Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 2: Máy biến áp - Văn Thị Kiều Nhi

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 2: Máy biến áp - Văn Thị Kiều Nhi

1. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP Phần A: Máy biến áp một pha Phần B: Máy biến áp ba pha I. Khái niệm. I. Khái niệm. II. Cấu tạo MBA 1 pha. II. Cấu tạo MBA 3 pha. III. Nguyên lý hoạt động III. Nguyên lý hoạt động IV. Sơ đồ tương đương. IV. Sơ đồ tương đương. V. Tính toán các thông số. V. Tính toán các thông số. VI. Tổ đấu dây MBA 3 pha. VII. Điều kiện các MBA 3 pha làm việc song song HÌNH ẢNH ỨNG DỤNG VÀ BÀI TẬP
2. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA I. Khái niệm. Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi điện áp xoay chiều 1 pha từ cấp điện áp này (U1)sang cấp điện áp khác (U2)với tần số không đổi (f). - Phần nối với nguồn gọi là sơ cấp, ký hiệu số 1: dòng điện sơ cấp (I1), điện áp sơ cấp (U1), số vòng cuộn dây sơ cấp (n1) - Phần nối với tải gọi là thứ cấp, ký hiệu số 2: dòng điện thứ cấp (I2), điện áp thứ cấp (U2), số vòng cuộn dây thứ cấp (n2) U1> U2 : Máy biến áp giảm áp. U1 < U2 : Máy biến áp tăng áp.
3. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA II. Cấu tạo MBA 1 pha. Máy biến áp gồm hai phần chính: Lõi thép và dây quấn Có các phần khác như vỏ máy, cách điện, sứ đỡ, các thiết bị làm mát, thùng giãn dầu, . . . Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core) các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type) Dây quấn: dùng dây đồng tiết diện tròn hoặc tiết diện hình chữ nhật - Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding) - Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
4. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA II. Cấu tạo MBA 1 pha. Hình : Máy biến áp một pha loại trụ
5. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA II. Cấu tạo MBA 1 pha. Hình : Máy biến áp một pha loại bọc
6. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA II. Cấu tạo MBA 1 pha. Mạch từ hình xuyến
7. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA II. Cấu tạo MBA 1 pha.
8. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA III. Nguyên lý hoạt động. i1 N1 N2 i2 u2 u1 e1 e2 Hình : Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp u1, N1 i1  e1, e2 : sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp d d e N  e1 N1 2 2 (  =  sinωt) dt dt m
9. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA III. Nguyên lý hoạt động. d( sin t) e N  m  N cos t N sin( t ) 1 1 dt  1 m   1 m  2 Sức điện động sẽ chậm pha hơn so với từ thông  góc /2 E  N  2 fN  e N  sin(t ) 1m 1 m 1 m 2 2 m 2 e 1 E 1m sin(  t 2) 2 .f .N  E 1 m 4,44 fN  1 2 1 m E 2 4,44 fN 2  m E N Tỉ số biến áp: k 1 1 E2 N2 U I N Hiệu suất MBA cao, tổn thất không đáng kể: k 1 2 1 U I N U1 I1 = U2 I2 2 1 2
10. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA Các đại lượng trên nhãn máy ( định mức ) - Điện áp định mức sơ cấp: U1đm (V, KV) - Điện áp định mức thứ cấp: U2đm (V, KV) khi MBA không tải - Dòng điện định mức sơ cấp: I1đm (A, KA) Khi MBA đầy tải - Dòng điện định mức thứ cấp: I2đm (A, KA) - Công suất định mức : công suất biểu kiến phía thứ cấp của máy biến áp : Sđm (VA, KVA), Sđm = S2 = U2đm. I2đm Hiệu suất MBA cao Sđm = S1 = U1đm. I1đm Tần số định mức: fđm(Hz) Hiệu suất %
11. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA IV. Sơ đồ tương đương MBA một pha. r jx Cuộn dây quấn trên lõi thép Tổng trở z = r + jx z2 = r2 + x2 Tổng trở cuộn dây quấn sơ cấp : z1 = r1 + jx1 Tổng trở cuộn dây quấn thứ cấp : z2 = r2 + jx2 Tổng trở mạch từ : zm = rm + jxm I1 r1 jx1 I2 r2 jx2 rm U1 E1 E2 U2 ztải jxm
12. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA IV. Sơ đồ tương đương MBA một pha. Trong một sơ đồ có 2 cấp điện áp khác nhau, phải quy đổi về một cấp U1 hoặc U2 ( thông thường quy đổi về sơ cấp U1) E’2 : sức điện động thứ cấp quy đổi về sơ cấp, nên E1 = E’2 E1 N1 k E1 k.E2 E’2 = k. E2 E2 N2 U’ = k. U U’2 : điện áp thứ cấp quy đổi về sơ cấp, 2 2 I’2 : dòng điện thứ cấp quy đổi về sơ cấp, I’2 =I2 /k z’2 : tổng trở cuộn dây thứ cấp quy đổi về sơ cấp, 2 z’2 = k . z2 U ' k.U U 2 2 2 2 2 2 z'2 = k =k .z2 r’2 = k . r2 I'2 I 2 / k I 2 2 x’2 = k . x2
13. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA Sơ đồ tương đương MBA một pha trước khi quy đổi: I1 r1 jx1 I2 r2 jx2 rm U1 E1 E2 U2 ztải jxm Sơ đồ tương đương MBA một pha sau khi quy đổi: r1 r’2 << rm ’ I1 r1 jx1 I’2 r 2 jx’2 x1 x’2 << xm rm U1 E1 E’2 U’2 z’tải jxm
14. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. Tính toán các thông số r1 , x1 , r2(r’2), x2 (x’2), rm , xm. Qua hai thí nghiệm: - Thí nghiệm không tải MBA 1 pha. - Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha.
15. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 1. Thí nghiệm không tải MBA 1 pha. Io Po A W U1đm V Uo MBA thí nghiệm Sơ đồ tương đương MBA khi không tải ’ Io r1 jx1 r 2 jx’2 rm Uo E1 E’2 z jxm
16. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 1. Thí nghiệm không tải MBA 1 pha. Sơ đồ tương đương MBA khi không tải Io r1 jx1 rm Uo E1 E’2 z jxm ro = r1 + rm Io, Po Tổng trở MBA không tải zo xo = x1 + xm r o Điện trở MBA không tải ro U o Điện kháng MBA không tải xo jxo
17. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 1. Thí nghiệm không tải MBA 1 pha ( Uo = U1đm ). I P o, o Qua thí nghiệm có: Io , Po , Uo Uo ro z o I Uo o x Z2 r 2 0 0 0 jxo P0 r0 2 I0 r1 r’2 << rm ro = rm tổn thất MBA không tải = x1 x’2 << xm xo = xm tổn hao mạch từ Po = PFe Hệ số công suất MBA không tải: r0 P0 cos 0 z0 Uo.I0
18. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 2. Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha. In=I1đm Pn A1 W I2đm U V Un A2 Variac MBA thí nghiệm Sơ đồ tương đương MBA khi ngắn mạch ’ In r1 jx1 r 2 jx’2 rm Un E1 E’2 jxm
19. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 2. Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha. Sơ đồ tương đương MBA khi ngắn mạch ’ In r1 jx1 r 2 jx’2 rm r1 r’2 << rm Un Do jxm x1 x’2 << xm ’ I r1 jx1 r jx’ n 2 2 r + r’ = r Đặt 1 2 n Un x1 + x’2 = xn In rn jxn r1 = r’2 = rn/ 2 Un x1 = x’2 = xn/ 2
20. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 2. Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha ( In = I1đm ). r jx In , Pn n n Un Qua thí nghiệm có: In , Pn , Un r1 = r’2 = rn/ 2 Un zn I 2 2 x1 = x’2 = xn/ 2 n x Z r n n n 2 Pn r2 = r’2/ k rn 2 In 2 x2 = x’2/ k rn Pn Hệ số công suất MBA ngắn mạch cos n zn Un .In tổn thất MBA ngắn mạch = tổn hao dây quấn Pn= PCu
21. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 3. Độ biến thiên điện áp thứ cấp U2 : điện áp thứ cấp khi có tải. Độ biến thiên điện áp thứ cấp: U2 U2đm U2 Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm: U U U U U% 2đm 2 100 1đm 1 100 U2đm U1đm U% (Unr % cos 2 Unx % sin 2 ) Điện áp ngắn mạch U (V) n U (V) U (%) n 100 Điện áp ngắn mạch phần trăm Un (%) n U1đm Điện áp ngắn mạch thành phần điện trở Unr (%), điện kháng Unx (%) Unr (V) In .rn Unr (%) x100 x100 Unr (V) In .rn Unr U n .cos n U1đm U1đm U (V) I .x U U .sin nx n n Unx (V) In .xn nx n n Unx (%) x100 x100 U1đm U1đm
22. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 3. Độ biến thiên điện áp thứ cấp I I2  là hệ số tải  1  I1đm I2đm Cos 2 : hệ số công suất của tải + Nếu tải trở : Cos 2 = 1, sin 2 = 0, + Nếu tải cảm : Cos 2 > 0, sin 2 > 0, Sụt áp I trễ pha so với U, Cos 2 trễ + Nếu tải dung : 2 2 Cos > 0, sin < 0, Tăng áp I sớm pha so với U, Cos 2 sớm
23. V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 4. Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp + Tổn hao MBA bao gồm : Tổn hao dây quấn PCu: tổn hao đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn= PCu Tổn hao mạch từ PFe: tổn hao đo được trong thí nghiệm không tải Po= PFe 2 Tổng tổn hao MBA : P = P o +  Pn Công suất tác dụng phần sơ cấp và thứ cấp của MBA : P1, P2 P1 = P2 + P + Hiệu suất MBA : P2 Sđm cos 2 % 100 2 x100 P1 Sđm cos 2 P0  Pn
24. Bài 1 : Cuộn dây cao áp của một máy biến áp có điện áp định mức là 480 V và có 400 vòng. Cuộn hạ áp có bao nhiêu vòng nếu điện áp định mức là 120 V. Bài 2 : Một điện trở 5 ohm được nối vào cuộn thứ cấp 120 V của một biến áp hạ áp. Nếu dòng điện cuộn sơ cấp là 6 A thì điện áp cuộn sơ cấp là bao nhiêu? Bài 3 : Một máy biến áp 1000 kVA; 24000/2400 V, hoạt động ở 40 V/vòng. Tìm số vòng mỗi cuộn dây và dòng định mức của mỗi cuộn. Bài 4 : Một máy biến áp cung cấp một tải 30 A ở 240 V. Nếu điện áp sơ cấp là 2400 V, tính dòng điện phía sơ cấp.