phần e3 Hại: + Chọc thủng cách điện dây quấn + Hư thiết bị đo lường + Ảnh hưởng đường dây thông tin CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Mba ba pha ba trụ Hệ thống mạch từ chung, nên Φ3 chiều Ở thời điểm từ thông Φ3 không khép mạch qua mạch từ trụ mà bị đẩy ngoài, khép mạch qua môi trường có từ trở lớn, nên Φ3 không lớn lắm, xem từ thông mạch từ sin, sđđ cảm ứng Ef có dạng sin Chú ý : Φ3 khép mạch qua gông vách thùng làm tăng tổn hao nên hiệu suất máy giảm CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Trường hợp mba nối Δ/Y Dây quấn sơ cấp nối Δ nên dòng io3 khép kín tam giác, dòng io có dạng nhọn đầu Giống mba pha CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP Trường hợp mba nối Y/Δ Dây quấn sơ cấp đấu Y nên dòng i o3 không tồn tại, dòng i o có dạng sin từ thông Φ sinh có dạng vạt đầu Kết luận giống trường hợp a Thành phần từ thông bậc ba Φ3 cảm ứng dây quấn thứ cấp sđđ e23, dây quấn thứ cấp nối Δ nên sinh dòng i 23 chạy dây quấn, dòng điện nầy sinh lõi thép từ thông Φ23 ta có từ thông tổng bậc ba gần không, nên ảnh hưởng không đáng kể