Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 6: Máy biến áp

1Chương 6. Máy Biến Áp (MBA) 6.1. Khái niệm chung 1. Sơ đồ mạch (H 6.1)  MBA là 1 Mạch Hai Cửa  Cửa Vào là Sơ Cấp (SC) (đấu với Nguồn Sin)  Cửa Ra là Thứ Cấp (TC) (đấu với Tải T) 2. Các Thông Số Chế Độ Định Mức (ĐM) 1 2;đm đmU Áp SCĐM U Áp TCĐM  1 2;đm đmI Dòng SCĐM I Dòng TCĐM  1 1 2 2đm đm đm đm đmS U I U I CSBKĐM   H 6.1    26.2. Cấu Tạo Của MBA (H 6.2) 1. Lỏi Thép tiết diện S để dẫn từ thông . 2. Dây Quấn Sơ Cấp (DQSC) có N1 vòng. 3. Dây Quấn Thư Cấp (DQTC) có N2 vòng. 6.3. MBA Lý Tưởng. 1. Các Tính Chất Của MBALT. a. DQ Không ĐT, Không ĐK: R1= R2 =X1 =X2 = 0 b. Lỏi thép Không Từ Trở, Không TH: R = 0, Pt = 0 H 6.2 32. Các Phương Trình Của MBA Lý Tưởng. a. Sđđ cảm ứng 1 1 1 1 2 2 2 2 4,44 4,44 4,44 4,44 m m m m U E fN fN B S U E fN fN B S         b. Tỷ Số Biến Áp 1 1 1 2 2 2 U E N k U E N    c. Tỷ Số Biến Dòng 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 1I U S S U I U I I I k       (6.4)! (6.1) (6.2) (6.3) 46.4. Các Mạch Tương Đương (MTĐ) và Phương Trình của MBA (thực tế). 1. MTĐ của DQSC (H 6.3)  R1, X1, và Z1 = R1+ jX1 là ĐT, ĐK Tản, và TTSC.  và f là Áp,Sđđ,Dòng và Tần Số SC. 1 1 1, , ,U E I ! Sụt Áp trong DQSC do ĐT, ĐK Tản, và TTSC là: 1 1 1 1 1 1 1 1 1, ,R XR jX     U I U I U Z I (6.5) 1 1 1 1 U E Z I (6.6) ! H 6.3 52. MTĐ của DQTC (H 6.4) 2 2 2 2 2 2 2 2 , , , , , va ø f la ø Sđđ, A Ùp , Do øng, va ø Ta àn So á TC R X va ø R jX la ø va øĐ T Đ K Ta ûn TTTC Z E U I   Sụt Áp trong DQTC do ĐT, ĐK Tản, và TTTC là: 2 2 2 2 2 2 2 2 2, ,R XR jX     U I U I U Z I (6.7) 2 2 2 2 E U Z I (6.8) H 6.4 ! ! 63. MTĐ Của Lỏi Thép (LT) (H 6.6b) a. Trong LT có 2 hiện tượng  THLT Pt  Từ thông sin  b. Trong Chế Độ Không Tải (KT) (H 6.5), Dòng SCKT Io gồm 2 thành phần (H 6.6a)  Thành Phần THLT IC (cùng pha với E1) tạo ra Pt  Thành Phần Từ Hóa Im( chậm pha 90 o so với E1) tạo ra   MTĐ của LT (H 6.6b) H 6.5 7 RC = ĐTTHLT  GC = ĐDTHLT  Xm = ĐK từ hóa  Bm = ĐN từ hóa a) b) 1 1C C C G R   E I E (6.9) (6.10) (6.11) 1 1m m m jB jX    E I E  C m I I I H 6.6 84. Phương Trình Dòng Điện (H 6.2) a. Đối với MBA Lý Tưởng, khi Tải yêu cầu Dòng I2 thì Dòng I1 cần có là 2 2I' I /k (6.12) I'2 gọi là Dòng TC Quy Về SC (TCQVSC) b. Đối với MBA Thực Tế, ở Chế Độ KT (I2 = 0) thì Dòng I1 cần có chính là Dòng SCKT (6.11) c. Theo Nguyên Lý Xếp Chồng, đối với MBA thực tế, khi Tải yêu cầu Dòng I2 thì (6.13) ! 1 2 oI I' I  95. MTĐ của MBA (H 6.7) 6. MTĐQVSC của MBA (6.8) (H 6.7) H 6.7 U’2 = kU2 I’2 = I2/k Z’2 = k 2Z2 Z’T = k 2ZT H 6.8 10 7. MTĐ Gần Đúng QVSC của MBA (6.9) 1 2 1 2 , , n n n n n R R R X X X và R jX      Z là ĐTNM, ĐKNM, và TTNM QVSC của MBA ! Ưu điểm của MTĐ H 6.9 là gồm 3 mạch đấu//: 3 Dòng Ic, Im, và I’2 độc lập với nhau. 1 2 n T   U I' Z Z' (6.14) H 6.9 !  11 8. Đồ Thị Vectơ Từ MTĐQVSC của MBA (H 6.10) Biết ( U2, I2), Vẽ Đồ Thị Vectơ để tìm (U1, I1)! H 6.10 12 B1. B2. B3. B4. B5. B6. B7. B8. 222 2/k.U kU và I I    22 22 2 2R XU R I và U jX I           1 2 2 2R XE U U U        1 1C mC mI G E và I jB E     C mI I I      1 2I I I    11 11 1 1R XU R I và U jX I       11 1 1R XU E U U        Ta lần lượt vẽ 13 6.5. Chế Độ KT của MBA. 1. Sơ đồ và MTĐ (H 6.11)  H 6.11b   H 6.11c  1 o o 1 1 1( ) ( )//C mR jX R jX U I Y U    (6.15) o 1( )c m c mG jB   I I I U (6.16) THLT  THKT tP P (6.17)! H 6.11 a) b) c) 14 2. Thí Nghiệm KT (TNKT) của MBA  Tỷ Số Biến Áp:  Dòng KT%:  THLT:  HSCSKT:  ĐT và ĐDTHLT:  ĐK và ĐN từ hóa: 1 20/Uđmk U 0 0 1% ( ) 100/ đmI I I  2 0 1 0 0tP P R I P   0 0 0cos 1dm/UP Ij  2 1 ; 10 c/P /Rc đm cR U G  2 20 0 0 1 1 ; ;m c m đm m I Y B Y G X U B     (6.18) (6.19) (6.20) (6.21) (6.22) (6.23) a. Sơ Đồ: H 6.11a, có gắn 2V, 1A, và 1W. b. Tiến Hành: Cấp U1đm cho SC rồi đo U1đm, U20, I0, P0 15 6.6. Chế Độ Ngắn Mạch (NM) của MBA 1. Sơ đồ và MTĐ (H 6.12) a) b)  H 6.12b  1 ( )n n n n nR jX  U I Z I  Dòng NM >> Dòng ĐM: I1n >>I1đm; I2n>>I2đm ! THNM  TH đồng 2 2 2 1 1 2 2n đn n n n nP P R I R I R I    (6.24) (6.25) H 6.12 16 2 21 2 1 1 ; ;n nn n n n n đm đm U P Z R X Z R I I     2. Thí Nghiệm Ngắn Mạch (TNNM) của MBA   Áp NM%  TH Đồng ĐM  HSCSNM  TT, ĐT, ĐKNM 1 1 2 1 1 1 % ( ) 100 cos n n đm đđm n đm n n n n đm U U U P R I P P U Ij      / / (6.26) (6.27) (6.28) (6.29) Thông thường: 1 2 1 2n nR R R X X X    /2; /2 (6.30)! a. Sơ Đồ: H 6.12a, có gắn 1 Bộ Điều Áp, 1V, 2A, 1W. b. Tiến Hành: Cấp U1n cho SC sao cho I1n = I1đm và I2n= I2đm; rồi đo U1n, I1đm, I2đm, và Pn. 17 6.7. Chế Độ Có Tải của MBA 1. Sơ Đồ ( H 6.13a) và MTĐ (H 6.7, 6.8 và 6.9 TẢI xác định bởi TGTT (H 6.13b) hoặc TGCS (H6.13c) Hệ Số Tải (HST) 2 1 2 2 1 t đm đm đm I I S k I I S    (6.31) ! a) b) H 6.13 c) 18 2. CS, TH, Và HS của MBA. (H 6.13a)  P1 = CS Điện Vào  Pđ1 = TH Đồng SC (TH Điện SC)  Pt = THLT (TH Từ)  Pđt = P1– Pđ1 – Pt = CS ĐIỆN TỪ (CS Vào TC)  Pđ2 = TH Đồng TC (TH Điện TC)  P2 = Pđt – P2 = CS Điện Ra  Pth = P1 – P2 = TH Tổng 2 1 % 100 P HS P h   (6.32)! 19 3. Biểu Thức Các Loại CS tính từ MTĐ H 6.7 và 6.8 P1 = Re = HSCS của MBA Pđ1 = 1 1 1 1 1( ) cosU IU I j   (6.33) 1cos =cosj j 2 1 1R I (6.34) 2 2 2 1 1= =t c c c cP R I G E G U 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 = ( ) = ( ) = Re( ) = Re( ) đt T TP R R I R R I E I E I       2 2 2 2 2 2 2 = = đP R I R I  2 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = = = Re = Re = cos = cos T TP R I R I U I U I U I U I j j       * 2 2( ) ( ) (6.35) (6.36) (6.37) (6.38)       với 20 4. Biểu Thức Gần Đúng của CS, TH và HS của MBA ! Giả sử U1=U1đm và U2 = U2đm  P2 = ktSđmcosj2  Pt = P0 = CS Điện Vào đo trong TNKT  Pđ = Pđ1 + Pđ2 = Pđđm = Pn  Pđđm = Pn = CS Điện Vào đo trong TNNM 2 tk 2 tk (6.39) (6.40) (6.41) 2 2 2 0 cos cos t đm t đm t n k S k S P k P j h j    (6.42) ! h đạt cực đại khi 0/tk P nP (6.43)