Bài giảng chương 2: Máy biến áp

18/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 1 Chương 2 MÁY BIẾN ÁP 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 2 1.Công dụng MBA U PI =- Dòng truyền tải: - MBA trong HTĐ: tăng áp, giảm áp 3p - Đường tr/tải 10,5kV-22kV-35kV-110kV-220kV-500kV. §2.1.MỞ ĐẦU - Các nhà máy điện ở xa nơi tiêu thụÆ Tải điện đi xa - Phụ tải: 650V-450V 380V-220V-115V - MBA trong công nghiệp, kỹ thuật, … - Điện áp MP: 6,3kV-10,5kV-15,75kV-22kV. (kí hiệu trên sơ đồ) Æ tăng U giảm IÆ tiết kiệm VL 28/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 3 Phân loại các MBA: •MBA điện lực, đo lường, hàn, … •MBA 1 pha, 3 pha. •1 hay nhiều dây quấn. •Kiểu bọc, trụ; hình xuyến, … 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 4 2.Định nghĩa •TB điện từ tĩnh; 3.Các lượng định mức •Điện áp: U1đm, (MBA 3 pha là giá trị Ud). (MBA 3 pha là giá trị Id). đmđmđm IUS 113= •Tần số fđm; U2đm. •Phía nối nguồn (sơ cấp): •Phía nối tải (thứ cấp): •Dòng điện: I1đm, I2đm. •Công suất: Sđm=U1đmI1đm w1, U1, I1, P1. w2, U2, I2, P2. biến đổi điện áp xoay chiều; giữ nguyên f =U2đmI2đm (VA) đmđmIU 223= dòng điện không tải I0; số pha; sơ đồ nối dây; điện áp ngắn mạch Un; … MBA 3p: 38/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 5 §2.2.CẤU TẠO & NG/LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA 1.Cấu tạo MBA ™ Dây quấn: ™ Vỏ máy; ™ Lõi thép: lá thép KTĐ 0,3-0,5mm hình U, I, E; Trụ, gông. đồng, bọc cách điện; tròn/chữ nhật; dq sơ cấp, thứ cấp thùng dầu; cực điện; bình dãn dầu, van an toàn, … 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 6 2.Nguyên lý hoạt động của MBA • MBA 2 dq w1, w2. dt dwe φ11 −= dt dwe φ22 −= mfwE Φ= 11 44,4 mfwE Φ= 22 44,4 •Đặc điểm các sđđ E1, E2. ; 2 1 2 1 w w E Ek == ; 1 2 2 1 2 1 I I U U w wk === Vai trò sđđ e1, Coi U1I1=U2I2: •Nguồn u1Æ i1 •ф biến thiên tạo e1, e2. ф(t)=Φmsinωt •Tỷ số BA: Æ ф ); 2 sin(22 πωπ −Φ= tfw m Æ điện năng truyền qua MBA ); 2 sin(21 πωπ −Φ= tfw m sđđ e2; 48/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 7 §2.3.HỆ PH/TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪMBA 1.Quá trình điện từ trong MBA ™TT chính ф (trong lõi): ;111 dt diLet −= 111 44,4 UfwE m ≈Φ= constUKhi =1 ™TT tản Ψt (ngoài lõi): •Vai trò: quyết định sự truyền tải năng lượng qua MBA. •Dạng phức: ;11111 ••• −=−= IjXILjEt ω •Phụ thuộc U1; •Tác động: tạo e1, e2. (k0 phụ thuộc tải) •Đặc điểm: phụ thuộc tải dt diLet 222 −= •• −= 222 IjXEt constm =Φ→ tạo 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 8 2.Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp MBA •Các thành phần điện áp: 11111 teiReu −+−= )1()( 11111 ••• ++−=⇔ IjXREU •Tổng trở dây quấn sơ cấp: 111 jXRZ += − 3.Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp MBA •Các thành phần điện áp: 22222 teiRue −+=− );2()( 22222 ••• +−−=⇔ IjXREU •Tổng trở dq thứ cấp: 222 jXRZ += − u1, e1, R1i1, et1 e2, u2; R2i2, et2 58/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 9 4.Phương trình cân bằng sức từ động MBA •TT chính ф k0 đổi (với U1=cte) •Nguồn STĐ: 01iw 221101 iwiwiw −= 2 1 2 01 w w III • •• +=⇔ )3('201 ••• +=⇒ III ÆHệ ptr MBA: )1(1111 •−•• +−= IZEU )2(2222 •−•• −−= IZEU )3('201 ••• += III - dòng điện thứ cấp quy đổi) k II •• = 2'2( 11; iw 22& iw 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 10 §2.4.SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MBA 1.Hệ phương trình quy đổi của MBA )1(1111 •−•• +−= IZEU )2(2222 •−•• −−= IZEU )3('201 ••• += III •Đưa vào hệ Ptr các thông số từ hóa •−• =− 01 IZE th •Quy đổi các lượng ở thứ cấp về phía sơ cấp: Nhân Ptr(2) với k; rồi nhân k/k k IZkEkUk • −•• −−= 22222 ÆHệ Ptr quy đổi của MBA: ;2 ' 2 •• = UkU )'1(1101 •−•−• += IZIZU th )'2('2 ' 20 ' 2 •−•−• −= IZIZU th )3('201 ••• += III Đặt: •+= 0)( IjXR thth −− = 22'2 ZkZ ):( 12 •• = EEkcó 68/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 11 2.Sơ đồ thay thếMBA )'1()()( 11101 ••• +++= IjXRIjXRU thth )'2()()( '2 ' 2 ' 20 ' 2 ••• +−+= IjXRIjXRU thth )3('201 ••• += III •Vẽ sơ đồ mạch tương ứng hệ Ptr quy đổi của MBA. (3 biến, 3 nhánh, 2 vòng) •Đặc điểm: nối mạch sơ cấp – thứ cấp. •Ý nghĩa các phần tử. •Ứng dụng: tính tóan, phân tích hoạt động của MBA. [Các thông số của sơ đồ xác định từ thực nghiệm] (Phụ tải quy đổi: )2' −− = tt ZkZ 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 12 §2.5.CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MBA 1.Đặc điểm •Trạng thái: U1đm, I2=0, U20=U2đm. •Sơ đồ thay thế Các đặc điểm: •Tổng trở vào lớn •Dòng điện không tải: 000 jXRZ += − ; 0 1 0 Z UI đm= (%)100% 1 0 0 đmI Ii = •Công suất không tải: 0010 cosϕIUP đm= stth PIR ∆=≈ 20 •cosφ0 nhỏ (0,1-0,3). Æ Không nên đểMBA không tải & non tải 0Z 0X 0R 0ϕ Tam giác tổng trở k0 tải −=+≈ ththth ZjXR (nhỏ: (0,03-0,1)I1đm) 78/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 13 2.Thí nghiệm không tải MBA •Mục đích: •Sơ đồ thí nghiệm •Thao tác: •Đo được: •Tính: ; 0 1 0 I UZZ đmth == ;2 0 0 0 I PRR th == 22 ththth RZX −= ; 2 1 đm đm U Uk = ;cos 01 0 0 IU P đm =ϕ I10=I0; xác định thông số từ hóa của sơ đồ thay thế: Rth, Xth U1đm, I2=0 U1đm, U20=U2đm; P10=P0=∆Pst 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 14 §2.6.CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH MBA 1.Đặc điểm •Trạng thái: U1đm, U2=0 •Sơ đồ thay thế Các đặc điểm: •Tổng trở vào: (là tổng trở dq MBA) ;1 n đm n Z UI = )()( '21 ' 21 XXjRRZn +++= − •Dòng điện ngắn mạch: •Là sự cố nguy hiểm (cho MBA & hệ thống CCĐ) Æ Không được để xảy ra ngắn mạch MBA! (cần có biện pháp bảo vệ) nZ nX nR nϕ nn jXR += Æ nhỏ Rất lớn (hàng chục lần I1đm) 88/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 15 (%)100% 1đm n n U Uu = •Các thành phần của Un (hay un%) •Un là đặc trưng của MBA về tổng trở dq. đmnn IZU 1=đểMBA ng/mạch chỉ với Iđm: nđmnn IUP ϕcos( 1= 2.Thí nghiệm ngắn mạch MBA •Mục đích: xác định thông số dây quấn MBA R1, X1, R2, X2 •Sơ đồ thí nghiệm •Thao tác: U2=0, đặt U1=Un •Đo được: Un, I1đm, I2đm; nU nXU nRU nϕ ;cos1 nnđmnnR UIRU ϕ== nnđmnnX UIXU ϕsin1 == P1n=Pn=∆Pđđm 2 1đmnIR= )đđmP∆= 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 16 •Tính: •Coi: ; 1đm n n I UZ = ;2 1đm n n I PR = ;22 nnn RZX −= ; 2 ' 21 nRRR == ; 2 ' 21 nXXX == •Tính: ;2 ' 2 2 k RR = •Đo được: Un, I1đm, I2đm, Pn=∆Pđ Æ Sơ đồ thay thế: 2 ' 2 2 k XX = 98/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 17 §2.7.CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MBA 222 UUU đm −=∆ 100% 2 22 2 đm đm U UUu −=∆ 1.Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải •MBA mang tải: ;1đmU ;12 II ⇒ Hệ số tải: đm t I Ik 1 1= •Điện áp thứ cấp thay đổi: (Mức tải) )cos(%%2 tnntuku ϕϕ −=∆⇒ 100)cos( 1 1 đm tnđmnt U IZk ϕϕ −= (Phụ thuộc t/c tải, mức tải, điện áp Un, tổng trở Zn) 100 1 ' 21 đm đm U UU −= (nhân k/k) •−•• += 1'21 IZUU nđm 100)cos( 1 1 đm tnn U IZ ϕϕ −≈ 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 18 •Quan hệ ∆U2 với tải khác nhau: 2.Đặc tính ngoài 0%90 2 0 >∆⇒<− utn ϕϕ )cos(%%2 tnntuku ϕϕ −=∆ 0%90 2 0 − utn ϕϕ •Quan hệ U2=f(I2) khi U1đm φn-φt=0 Æ ∆u2% max φn-φt=900Æ ∆u2%=0 •Đồ thị ∆u2%=f(kt) các tải R, L, C ) 100 %1( 22222 uUUUU đmđm ∆−=∆−= •Đặc tính ngoài khi tải R, L, C (Duy trì U2: đ/c số vòng dây cao áp ±5%) 10 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 19 3.Tổn hao & hiệu suất MBA •Biểu đồ năng lượng. 1P 1đP∆ 2đP∆ stP∆ 2P ;2111 IRPđ =∆ ;2'2'22 IRPđ =∆ ;20IRP thST =∆ tđmtt SkSP ϕϕ coscos22 == •Các tổn hao & công suất ra tải: •Hiệu suất của MBA: PP P P P ∆+== 2 2 1 2η 0 2cos cos PPkSk Sk nttđmt tđmt ++=⇒ ϕ ϕη )( 2 2 2 1 1 đmđmđm t S S I I I Ik === 2 1IRP nđ =∆ 0PPST =∆212 đmnt IRk= ;2 nt Pk= 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 20 •Đặc tính hiệu suất η=f(kt) 0 2cos cos PPkSk Sk nttđmt tđmt ++= ϕ ϕη 0=∂ ∂ tk η 0 2 PPk nt = •cosφt=cte, xét η max ứng với ∆Pst=∆Pđ: n t P Pk 0=⇒ •Máy tb & lớn, ηmax khi kt=(0,5-0,7) (kt trong khoảng (0,4-1,2), η thay đổi k0 đáng kể) •cosφt tăng, η tăng 11 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 21 §2.8.MBA BA PHA •Biến đổi điện áp 3 pha: dùng 3 MBA 1 pha, hay MBA 3 pha. 1.Cấu tạo •Lõi thép 3 trụ, quấn dây sơ, thứ mỗi pha •Dây quấn: AX-BY-CZ, ax-by-cz Mỗi dq nối hình sao (Y) hay hình tam giác (∆) 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 22 2.Hệ số biến áp & tổ nối dây của MBA 3 pha 2 1 d d U Uk = )( 2 1 2 1 w w U U k p p p == ; 2 1 w wk = b/Tổ nối dây: a/Hệ số BA: •Nối Y/Y & ∆/∆: •Nối Y/∆: •Nối ∆/Y: ;3 2 1 w wk = ;3 1 2 1 w wk = ÆTổ nối dây Y/∆-7 là tỷ số các điện áp dây kèm góc lệch pha giữa Ud thứ cấp & Ud sơ cấp kí hiệu sơ đồ nối dây sơ cấp & thứ cấp (mốc) •VD: 12 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 23 3.Nối song song các MBA Mục đích: • An toàn (độ tin cậy) cung cấp điện. • Hiệu quả sử dụng thiết bị; Yêu cầu: • Cùng tổ nối dây; • Điện áp ngắn mạch unI%=unII%. (Giáng áp ZnIII=ZnIIIII - phân bố tải cân đối giữa các máy). • Cấp điện áp UdI=UdII tương ứng; • Đảm bảo công suất phụ tải; Lưu ý: Sơ đồ thay thếMBA 3p là sơ đồ của 1p ! 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 24 §2.9.CÁC MBA ĐẶC BIỆT 1.MBA tự ngẫu •Chỉ có 1 dây quấn w1; 2.MBA hàn •Chế độ làm việc ngắn mạch. •Truyền Nlg bằng cả TT & dòng điện •Nhỏ gọn; trong PTN; •Đặc tính ngoài rất mềm. •Điều chỉnh dòng điện hàn bằng chỉnh lõi thép & cuộn điện kháng ngoài 1 phần là w2. Có Xt lớn để hạn dòng. U2đm~60-70V. Iđm~vài trăm A. sử dụng k0 an toàn 13 8/16/2010 Chu Quốc Hùng HVKTQS Bài giảng MĐ 0810 25 3.MBA đo lường 2 1 2 1 w w U U = •Giảm U, I Æ đo được trên các V, A •Biến dòng: hạ dòng I1 •Biến áp: hạ áp U1 1 2 2 1 w w I I = 2 1 2 1 Iw wI =⇒ 2 2 1 1 Uw wU =⇒ •Sử dụng trong NMĐ, Trạm PPĐ MBA chế độ ngắn mạch, Amet đo I2 MBA chế độ không tải, Vmet đo U2