Đo lường điện - Biến đổi năng lượng điện cơ (phần 4)

1Bài giảng 4 408001 Biến đổi năng lượng điện cơ Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK2 2Bài giảng 4
Hai dây quấn trên một lõi từ, để giảm thiểu từ thông rò.
Dây quấn “sơ cấp” (N1 vòng) nối vào nguồn điện, dây quấn “thứ cấp” (N2 vòng) nối vào mạch tải. Máy biến áp công suất
Slide tiếp theo cho thấy một số hình ảnh của các máy biến áp lực (trừ hình đầu tiên là máy biến áp điều khiển). 3Bài giảng 4 Một số hình ảnh về máy biến áp Điều khiển Công suất nhỏ 3 pha nhỏ Loại khô 10 kV, ngâm dầu 110 kV, ngâm dầu 500 kV, ngâm dầu 4Bài giảng 4 Máy biến áp công suất (tt)
Giả thiết máy biến áp là lý tưởng: không có từ thông rò, bỏ qua điện trở dây quấn, mạch từ có độ thẩm từ vô cùng lớn, và không tổn hao.
Gọi v1(t) = Vm1cosωt là điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp, có thể chứng minh được max11 2 φpifNVm = hay max11 44,4 φfNV = 5Bài giảng 4
Vd. 3.8: Cho biết N1, N2, tiết diện lõi, chiều dài trung bình lõi, đường cong B-H, và điện áp đặt vào. Tìm từ cảm cực đại, và dòng điện từ hóa cần thiết. Ví dụ tại lớp max11 44,4 φfNV = với 200 Hz, 60 V, 230 11 === NfV Wb1032,4 2006044,4 230 3 max −×= ×× =φ Tính được Dựa vào công thức vừa nêu 6Bài giảng 4
Vd. 3.8 (tt): Ví dụ tại lớp (tt) 2 3 Wb/m864,0 005,0 1032,4 = × = − mB Do đó, Cần có , giá trị đỉnh của dòng điện từ hóa là (259)(0,5)/200 = 0,6475 A. Vậy, Irms = 0,46 A là giá trị hiệu dụng của dòng điện từ hóa phía sơ cấp. A/m 259300864,0 =×=mH 7Bài giảng 4
Xét một MBA với từ thông rò và điện trở dây quấn. Mạch tương đương rút trực tiếp từ mô hình vật lý là đơn giản nhưng không có ích lắm. Các phương trình phía thứ cấp được nhân với a (= N1/N2) và i2 được thay thế bởi i2/a, để rút ra một mạch tương đương có ích hơn. Mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính RL N1:N2 + – + – i1 i2 v1 v2 a 2RL a2R2 aM i1 i2/a R1 L1 – aM a 2L2 – aM v1 av2 – + – + 8Bài giảng 4 Mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính
L1 – aM được gọi là điện kháng tản của dây quấn 1, a2L2 – aM được gọi là điện kháng tản “quy đổi” của dây quấn 2. aM là điện kháng từ hóa, và dòng điện đi cùng với nó được gọi là dòng điện từ hóa.
Tồn tại tổn hao công suất trong lõi từ do từ trễ và dòng xoáy. Các tổn hao này rất khó tính toán bằng giải tích. Tổng các tổn hao này biểu diễn tổn hao tổng trong mạch từ của máy biến áp, và chỉ phụ thuộc vào giá trị Bm. Chúng được gọi là tổn hao (lõi) thép. Một điện trở có thể được mắc song song với điện kháng từ hóa aM để kể đến các tổn hao này. 9Bài giảng 4 Mạch tương đương của MBA với mạch từ tuyến tính (tt) RL Ideal N1:N2 + – + – i1 i2 v1 v2 + – av2 R1 L1 – aM Rc1 (aM)1 a2R2 a 2L2 – aM
Tải thực RL và điện áp/dòng điện đi cùng với nó có thể có được bằng cách quy đổi ngược về phía thứ cấp, qua một MBA lý tưởng (như được thể hiện ở hình trên).
Khi có xét đến các tổn hao công suất, mạch tương đương của MBA như sau 10Bài giảng 4
Khi vận hành xác lập, các trở kháng và vectơ pha có thể được dùng trong mạch tương đương. Máy biến áp vận hành xác lập hình sin ZL Ideal N1:N2 + – + – + – R1 jxl1 Rc1 jXm1 a2R2 ja 2xl2 với 1I 2I 2V1V 2Va aI 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ==− ==− == ==− 2 2 2 2 22 1 11 l l m l xaaMLa xaML XaM xaML ω ω ω ω Điện kháng tản của dây quấn 1 Điện kháng từ hóa quy đổi về dây quấn 1 Điện kháng tản của dây quấn 2 Điện kháng tản của d/quấn 2 quy đổi về d/quấn 1 11Bài giảng 4
Tất cả các đại lượng có thể được quy đổi về dây quấn 1 Máy biến áp vận hành xác lập hình sin (tt) a2ZL + – + – R1 jxl1 Rc1 jXm1 a2R2 ja 2xl2 1I 1V 2Va aI 2 ZL + – + – R1/a2 jxl1/a 2 Rc1/a2 jXm1/a2 R2 jxl2 1Ia aV1 2V 2I
Hoặc có thể quy đổi về dây quấn 2 12Bài giảng 4
Nhánh từ hóa khiến việc tính toán khá khó khăn, do đó nhánh này được chuyển lên phía đầu dây quấn 1, tạo thành một mạch tương đương gần đúng, với sai số không đáng kể. Mạch tương đương gần đúng R1 1I+ – Rc1 jXm11V a2ZL + – jxl1 a2R2 ja 2xl2 2Va aI2 R1eq 1I+ – Rc1 jXm11V a2ZL + – jx1eq 2Va aI2 2 2 11 2 2 11 lleq eq xaxx RaRR += += 13Bài giảng 4
Các thông số trong mạch tương đương có thể được xác định nhờ hai thí nghiệm đơn giản: thí nghiệm hở mạch and thí nghiệm ngắn mạch.
Trong các MBA công suất, các dây quấn còn được gọi là dây quấn cao áp (HV) và dây quấn hạ áp (LV). Các tên gọi này được dùng trong các thí nghiệm hở mạch và ngắn mạch. Thí nghiệm hở mạch và ngắn mạch của MBA 14Bài giảng 4
Thí nghiệm được thực hiện với tất cả dụng cụ đo ở phía hạ áp còn phía cao áp được hở mạch. Đặt điện áp định mức vào phía hạ áp. Đo được Voc, Ioc, và Poc bằng các dụng cụ đo. Thí nghiệm hở mạch A V W ocV LV HV Thí nghiệm hở mạch ocV Rc Xm RI XI ocI Mạch tương đương 15Bài giảng 4
Lần lượt tính toán như sau Thí nghiệm hở mạch (tt) oc oc c P V R 2 = c oc R R V I = XRoc III += Vậy, 22 RocX III −= X oc m I V X =
Rc và Xm là các giá trị quy đổi về phía hạ áp. ocV Rc Xm RI XI ocI Mạch tương đương 16Bài giảng 4
Tất cả dụng cụ đo nằm ở phía cao áp. Cấp dòng điện định mức vào phía cao áp. Đo được Vsc, Isc, và Psc bằng các dụng cụ đo. Thí nghiệm ngắn mạch
Req và Xeq được quy đổi về phía cao áp. A V W scV HV LV Req Xeq scV scI 2 sc sc eq I P R = sc sc eq I V Z = 22 eqeqeq RZX −= 17Bài giảng 4
Vd. 3.9: Cho biết các giá trị đo đạc từ thí nghiệm hở mạch và ngắn mạch. Tìm các thông số mạch tương đương quy về phía cao áp. Từ thí nghiệm hở mạch Ví dụ tại lớp ( ) Ω== 968 50 220 2 cR A 227,0968 220 ==RI ( ) A 974,0227,01 22 =−=XI Ω== 9,225974,0 220 mX 18Bài giảng 4
Vd. 3.9 (tt): Ví dụ tại lớp (tt) Từ thí nghiệm ngắn mạch ( ) Ω== 2076,017 60 2eqR Ω== 882,017 15 eqZ Ω=−= 8576,02076,0882,0 22eqX 19Bài giảng 4
Hiệu suất được định nghĩa là tỷ số giữa công suất ngõ ra và công suất ngõ vào. Hiệu suất %100%100 × ++ =× + == icout out out out in out PPP P lossesP P P Pη Các tổn hao (losses) bao gồm tổn hao đồng Pc và tổn hao sắt (thép) Pi.
Cách khác, nếu đã biết công suất vào, %100×−−= in icin P PPPη 20Bài giảng 4 Độ ổn định điện áp
Độ ổn định điện áp được định nghĩa là %100% load loadload no × − =∆ V VVV Vno load – điện áp không tải Vload – điện áp khi có tải
Độ ổn định được hiểu theo nghĩa: giá trị %∆V càng nhỏ thì điện áp càng ổn định, khi tải thay đổi.
Thảo luận: Độ ổn định điện áp có phụ thuộc vào tính chất cảm kháng hay dung kháng của tải hay không?