Giáo trình Máy điện (Phần 1) - Bùi tấn Lợi

71 trang ngocly 3380

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Máy điện (Phần 1) - Bùi tấn Lợi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_may_dien_phan_1_dai_hoc_da_nang.pdf

Nội dung text: Giáo trình Máy điện (Phần 1) - Bùi tấn Lợi

ÂAÛI HOÜC ÂAÌ NÀÔNG TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA KHOA ÂIÃÛN BÄÜ MÄN : ÂIÃÛN CÄNG NGHIÃÛP ¶ · MAÏY ÂIÃÛN 1 Nàm 2005
1 Låìi noïi âáöu Maïy âiãûn nghiãn cæïu nhæîng æïng duûng cuía caïc hiãûn tæåüng âiãûn tæì nhàòm biãún âäøi nàng læåüng. Maïy âiãûn laì pháön tæí quan troüng nháút cuía báút kyì thiãút bë âiãûn nàng naìo. Noï âæåüc sæí duûng räüng raîi trong dán duûng, näng nghiãûp, cäng nghiãûp, giao thäng váûn taíi, caïc hãû âiãöu khiãøn vaì tæû âäüng âiãöu chènh, khäúng chãú. Âiãûn nàng âæåüc sæí duûng räüng raîi trong moüi laînh væûc vç caïc æu âiãøm sau: • Âiãûn nàng âæåüc saín xuáút táûp trung våïi nguäön cäng suáút låïn. • Âiãûn nàng coï thãø truyãön taíi âi xa våïi hiãûu suáút cao. • Âiãûn nàng dãù daìng biãún âäøi thaình caïc caïc daûng nàng læåüng khaïc. • Nhåì âiãûn nàng coï thãø tæû âäüng hoaï moüi quaï trçnh saín xuáút, náng cao nàng suáút lao âäüng. Âiãûn nàng tuy âæåüc phaït hiãûn cháûm hån caïc nàng læåüng khaïc, nhæng våïi viãûc phaït hiãûn vaì sæí duûng âiãûn nàng âaî thuïc âáøy caïch maûng khoa hoüc cäng nghãû tiãún nhæ vuî baîo sang kyî nguyãn âiãûn khê hoaï vaì tæû âäüng hoaï. Vaìo cuäúi thãú kyí 19, ngaình kyî thuáût âiãûn tæí ra âåìi vaì giæîa thãú kyí 20 chãú taûo âæåüc linh kiãûn âiãûn tæí cäng suáút coï âiãöu khiãøn, tæì doï âiãûn tæí cäng suáút phaït triãùn âaî thuïc âáøy vaì laìm thay âäøi táûn gäúc rãù laînh væûc kyî thuáût âiãûn. Kyî thuáût âiãûn vaì kyî thuáût âiãûn tæí hoaì nháûp phaït triãùn, cuìng våïi cäng nghãû thäng tin âaî âæa nãön saín xuáút xaî häüi sang giai âoaûn kinh tãú tri thæïc. Maïy âiãûn cuîng khäng âæïng ngoaìi sæû phaït triãùn âáúy. Giaïo trçnh Maïy âiãûn I naìy gäöm ba pháön : Pháön I cung cáúp caïc kiãún thæïc vãö maïy biãún aïp. Pháön II cung cáúp caïc kiãún thæïc chung vãö maïy âiãûn xoay chiãöu. Pháön III cung cáúp caïc kiãún thæïc nguyãn lyï, cáúu taûo, âàûc tênh vaì æïng duûng cuía maïy âiãûn khäng âäöng bäü. Giaïo trçnh Maïy âiãûn I âæåüc biãn soaûn dæûa trãn kinh nghiãûm giaíng daûy nhiãöu nàm åí nhoïm chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp - Khoa Âiãûn - Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Âaûi Hoüc Âaì Nàông vaì tham khaío giaïo trçnh cuía caïc træåìng baûn. Âáy laì giaïo trçnh âæa lãn maûng nhàòm giuïp cho sinh viãn chuyãn ngaình âiãûn laìm taìi liãûu tham khaío vaì hoüc táûp. Do trçnh âäü coï haûn, giaïo trçnh Maïy âiãûn I khäng traïnh khoíi thiãúu soït, xin hoan nghãnh moüi sæû goïp yï cuía baûn âoüc. Caïc yï kiãún âoïng goïp xin gåíi vãö taïc giaí åí nhoïm chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp - Khoa Âiãûn - Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Âaûi Hoüc Âaì Nàông. Buìi Táún Låüi
2 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Chæång 0 KHAÏI NIÃÛM CHUNG VÃÖ MAÏY ÂIÃÛN 0.1 ÂËNH NGHÉA VAÌ PHÁN LOAÛI 0.1.1. Âënh nghéa. Maïy âiãûn laì thiãút bë âiãûn tæì, nguyãn lyï laìm viãûc dæûa vaìo hiãûn tæåüng caím æïng âiãûn tæ,ì vãö cáúu taûo gäöm maûch tæì (loîi theïp) vaì maûch âiãûn (dáy quáún), duìng âãø biãún âäøi caïc daûng nàng læåüng nhæ cå nàng thaình âiãûn nàng (maïy phaït âiãûn) hoàûc ngæåüc laûi nhæ âiãûn nàng thaình cå nàng (âäüng cå âiãûn), hoàûc duìng âãø biãún âäøi caïc thäng säú âiãûn nàng nhæ âiãûn aïp, doìng âiãûn, táön säú, säú pha 0.1.2. Phán loaûi maïy âiãûn. Maïy âiãûn coï nhiãöu loaûi vaì coï nhiãöu caïch phán loaûi khaïc nhau. ÅÍ âáy ta phán loaûi maïy âiãûn dæûa vaìo nguyãn lyï biãún âäøi nàng læåüng nhæ sau : 1. Maïy âiãûn ténh : Maïy âiãûn ténh laìm viãûc dæûa vaìo hiãûn tæåüng caím æïng âiãûn tæì, do sæû biãún âäøi tæì thäng trong caïc cuäün dáy khäng coï sæû chuyãøn âäüng tæång âäúi våïi nhau. Maïy âiãûn ténh thæåìng duìng âãø biãún âäøi caïc thäng säú âiãûn nàng nhæ maïy biãún aïp biãún âiãûn aïp xoay chiãöu thaình âiãûn aïp xoay chiãöu coï giaï trë khaïc, 2. Maïy âiãûn quay (hoàûc coï loaûi chuyãøn âäüng thàóng): Maïy âiãûn quay laìm viãûc dæûa vaìo hiãûn tæåüng caím æïng âiãûn tæì, læûc âiãûn tæì do tæì træåìng vaì doìng âiãûn trong caïc cuäün dáy gáy ra. Loaûi maïy náöy duìng âãø biãún âäøi daûng nàng læåüng nhæ cå nàng thaình âiãûn nàng (maïy phaït âiãûn) hoàûc ngæåüc laûi nhæ âiãûn nàng thaình cå nàng (âäüng cå âiãûn). Quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng náöy coï tênh thuáûn nghëch nghéa laì maïy âiãûn coï thãø laìm viãûc åí chãú âäü maïy phaït âiãûn hoàûc âäüng cå âiãûn. Så âäö phán loaûi maïy âiãûn thæåìng gàûp:
3 Maïy âiãûn Maïy âiãûn ténh Maïy âiãûn quay Maïy âiãûn xoay chiãöu Maïy âiãûn mäüt chiãöu Maïy âiãûn Maïy âiãûn âäöng bäü khäng âäöng bäü Maïy Âäüng Maïy Âäüng Maïy Âäüng phaït cå phaït cå âiãûn phaït cå Ma ïy âiãûn âiãûn âiãûn khäng âiãûn âiãûn âäöng âäöng khäng âäöng mäüt mäüt biã ún aïp bäü bäü âäöng bäü bäü chiãöu chiãöu 0.2 CAÏC ÂËNH LUÁÛT ÂIÃÛN TÆÌ CÅ BAÍN DUÌNG TRONG MAÏY ÂIÃÛN Trong nghiãn cæïu maïy âiãûn ta thæåìng duìng caïc âënh luáût sau: âënh luáût caím æïng âiãûn tæì, âënh luáût læûc âiãûn tæì vaì âënh luáût maûch tæì. Caïc âënh luáût náöy âaî âæåüc trçnh baìy trong giaïo trçnh váût lyï, åí âáy nãu laûi nhæîng âiãøm chênh aïp duûng cho nghiãn cæïu maïy âiãûn. 0.2.1. Âënh luáût caím æïng âiãûn tæì 1. Træåìng håüp tæì thäng xuyãn qua voìng dáy biãún thiãn. Khi tæì thäng Φ = Φ(t) xuyãn qua voìng dáy biãún thiãn trong voìng dáy seî caím æïng sæïc âiãûn âäüng (sââ) e(t). Sââ âoï coï chiãöu sao cho doìng âiãûn do noï sinh ra taûo ra tæì thäng chäúng laûi sæû biãún thiãn cuía tæì thäng sinh ra noï (hçnh 0.1). Sââ caím æïng trong mäüt voìng dáy âæåüc tênh theo Φ cäng thæïc Màõcxoen : dΦ e e = − [V] (0.1) dt Nãúu cuäün dáy coï N voìng, sââ caím æïng laì: dΦ dΨ e= − N = − (0.2) dt dt Hçnh 0.1 Chiãöu dæång sââ trong âoï, Ψ =N Φ [Wb] goüi laì tæì thäng moïc voìng caím æïng phuì håüp våïi tæì thäng theo qui tàõc vàûn nuït chai cuía cuäün dáy
4 2. Træåìng håüp thanh dáùn chuyãøn âäüng trong tæì træåìng. Khi thanh dáùn chuyãøn âäüng thàóng goïc våïi âæåìng sæïc tæì træåìng (âáy laì træåìng håüp thæåìng gàûp nháút trong maïy âiãûn), trong thanh dáùn caím æïng sââ coï trë säú laì: e = Blv (0.3) trong âoï : B: cæåìng âäü tæì caím [T]. l : chiãöu daìi taïc duûng cuía thanh dáùn [m]. Hçnh 0.2 Xaïc âënh sââ caím æïng v: täúc âäü daìi thanh dáùn [m/s] theo qui tàõc baìn tay phaíi Coìn chiãöu sââ caím æïng xaïc âënh theo qui tàõc baìn tay phaíi (hçnh 0.2). 0.2.2. Âënh luáût læûc âiãûn tæì. Khi thanh dáùn mang doìng âiãûn âàût thàóng goïc våïi âæåìng sæïc tæì træåìng, thanh dáùn seî chëu mäüt læûc i âiãûn tæì taïc duûng coï trë säú laì: f = Bil (0.4) Trong âoï, B : cæåìng âäü tæì caím, [T]. i : doìng âiãûn chaûy trong thanh dáùn, [A]. l : chiãöu daìi thanh dáùn, [m]. f : læûc âiãûn tæì âo bàòng Niuton, [N] Hçnh 0.3 Xaïc âënh læûc âiãûn tæì Chiãöu cuía læûc âiãûn tæì f âæåüc xaïc âënh theo qui tàõc theo qui tàõc baìn tay traïi baìn tay traïi (hçnh 0.3). 0.2.3. Âënh luáût maûch tæì. Tênh toaïn maûch tæì. 1. Âënh luáût maûch tæì: Loîi theïp cuía maïy âiãûn laì maûch tæì. Maûch tæì laì maûch kheïp kên duìng âãø dáùn tæì thäng. Âënh luáût maûch tæì laì âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön aïp duûng vaìo maûch tæì. Näüi dung cuía âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön nhæ sau: i i i3 r 1 2 H i l ,S r i l(L) 1 1 1 ld N N1 l ,S 2 2 (L) i2 N2 Hçnh 0.4 Minh hoüa âënh Hçnh 0.5 Maûch tæì âäöng Hçnh 0.6 Maûch tæì coï khe håí luáût doìng âiãûn toaìn pháön nháút coï mäüt cuäün dáy khäng khê vaì hai cuäün dáy
5 r Nãúu H laì vectå cæåìng âäü tæì træåìng do mäüt táûp håüp doìng âiãûn i1, i2, ik, , in. taûo ra vaì nãúu L laì mäüt âæåìng cong kên bao quanh chuïng thç: r r ∫ Hdl= ∑ ik (L) r Våïi ld laì âäü dåìi vi phán trãn (L) .(hçnh 0.4). Dáúu cuía ik xaïc âënh theo qui tàõc r vàûn nuït chai: Quay caïi vàûn nuït chai theo chiãöu ld , chiãöu tiãún cuía vàûn nuït chai truìng våïi chiãöu doìng âiãûn ik thç doìng âiãûn ik mang dáúu dæång, coìn ngæåüc laûi láúy dáúu ám. Âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön aïp duûng vaìo maûch tæì âäöng nháút coï mäüt cuäün dáy nhæ hçnh 0.5, ta coï nhæ sau: H.l = Ni = F B 1 l Våïi: Hl = l = Φ =R Φ μ μ S μ Váûy Hl= Rμ Φ = Ni= F (0.5) Trong âoï: H[At/m]: Cæåìng âäü tæì træåìng trong maûch tæì. B=μH [T] : Tæì caím (máût âäü tæì thäng) trong maûch tæì. μ = μr μo [H/m]: Âäü tæì tháøm tuyãût âäúi cuía maûch tæì. -7 μo = 4π.10 [H/m] : âäü tæì tháøm cuía khäng khê. μr =μ /μo : Âäü tæì tháøm tæång âäúi cuía maûch tæì. L[m] : Chiãöu daìi trung bçnh cuía maûch tæì. N: Säú voìng dáy cuía cuäün dáy. I[A]: goüi laì doìng âiãûn tæì hoïa, taûo ra tæì thäng cho maûch tæì. F = Ni [At/m]: goüi laì sæïc tæì âäüng (stâ) H.l : goüi laì tæì aïp råi trong maûch tæì. S[m2] : tiãút diãûn ngang cuía maûch tæì. 1 l R = [At/Wb] tæì tråí cuía maûch tæì. μ μ S Cuîng aïp duûng âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön vaìo maûch tæì gäöm hai âoaûn coï hiãöu daìi l1 vaì l2 tiãút diãûn S1 vaì S2, hçnh 0.6, ta coï: H1.l1 - H2.l2 = N1.i1 - N2.i2 Trong âoï: H1,H2[At/m]: Cæåìng âäü tæì træåìng tæång æïng trong âoaûn maûch tæì 1, 2. l1, l2[m] : Chiãöu daìi trung bçnh cuía âoaûn maûch tæì 1, 2ì. i1.N1,i2.N2 [At]: Stâ cuía cuäün dáy 1, 2. Mäüt caïch täøng quaït, maûch tæì gäöm m âoaûn gheïp näúi tiãúp âënh luáût maûch tæì âæåüc viãút:
6 m m n n ∑Hj l j = ∑ R μ j Φ = ∑Nk i k = ∑ Fk = F (0.6) j= 1 j= 1 k= 1 k= 1 trong âoï, doìng âiãûn ik naìo coï chiãöu phuì håüp våïi chiãöu tæì thäng Φ âaî choün theo qui tàõc vàûn nuït chai seî mang dáúu dæång, coìn ngæåüc laûi seî mang dáúu ám; j - chè säú tãn âoaûn maûch tæì; k - chè säú tãn cuäün dáy coï doìng âiãûn. 2. Tênh toaïn maûch tæì: Viãûc tênh toaïn maûch tæì thæåìng gàûp hai loaûi baìi toaïn sau : Baìi toaïn thuáûn : Cho biãút tæì thäng Φ, tçm stâ F = Ni âãø taûo ra tæì thäng âoï. Caïch giaíi : Tiãún haình gäöm ba bæåïc sau :(xeït maûch tæì gäöm j âoaûn näúi tiãúp, tæì thäng Φ bàòng nhau åí moüi tiãút diãûn Sj trong caïc âoaûn maûch tæì ). Bæåïc 1: Tênh tæì caím mäùi âoaûn maûch tæì : Bj = Φ/Sj ; j laì chè säú tãn âoaûn maûch tæì. Suy ra cæåìng âäü tæì træåìng Hj nhæ sau: Nãúu âoaûn maûch tæì laì váût liãûu sàõt tæì, tra âæåìng cong tæì hoïa B = f(H) âãø tçm H. Nãúu âoaûn maûch tæì laì khe håí khäng khê thç H0 = B0/μo . Bæåïc 2: Suy ra stâ täøng âãø taûo ra tæì thäng Φ tæì cäng thæïc (0.6): m F= ∑ Hj l j (0.7) j= 1 Bæåïc 3: Tuìy theo baìi toaïn maì ta tçm âæåüc doìng âiãûn i hoàûc säú voìng dáy W. Baìi toaïn ngæåüc : Biãút stâ F, tçm tæì thäng Φ. Loaûi baìi toaïn náöy phæïc taûp. Do váût liãûu tæì coï âäü tæì tháøm μ phuû thuäüc tæì thäng Φ nãn tæì tråí Rμ cuîng phuû thuäüc Φ. Vç chæa biãút Φ nãn cuîng chæa biãút R. Phæång trçnh (0.6) tråí thaình: m ∑R()Fμj Φ Φ = (Φ) (0.8). j= 1 Âáy laì phæång trçnh phi tuyãún, thæåìng duìng phæång phaïp gáön âuïng âãø giaíi. 0.3. CAÏC VÁÛT LIÃÛU CHÃÚ TAÛO MAÏY ÂIÃÛN Váût liãûu chãú taûo maïy âiãûn gäöm váûy liãûu cáúu truïc, váût liãûu taïc duûng vaì váût liãûu caïch âiãûn. Váût liãûu cáúu truïc laì váût liãûu âãø chãú taûo caïc chi tiãút chëu caïc taïc âäüng cå hoüc nhæ truûc, äø truûc, thán maïy, nàõp. Váût liãûu taïc duûng laì váût liãûu duìng âãø chãú taûo nhæîng bäü pháûn dáùn âiãûn vaì tæì. Coìn váût liãûu caïch âiãûn duìng âãø caïch âiãûn giæîa pháön dáùn âiãûn våïi khäng dáùn âiãûn vaì giæîa caïc pháön dáùn âiãûn våïi nhau. 0.3.1. Váût liãûu dáùn âiãûn Váût liãûu dáùn âiãûn âãø chãú taûo maïy âiãûn täút nháút laì âäöng vç chuïng khäng âàõt làõm vaì coï âiãûn tråí suáút nhoí. Ngoaìi ra coìn duìng nhäm vaì caïc håüp kim khaïc nhæ âäöng
7 thau, âäöng phäútpho. Dáy âäöng hoàûc dáy nhäm âæåüc chãú taûo theo tiãút âiãûn troìn hoàûc tiãút âiãûn chæî nháût coï boüc caïch âiãûn. Våïi nhæîng maïy coï cäng suáút nhoí vaì trung bçnh, âiãûn aïp dæåïi 1000V thæåìng duìng dáy dáùn boüc ãmay vç låïp caïch âiãûn cuía noï moíng vaì âaût âäü bãön yãu cáöu. 0.3.2. Váût liãûu dáùn tæì Váût liãûu dáùn tæì trong maïy âiãûn laì váût liãûu sàõt tæì nhæ theïp kyî thuáût âiãûn, gang, theïp âuïc, theïp reìn ÅÍ caïc pháön dáùn tæì coï tæì thäng biãún âäøi våïi táön säú 50Hz thæåìng duìng theïp laï kyî thuáût âiãûn daìy 0,35 ÷ 1mm, trong thaình pháön theïp coï tæì 2 ÷ 5% silêc âãø tàng âiãûn tråí cuía theïp, giaím doìng âiãûn xoaïy. Theïp kyî thuáût âiãûn âæåüc chãú taûo bàòng phæång phaïp caïn noïng hoàûc caïn nguäüi. Hiãûn nay thæåìng duìng theïp caïn nguäüi âãø chãú taûo caïc maïy âiãûn vç theïp caïn B nguäüi coï âäü tæì tháøm cao hån vaì 2.0 suáút täøn hao nhoí hån theïp caïn Theïp KTÂ noïng. Trãn hçnh 0.7 trçnh baìy 1.6 âæåìng cong tæì hoaï cuía mäüt säú Theïp âuïc 1.2 váût liãûu dáùn tæì khaïc nhau. Cuìng mäüt doìng âiãûn kêch tæì, ta tháúy 0.8 theïp kyî thuáût âiãûn coï tæì caím låïn Gang nháút, sau âoï laì theïp âuïc vaì cuäúi 0.4 cuìng laì gang. H ÅÍ caïc pháön dáùn tæì coï tæì 500 1000 1500 2000 2500 3000 thäng khäng âäøi thæåìng duìng Hçnh 0.7 Âæåìng cong tæì hoïa cuía mäüt säú váût liãûu tæì theïp âuïc, theïp reìn, hoàûc theïp laï. 0.3.3. Váût liãûu caïch âiãûn Váût liãûu caïch âiãûn trong maïy âiãûn phaíi coï cæåìng âäü caïch âiãûn cao, chëu nhiãût täút, taín nhiãût täút, chäúng áøm vaì bãön vãö cå hoüc. Caïch âiãûn boüc dáy dáùn chëu âæåüc nhiãût âäü cao thç nhiãût âäü cho pheïp cuía dáy dáùn caìng låïn vaì dáy dáùn chëu âæåüc doìng taíi låïn. Cháút caïch âiãûn cuía maïy âiãûn pháön låïn åí thãø ràõn vaì gäöm coï 4 nhoïm: a) Cháút hæîu cå thiãn nhiãn nhæ giáúy, luûa b) Cháút vä cå nhæ amiàng, mica, såüi thuíy tinh. c) Caïc cháút täøng håüp. d) Caïc loaûi men vaì sån caïch âiãûn. Cháút caïch âiãûn täút nháút laì mica nhæng âàõt. Giáúy, vaíi, såüi reí nhæng dáùn nhiãût vaì caïch âiãûn keïm, dãù bë áøm. Vç váûy chuïng phaíi âæåüc táøm sáúy âãø caïch âiãûn täút hån.
8 Càn cæï âäü bãön nhiãût, váût liãûu caïch âiãûn âæåüc chia ra caïc cáúp nhæ sau: - Cáúp Y : Nhiãût âäü cho pheïp laì 900C, bao gäöm bäng, giáúy, vaíi, tå luûa, såüi täøng håüp, khäng âæåüc táøm sáúy bàòng sån caïch âiãûn. - Cáúp A : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1050C, bao gäöm vaíi såüi xenlulä, såüi tæû nhiãn hoàûc nhán taûo âæåüc qua táøm sáúy bàòng sån caïch âiãûn. - Cáúp E : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1200C, bao gäöm maìng vaíi, såüi täøng håüp gäúc hæîu cå coï thãø chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp B : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1300C, bao gäöm caïc váût liãûu gäúc mica, såüi thuíy tinh hoàûc amiàng âæåüc liãûn kãút bàòng sån hoàûc nhæûa gäúc hæîu cå coï thãø chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp F : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1550C, giäúng nhæ loaûi B nhæng âæåüc táøm sáúy vaì kãút dênh bàòng sån hoàûc nhæûa täøng håüp coï thãø chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp H : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1800C, giäúng nhæ cáúp B nhæng duìng sån táøm sáúy hoàûc cháút kãút dênh gäúc silic hæîu cå hoàûc caïc cháút täøng håüp coï khaí nàng chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp C : Nhiãût âäü cho pheïp laì >1800C, bao gäöm caïc váût liãûu gäúc mica, thuíy tinh vaì caïc håüp cháút cuía chuïng duìng træûc tiãúp khäng coï cháút liãn kãút. Caïc cháút vä cå coï phuû gia liãn kãút bàòng hæîu cå vaì caïc cháút täøng håüp coï khaí nàng chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. Ngoaìi ra coìn coï cháút caïch âiãûn åí thãø khê (khäng khê) vaì thãø loíng (dáöu biãún aïp). Khi maïy âiãûn laìm viãûc, do taïc âäüng cuía nhiãût âäü, cháún âäüng vaì caïc taïc âäüng lyï hoïa khaïc caïch âiãûn seî bë laîo hoïa nghéa laì máút dáön caïc tênh bãön vãö âiãûn vaì cå. Thæûc nghiãûm cho biãút, khi nhiãût âäü tàng quaï nhiãût âäü laìm viãûc cho pheïp 8-100C thç tuäøi tho cuía váût liãûu caïch âiãûn giaím âi mäüt næía. 0.4. PHAÏT NOÏNG VAÌ LAÌM MAÏT MAÏY ÂIÃÛN Trong quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng luän coï sæû täøn hao. Täøn hao trong maïy âiãûn gäöm täøn hao sàõt tæì (do hiãûn tæåüng tæì trãù vaì doìng xoaïy) trong theïp, täøn hao âäöng trong dáy quáún vaì täøn hao do ma saït (åí maïy âiãûn quay). Táút caí caïc täøn hao nàng læåüng âãöu biãún thaình nhiãût laìm cho maïy âiãûn noïng lãn. Âãø laìm maït maïy âiãûn, phaíi coï biãûn phaïp taín nhiãût ra mäi træåìng xung quanh. Sæû taín nhiãût khäng nhæîng phuû thuäüc vaìo bãö màût laìm maït cuía maïy maì coìn phuû thuäüc vaìo sæû âäúi læu khäng khê xung quanh hoàûc cuía mäi træåìng laìm maït khaïc nhæ dáöu maïy biãún aïp Thæåìng voí maïy âiãûn âæåüc chãú taûo coï caïc caïnh taín nhiãût vaì maïy âiãûn coï hãû thäúng quaût gioï âãø laìm maït. Kêch thæåïc cuía maïy, phæång phaïp laìm maït phaíi âæåüc tênh toaïn vaì læûa choün âãø cho âäü tàng nhiãût cuía váût liãûu caïch âiãûn trong maïy khäng væåüt quaï âäü tàng nhiãût
9 cho pheïp, âaím baío cho váût liãûu caïch âiãûn laìm viãûc láu daìi, tuäøi thoü cuía maïy khoaíng 20 nàm. Khi maïy âiãûn laìm viãûc åí chãú âäü âënh mæïc, âäü tàng thiãût cuía caïc pháön tæí khäng væåüt quaï âäü tàng nhiãût cho pheïp. Khi maïy quaï taíi âäü tàng nhiãût cuía maïy seî væåüt quaï nhiãût âäü cho pheïp, vç thãú khäng cho pheïp maïy laìm viãûc quaï taíi láu daìi. 0.5. PHÆÅNG PHAÏP NGHIÃN CÆÏU MAÏY ÂIÃÛN Viãûc nghiãn cæïu maïy âiãûn gäöm caïc bæåïc sau: 1. Mä taí caïc hiãûn tæåüng váût lyï xaíy ra trong maïy âiãûn. 2. Dæûa vaìo caïc âënh luáût váût lyï, viãút phæång trçnh toaïn hoüc mä taí sæû laìm viãûc cuía maïy âiãûn. Âoï laì mä hçnh toaïn cuía maïy âiãûn. 3. Tæì mä hçnh toaïn thiãút láûp mä hçnh maûch, âoï laì så âäö thay thãú cuía maïy âiãûn. 4. Tæì mä hçnh toaïn vaì mä hçnh maûch, tênh toaïn caïc âàûc tênh vaì nghiãn cæïu maïy âiãûn, khai thaïc sæí duûng theo caïc yãu cáöu cuû thãø. ] R R ^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Pháön I MAÏY BIÃÚN AÏP Chæång 1 NGUYÃN LYÏ VAÌ CÁÚU TAÛO M.B.A 1.1 KHAÏI NIÃÛM CHUNG VÃÖ M.B.A 1.1.1. Vai troì vaì cäng duûng. Âãø dáùn âiãûn tæì nhaì maïy phaït âiãûn âãún häü tiãu thuû cáön phaíi coï âæåìng dáy taíi âiãûn (hçnh 1.1). Nãúu khoaíng caïch tæì nåi saín xuáút âiãûn âãún häü tiãu thuû låïn, mäüt váún âãö âàût ra laì viãûc truyãön taíi âiãûn nàng âi xa laìm sao cho kinh tãú nháút. MBA MBA Maïy phaït âiãûn tàng aïp gèam aïp Â Z taíi âiãûn Häü tiãu ∼ thuû âiãûn Hçnh 1.1 Så âäö cung cáúp âiãûn âån giaín Ta coï, doìng âiãûn truyãön taíi trãn âæåìng dáy: I = P/(Ucosϕ) Vaì täøn hao cäng suáút trãn âæåìng dáy: 2 2 2 2 ΔP = Râ I = RdP /(U cos ϕ) Trong âoï: P laì cäng suáút truyãön taíi trãn âæåìng dáy; U laì âiãûn aïp truyãön taíi cuía læåïi âiãûn; Rd laì âiãûn tråí âæåìng dáy taíi âiãûn vaì cosϕ laì hãû säú cäng suáút cuía læåïi âiãûn, coìn ϕ laì goïc lãûch pha giæîa doìng âiãûn I vaì âiãûn aïp U. Tæì caïc cäng thæïc trãn cho ta tháúy, cuìng mäüt cäng suáút truyãön taíi trãn âæåìng dáy, nãúu âiãûn aïp truyãön taíi caìng cao thç doìng âiãûn chaûy trãn âæåìng dáy seî caìng beï, do âoï troüng læåüng vaì chi phê dáy dáùn seî giaím xuäúng, tiãút kiãûm âæåüc kim loaûi maìu, âäöng thåìi täøn hao nàng læåüng trãn âæåìng dáy seî giaím xuäúng. Vç thãú, muäún truyãön
2 taíi cäng suáút låïn âi xa êt täøn hao vaì tiãút kiãûm kim loaûi maìu ngæåìi ta phaíi duìng âiãûn aïp cao, thæåìng laì 35, 110, 220, 500kV. Trãn thæûc tãú caïc maïy phaït âiãûn chè phaït ra âiãûn aïp tæì 3 ÷ 21kV, do âoï phaíi coï thiãút bë tàng âiãûn aïp åí âáöu âæåìng dáy. Màût khaïc caïc häü tiãu thuû thæåìng yãu cáöu âiãûn aïp tháúp, tæì 0.4 ÷ 6kV, vç váûy cuäúi âæåìng dáy phaíi coï thiãút bë giaím âiãûn aïp xuäúng. Thiãút bë duìng âãø tàng âiãûn aïp åí âáöu âæåìng dáy vaì giaím âiãûn aïp cuäúi âæåìng dáy goüi laì maïy biãún aïp (MBA). 1.1.2. Âënh nghéa. Maïy biãún aïp laì thiãút bë âiãûn tæì ténh, laìm viãûc theo nguyãn lyï caím æïng âiãûn tæì, duìng âãø biãún âäøi mäüt hãû thäúng doìng âiãûn xoay chiãöu åí âiãûn aïp náöy thaình mäüt hãû thäúng doìng âiãûn xoay chiãöu åí âiãûn aïp khaïc, våïi táön säú khäng thay âäøi. 1.2. NGUYÃN LYÏ LAÌM VIÃÛC CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP LYÏ TÆÅÍNG Maïy biãún aïp lyï tæåíng coï caïc tênh cháút nhæ sau : 1. Cuäün dáy khäng coï âiãûn tråí. 2. Tæì thäng chaûy trong loîi theïp moïc voìng våïi hai dáy quáún, khäng coï tæì thäng taín vaì khäng coï täøn hao trong loîi theïp. 3. Âäü tæì tháøm cuía theïp ráút låïn (μ = ∞), nhæ váûy doìng tæì hoaï cáön phaíi coï âãø sinh ra tæì thäng trong loîi theïp laì ráút nhoí khäng âaïng kãø, do váûy stâ cáön âãø sinh ra tæì thäng trong loîi theïp cho bàòng khäng. Hçnh 1.2 veî så âäö nguyãn lyï cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún. Dáy quáún 1 coï N1 voìng dáy âæåüc näúi våïi nguäön âiãûn aïp xoay chiãöu u1, goüi laì dáy quáún så cáúp. Kyï hiãûu caïc âaûi læåüng phêa dáy quáún så cáúp âãöu coï con säú 1 keìm theo nhæ u1, i1, e1, Dáy quáún 2 coï N2 voìng dáy cung cáúp âiãûn cho phuû taíi Zt, goüi laì dáy quáún thæï cáúp. Kyï hiãûu caïc âaûi læåüng phêa dáy quáún thæï cáúp âãöu coï con säú 2 keìm theo nhæ u2, i2 , e2, Âàût âiãûn aïp xoay chiãöu u1 vaìo dáy quáún så, trong dáy quáún så seî coï doìng i1. Trong loîi theïp seî coï tæì thäng Φ moïc voìng våïi caí hai dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp, caím æïng ra caïc sââ e1 vaì e2. Khi MBA coï taíi, trong dáy quáún thæï seî coï doìng âiãûn i2 âæa ra taíi våïi âiãûn aïp laì u2. Tæì thäng Φ moïc voìng våïi caí hai dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp goüi laì tæì thäng chênh. Giaí thæí âiãûn aïp u1 sin nãn tæì thäng Φ cuîng biãún thiãn sin, ta coï: Φ = Φ m sinω t (1.3) Theo âënh luáût caím æïng âiãûn tæì, caïc sââ caím æïng e1, e2 sinh ra trong dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp MBA laì: dΦ e= − N = ωN Φ sin( ω t − 900 ) = 2E sin(ω t − 900 ) (1.4) 1 1 dt 1 m 1
3 dΦ e= − N = ωN Φ sin( ω t − 900 ) = 2E sin(ω t − 900 ) (1.5) 2 2 dt 2 m 2 trong âoï, E1, E2 laì trë säú hiãûu duûng cuía sââ så cáúp vaì thæï cáúp, cho båíi: ωN1 Φ m E1 = = π2fN1 Φ m = 4,44fN1 Φ m (1.6) 2 ωN2 Φ m E2 = = π2fN2 Φ m = 4,44fN2 Φ m (1.7) 2 Tè säú biãún aïp k cuía MBA: E N k =1 = 1 (1.8) E2 N 2 Φ Nãúu giaí thiãút MBA âaî cho laì MBA i2 i1 lyï tæåíng, nghéa laì boí qua suût aïp gáy ra Z do âiãûn tråí vaì tæì thäng taín cuía dáy ∼ u1 u2 t quáún thç E1 ≈ U1 vaì E2 ≈ U2 : U E N 1 ≈1 =1 = k (1.9) Hçnh 1-2. Så âäö nguyãn lyï cuía U 2 E2 N 2 MBA mäüt pha hai dáy quáún Nãúu boí qua täøn hao trong MBA thç: U1I1 = U2I2 Nhæ váûy, ta coï: U I 1 =1 = k (1.10) U 2 I2 Nãúu N2 > N1 thç U2 > U1 vaì I2 I1 : MBA giaím aïp 1.3. CÁÚU TAÛO MAÏY BIÃÚN AÏP Maïy biãún aïp coï caïc bäü pháûn chênh sau dáy : loîi theïp, dáy quáún vaì voí maïy. 1.3.1. Loîi theïp MBA. (a) (b) Hçnh 1.3 Maûch tæì MBA kiãøu loîi: a) mäüt pha. b) ba pha
4 Loîi theïp MBA duìng âãø dáùn tæì thäng, âæåüc chãú taûo bàòng caïc váût liãûu dáùn tæì täút, thæåìng laì theïp kyî thuáût âiãûn coï bãö daìy tæì 0,35 ÷ 1 mm, màût ngoaìi caïc laï theïp coï sån caïch âiãûn räöi gheïp laûi våïi nhau thaình loîi theïp. Loîi theïp gäöm hai pháön: Truû vaì Gäng (hçnh 1.3). Truû T laì pháön âãø âàût dáy quáún coìn gäng G laì pháön näúi liãön giæîa caïc truû âãø taûo thaình maûch tæì kên. 1.3.2. Dáy quáún MBA. (a) û (b)û (c)û (d)û Hçnh 1-4. Dáy quáún Maïy biãún aïp Nhiãûm vuû cuía dáy quáún MBA laì nháûn nàng læåüng vaìo vaì truyãön nàng læåüng ra. Dáy quáún MBA thæåìng laìm bàòng dáy dáùn âäöng hoàûc nhäm, tiãút diãûn troìn hay chæî nháût, bãn ngoaìi dáy dáùn coï boüc caïch âiãûn. Dáy quáún gäöm nhiãöu voìng dáy vaì läöng vaìo truû theïp. Giæîa caïc voìng dáy, giæîa caïc dáy quáún vaì giæîa dáy quáún vaì loîi theïp âãöu coï caïch âiãûn. Maïy biãún aïp thæåìng coï hai hoàûc nhiãöu dáy quáún. Khi caïc dáy quáún âàût trãn cuìng mäüt truû thç dáy quáún âiãûn aïp tháúp âàût saït truû theïp coìn dáy quáún âiãûn aïp cao âàût bãn ngoaìi. Laìm nhæ váûy seî giaím âæåüc váût liãûu caïch âiãûn. Dáy quáún MBA coï hai loaûi chênh nhæ : 1. Dáy quáún âäöng tám : åí dáy quáún âäöng tám tiãút diãûn ngang laì nhæîng voìng troìn âäöng tám. Nhæîng kiãøu dáy quáún âäöng tám chênh gäöm : Dáy quáún hçnh truû (hçnh 1.4a,b), duìng cho caí dáy quáún haû aïp vaì cao aïp; Dáy quáún hçnh xoàõnû (hçnh 1.4c), duìng cho dáy quáún haû aïp coï nhiãöu såüi cháûp; dáy quáún hçnh xoaïy äúc liãn tuûcû (hçnh 1.4d), duìng cho dáy quáún cao aïp, tiãút diãûn dáy dáùn chæî nháût . 2. Dáy quáún xem keí : Caïc baïmh dáy cao aïp vaì haû aïp láön læåüt xen keí nhau doüc theo truû theïp.
5 Hçnh 1-5 Maïy biãún aïp dáöu ba pha 16000kVA/110kV 1. moïc váûn chuyãøn; 2. Sæï cao aïp 110kV; 4. Sæï trung aïp 38.5kV; 5. Sæï haû aïp 10.5kV; 7. Äúng phoìng näø; 8. Bçnh giaîn dáöu; 10. Thæåïc chè dáöu; 12. Xaì eïp gäng; 13. Bçnh huït áøm; 16. Dáy quáún cao aïp; 18. Bäü loüc âäúi læu; 22. Voî thuìng; 23.Bäü taín nhiãût; 24. Caïp cáúp âiãûn cho âäüng cå; 25. Âäüng cå quûat gioï laìm maït. 26. Bäü truyãön âäüng chuyãøn maûch. 1.3.3. Voí MBA. Voí MBA laìm bàòng theïp gäöm hai bäü pháûn : thuìng vaì nàõp thuìng. 1. Thuìng MBA: Trong thuìng MBA (hçnh 1-5) âàût loîi theïp, dáy quáún vaì dáöu biãún aïp. Dáöu biãún aïp laìm nhiãûm vuû tàng cæåìng caïch âiãûn vaì taín nhiãût. Luïc MBA laìm viãûc, mäüt pháön nàng læåüng tiãu hao thoaït ra dæåïi daûng nhiãût laìm dáy quáún, loîi theïp vaì caïc bäü pháûn khaïc noïng lãn. Nhåì sæû âäúi læu trong dáöu vaì truyãön nhiãût tæì caïc bäü pháûn bãn trong MBA sang dáöu vaì tæì dáöu qua vaïch thuìng ra mäi træåìng xung quanh. 2. Nàõp thuìng MBA : Duìng âãø âáûy trãn thuìng vaì trãn âoï coï caïc bäü pháûn quan troüng nhæ: + Sæ ï ra cuía dáy quáún cao aïp vaì dáy quáún haû aïp. Laìm nhiãûm vuû caïch âiãûn. + Bçnh daîn dáöu (bçnh dáöu phuû) coï äúng thuíy tinh âãø xem mæïc dáöu.
6 + ÄÚng baío hiãøm : laìm bàòng theïp, thæåìng laìm thaình hçnh truû nghiãng, mäüt âáöu näúi våïi thuìng, mäüt âáöu bët bàòng mäüt âéa thuyí tinh. Nãúu vç lyï do naìo âoï, aïp suáút trong thuìng tàng lãn âäüt ngäüt, âéa thuyí tinh seî våî, dáöu theo âoï thoaït ra ngoaìi âãø MBA khäng bë hoíng. + Läù nhoí âàût nhiãût kãú. + Råle håi duìng âãø baío vãû MBA. + Bäü truyãön âäüng cáöu dao âäøi näúi caïc âáöu âiãöu chènh âiãûn aïp cuía dáy quáún cao aïp. Âãø hiãøu roî hån vãö MBA ta xem hiình daïng bãn ngoaìi MBA ba pha hai dáy quáún cäng suáút 250kVA, âiãûn aïp 22/0.4kV cuía nhaì maïy chãú taûo Thiãút Bë Âiãûn (hçnh 1.6). Hçnh 1.6 MBA dáöu ba pha, hai dáy quáún 1.4. CAÏC ÂAÛI LÆÅüNG ÂËNH MÆÏC CUÍA MBA Caïc âaûi læåüng âënh mæïc cuía MBA qui âënh âiãöu kiãûn kyî thuáût cuía maïy. Caïc âaûi læåüng náöy do nhaì maïy chãú taûo qui âënh vaì ghi trãn nhaîn cuía MBA. 1. Dung læåüng (cäng suáút âënh mæïc) Sâm (VA hay kVA) laì cäng suáút toaìn pháön hay biãøu kiãún âæa ra åí dáy quáún thæï cáúp cuía MBA. 2. Âiãûn aïp dáy så cáúp âënh mæïc U1âm (V, kV) laì âiãûn aïp cuía dáy quáún så cáúp.
7 3. Âiãûn aïp dáy thæï cáúp âënh mæïc U2âm (V hay kV) laì âiãûn aïp cuía dáy quáún thæï cáúp khi MBA khäng taíi vaì âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så laì âënh mæïc U1 = U1dm. 4. Doìng âiãûn dáy så cáúp âënh mæïc I1âm (A hay kA) vaì thæï cáúp âënh mæïc I2âm laì nhæîng doìng âiãûn dáy cuía dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp æïng våïi cäng suáút vaì âiãûn aïp âënh mæïc. Âäúi våïi MBA mäüt pha: Sdm Sdm I1dm = ; I2dm = (1.11) U1dm U 2dm Âäúi våïi MBA ba pha: Sdm Sdm I1dm = ; I 2dm = (1.12) 3U1dm 3U 2dm 5. Táön säú âënh mæïc fâm(Hz). Caïc MBA âiãûn læûc coï táön säú cäng nghiãûp 50Hz. Ngoaìi ra trãn nhaîn MBA coìn ghi caïc säú liãûu khaïc nhæ: táön säú, säú pha m, så âäö vaì täø näúi dáy 1.5. CAÏC LOAÛI MBA CHÊNH. 1. MBA âiãûn læûc âãø truyãön taíi vaì phán phäúi cäng suáút trong hãû thäúng âiãûn læûc. 2. MBA chuyãn duìng sæí duûng åí loì luyãûn kim, caïc thiãút bë chènh læu, MBA haìn 3. MBA tæû ngáùu duìng âãø liãn laûc trong hãû thäúng âiãûn, måí maïy âäüng cå khäng âäöng bäü cäng suáút låïn. 4. MBA âo læåìng duìng âãø giaím caïc âiãûn aïp vaì doìng âiãûn låïn âæa vaìo caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn. 5. MBA thê nghiãûm duìng âãø thê nghiãûm âiãûn aïp cao. MBA coï ráút nhiãöu loaûi song thæûc cháút hiãûn tæåüng xaîy ra trong chuïng âãöu giäúng nhau. Âãø thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu, sau âáy ta xeït MBA âiãûn læûc mäüt pha hai dáy quáún. ] R R ^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Chæång 2 TÄØ NÄÏI DÁY VAÌ MAÛCH TÆÌ M.B.A 2.1. KHAÏI NIÃÛM CHUNG Âãø MBA ba pha coï thãø laìm viãûc âæåüc, caïc dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp phaíi näúi våïi nhau theo mäüt qui luáût nháút âënh. Ngoaìi ra, viãûc phäúi håüp kiãøu näúi dáy quáún så cáúp våïi kiãøu näúi dáy quáún thæï cáúp cuîng hçnh thaình caïc täø näúi dáy quáún khaïc nhau. Hån næîa, khi thiãút kãú MBA, viãûc quyãút âënh täø näúi dáy quáún cuîng phaíi thêch æïng våïi kiãúu kãút cáúu cuía maûch tæì âãø traïnh nhæîng hiãûn tæåüng khäng täút nhæ sââ khäng sin, täøn hao phuû tàng Trong chæång naìy ta seî láön læåüt xeït caïc loaûi täø näúi dáy vaì maûch tæì, âäöng thåìi xeït caïc hiãûn tæåüng xaíy ra khi tæì hoaï loîi theïp vaì nãu lãn caïch tênh toaïn maûch tæì cuía MBA. 2.2. TÄØ NÄÚI DÁY MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø nghiãn cæïu täø näúi dáy MBA, træåïc hãút ta haîy xeït kyï hiãûu caïc âáöu dáy vaì caïch âáúu dáy quáún pha våïi nhau. 2.2.1. Caïch kyï hiãûu caïc âáöu dáy C A B C UCA A A UCA X Y Z UAB B (a) (b) Hçnh 2.1 Âaïnh dáúu âáöu dáy MBA
2 Mäüt cuäün dáy coï hai âáöu táûn cuìng: mäüt âáöu goüi laì âáöu âáöu; coìn âáöu kia goüi laì âáöu cuäúi. Âäúi våïi dáy quáún mba mäüt pha : âáöu âáöu hoàûc âáöu cuäúi choün tuìy yï. Âäúi våïi dáy quáún mba ba pha : caïc âáöu âáöu vaì âáöu cuäúi choün mäüt caïch thäúng nháút theo mäüt chiãöu nháút âënh (hçnh 2.1a), nãúu khäng âiãûn aïp ra cuía ba pha seî khäng âäúi xæïng (hçnh 2.1b). Âãø âån giaín vaì thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu, ngæåìi ta thæåìng âaïnh dáúu caïc âáöu táûn cuìng lãn så âäö dáy quáún cuía mba våïi qui æåïc sau dáy : Âaïnh dáúu caïc âáöu dáy táûn cuìng: Cao aïp Haû aïp Trung aïp Âáöu âáöu A,B,C A,b,c Am,Bm,Cm Âáöu cuäúi X,Y,Z x.y,z Xm,Ym,Zm Trung tênh 0 o Om 2.2.2. Caïc kiãøu âáúu dáy quáún 1. Âáúu hçnh sao (Y) : Âáúu ba âiãøm cuäúi X,Y,Z laûi våïi nhau. A B C A B C A C C A B X Y Z B X Y Z Hçnh 2.2 Âáúu sao Hçnh 2.3 Âáúu tam giaïc 2. Âáúu hçnh tam giaïc (Δ) : Âáúu âiãøm âáöu cuía pha naìy våïi âiãøm cuäúi cuía pha kia (hçnh 2.3) 3. Âáúu zêc-zàõc (Z) : Mäùi pha dáy quáún mba gäöm hai næía cuäün dáy trãn hai truû khaïc nhau màõc näúi tiãúp vaì âáúu ngæåüc chiãöu nhau (hçnh 2.4). Kiãøu dáy quáún naìy êt duìng vç täún âäöng nhiãöu hån, loaûi naìy chuí yãúu gàûp trong mba duìng cho thiãút chènh læu. C A B C c a X Y Z -c B b A Hçnh 2.4 Âáúu Zic- Zàõc
3 2.2.3. Täø näúi dáy cuía mba. Täø näúi dáy mba âæåüc hçnh thaình do sæû phäúi håüp kiãøu dáy quáún så cáúp so våïi kiãøu dáy quáún thæï cáúp. Noï biãøu thë goïc lãûch pha giæîa sââ dáy cuía dáy quáún så cáúp vaì sââ dáy cuía dáy quáún thæï cáúp vaì goïc lãûch pha naìy phuû thuäüc vaìo caïc yãúu täú sau : + Chiãöu quáún dáy, + Caïch kyï hiãûu caïc dáöu dáy ra, + Kiãøu dáúu dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp Xeït mba mäüt pha coï hai dáy quáún (hçnh 2-5) : så cáúp : AX ; thæï cáúp : ax. Caïc træåìng håüp xaíy ra nhæ sau : a) Hai dáy quáún cuìng chiãöu vaì kê hiãûu tæång æïng (hçnh 2-5a). b) Hai dáy quáún ngæåüc chiãöu (hçnh 2-5b). c) Âäøi chiãöu kê hiãûu mäüt trong hai dáy quáún (hçnh 2-5c). Täø näúi dáy cuía mba mäüt pha : kãø tæì vector sââ så cáúp âãún vector sââ thæï cáúp theo chiãöu kim âäöng häö : + Træåìng håüp a : lãûch pha 360o + Træåìng håüp b, c : lãûch pha 180o. A A A E& E& E& X AX X AX X AX a a x E& x ax x a o 180o 180 (a) 360o (b) (c) E& ax E& ax Hçnh 2.5 Sæû lãûch pha cuía mba mäüt pha Täø näúi dáy cuía mba ba pha : ÅÍ mba ba pha, do näúi Y & Δ våïi nhæîng thæï tæû khaïc nhau maì goïc lãûch pha giæîa sââ dáy så cáúp vaì sââ dáy thæï cáúp laì 30o, 60o, 90o, , 360o. Thæûc tãú khäng duìng âäü âãø chè goïc lãûch pha maì duìng kim âäöng häö (hçnh 2.6) âãø biãøu thë vaì goüi tãn täø näúi dáy mba, caïch biãøu thë nhæ sau:
4 + Kim daìi cäú âënh åí con säú 12, chè sââ så cáúp. + Kim ngàõn chè 1,2, , 12 æïng 30o,60o, ,360o chè sââ thæï cáúp. Træåìng håüp mba mäüt pha : + Træåìng håüp a : I/I-12. + Træåìng håüp b,c : I/I-6. Træåìng håüp mba ba pha : Hçnh 2.6 Biãøu thë goïc lãûch pha + Mba ba pha näúi Y/Y: Vê duû mäüt mba ba pha coï dáy quáún så vaì dáy quáún thæï näúi hçnh sao, cuìng chiãöu quáún dáy vaì cuìng kyï hiãûu caïc âáöu dáy (hçnh 2.7) thç vector sââ pha giæîa hai dáy quáún hoaìn toaìn truìng nhau vaì goïc lãûch pha giæîa hai âiãûn aïp dáy seî bàòng 360o hay 0o. Ta noïi mba thuäüc täø näúi dáy 12 vaì kyï hiãûu laì Y/Y-12 hay Y/Y-0. Âãø nguyãn dáy quáún så, dëch kyï hiãûu dáy quáún thæï a→b, b→c, c→a ta coï täø âáúu dáy Y/Y-4, dëch tiãúp mäüt láön næîa ta coï täø âáúu dáy Y/Y-8. Nãúu âäøi chiãöu dáy quáún thæï ta coï täø âáúu dáy Y/Y-6,10,2. Nhæ váûy mba khi näúi Y/Y, ta coï täø näúi dáy laì säú chàôn. A B C B E EAB AB C Eab c a b Eab b A 360o c Y/Y -12 a x y z Hçnh 2.7 Tçm täø näúi dáy + Mba ba pha näúi Y/Δ : Vê duû cuîng mba ba pha coï dáy quáún så näúi hçnh sao vaì dáy quáún thæï näúi hçnh tam giaïc, cuìng chiãöu quáún dáy vaì cuìng kyï hiãûu caïc âáöu dáy (hçnh 2. 8) thç vector sââ pha giæîa hai dáy quáún hoaìn toaìn truìng nhau vaì goïc lãûch pha giæîa hai âiãûn aïp dáy seî bàòng 330o. Ta noïi mba thuäüc täø näúi dáy 11 vaì kyï hiãûu laì Y/Δ-11. Âãø nguyãn dáy quáún så, dëch kê hiãûu dáy quáún thæï a→ b, b→ c, c→ a thç ta coï täø âáúu dáy Y/Δ-3, dëch tiãúp mäüt láön næîa ta coï täø âáúu dáy Y/Δ-7. Nãúu âäøi chiãöu dáy quáún thæï ta coï täø âáúu dáy Y/Δ-5,9,1. Nhæ váûy mba khi näúi Y/Δ, ta coï täø näúi dáy laì säú leî.
5 A B C E B AB E AB C Eab a b c b 330o A Eab c Y/Y -11 x a y z Hçnh 2-8. Tçm täø näúi dáy mba näúi Y/Δ 2.3. MAÛCH TÆÌ MAÏY BIÃÚN AÏP 2.3.1. Caïc daûng maûch tæì maïy biãún aïp 1. Maïy biãún aïp mäüt pha A B C ΦA Φ ΦA + Maûch tæì kiãøu loîi (hçnh 1.3a) A + Maûch tæì kiãøu boüc X Y Z 2. Maïy biãún aïp ba pha + Hãû thäúng maûch tæì riãng : x y z a b c Tæì thäng ba pha âäüc láûp (hçnh 2.9). Ta coï täø mba ba pha. Hçnh 2.9 Täø mba ba + Hãû thäúng maûch tæì chung (hçnh 1.3b) : Tæì thäng ba pha liãn quan nhau. Ta coï mba ba pha ba truû. ΦC ΦC ΦC ΦA ΦA ΦA C C ΦB C ΦB ΦB B ∑ΦA A A A B B Hçnh 2.10 Gheïp ba truû mba mäüt pha Nãúu : UUU&&&ABC+ + =0 → Φ&&&ABC + Φ + Φ = 0 Nhæ váûy caïc truû gheïp chung coï tæì thäng täøng ∑Φ& = 0 , nãn ta boí truû gheïp chung. Sau khi boí truû gheïp chung, ta tháúy loîi theïp khäng gian nãn chãú taûo khoï khàn. Vç váûy phaíi ruït ngàõn truû giæîa âãø ba truû mba cuìng nàòm trong màût phàóng, luïc
6 naìy ta tháúy kãút cáúu loîi theïp mba khäng âäúi xæïng, truû giæîa ngàõn hån hai truû hai bãn nãn doìng tæì hoïa cuía ba pha cuîng khäng âäúi xæïng : IoA = IoC ≈ (1,2 ÷ 1,45)IoB 2.3.2. Nhæîng hiãûn tæåüng xuáút hiãûn khi tæì hoïa loîi theïp MBA Xeït træåìng håüp : Φ + MBA khäng taíi (hçnh 2.11). io A + Så cáúp âàût vaìo âiãûn aïp u hçnh sin. a u 1. Mba mäüt pha X x Âiãûn aïp u coï daûng : Så âäö nguyãn lyï u = Um sin ω t Hçnh 2.11 cuía mba mäüt pha Boí qua âiãûn aïp råi trãn dáy quáún, ta coï : dΦ u= − e = W dt Tæì thäng trong loîi theïp coï daûng : Φ = Φm sin( ωt − π/ 2) • Khäng xeït täøn hao trong loîi theïp : Khi khäng xeït âãún täøn hao trong loîi theïp thç doìng io ≈ iox, nghéa laì doìng tæì hoïa gáön bàòng doìng âiãûn phaín khaïng. Ta coï quan hãû Φ = f(io) cuîng chênh laì quan hãû B = f(H). Tæì quan hãû Φ = f(io) vaì Φ = f(t) ta veî âæåüc io = f(t). Tæì hçnh 2.12, ta tháúy : + Tæì thäng Φ(t) coï daûng hçnh sin 0 + Doìng âiãûn io(t) coï daûng nhoün dáöu (k sin) + Φ(t) vaì io(t) truìng pha nhau Doìng io(t) khäng sin, ta phán têch thaình täøng soïng hçnh sin : io(t) = io1 + io3 + io5 + io7 + Φ io Φ(io) Φ(t) io(t) io t 0 Hçnh 2.12 Doìng tæì hoïa
7 + io1 laì soïng cå baín (soïng báûc 1) + io3,5,7 laì caïc soïng báûc cao. Soïng báûc 5 tråí lãn coï biãn âäü nhoí, ta boí qua. Nhæ váûy chênh doìng âiãûn báûc ba io3 laìm doìng io coï daûng nhoün âáöu. Thæûc cháút doìng io coï daûng nhoün âáöu laì do hiãûn tæåüng baîo hoìa trong loîi theïp. • Coï kãø âãún täøn hao trong loîi theïp : Khi coï xeït âãún täøn hao trong loîi theïp, quan hãû Φ = f(io) cuîng chênh laì quan hãû âæåìng cong tæì trãù B = f(H). Tæì quan hãû Φ = f(io) vaì Φ = f(t) ta duìng phæång phaïp veî âãø tçm âæåüc quan hãû io = f(t) nhæ trãn hçnh 2.13. Tæì hçnh 2.13, ta tháúy : + Tæì thäng Φ(t) coï daûng hçnh sin 0 + Doìng âiãûn io(t) coï daûng nhoün dáöu (k sin) + io(t) væåüt træåïc Φ(t) mäüt goïc α. Goïc α nhoí hay låïn phuû thuäüc vaìo mæïc âäü trãù cuía B = f(H), nghéa laì phuû thuäüc vaìo âæåìng cong tæì trãù vç thãú goïc α goüi laì goïc täøn hao tæì trãù. Φ Φ io U& io(t) Φ &I &Ior α Φ& i o t &Iox α E& Hçnh 2.13 Doìng tæì hoïa khi coï täøn hao Hçnh 2.14 Âäö thë vectå doìng Io Hçnh 2.14 biãøu diãùn vectå doìng âiãûn &Io vaì tæì thäng Φ& m khi coï kãø âãún täøn hao trong loîi theïp. Vç doìng âiãûn io khäng sin nãn ta chè veî gáön âuïng våïi thaình pháön báûc 1. Ta tháúy doìng âiãûn khäng taíi Io gäöm hai thaình pháön : + Iox : thaình pháön doìng âiãûn phaín khaïng âãø tæì hoïa loîi theïp. + Ior : thaình pháön doìng âiãûn taïc duûng, vuäng goïc våïi Φ, nãn : 2 2 IIIo= or + ox (2.1) Thæûc tãú Ior < 10%Io , nghéa laì goïc α thæåìng ráút beï, nãn doìng âiãûn Ior khäng aính hæåíng máúy âãún doìng âiãûn tæì hoaï vaì ta coi nhæ Iox ≈ Io .
8 2. Mba ba pha Khi mba khäng taíi vaì xeït tæìng pha thç doìng âiãûn báûc ba trong caïc pha : io3 A= I o 3 m sin 3ωt (2.2a) o io3 B= I o 3 m sin3 (ω t − 120 ) = Io3 m sin3ω t (2.2b) o io3 C= I o 3 m sin3 (ω t − 240 ) = Io3 m sin3ω t (2.2c) Tæì caïc phæång trçnh trãn ta tháúy, ba pha truìng nhau vãö thåìi gian, nghéa laì åí moüi thåìi âiãøm chiãöu doìng âiãûn báûc ba trong caïc pha hoàûc hæåïng tæì âáöu âãún cuäúi hoàûc hæåïng tæì cuäúi âãún âáöu, tæïc laì luän luän täön taûi. α) Træåìng håüp mba näúi Y/Y Så cáúp âáúu Y nãn doìng io3 khäng täön taûi, doìng io seî coï daûng sin vaì tæì thäng Φ do noï sinh ra seî coï daûng vaût âáöu. Ta phán têch tæì thäng Φ trong loîi theïp thaình soïng cå baín vaì soïng báûc cao : Φ = Φ1+ Φ 3+ Φ 5+ Φ 7 + Caïc soïng Φ5,7 nhoí, ta boí qua, chè xeït Φ1 vaì Φ3. Træåìng håüp täø mba ba pha : (Mba ba pha5 truû) Φ 1 Loaûi naìy maûch tæì riãng, nãn Φ3 Φ Φ3 täön taûi vaì kheïp maûch qua loîi theïp, do váûy Φ3 tæång âäúi låïn, sââ e3 do noï sinh ra cuîng låïn theo (E3f = (45- 60)% E1f) laìm cho sââ pha tàng lãn. Coìn sââ Ud khäng coï thaình pháön e3. e=e1+e3 Φ Φ Φ e 3A 3B 3C e1 3 Haûi: + Choüc thuíng caïch âiãûn dáy quáún Hçnh 2.15 Tæì thäng vaì sââ + Hæ thiãút bë âo læåìng. trong täø mba ba pha näúi Y/Y + Aính hæåíng âæåìng dáy thäng tin
9 Mba ba pha ba truû : Hçnh 2.16 Tæì thäng báûc ba trong loîi theïp mba näúi Y/Y Hãû thäúng maûch tæì chung, nãn Φ3 cuìng chiãöu (hçnh 2.16). ÅÍ moüi thåìi âiãøm tæì thäng Φ3 khäng kheïp maûch qua maûch tæì truû maì bë âáøy ra ngoaìi, vaì kheïp maûch qua mäi træåìng coï tæì tråí låïn, nãn Φ3 khäng låïn làõm, nhæ váûy xem tæì thäng trong maûch tæì laì sin, vaì sââ caím æïng ra Ef seî sin. Chuï yï : Φ3 kheïp maûch qua gäng vaì vaïch thuìng laìm tàng täøn hao nãn hiãûu suáút cuía maïy giaím. β) Træåìng håüp mba näúi Δ /Y Dáy quáún så cáúp näúi Δ nãn doìng io3 seî kheïp kên trong tam giaïc, vç váûy doìng io seî coï daûng nhoün âáöu. Giäúng mba mäüt pha. γ) Træåìng håüp mba näúi Y/Δ Φ& 3Y i03 i Φ& nhoí 23 3 i23 E& 23 i &I23 23 Φ& 23Δ Hçnh 2.17 Mba näúi Y/Δ Dáy quáún så cáúp âáúu Y nãn doìng io3 khäng täön taûi, doìng io seî coï daûng sin vaì tæì thäng Φ do noï sinh ra seî coï daûng vaût âáöu. Kãút luáûn giäúng træåìng håüp α. Thaình pháön tæì thäng báûc ba Φ3 caím æïng trong dáy quáún thæï cáúp sââ e23, do dáy quáún thæï
10 näúi Δ nãn sinh ra doìng i23 chaûy trong dáy quáún, doìng âiãûn náöy sinh ra trong loîi theïp tæì thäng Φ23 vaì ta coï tæì thäng täøng báûc ba Φ&&3Y + Φ 23Δ ≈ 0 , nãn aính hæåíng naìy khäng âaïng kãø (hçnh 2.17). ] R R ^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Chæång 3 QUAN HÃÛ ÂIÃÛN TÆÌ TRONG MBA Trong chæång naìy chuïng ta seî nghiãn cæïu sæû laìm viãûc cuía mba luïc taíi âäúi xæïng vaì moüi váún âãö coï liãn quan âãöu âæåüc xeït trãn mäüt pha cuía mba ba pha hay trãn mba mäüt pha. 3.1. CAÏC PHÆÅNG TRÇNH CÁN BÀÒNG CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø tháúy roî quaï trçnh nàng læåüng trong mba, ta haîy xeït caïc quan hãû âiãûn tæì trong træåìng håüp naìy. 3.1.1. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp (sââ) Φ i1 i2 _ + Φt1 Z u1 u2 t ∼ _ Φt2 + Hçnh 3.1 Tæì thäng mba mäüt pha hai dáy quáún Trãn hçnh 3.1 trçnh baìy mba mäüt pha hai dáy quáún, trong âoï dáy quáún så cáúp näúi våïi nguäön, coï säú voìng N1, dáy quáún thæï cáúp näúi våïi taíi coï täøng tråí Zt, coï säú voìng N2. Khi näúi âiãûn aïp u1 vaìo dáy quáún så cáúp, trong dáy quáún så cáúp coï doìng âiãûn i1 chaûy qua. Nãúu phêa thæï cáúp coï taíi thç trong dáy quáún thæï cáúp seî coï doìng âiãûn i2 chaûy qua. Caïc doìng âiãûn i1 vaì i2 seî taûo nãn stâ så cáúp i1N1 vaì stâ thæï cáúp i2N2. Pháön låïn tæì thäng do hai stâ i1N1 vaì i2N2 sinh ra âæåüc kheïp maûch qua loîi theïp moïc voìng våïi caí dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp âæåüc goüi laì tæì thäng chênh Φ. Tæì thäng chênh Φ gáy nãn trong caïc dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp nhæîng sââ e1 vaì e2 nhæ âaî biãút åí chæång 2 nhæ sau :
2 dΦ dΨ e= − N = − 1 ; (3.1a) 1 1 dt dt dΦ dΨ e= − N = − 2 . (3.1b) 2 2 dt dt trong âoï Ψ1 = N1Φ vaì Ψ2 = N2Φ laì tæì thäng moïc voìng våïi dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp æïng våïi tæì thäng chênh Φ. Ngoaìi tæì thäng chênh Φ chaûy trong loîi theïp, trong mba caïc stâ i1N1 vaì i2N2 coìn sinh ra tæì thäng taín Φt1 vaì Φt2. Tæì thäng taín khäng chaûy trong loîi theïp maì moïc voìng våïi khäng gian khäng phaíi váût liãûu sàõt tæì nhæ dáöu biãún aïp, váût liãûu caïch âiãûn Váût liãûu náöy coï âäü tæì tháøm beï, do âoï tæì thäng taín nhoí hån ráút nhiãöu so våïi tæì thäng chênh vaì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún sinh ra noï. Tæì thäng taín Φt1 do doìng âiãûn så cáúp i1 gáy ra vaì tæì thäng taín Φt2 do doìng âiãûn thæï cáúp i2 gáy ra. Caïc tæì thäng taín Φt1 vaì Φt2 biãún thiãn theo thåìi gian nãn cuîng caím æïng trong dáy quáún så cáúp sââ taín et1 vaì thæï cáúp sââ taín et2, maì trë säú tæïc thåìi laì: dΦ dΨ e= − N t1 = − t1 ; (3.2a) t1 1 dt dt dΦ dΨ e= − N t2 = − t2 . (3.2b) t2 2 dt dt Trong âoï: Ψt1 =N 1 Φ t1 laì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún så cáúp; Ψt2 =N 2 Φ t2 laì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún thæï cáúp. Do tæì thäng taín moïc voìng våïi khäng gian khäng phaíi váût liãûu sàõt tæì nãn tè lãû våïi doìng âiãûn sinh ra noï : Ψt1 = L t1 i 1 ) ( a 3 ; . 3 Ψt2 = L t2 i 2 ) ( b 3 . 3 Trong âoï: Lt1 vaì Lt2 laì âiãûn caím taín cuía dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp. Thãú (3.3) vaìo (3.2a,b), ta coï: di e = − L 1 (3.4a) t1 t 1 dt di e= − L 2 (3.4b) t2 t 2 dt Biãùu diãùn (3.4) dæåïi daûng phæïc säú : E& t1 = −j ωLIt1&& 1 = −jx 1 I 1 a() 5 ; . 3 E& t2 = −j ωLIt2&& 2 = −jx 2I 2 b() 5 . 3 trong âoï: x1 = ωLt1 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún så cáúp, x2 = ωLt2 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún thæï cáúp.
3 1. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp dáy quáún så cáúp : Xeït maûch âiãûn så cáúp gäöm nguäön âiãûn aïp u1, sæïc âiãûn âäüng e1, sââ taín cuía dáy quáún så cáúp et1, âiãûn tråí dáy quáún så cáúp r1. AÏp duûng âënh luáût Kirchhoff 2 ta coï phæång trçnh âiãûn aïp så cáúp viãút dæåïi daûng trë säú tæïc thåìi laì: u1 = - e1 - et1 + r1i1 ) ( a 6 . 3 Biãøu diãùn (3.6) dæåïi daûng säú phæïc: UEE&&&&1= − 1 − t1 + r 1I 1 ()b 6 . 3 Thay (3.5a) va ìo (3.6b), ta co ï : UE&&&&1= − 1 +jx 1I 1 + r 1I 1 UE(&&1= − 1 +r 1 +jx 1)I&&& 1 = − E 1 + Z 1 I 1 (3.7) trong âoï: Z1 = r1 + jx1 laì täøng tråí phæïc cuía dáy quáún så cáúp. Coìn ZI1& 1 laì âiãûn aïp råi trãn dáy quáún så cáúp. 2. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp dáy quáún thæï cáúp Maûch âiãûn thæï cáúp gäöm sæïc âiãûn âäüng e2, sæïc âiãûn âäüng taín dáy quáún thæï cáúp et2, âiãûn tråí dáy quáún thæï cáúp r2, âiãûn aïp åí hai âáöu cuía dáy quáún thæï cáúp laì u2. AÏp duûng âënh luáût Kirchhoff 2 ta coï phæång trçnh âiãûn aïp thæï cáúp viãút dæåïi daûng trë säú tæïc thåìi laì: u2 = e2 + et2 - r 2i2 ) ( a 8 . 3 Biãøu diãùn (3.8) dæåïi daûng säú phæïc: UEE&&&&2= 2 + t2 − r 2I 2 ()b 8 . 3 Thay (3.5b) va ìo (3.8b), ta co ï : UE&&&&2= 2 −jx 2I 2 − r 2I 2 (3.9) UE(&&2= 2 −r 2 +jx 2)I&&& 2 = E 2 − Z 2 I 2 (3.10) trong âoï Z2 = r2 + jx2 laì täøng tråí phæïc cuía dáy quáún thæï cáúp. Coìn ZI2& 2 laì âiãûn aïp råi trãn dáy quáún thæï cáúp. Màût khaïc ta coï: UZI&&2= t 2 ) ( 1 1 . 3 3.1.2. Phæång trçnh cán bàòng doìng âiãûn Âënh luáût Ohm tæì (0.6), aïp duûng vaìo maûch tæì (hçnh 3.1) cho ta: N 1i1 - N2i2 = Rμ Φ 2() 1 . 3 Trong biãøu thæïc (3.7), thæåìng ZIE1&& 1<< 1 nãn E1 ≈ U1. Váûy theo cäng thæïc (2.6) tæì thäng cæûc âaûi trong loîi theïp: U1 Φm = ) 3( 1 . 3 4,44fN1 ÅÍ âáy U1 = U1âm, tæïc laì U1 khäng âäøi, theo (3.13) tæì thäng Φm cuîng khäng âäøi. Do âoï vãú phaíi cuía (3.12) khäng phuû thuäüc doìng i1 vaì i2, nghéa laì khäng phuû thuäüc
4 chãú âäü laìm viãûc cuía mba. Âàûc biãût trong chãú âäü khäng taíi doìng i2 = 0 vaì i1 = i0 laì doìng âiãûn khäng taíi så cáúp. Ta suy ra: N1i1 + N2i2 = N1i0 (3.14) Hay: NININI1&&& 1+ 2 2 = 1 0 (3.15) Chia hai vãú cho N1 vaì chuyãøn vãú, ta coï: N 2 ' &&&&&II(I1= 0 + − 2 )I(I) =0 + − 2 (3.16) N1 ' &I2 N1 trong âoï: &I2 = laì doìng âiãûn thæï cáúp qui âäøi vãö phêa så cáúp, coìn k = . k N 2 Tæì (3.16) ta tháúy ràòng: doìng âiãûn så cáúp &I1 gäöm hai thaình pháön, thaình pháön doìng âiãûn khäng âäøi &I0 duìng âãø taûo ra tæì thäng chênh Φ trong loîi theïp mba, thaình pháön doìng âiãûn &'I 2 duìng âãø buì laûi doìng âiãûn thæï cáúp &I2 , tæïc laì cung cáúp cho taíi. Khi taíi tàng thç doìng âiãûn &I2 tàng, nãn &'I 2 tàng vaì doìng âiãûn &I1 cuîng tàng lãn. Toïm laûi, mä hçnh toaïn cuía mba nhæ sau: UEZI&&&1= − 1 + 1 1 (3.17a) UEZI&&&2= 2 − 2 2 (3.17b) ' &&&III1= 0 + 2 (3.17c) 3.2. MAÛCH ÂIÃÛN THAY THÃÚ CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø âàûc træng vaì tênh toaïn caïc quaï trçnh nàng læåüng xaíy ra trong mba, ngæåìi ta thay maûch âiãûn vaì maûch tæì cuía mba bàòng mäüt maûch âiãûn tæång âæång gäöm caïc âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng âàûc træng cho mba goüi laì maûch âiãûn thay thãú mba. r Φ r 1 L1t i 2 L2t i1 2 + + + Z u1 e1 e2 u2 t − − − (a) Hçnh 3-2. MBA khäng tæì thäng taín vaì täøn hao trong dáy quáún Trãn hçnh 3.2a trçnh baìy MBA maì täøn hao trong dáy quáún vaì tæì thäng taín âæåüc âàûc træng bàòng âiãûn tråí R vaì âiãûn caím L màõc näúi tiãúp våïi dáy quáún så vaì thæï cáúp. Âãø coï thãø näúi træûc tiãúp maûch så cáúp vaì thæï cáúp våïi nhau thaình mäüt maûch âiãûn,
5 caïc dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp phaíi coï cuìng mäüt cáúp âiãûn aïp. Trãn thæûc tãú, âiãûn aïp cuía caïc dáy quáún âoï laûi khaïc nhau. Vç váûy phaíi qui âäøi mäüt trong hai dáy quáún vãö dáy quáún kia âãø cho chuïng coï cuìng mäüt cáúp âiãûn aïp. Muäún váûy hai dáy quáún phaíi coï säú voìng dáy nhæ nhau. Thæåìng ngæåìi ta qui âäøi dáy quáún thæï cáúp vãö dáy quáún så cáúp, nghéa laì coi dáy quáún thæï cáúp coï säú voìng dáy bàòng säú voìng dáy cuía dáy quáún så cáúp. Viãûc qui âäøi chè âãø thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu vaì tênh toaïn mba, vç váûy yãu cáöu cuía viãûc qui âäøi laì quaï trçnh váût lyï vaì nàng læåüng xaíy ra trong maïy mba træåïc vaì sau khi qui âäøi laì khäng âäøi. 3.2.1. Qui âäøi caïc âaûi læåüng thæï cáúp vãö så cáúp. Nhán phæång trçnh (3.15b) våïi k, ta coï: &I &I kU&&= kE − (k2 Z ) 2 = (k2 Z ) 2 (3.18) 2 2 2 k t k ' Âàût : E&&2 = kE 2 ) ( 9 1 . 3 ' U&&2 = kU 2 ) ( 0 2 . 3 ' &&I2 = I2 / k ) ( 1 2 . 3 ' 2 ' 2 ' 2 Z2 = k Z2 ; r2 = k r2 ; x2 = k x 2 (3.22) ' 2 ' 2 ' 2 Zt = k Zt ; rt = k rt ; xt = k x t (3.23) Phæång trçnh (3.12b) viãút laûi thaình: ' ' ' ' ' ' UEZIZI&&&&2 =2 −2 2 = t 2 (3.24) ' ' ' ' ' Trong âoï: E& 2 , U& 2 ,,,&I2 Z 2 Zt tæång æïng laì sââ, âiãûn aïp, doìng âiãûn, täøng tråí dáy quáún vaì täøng tråí taíi thæï cáúp qui âäøi vãö så cáúp. Toïm laûi mä hçnh toaïn mba sau khi qui âäøi laì : UEZI&&&1= 1 + 1 1 (3.25a) ' ' ' ' ' UEZIZI&&&&2 =2 −2 2 = t 2 (3.25b) ' &&&II(I)1= 0 + − 2 (3.25c) 3.2.2. Maûch âiãûn thay thãú chênh xaïc cuía MBA. Dæûa vaìo hãû phæång trçnh qui âäøi (3.25a,b,c) ta suy ra mäüt maûch âiãûn tæång æïng goüi laì maûch âiãûn thay thãú cuía MBA nhæ trçnh baìy trãn hçnh 3.3. Xeït phæång trçnh (3.23a), vãú phaíi phæång trçnh coï Z1 &I1 laì âiãûn aïp råi trãn täøng tråí dáy quáún så cáúp Z1 vaì − E& 1 laì âiãûn aïp råi trãn täøng tråí Zm, âàûc træng cho tæì thäng chênh vaì täøn hao sàõt tæì. Tæì thäng chênh do doìng âiãûn khäng taíi sinh ra, do âoï ta coï thãø viãút :
6 −E(& 1 =rm +jx m )I&&0 = Zm I0 (3.26) trong âoï: Zm = rm + jxm laì täøng tråí tæì hoïa âàûc træng cho maûch tæì. • rm laì âiãûn tråí tæì hoïa âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì. 2 pFe = rm I0 (3.27) • xm laì âiãûn khaïng tæì hoïa âàûc træng cho tæì thäng chênh Φ. r x r’ ' &I1 1 1 2 x’2 (I)−&2 + − + &Io E& rm & 'U U& 1 1 2 Z’t xm − − + Hçnh 3-3. Maûch âiãûn thay thãú cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún 3.2.3. Maûch âiãûn thay thãú gáön âuïng cuía MBA. Trãn thæûc tãú thæåìng täøng tråí nhaïnh tæì hoïa ráút låïn (Zm >> Z1 vaì Z’2), do âoï trong nhiãöu træåìng håüp coï thãø boí qua nhaïnh tæì hoïa (Zm = ∞ ) vaì thaình láûp laûi så âäö thay thãú gáön âuïng trçnh baìy trãn hçnh 3.3a. Khi boí qua täøng tråí nhaïnh tæì hoïa, ta coï: Zn = Z1 + Z’2 = rn + jxn (3.28) Trong âoï Zn = rn + jxn laì täøng tråí ngàõn maûch cuía mba; rn = r1 + r’2 laì âiãûn tråí ngàõn maûch cuía mba; xn = x1 + x’2 laì âiãûn khaïng ngàõn maûch cuía mba. Trong MBA thæåìng rn << xn, nãn coï thãø boí qua âiãûn tråí ngàõn maûch (rn = 0). Trong træåìng håüp naìy maûch âiãûn thay thãú MBA trçnh baìy trãn hçnh 3.3b. ' ' &I jxn I &I jxn I 1 rn &2 1 &2 U& 1 ' Z’t U& 1 ' Z’t − U& 2 − U& 2 (a) (b) Hçnh 3-3. Maûch âiãûn tæång âæång gáön âuïng cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún
7 3.3. ÂÄÖ THË VECTÅ CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Veî âäö thë vectå cuía mba nhàòm muûc âêch tháúy roî quan hãû vãö trë säú vaì goïc lãûch pha giæîa caïc âaûi læåüng váût lyï Φ& , U& , &I , trong MBA, âäöng thåìi âãø tháúy roî âæåüc sæû thay âäøi caïc âaûi læåüng váût lyï âoï åí caïc chãú âäü laìm viãûc khaïc nhau. jx1&I 1 jx I r1&I 1 1& 1 U& U 1 & 1 r1&I 1 ZI& − E& 1 &I1 1 1 ZI& − E& ' 1 1 1 ' &I1 − &I2 − &I2 ϕ1 ϕ1 &I0 φ& &I0 − ZI' &' α 2 2 α φ& Ψ ' ' 2 &I2 &I2 Ψ2 ' U& 2 ' U& 2 ' ' E& 1 − r2& I2 ' ' E& − r& I ' ' ' ' 1 2 2 − jx& I − jx2& I2 2 2 Hçnh 3-4 Âäö thë vector cuía maïy biãún aïp a, Taíi tênh caím; b. Taíi tênh dung Hçnh 3-4a laì âäö thë vectå mba trong træåìng håüp phuû taíi coï tênh cháút âiãûn caím. Âäö thë vectå âæåüc veî dæûa vaìo caïc phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp vaì stâ cuía MBA. Caïch veî âäö thë vectå nhæ sau : + Âàût vectå tæì thäng Φ& m theo chiãöu dæång truûc hoaình truûc hoaình. + Veî vectå doìng âiãûn khäng taíi &I0 ,væåüt træåïc Φ& m mäüt goïc α. ' o + Veî caïc vectå sââ E& 1 vaì EE&&2 = 1 do Φ& m sinh ra, cháûm sau noï mäüt goïc 90 . ' ' + Do taíi coï tênh âiãûn caím nãn doìng âiãûn &I2 cháûm sau E& 2 mäüt goïc ψ2. x' + x' Ψ = arctg 2 t (3.29) 2 ' ' r2 + rt + Theo phæång trçnh (3.25c), ta veî vectå doìng âiãûn &I1 bàòng vectå doìng âiãûn ' &I0 cäüng våïi vectå doìng âiãûn (I)−&2 . + Veî caïc vectå khaïc dæûa vaìo caïc phæång trçnh cán bàòng (3.25a,b). ' Âäö thë vectå mba khi phuû taíi coï tênh dung veî tæång tæû, nhæng doìng âiãûn &I2 ' væåüt træåïc E& 2 mäüt goïc ψ2 (hçnh 3-4b).
8 Âäö thë vectå âån giaín mba U& 1 jx n& I 1 Trong så âäö thay thãú gáön âuïng (hçnh 3- ' ZI r &I 3a), ta cho laì doìng âiãûn &Io = 0 , nãn :&II1= −& 2 . n& 1 n 1 ' Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp : (U)− & 2 o ' ' 3-5 &&II1= − 2 U&&&1= −UIZ 2 + 1 n (3.30) ϕ2 Ta veî âæåüc âäö thë vector tæång æïng khi phuû taíi coï tênh caím nhæ hçnh 3.5. Hçnh 3-5 Âäö thë vectå âån giaín mba 3.4. XAÏC ÂËNH CAÏC THAM SÄÚ CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Caïc tham säú cuía MBA coï thãø xaïc âënh bàòng thê nghiãûm hoàûc bàòng tênh toaïn. 3.4.1. Xaïc âënh caïc tham säú bàòng thê nghiãûm Hai thê nghiãûm duìng âãø xaïc âënh caïc tham säú laì thê nghiãûm khäng taíi vaì thê nghiãûm ngàõn maûch. 1. Thê nghiãûm khäng taíi mba. Chãú âäü khäng taíi mba laì chãú âäü maì thæï cáúp håí maûch (I2 = 0), coìn så cáúp âæåüc cung cáúp båíi mäüt âiãûn aïp U1. Trãn hçnh 3.6 laì maûch âiãûn thay thãú maïy biãún aïp khi khäng taíi. ’ ’ &I= 0 r1 x1 r 2 x 2 2 &I0 &&II1= 0 rm A W U& 1 − E& 1 xm V V Hçnh 3-6. Så âäö thay thãú mba khi khäng taíi Hçnh 3-7. Så âäö thê nghiãûm khäng taíi Khi khäng taíi (hinh 3.6) doìng âiãûn thæï cáúp I2 = 0, ta coï phæång trçnh laì: UEIZ&&&1= − 1 + 0 1 (3.31a) hoàûc U&&1= I 0 (Z 1 + Zm ) = & I0 Z 0 (3.31b) trong âoï: Z0 = Z1 + Zm = ro + jxo laì täøng tråí khäng cuía taíi mba; ro = r1 + rm laì âiãûn tråí khäng cuía taíi mba; xo = x1 + xm laì âiãûn khaïng khäng cuía taíi mba;
9 Âãø xaïc âënh hãû säú biãún aïp k, täøn hao sàõt tæì trong loîi theïp pFe, vaì caïc thäng säú cuía mba åí chãú âäü khäng taíi, ta thê nghiãûm khäng taíi. Så âäö näúi dáy âãø thê nghiãûm khäng taíi nhæ trãn hçnh 3.7. Âàût âiãûn aïp U1 = U1âm vaìo dáy quáún så cáúp, thæï cáúp håí maûch, caïc duûng cuû âo cho ta caïc säú liãûu sau: oaït kãú W âo âæåüc P0 laì cäng suáút khäng taíi; Ampe kãú âo I0 laì doìng âiãûn khäng taíi; coìn vän kãú näúi phêa så cáúp vaì thæï cáúp láön læåüc âo U1âm vaì U20 laì âiãûn aïp så cáúp vaì thæï cáúp. Tæì caïc säú liãûu âo âæåüc, ta tênh : a) Tè säú biãún aïp k: jx1& I o U N E U & 1 r I k =1 =1 ≈ 1âm (3.32) 1& o N 2 E2 U 20 ZI1& o − E& 1 b) Doìng âiãûn khäng taíi pháön tràm I0 ϕo i0 % = 100= 1% ÷ 10% (3.33) &I0 I1dm α φ& c) Täøng tråí nhaïnh tæì hoaï + Âiãûn tråí khäng taíi : P EE&&= ' r+ r = o 1 2 ro = 1 m 2 (3.34) Io Âiãûn tråí tæì hoïa rm >> r1 nãn láúy gáön âuïng bàòng: Hçnh 3.8 Âäö thë vectå cuía MBA khäng taíi rm = r0 (3.35) + Täøng tråí khäng taíi : U1dm Z0 = (3.36) I0 + Âiãûn khaïng khäng taíi : 2 2 x0= x 1 + x m = Z 0 − r0 (3.37) Âiãûn khaïng tæì hoïa xm >> x1 nãn láúy gáön âuïng bàòng: xm = x0 (3.38) d) Täøn hao khäng taíi Tæì maûch âiãûn thay thãú hçnh 3.6, ta tháúy täøn hao khäng taíi laì täøn hao âäöng trãn dáy quáún så vaì täøn hao sàõt trong loîi theïp. Nhæ váûy täøn hao khäng taíi : 2 2 P0 = rmIo + r1I0 ≈ pFe (3. 39) Do âiãûn tråí cuía dáy quáún så vaì doìng âiãûn khäng taíi nhoí nãn ta boí qua täøn hao âäöng trãn dáy quáún så luïc khäng taíi. Nhæ váûy täø hao khäng taíi Po thæûc tãú coï thãø xem laì täøn hao sàõt pFe do tæì trãù vaì doìng âiãûn xoaïy trong loîi theïp gáy nãn.
10 Vç âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så khäng âäøi, nãn Φ, do âoï B cuîng khäng âäøi, nghéa laì täøn hao sàõt, tæïc täøn hao khäng taíi khäng âäøi. e) Hãû säú cäng suáút khäng taíi. P0 cosϕ0 = (≤ 0,1) (3.40) UI1dm 0 Tæì âäö thë vectå MBA khäng taíi åí hçnh (3.8), ta tháúy goïc lãûc pha giæîa U& 1 vaì &Io o laì ϕo ≈ 90 , nghéa laì hãû säú cäng suáút luïc khäng taíi ráút tháúp, thæåìng cosϕo ≤ 0,1. Âiãöu naìy coï yï nghéa thæûc tãú ráút låïn laì khäng nãn âãø MBA laìm viãûc khäng taíi hoàûc non taíi, vç luïc âoï seî laìm xáúu hãû säú cäng suáút cuía læåïi âiãûn. 2. Thê nghiãûm ngàõn maûch mba Chãú âäü ngàõn maûch mba laì chãú âäü maì phêa thæï cáúp bë näúi tàõt, så cáúp âàût vaìo mäüt âiãûn aïp U1. Trong váûn haình, nhiãöu nguyãn nhán laìm maïy biãún aïp bë ngàõn maûch nhæ hai dáy dáùn phêa thæï cáúp cháûp vaìo nhau, råi xuäúng âáút hoàûc näúi våïi nhau bàòng täøng tråí ráút nhoí. Âáúy laì tçnh traûng ngàõn maûch sæû cäú, cáön traïnh. r x I P n n 1âm n Bä A W ü âiãöu U& II&&1 = n 1 U I2âm U1 chènh n V A âiãûn aïp Hçnh 3.8 Maûch âiãûn thay thãú m.b.a khi ngàõn maûch Hçnh 3.9 Så âäö thê nghiãûm ngàõn maûch Khi m.b.a ngàõn maûch U2 = 0, maûch âiãûn thay thãú m.b.a veî trãn hçnh 3.8. Doìng âiãûn så cáúp laì doìng âiãûn ngàõn maûch In. Phæång trçnh âiãûn aïp cuía mba ngàõn maûch: UI(&&1= nr n +jx n)I&& n = I n Z n (3.41) Tæì phæång trçnh (3.41), ta coï doìng âiãûn ngàõn maûch khi U1 = Uâm: Uâm In = (3.42) Zn Uâm Iâm Iâm × 100 hay In = 100 = 100 = (3.43) Iâm zn I âm un % z n 100 100 Iâm Uâm Do täøng tråí ngàõn maûch ráút nhoí nãn doìng âiãûn ngàõn maûch ráút låïn khoaíng bàòng (10 ÷ 25)Iâm. Âáy laì træåìng håüp sæû cäú, ráút nguy hiãøm cho maïy biãún aïp. Khi sæí duûng mba cáön traïnh tçnh traûng ngàõn maûch náöy.
11 Tiãún haình thê nghiãûm NM nhæ sau: Dáy quáún thæï cáúp näúi ngàõn maûch, dáy quáún så cáúp näúi våïi nguäön qua bäü âiãöu chènh âiãûn aïp. Ta âiãöu chènh âiãûn aïp vaìo dáy quáún så cáúp sao cho doìng âiãûn trong caïc dáy quáún bàòng âënh mæïc. Âiãûn aïp âoï goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch Un. Luïc âoï caïc duûng cuû âo cho ta caïc säú liãûu sau: Vän kãú chè Un laì âiãûn aïp ngàõn maûch; oaït kãú chè Pn laì täøn hao ngàõn maûch; Ampe kãú chè I1âm vaì I2âm laì doìng âiãûn så cáúp vaì thæï cáúp âënh mæïc. Tæì caïc säú liãûu âo âæåüc, ta tênh : a) Täøn hao ngàõn maûch Luïc thê nghiãûm ngàõn maûch, âiãûn aïp ngàõn maûch Un nhoí (un = 4-15%Uâm) nãn tæì thäng Φ nhoí, coï thãø boí qua täøn hao sàõt tæì. Cäng suáút âo âæåüc trong thê nghiãûm ngàõn maûch Pn laì : 2 2 2 Pn = rnIn = r1I 1âm + r2I 2âm (3.44) Nhæ váûy täøn hao ngàõn maûch chênh laì täøn hao âäöng trãn hai dáy quáún så cáúp vaì dáy quáún thæï cáúp khi taíi âënh mæïc. b) Täøng tråí, âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch. + Täøng tråí ngàõn maûch: U n Z n = (3.45) I1âm + Âiãûn tråí ngàõn maûch: Pn r n = r1 + r’2 = 2 (3.46) I1âm + Âiãûn khaïng ngàõn maûch: 2 2 x n = x1 + x’2 = Zn − rn (3.47) Trong m.b.a thæåìng r1 = r’2 vaì x1 = x’2. Váûy âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún så cáúp: r r = r’ = n 1 2 2 (3.48) x x = x’ = n 1 2 2 vaì âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún thæï cáúp: ' ' r2 x 2 r2 = ; x2 = (3.49) k 2 k 2 c) Hãû säú cäng suáút ngàõn maûch Pn rn cosϕn = = (3.50) UIâm 1âm Zn d) Âiãûn aïp ngàõn maûch
12 Âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm: ZIn 1âm U n Un% = 100% = 100% (3.51) U1âm U1âm Âiãûn aïp ngàõn maûch Un gäöm hai thaình pháön: Thaình pháön trãn âiãûn tråí rn, goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng U nr , Thaình pháön trãn âiãûn khaïng xn, goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch phaín khaïng U nx . + Âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng pháön tràm: rnI 1âm U nr unr% = ×100% = ×100% = un %cos ϕn (3.52) U1âm U1âm + Âiãûn aïp ngàõn maûch phaín khaïng pháön tràm: x nI 1âm U nx unx% = ×100% = ×100% = unx %sin ϕn (3.53) U1âm U1âm Âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng cuîng coï thãø tênh : U nr Iâmr n Iâm Pn (W) unr % = 100 = ×100 = (3.54) Uâm Uâm Iâm 10.Sâm (kVA) 3.4.2. Xaïc âënh caïc tham säú bàòng tênh toaïn 1. Täøng tråí nhaïnh tæì hoïa Âiãûn tråí nhaïnh tæì hoïa : P r = Fe m 2 )( 5 5 . 3 I0 1,3 2 2 ⎛ f ⎞ 2 2 våïi pFe= p 1/50 (B t Gt+ B g Gg )⎜ ⎟ ;W vaì IIIo= or + ox (3.56) ⎝ 50 ⎠ Âiãûn khaïng nhaïnh tæì hoïa : E1 x m = ) ( 7 5 . 3 I0x Q0 qt.t G t+ q t.g G g + nqδ S våïi I0x = = (3.58) mU1 mU1 2. Täøng tråí ngàõn maûch Âiãûn tråí ngàõn maûch N1l tb.1 N 2l tb.2 r1= k r ρ750 ,Ω ; r2= k r ρ750 ,Ω (3.59) S1 S2
13 N1 2 rn= r 1 + ( ) r2 0() 6 . 3 N 2 k r : hãû säú laìm tàng täøn hao do tæì træåìng taín ρ75 : âiãûn tråí suáút cuía dáy dáùn laìm dáy quáún. Âiãûn khaïng ngàõn maûch Viãûc xaïc âënh x1 vaì x2 liãn quan âãún viãûc xaïc âënh sæû pháún bäú tæì træåìng taín cuía tæìng dáy quáún. ÅÍ dáy ta xaïc âënh x1 vaì x2 gáön âuïng våïi giaí thiãút âån giaín. Xeït cho træåìng håüp dáy quáún hçnh truû (hçnh 3-8). Chiãöu daìi tênh toaïn cuía dáy quáún lσ låïn hån chiãöu daìi thæûc l cuía dáy quáún mäüt êt : l lσ = (3.61) k R kR = 0,93-0,98 : hãû säú qui âäøi tæì træåìng taín lyï i N i N 2 2 tæåíng vãö tæì træåìng taín thæûc tãú (hãû säú Rogovski) 1 1 Theo âënh luáût toaìn doìng âiãûn : ∫ Hdl= ∑ i Âäúi våïi theïp μFe = ∞ , nãn HFe = 0, vç váûy : Trong phaûm vi a1 (0 ≤ x ≤ a1) : x i2N2 Hx1 lσ =∑ i = N1 i 1 , i1N1 a1 N1i 1 x do âoï H x1 = × , lσ a1 Trong phaûm vi a12 (a1 ≤ x ≤ a1+a12) : Hx H Hx2 lσ =∑ Ni = N1 i 1 , x2 H N i Hx1 x3 do âoï H = 1 1 , x x2 l σ a1 a2 a Trong phaûm vi a2 ( a1+ a12 ≤ x ≤ a1 + a12 + a2 ) : 12 x− (a + a ) 1 12 Hçnh 3-10 Tæì thäng taín Hx3 lσ =∑ i = N1 i 1 + N 2 i 2 , a 2 x − a1− a 12 =N1 i 1 − N1 i 1 , våïi (i1N1 = -i2N2) a 2 N1i 1a 1+ a 12+ a 2 − x do âoï H x3 = × , lσ a 2 Xaïc âënh biãn giåïi tæì thäng taín cuía hai dáy quáún seî ráút khoï khàn, do âoï viãûc tênh toaïn riãng reî caïc tham säú x1 vaì x2 khäng thãø thæûc hiãûn âæåüc. Ta coï thãø xaïc
14 âënh x1+ x2 våïi qui æåïc biãn giåïi phán chia tæì træåìng taín cuía hai äúng dáy så cáúp vaì thæï cáúp laì âæåìng åí giæîa khe håí a12 . Goüi Dtb laì âæåìng kênh trung bçnh cuía caí hai dáy quáún vaì boí qua sæû thay âäøi âæåìng kênh theo chiãöu x thç vi phán tæì thäng caïch x mäüt khoaíng trong phaûm vi a1 : dΦ1 = μ o H x1 π D tbdx moïc voìng våïi säú voìng dáy : X N x = N1 a1 Váûy trong phaûm vi a12 tæì thäng moïc voìng våïi mäüt säú voìng dáy laì N1 voìng : dΦ2 = μ o H x2 π D tb dx Tæì thäng moïc voìng våïi toaìn bäü dáy quáún 1 laì : a12 a1 + a1 2 x N1 i 1 x N1 i 1 Ψ1 =∫ N1 μ o πDtb dx +∫ N1 μ o πDtb dx a1 lσ a1 lσ 0 a1 μN2 i π D a a = o 1 1 tb ( 1+ 12 ) lσ 3 2 Tênh tæång tæû, ta coï tæì thäng moïc voìng våïi toaìn bäü dáy quáún 2 laì : 2 ' μoN 1 i1 π D tb a 2a 12 Ψ2 = ( + ) lσ 3 2 Âiãûn khaïng ngàõn maûch : ' Ψ1 + Ψ 2 xn= x 1 + x' 2 = 2 π f i1 μN2 i π D k a+ a x =2 π f o 1 1 tb R (a + 1 2 ) (3.62) n l 12 3 Ta tháúy xn phuû thuäüc vaìo kêch thæåïc hçnh hoüc cuía caïc dáy quáún a1, a2 , a12 vaì l. Kêch thæåïc naìy âæåüc choün sao cho giaï thaình cuía maïy laì tháúp nháút. ]R R^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Chæång 4 M.B.A LAÌM VIÃÛC ÅÍ TAÍI ÂÄÚI XÆÏNG Trong âiãöu kiãûn laìm viãûc bçnh thæåìng cuía læåïi âiãûn, ta coï thãø phán phäúi âãöu phuû taíi cho ba pha, luïc âoï m.b.a laìm viãûc våïi âiãûn aïp âäúi xæïng vaì doìng âiãûn trong caïc pha cuîng âäúi xæïng. Ta xeït sæû cán bàòng nàng læåüng vaì sæû laìm viãûc cuía mba trong âiãöu kiãûn âiãûn aïp så cáúp U1 = const, vaì táön säú f = const. 4.1. GÈAN ÂÄÖ NÀNG LÆÅÜNG CUÍA M.B.A Trong quaï trçnh truyãön taíi nàng læåüng qua MBA, mäüt pháön cäng suáút taïc duûng vaì phaín khaïng bë tiãu hao trong maïy. Xeït mba laìm viãûc åí taíi âäúi xæïng, sæû cán bàòng nàng læåüng dæûa trãn så âäö thay thãú chênh xaïc hçnh 4.1. ’ ’ r1 x1 r 2 x 2 &I1 &I0 ' P2 ± jQ2 − &I 2 P1 ± jQ1 Pât ± jQât rm ’ U& 1 ' Z t − E& 1 − U& 2 xm pcu2 ± jq2 pFe ± jqm pcu1 ± jq1 Hçnh 4-1 Så âäö thay thãú maïy biãún aïp Hçnh 4-2 Giaín âäö nàng læåüng mba Goüi P1 laì cäng suáút taïc duûng âæa vaìo dáy quáún så cáúp mba: P1= m1U1I1cosϕ1 (4.1) Mäüt pháön cäng suáút naìy buì vaìo : 2 • Täøn hao âäöng trãn âiãûn tråí cuía dáy quáún så: pcu1= m1r1I 1 2 • Täøn hao sàõt trong loîi theïp mba : pFe = m1rmIo Cäng suáút coìn laûi goüi laì cäng suáút âiãûn tæì chuyãøn sang dáy quáún thæï cáúp: Pât = P1 - (pcu1 + pFe ) = m2E2I2cosΨ2 (4.2)
2 Cäng suáút åí âáöu ra P2 cuaí mba seî nhoí hån cäng suáút âiãûn tæì mäüt læåüng chênh 2 ’ ’2 bàòng täøn hao âäöng trãn âiãûn tråí cuía dáy quáún thæï : pcu2= m2r2I 2 =m1r 2I 2: P2 = Pât - pcu2 = m2U2I2cosϕ2 (4.3) Cuîng tæång tæû nhæ váûy, ta coï cäng suáút phaín khaïng nháûn vaìo dáy quáún så cáúp: Q1= m1U1I1sinϕ1 (4.4) Cäng suáút naìy træì âi cäng suáút âãø taûo ra tæì træåìng taín åí dáy quáún så cáúp q1= 2 2 m1x1I 1 vaì tæì træåìng trong loîi theïp qm = m1xmIo , pháön coìn laûi laì cäng suáút phaín khaïng chuyãøn sang dáy quáún thæï cáúp: Qât = Q1 - (q1 + qm ) = m2E2I2sinΨ2 (4.5) Cäng suáút phaín khaïng âæa âãún phuû taíi: Q2 = Qât - q2 = m2U2I2sinϕ2 (4.6) 2 Trong âoï q2= m2x2I 2 âãø taûo ra tæì træåìng taín åí dáy quáún thæï. Taíi coï tênh cháút âiãûn caím (ϕ2 > 0) thç Q2 > 0, luïc âoï Q1 > 0 vaì cäng suáút phaín khaïng truyãön tæì dáy quáún så cáúp sang dáy quáún thæï cáúp. Taíi coï tênh cháút âiãûn dung (ϕ2 0, toaìn bäü cäng suáút phaín khaïng tæì phêa thæï cáúp vaì så cáúp âãöu duìng âãø tæì hoaï MBA. Sæû cán bàòng cäng suáút taïc duûng vaì phaín khaïng trçnh baìy trãn hçnh 4.2 4.2 ÂÄÜ THAY ÂÄØI ÂIÃÛN AÏP THÆÏ CÁÚP MBA Âäü thay âäøi âiãûn aïp thæï cáúp mba ΔU laì U =1 hiãûu säú säú hoüc giæîa trë säú âiãûn aïp thæï cáúp luïc 1dm P H A khäng taíi U20 (âiãöu kiãûn U1ì = U1âm) vaì luïc coï taíi βUnx* U2 . ' ' K UU− UU− βU ΔU = 20 2 = 20 2 rn* ' U20 U20 ' ' U2* UU1âm− 2; U 2 ' I2 ΔU = =1 − =1 − U *2 (4.7) U1âm U1âm Xaïc âënh ΔU bàòng phæång phaïp giaíi têch. ϕ2 I I' β =2 = 2 Goüi ' : hãû säú taíi cuía mba. I2âm I2âm 0 cosϕ2: hãû säú cäng suáút cuía mba. r I' r I' I' Hçnh 4-3 Xaïc âënh ΔU cuía mba BC =n 2 = n 2âm 2 = βU Ta coï: ' ' nr* U1âm U1âm I2âm
3 x I' x I' I' AB =n 2 = n 2âm 2 = βU ' nx* U1âm U1âm I2âm Tæì A haû âæåìng thàóng goïc AP xuäúng 0U’2* vaì goüi AP = n vaì CP = m, ta coï: ' 2 U*2 = 1 − n − m n 2 U' ≈ 1 − − m *2 2 n 2 ΔU = 1 − U' = m + (4.7) * *2 2 Tênh m vaì n, ta âæåüc : m = CK+KB = β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2) n = AH-HP = β(Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2) 2 2 Váûy ΔU*= β(Unr*cosϕ2+Unx*sinϕ2) + β (Unx*cosϕ2-Unr*sinϕ2) /2 Säú haûng sau ráút nhoí coï thãø boí qua nãn: ΔU*= β(Unr*cosϕ2 + Unx*sinϕ2) (4.8) Tênh ΔU* theo %, ta viãút laûi biãøu thæïc trãn: ΔU*% = β(unr%cosϕ2 + unx%sinϕ2) (4.9) hoàûc ΔU*% = βun%(cosϕn.cosϕ2 + sinϕn.sinϕ2) (4.10) ΔU% ΔU% cosϕ2=0.8 β=1 ϕ2> 0 cosϕ =1 2 u % nx 0 unr% 0 β -u % 1 0 cosϕ nx 2 ϕ2< 0 cosϕ2=0.8 (a) (b) Hçnh 4-4 a.Quan hãû ΔU=f(β) ⎢cosϕ 2 = const b. Quan hãû ΔU= f(cosϕ2) ⎢β = const te Hçnh 4.4 cho biãút caïc quan hãû ΔU = f(β) khi cosϕ2 = C vaì ΔU = f(cosϕ2) khi β = Cte.
4 4.3 CAÏC PHÆÅNG PHAÏP ÂIÃÖU CHÈNH ÂIÃÛN AÏP CUÍA M.B.A. Ta tháúy ΔU=f(β,cosϕ2) nhæ váûy U2 phuû thuäüc vaìo β vaì cosϕ2, âãø giæî cho U2 = const khi tàng taíi thç tè säú biãún aïp k phaíi thay âäøi, nghéa laì ta phaíi thay âäøi säú voìng dáy N. Mäüt cuäün dáy coï hai âáöu ra, åí giæîa hoàûc cuäúi cuäün dáy ta âæa ra mäüt säú âáöu dáy æïng våïi caïc voìng dáy khaïc nhau âãø thay âäøi âiãûn aïp. 4.3.1. Thay âäøi säú voìng dáy khi maïy ngæìng laìm viãûc: Duìng cho caïc maïy biãún aïp haû aïp khi âiãûn aïp thæï cáúp thay âäøi hoàûc khi âiãöu chènh âiãûn aïp theo âäö thë phuû taíi haìng nàm. Âäúi våïi mba cäng suáút nhoí : mäüt pha coï 3 âáöu phán nhaïnh : ± 5%Uâm. Âäúi våïi mba cäng suáút låïn : mäüt pha coï 5 âáöu phán nhaïnh: ±2x 2.5%Uâm Viãûc thæûc hiãûn âäøi näúi khi maïy ngæìng laìm viãûc, nãn thiãút bë âäøi näúi âån giaín, reí tiãön, âàût trong thuìng dáöu vaì tay quay âàût trãn nàõp thuìng. Caïc âáöu phán aïp âæa ra cuäúi cuäün dáy thç viãûc caïch âiãûn chuïng dãù daìng hån (hçnh 4.5a). Caïc âáöu phán aïp âæa ra giæîa cuäün dáy thç læûc âiãûn tæì âäúi xæïng vaì tæì træåìng taín phán bäú seî âãöu (hçnh 4.5b). (a) (b) Hçnh 4-5 Caïc kiãøu âiãöu chènh âiãûn aïp cuía mba 4.4.1. Thay âäøi säú voìng dáy khi maïy âang laìm viãûc (âiãöu aïp dæåïi taíi) Trong hãû thäúng âiãûn læûc cäng suáút låïn, nhiãöu khi cáön phaíi âiãöu chènh âiãûn aïp khi maïy biãún aïp âang laìm viãûc âãø phán phäúi laûi cäng suáút taïc duûng vaì phaín khaïng giæîa caïc phán âoaûn cuía hãû thäúng. Caïc MBA naìy coï tãn goüi laì MBA âiãöu chènh dæåïi taíi. Âiãûn aïp thæåìng âæåüc âiãöu chènh tæìng 1% trong phaûm vi ± 10%Uâm.
5 X1 C X1 C1 X C T1 1 1 T 1 1 K K K C C C2 T1 2 2 T2 T2 T2 X2 X2 X2 (a) (b) (c) Hçnh 4-6 Thiãút bë âäøi näúi vaì quaï trçnh âiãöu chènh âiãûn apï cuía mba âiãöu chènh dæåïi taíi Viãûc âäøi näúi caïc âáöu phán aïp trong MBA âiãöu chènh dæåïi taíi phæïc taûp hån vaì phaíi coï cuäün khaïng K (hçnh 4.6) âãø haûn chãú doìng âiãûn ngàõn maûch cuía bäü pháûn dáy quáún bë näúi ngàõn maûch khi thao taïc âäøi näúi. Hçnh 4.6 cuîng trçnh baìy quaï trçnh thao taïc âäøi näúi tæì âáöu nhaïnh X1 sang âáöu nhaïnh X2, trong âoï T1, T2 laì caïc tiãúp xuïc træåüc; C, C2 laì cäng-tàõc-tå. ÅÍ vë trê (a vaì c) doìng qua cuäün khaïng K theo hai chiãöu ngæåüc nhau, nãn tæì thäng trong loîi theïp gáön bàòng khäng, âiãûn khaïng X cuía cuäün khaïng ráút beï. Trong vë trê trung gian (b) doìng ngàõn maûch chaûy qua K cuìng chiãöu nãn coï tæì thäng φ vaì X låïn, laìm giaím doìng ngàõn maûch In. Cäng-tàõc-tå C1, C2 âàût riãng trong thuìng dáöu phuû gàõn vaìo vaïch thuìng dáöu, vç quaï trçnh âoïng càõt cäng-tàõc-tå laìm báøn âáöu. Trãn hçnh 4.7 trçnh baìy så âäö nguyãn lyï cuía bäü âiãöu aïp dæåïi taíi duìng âiãûn tråí R. Âiãûn tråí R laìm chæïc nàng haûn chãú doìng âiãûn ngàõn maûch. Coìn hinh 4.8 cho ta tháúy viãûc bäú trê bäü âiãöu aïp dæåïi taíi trong thuìng mba. A X R Hçnh 4-7 Nguyãn lyï âiãöu aïp dæåïi taíi duìng âiãûn tråí R 4.4. HIÃÛU SUÁÚT CUÍA M.B.A Hiãûu suáút cuía mba laì tè säú giæîa cäng suáút âáöu ra P2 vaì cäng suáút âáöu vaìo P1: P η% = 2 100 (4.11) P1
6 Hçnh 4-8 Vë trê bäü âiãöu aïp dæåïi taíi trong thuìng MBA Hiãûu suáút mba nhoí hån 1 vç quaï trçnh truyãön taíi cäng suáút qua mba coï täøn hao âäöng vaì täøn hao sàõt. Ngoaìi ra coìn kãø âãún täøn hao do doìng âiãûn xoaïy trãn vaïch thuìng dáöu vaì bu läng làõp gheïp. Nhæ váûy biãøu thæïc (4.11), coï thãø viãút laûi : p η% = (1 − ∑ )100 ) 2 1( . 4 P2 + ∑ p våïi ∑p = pcu1 + pcu2 + pFe Ta âaî coï pháön træåïc: pFe = P0 I' p + p = r I2 + r' I'2 = r I'2 = r I'2 ( 2 )P2 = β2 cu1 cu2 1 1 2 2 n 2 n 2dm ' n I2dm I2 P2 = U2I2 cosϕ2 ≈ UI2âm 2âm cosϕ2 = β Sâm cos ϕ2 I2âm Thãú vaìo (4.12), ta coï :
7 PP+ β2 η% = (1 − 0 n )100 (4.13) 2 βSâm cos ϕ2 + P 0 + β Pn Thæåìng thç caïc täøn hao ráút nhoí so våïi cäng suáút truyãön taíi nãn hiãûu suáút η mba ráút cao. Âäúi våïi mba dung læåüng låïn, hiãûu suáút âaût tåïi trãn 99%. Ta tháúy η = f(β,cosϕ2), cho cosϕ2 = const, ta tçm hiãûu suáút cæûc âaûi ηmax : η dη cosϕ =1 =0 → β2 P = P 1 2 dβ max n 0 cosϕ2=0.8 P0 → βmax = (4.14) Pn .95 Hiãûu suáút m.b.a âaût giaï trë cæûc âaûi khi täøn hao khäng âäøi bàòng täøn hao biãún β .9 âäøi hay täøn hao sàõt bàòng täøn hao âäöng. 0 0.5 1 P0 =0,2 → 0.25 Hçnh 4-9 Quan hãû η=f(β)⏐ Pn cosϕ2=const ⇒ βmax = 0 45→ 0 5 Trãn hçnh 4.9 trçnh baìy quan hãû hiãûu suáút η = f(β) khi cosϕ2 = const. 4.5 MAÏY BIÃÚN AÏP LAÌM VIÃÛC SONG SONG • Lyï do näúi mba laìm viãûc song song: 1. Cung cáúp âiãûn liãn tuûc cho caïc phuû taíi 2. Váûn haình caïc mba mäüt caïch kinh tãú nháút. 3. Maïy quaï låïn thç viãûc chãú taûo vaì váûn chuyãøn seî khoï khàn. • Thãú naìo laì laìm viãûc song song ? Dáy quáún så cáúp caïc mba näúi chung vaìo mäüt læåïi âiãûn vaì dáy quáún thæï cáúp cuìng cung cáúp cho mäüt phuû taíi. • Âiãöu kiãûn âãø näúi mba laìm viãûc song song: 1. Cuìng tè säú biãún aïp. 2. Cuìng täø näúi dáy. 3. Cuìng âiãûn aïp ngàõn maûch. 4.5.1. Âiãöu kiãûn cuìng täø näúi dáy : Cuìng täø näúi dáy âiãûn aïp thæï cáúp seî truìng pha nhau. Khaïc täø näúi dáy â/aïp thæï cáúp seî lãûch pha nhau, vaì sæû lãûch pha náöy phuû thuäüc vaìo täø näúi dáy.
8 VÊDUÛ 4.1 Näúi hai mba: Maïy thæï nháút I näúi Y/Δ-11 vaì maïy thæï hai II näúi Y/Y-12 laìm viãûc song song. Váûy âiãûn aïp thæï cáúp hai maïy seî lãûc pha nhau mäüt goïc 300, trong maûch näúi liãön dáy quáún thæï seî xuáút hiãûn mäüt sââ: ΔE = 2Esin150 = 0.518E Khi maïy khäng taíi, trong âáy quáún seî coï doìng âiãûn cán bàòng : ΔE Icb = (4.15) ZZnI+ nII 0.518 Giaí thæí Z =Z =0.05, I = = 5.18 láön I nI nII cb 0.05+ 0.05 âm Nhæ váûy âoìng âiãûn Icb = 5,18Iâm seî laìm hoíng maïy biãún aïp. U1 IcbII I a A ΔE X x IcbI U II 2 E E 2I 2II A a ΔE X x Hçnh 4-11. Âäö thë vectå âiãûn aïp vaì doìng âiãûn cuía caïc mba coï täø näúi dáy khaïc nhau laìm viãûc song song Hçnh 4-10. Så âäö gheïp song song mba 4.5.2. Âiãöu kiãûn cuìng tè säú biãún âäøi âiãûn aïp: Nãúu tè säú biãún âäøi âiãûn aïp cuía hai maïy khaïc nhau maì hai âiãöu kiãûn coìn laûi thoía maîn thç khi mba laìm viãûc song song, âiãûn aïp thæï cáúp khäng taíi seî bàòng nhau (E2I = E2II ), trong maûch näúi liãön dáy quáún thæï cuía mba seî khäng coï doìng âiãûn chaûy qua. Giaí thæí kI ≠ kII thç E2I ≠ E2II vaì khi khäng taíi, trong maûch näúi liãön quáún thæï cuía mba seî coï doìng âiãûn Icb chaûy qua âæåüc sinh ra båíi âiãûn aïp : ΔEEE =1I − 2II (4.16) ΔE ⇒Icb = (4.17) ZZnI+ nII
9 Doìng âiãûn náöy seî chaûy trong dáy quáún mba theo hai chiãöu ngæåüc nhau vaì cháûm pha mäüt goïc 900 vç r << x. Luïc náöy âiãûn aïp råi trãn dáy quáún seî buì træì våïi sââ, kãút quaí laì trãn maûch thæï coï âiãûn aïp thäúng nháút U2. E2I U2 ItI I2I ItII U2 E I2II 2II IcbI IcbI I cbII IcbII Hçnh 4-11. Âäö thë vectå vaì sæû phán phäúi taíi cuía caïc mba laìm viãûc song song våïi K khaïc nhau. a/ Khi khäng taíi. b/ Khi coï taíi Kãút quaí khi mba mang taíi, doìng âiãûn taíi It seî cäüng våïi doìng cán bàòng laìm cho âiãöu kiãûn laìm viãûc cuía maïy seî xáúu âi, nghéa laì doìng trong maïy khäng tè lãû våïi cäng suáút cuía chuïng, aính hæåíng tåïi sæû låüi duûng cäng suáút cuía chuïng. Chuï yï : Cho pheïp K ≤ khaïc nhau 0.5% so våïi trë säú trung bçnh cuía noï. 4.5.3. Âiãöu kiãûn âiãûn aïp ngàõn maûch bàòng nhau: Trë säú ngàõn maûch cuía caïc maïy bàòng ' − &I nhau thç phuû taíi seî phán bäú tè lãû våïi cäng &II Zn1 I suáút cuía chuïng. Tháût váûy, xeït ba mba laìm ' &I1 ZnII − &I2 III viãûc song song coï âiãûn aïp ngàõn maûch unI, ZnIII unII, unIII.Nãúu boí qua doìng âiãûn tæì hoaï thç IIII -U& ' maûch âiãûn coï daûng nhæ hçnh 4- 12. U& 2 1 ΔU Täøng tråí tæång âæång maûch âiãûn : 1 1 Z = = 1 1 1 1 + + ∑ Hçnh 4-12 Maûch âiãûn thay thãú ZZZZnI nII nIII ni cuía mba laìm viãûc song song Âiãûn aïp råi trãn maûch tæång âæång: ' ΔU&&&& = U1 − U 2 = Z.I (4.18) ' trong âoï &&&III=1 = 2 doìng âiãûn täøng caïc mba, do âoï doìng âiãûn taíi cuía mäùi mba :
10 &&I.Z I &I2I = = (4.19a) ZnI 1 ZnI ∑ Zni &&I.Z I &I2II = = ; (4.19b) ZnII 1 ZnII ∑ Zni &&I.Z I &I2III = = (4.19c) ZnIII 1 ZnIII ∑ Zni Thæåìng thç ϕnI ≈ ϕnII ≈ ϕnII nãn chuyãøn tênh tæì säú phæïc sang tênh mäâun: Ta coï : Uâm zn= u n Iâm Tæì doìng mba I, ta coï : I I = , (4.20) 2I u I nI ∑ âmi IâmI u ni U U nhán hai vãú cho âm = âm , ta coï hãû säú taíi cuía caïc maïy : Sâm UIâm âm S βI = (4.21a) Sâmi unI ∑ u ni S βII = (4.21b) Sâmi unII ∑ u ni S βIII = (4.21c) Sâmi u nIII ∑ uni Nhæ váûy, tæì (4.21a,b vaì c) ta tháúy hãû säú taíi cuía caïc MBA laìm viãûc song song tè lãû nghëch våïi âiãûn aïp ngàõn maûch cuía chuïng : 1 1 1 βI : βII : βIII = : : (4.22) u nI u nII u nIII Nhæ váûy, caïc mba laìm viãûc song song, coï âiãûn aïp ngàõn maûch un bàòng nhau, taíi seî phán bäú tè lãû våïi cäng suáút cuía maïy. Nãúu un khaïc nhau MBA naìo coï un låïn, β nhoí coìn un nhoí, β låïn. Khi maïy coï un nhoí laìm viãûc åí âënh mæïc thç MBA coï un låïn seî huût taíi, kãút quaí laì khäng táûn duûng hãút cäng suáút thiãút kãú cuía mäùi maïy. Chuï yï : Cho pheïp un khaïc nhau 10% vaì cäng suáút MBA coï tè lãû: 3:1
11 VÊ DUÛ 4.2 Cho ba MBA coï cuìng täø näúi dáy quáún vaì tè säú biãún âäøi våïi caïc säú liãûu sau : SâmI = 180kVA, SâmII = 240kVA, SâmIII = 320kVA; unI% = 5,4, unII% = 6,0, unIII% = 6,6. Haîy xaïc âënh taíi cuía mäùi MBA khi taíi chung cuía caïc MBA bàòng täøng cäng suáút cuía chuïng vaì tênh xem taíi täúi âa cuía caïc MBA âãø khäng MBA naìo bë quaï taíi ? Giaíi Täøng cäng suáút cuía ba maïy : S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA Hãû säú taíi cuía caïc maïy : S 740 βI = = = 1,125 Sâmi 180 240 320 u nI ∑ 5,4∑ ( + + ) u ni 4,5 6 6,6 S 740 βII = = = 1,01 Sâmi 180 240 320 u nII ∑ 6∑ ( + + ) u ni 4,5 6 6,6 S 740 βIII = = = 0,92 Sâmi 180 240 320 u nIII ∑ 6,6×∑ ( + + ) u ni 4,5 6 6,6 Cäng suáút taíi cuía caïc maïy : SI = βI.SâmI = 1,125 x 180 = 202,5 kVA SII = βII.SâmII = 1,01 x 240 = 243 kVA SIII = βIII.SâmIII = 0,92 x 320 = 294,5 kVA Ta tháúy MBA I coï un nhoí nháút bë quaï taíi nhiãöu, trong khi âoï MBA III coï un låïn bë huût taíi. Taíi täøng täúi âa âãø khäng MBA naìo bë quaï taíi æïng βI = 1. Luïc âoï ta coï : S S βI = = = 1 Sâmi 180 240 320 u nI ∑ 5,4×∑ ( + + ) u ni 4,5 6 6,6 ⇒ S = 657,72 kVA Roî raìng laì pháön cäng suáút âàût cuía caïc MBA khäng âæåüc låüi duûng seî bàòng : 740 - 658 = 82 kVA. ] R R ^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Chæång 5 M.B.A LAÌM VIÃÛC ÅÍ TAÍI KHÄNG ÂÄÚI XÆÏNG 5.1. ÂAÛI CÆÅNG Taíi khäng âäúi xæïng cuía mba laì taíi khäng phán phäúi âãöu cho caí ba pha, laìm cho doìng âiãûn trong ba pha khäng bàòng nhau, gáy aính hæåíng xáúu âãún tçnh traûng laìm viãûc bçnh thæåìng trong mba nhæ: + Âiãûn aïp dáy vaì pha seî khäng âäúi xæïng. + Täøn hao phuû trong dáy quáún vaì loîi theïp tàng lãn. + Âäü chãnh nhiãût cuía mba væåüt quaï qui âënh. Âãø nghiãn cæïu tçnh traûng laìm viãûc khäng âäúi xæïng cuía mba ta duìng phæång phaïp phaïp phán læåüng âäúi xæïng. Hãû thäúng doìng âiãûn khäng âäúi xæïng cuía mba &Ia ,,&Ib &Ic âæåüc phán têch thaình ba hãû thäúng doìng âiãûn âäúi xæïng: + Thæï tæû thuáûn: &Ia1,,&Ib1 &Ic1 + Thæï tæû ngæåüc: &Ia2 ,,&Ib2 &Ic2 + Thæï tæû khäng: &Ia0 , &Ib0 , &Ic0 vaì quan hãû giæîa chuïng ta âaî hoüc åí pháön “lyï thuyãút maûch âiãûn” nhæ sau : &&&&IIIIa= a1 + a 2 + a 0 2 &&&&&&&Ib= I b1 + I b 2 + I b 0 = a I a1 + aI a 2 + I a 0 2 &&&&&&&Ic= I c1 + I c 2 + I c 0 = aI a 1 + a I a2 + I a 0 Viãút laûi åí daûng ma tráûn: &Ia 1 1 1 &Ia0 2 &Ib = 1 a a &Ia1 (5.1) 2 &Ic 1 a a &Ia2 &Ia0 1 1 1 &Ia 1 2 vaì &Ia1 = 1 a a &Ib (5.2) 3 2 &Ia2 1 a a &Ic
2 0 0 Trong âoï: a= e j120 , a2= e j240 vaì 1 + a + a2 = 0. Chuï yï : • Khi taíi mba khäng âäúi xæïng, bao gåìi cuîng phán têch thaình caïc thaình pháön: TT thuáûn, TT ngæåüc vaì TT khäng. Riãng thaình pháön TT khäng trong mba do coï trë säú bàòng nhau vaì truìng pha vãö thåìi gian nãn chè täön taûi khi mba näúi Y0 vaì Δ • Phæång phaïp phán læåüng âäúi xæïng dæûa trãn cå såí nguyãn lyï xãúp chäöng, nãn khi aïp duûng nguyãn lyï âoï ta giaí thiãút maûch tæì mba khäng baîo hoìa. • Khi phán têch ta xem nhæ âaî qui âäøi tæì phêa thæï cáúp vãö phêa så cáúp vaì âãø âån giaín ta boí qua dáúu pháøy. 5.2. MAÛCH ÂIÃÛN THAY THÃÚ VAÌ TÄØNG TRÅÍ CUÍA MBA ÂÄÚI VÅÏI CAÏC THAÌNH PHÁÖN ÂÄÚI XÆÏNG. + Âäúi våïi hãû thäúng doìng âiãûn thæï tæû thuáûn : Hãû thäúng doìng âiãûn náöy âäúi xæïng nãn maûch âiãûn thay thãú vaì caïc tham säú cuía mba nhæ âaî xeït åí chæång 3. IA0 Ia0 IA0 Ia0 A a A a IB0 Ib0 IB0 Ib0 B b B b I I IC0 c0 c IC0 c0 C C c 3I 3IA0 3I 0 A0 0 0 A0 Z1 Z2 Z1 Z2 IA0 Ia0 IA0 Ia0 UA0 Im0 Zm0 -UA0 UA0 Im0 Zm0 Zn Zn I = -I I = -I A0 a0 A0 a0 U& -U& A0 U& A0 A0 (a) (b) Hçnh 5.1 Maûch âiãûn thay thãú maïy biãún aïp âäúi våïi thaình pháön thæï tæû khäng a. Näúi Yo/Yo ; b. Näúi Yo/ Δ
3 + Âäúi våïi hãû thäúng doìng âiãûn thæï tæû ngæåüc : doìng náöy coï taïc duûng hoaìn toaìn giäúng doìng âiãûn thæï tæû thuáûn vç nãúu âäøi 2 trong ba pha phêa så vaì phêa thæï thç hiãûn tæåüng trong mba khäng coï gç thay âäøi nãn maûch âiãûn thay thãú vaì caïc tham säú cuía mba khäng khaïc gç so våïi doìng âiãûn thæï tæû thuáûn. + Âäúi våïi hãû thäúng doìng âiãûn thæï tæû khäng : hãû thäúng doìng âiãûn thæï tæû khäng 3 pha sinh ra trong mba tæì thäng thæï tæû khäng Φt 0 truìng pha vãö thåìi gian. • Täø mba 3 pha: Tæì thäng Φt 0 kheïp maûch qua loîi theïp nãn doìng Ia0 = Ib0 = Ic0 duì nhoí cuîng âuí sinh ra Φt 0 låïn vç tæì tråí theïp nhoí. • Mba 3 pha ba truû: Φt 0 kheïp maûch qua váût liãûu khäng phaíi sàõt tæì nãn Φto nhoí hån trãn. Tæì thäng Φt0 sinh ra trong dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp caïc sââ tæû caím vaì häù caím vaì ta thaình láûp så âäö thay thãú hçnh T tæång tæû nhæ âäúi våïi træåìng håüp doìng âiãûn thæï tæû thuáûn. Xeït træåìng håüp coï doìng âiãûn thæï tæû khäng nhæ sau : - Khi mba näúi Y0/Y0 hoàûc Y0/Δ: Doìng thæï tæû khäng täön taûi åí caí dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp nãn maûch âiãûn thay thãú âäúi våïi phán læåüng thæï tæû khäng khäng coï gç khaïc daûng maûch âiãûn thay thãú cuía phán læåüng thæï tæû thuáûn. - Khi mba näúi Y/Y0 : Z Z 3IA0 1 2 0 I a0 I A a A0 Ia0 Zm0 Ia0 Ib0 UA0 Im0 Zm0 -UA0 + -UA0 B b Z2 Ic0 c C Hçnh 5.2 Maûch âiãûn thay thãú maïy biãún aïp näúi Y/Y âäúi våïi o thaình pháön thæï tæû khäng Så cáúp khäng coï dáy trung tênh nãn &I A0 = 0 vaì phêa náöy xem nhæ håí maûch. * Ta tháúy åí caïc maûch âiãûn thay thãú trãn: + Z1 = r1+ jx1 vaì Z2 = r2+ jx2 : nhæ täøng tråí thæï tæû thuáûn vaì ngæåüc. + Zm0 : täøng tråí tæì hoïa thæï tæû khäng phuû thuäüc vaìo cáúu taûo maûch tæì: _ Maûch tæì täø mba 3 pha: Zm0 = Zm . _ Maûch tæì mba 3 pha ba truû: Zm0 nhoí (thæåìng Zm0 = (7-15)Zn) + Sââ thæï tæû khäng do tæì thäng Φt0 sinh ra nhæ sau : EZI&&t0 = − m0 m 0 (5.3)
4 + Khi mba näúi Y0/Y0 hoàûc Y0/Δ : caí så cáúp vaì thæï cáúp âãöu coï doìng TT K nãn doìng &&IIA0≈ − a 0 váûy &Im0 âãø sinh ra Φt0 ráút nhoí. Trong træåìng håüp náöy Zm0= 0 vaì Zn = Z1 + Z2 . Xaïc âënh täøng trå thæï tæû khängZt0 bàòng thê nghiãûm : It0 T A W Hçnh 5.3 Så âäö näúi dáy xaïc âënh täøng tråí thæï tæû U V khäng maïy biãún aïp T: måí, nãúu phêa thæï cáúp khäng coï doìng thæï tæû khäng. T: âoïng, nãúu phêa thæï cáúp coï doìng thæï tæû khäng. Theo säú liãûu âo âæåüc ta tênh: U Z = ; (5.4) t0 3I P rt0 = (5.5) 3I2 2 2 xt0= Z to − rt0 . (5.6) 5.3. TAÍI KHÄNG ÂÄÚI XÆÏNG CUÍA MBA 5.3.1. Khi coï doìng âiãûn thæï tæû khäng: 1. Træåìng håüp dáy quáún näúi Y/Y0: Khi taíi khäng âäúi xæïng ta coï: Så: &&&IABC+ I + I = 0 (5.7) Thæï: &&&&IIIIa+ b + c = d (5.8) Phán têch doìng âiãûn phêa så cáúp vaì thæï cáúp thaình caïc thaình pháön, ta coï: + Caïc doìng âiãûn tæì hoïa TT thuáûn vaì ngæåüc &Im1, &Im2 cuía caïc pha seî sinh ra caïc sââ E,E,E&&&ABC . + Coìn doìng âiãûn tæì hoïa TT khäng Ia0 = Ib0 = Ic0= Id/3 täön taûi åí phêa thæï cáúp khäng âæåüc cán bàòng vç Ia0=Ib0=Ic0 = 0 seî sinh ra Φt 0 vaì sââ E m0 tæång âäúi låïn. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp phêa så cáúp laì: UIZEE&&&&A= A 1 − A − m0 UIZEE&&&&B= B 1 − B − m0 (5.9) UIZEE&&&&C= C 1 − C − m0 do E&&&ABC+ E + E = 0 vaì &&&IABC+ I + I = 0 nãn:
5 U&&&&&ABC+ U + U = − 3Em0 = 3I m0 Z m0 (5.10) Khi dáy quáún näúi Y, ta coï: UUU&&&AB= A − B A UUU&&&BC= B − C (5.11) UUU&&&= − &IZao mo CA C A ' U& A Tênh: U& U&&&&&&− U = (U − U ) − (U − U ) A CA AB CA AB ' U& B U& C =U&&&&ABCA + U + U − 3U ' U& C U& B = 3IZ&&&&m0 m0− 3U A = 3(IZ A0 m0− U) A C B Váûy: Hçnh 5-4 Âiãûn aïp khäng âäúi xæïng UU&&− U& = AB CA +&&&IZUIZ =' + do âiãøm trung tênh bë xã dëch A 3 a0 m0 A a0 m0 UU&&− U& = BC AB +&&&IZUIZ =' + (5.12) B 3 b0 m0 B b0 m0 UU&&− U& = CA BC +&&&IZUIZ =' + C 3 co mo C co mo Tæì âäö thë vectå hçnh 5.4 ta tháúy : Aính hæåíng cuía doìng âiãûn thæï tæû khäng laìm cho âiãøm trung tênh cuía âiãûn aïp så cáúp bë lãûch âi mäüt khoaíng bàòng IZao mo Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp phêa thæï cáúp laì: −UUIZIZ&&&&a = A − A 1 + a 2 ' =U&&&&&&&A + ZImo Ao − (I A1 + I)Z A2 1 + (I a1 + I a2 + I)Z ao 2 Vç &&IIA1= − a 1 ; &&IIA2= − a 2 vaì Zmo + Zo = Zto , cho nãn : ' −UUIZIZ&&&&a = A −A n + ao to (5.13a) Cuîng tæång tæû , ta coï : ' −UUIZIZ&&&&b = B −B n + bo to (5.13b) ' −UUIZIZ&&&&c = C −C n + co to (5.13c) Ta tháúy, tæì caïc phæång trçnh trãn chæïng toí ràòng, do coï doìng âiãûn thæï tæû khäng nãn âiãøm trung tênh thæï cáúp mba bë lãûch mäüt khoaíng &IZao to låïn hån khoaíng lãûch så cáúp &IZao mo . Thæûc tãú, sæû khaïc nhau khäng âaïng kãø, vi ZZmo≈ to . Nhæ váûy : sæû xã dëch âiãøm trung tênh laìm : • Âiãûn aïp pha khäng âäúi xæïng → báút låüi cho taíi duìng âiãûn aïp pha. Âãø haûn chãú xã dëch âiãøm trung tênh, qui âënh : • Doìng trong dáy trung têng Id < 0,25Iâm. • Våïi täø mba ba pha khäng näúi Y/Yo vç Zmo quaï låïn. • Coìn mba ba pha ba truû näúi Y/Y våïi Sâm < 6000kVA.
6 2. Træåìng håüp dáy quáún näúi Y0/Y0 vaì Y0/Δ: Trong træåìng håüp náöy doìng âiãûnh thæï tæû khäng täön taûi caí hai phêa så vaì thæï vaì cán bàòng nhau nãn khäng sinh ra tæì thäng Φ to vaì E to nhæ váûy phæång trçnh âiãûn aïp thæï cáúp seî nhæ sau: ' −UUIZ&&&a = A − A n ' −UUIZ&&&b = B − B n (5.14) ' −UUIZ&&&c = C − C n Vç : &&&&IIIIA+ B + C = d Nãn tæì (5.14) ta suy ra âæåüc : UUUZI&&&&a+ b + c = n d (5.15) 1 Âiãøm trung tênh seî bë lãûch mäüt khoaíng IZIZ= . Sæû xã dëch naìy laì ao n3 d n khäng âaïng kãø vç Zn ráút nhoí. 5.3.2. Khi khäng coï doìng âiãûn thæï tæû khäng: Træåìng håüp naìy æïng våïi caïc täø näúi dáy : Y/Y ; Δ/Y ; Y/Δ ; Δ/Δ. Vç khäng coï doìng âiãûn thæï tæû khäng, hån næîa caïc doìng âiãûn thæï tæû thuáûn vaì ngæåüc phêa så cáúp vaì thæï cáúp cán bàòng nhau nãn khäng cáön thiãút phaíi phán têch thaình phán læåüng âäúi xæïng maì chè cáön duìng phæång phaïp thäng thæåìng âãø phán têch âiãûn aïp tæìng pha. Chuï yï : Khi taíi khäng âäúi xæïng, âiãûn aïp ΔU åí pha khäng bàòng nhau, nhæng vç Zn nhoí nãn sæû khäng cán bàòng vãö âiãûn aïp pha vaì dáy laì khäng nghiãm troüng. Trãn thæûc tãú, nãúu taíi khäng âäúi xæïng våïi mæïc phán læåüng thæï tæû ngæåüc vaì thæï tæû thuáûn khäng quaï 5% thç âiãûn aïp âæåüc xem nhæ âäúi xæïng. 5.4. NGÀÕN MAÛCH KHÄNG ÂÄÚI XÆÏNG CUÍA MBA Ngàõn maûch khäng âäúi xæïng xaíy ra khi do sæû cäú åí phêa thæï cáúp mäüt pha bë näúi tàõt våïi dáy trung tênh, hai pha näúi tàõt nhau hoàûc hai pha näúi våïi dáy trung tênh. Nhæîng træåìng håüp kãø trãn coï thãø xem nhæ laì nhæîng træåìng håüp giåïi haûn cuía taíi khäng âäúi xæïng. Âãø phán têch caïc træåìng håüp ngàõn maûch khäng âäúi xæïng, ta cuîng aïp duûng phæång phaïp phán læåüng âäúi xæïng noïi åí trãn. Hçnh 5.5 trçnh baìy kãút quaí phán têch vãö sæû phán phäúi doìng âiãûn giæîa caïc pha cuía mäüt säú træåìng håüp ngàõn maûch khi khäng coï doìng âiãûn thæï tæû khäng (hçnh 5.5a,b,c) vaì khi coï doìng âiãûn thæï tæû khäng (hçnh 5.5d,e).
7 100% 67% 67% T o A a 67% 33% 33% A a B 33% 100% 33% 33% B b C c 33% C c 100% o 100% A a a A 100% 100% 100% 100% B b B b 100% 100% 100% C c c C 100% a A 100% 100% 100% B b 100% 100% c C Hçnh 5.5 Sæû phán bäú doìng âiãûn giæîa caïc pha khi ngàõn maûch ] R R ^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Chæång 6 QUAÏ TRÇNH QUAÏ ÂÄÜ TRONG M.B.A 6.1. KHAÏI NIÃÛM CHUNG Quaï trçnh quaï âäü trong mba laì quaï trçnh mba chuyãøn tæì chãú âäü xaïc láûp náöy sang chãú âäü xaïc láûp khaïc khi coï sæû thay âäøi mäüt trong caïc âaûi læåüng xaïc âënh chãú âäü laìm viãûc cuía mba nhæ : táön säú, âiãûn aïp, phuû taíi Theo yãúu täú doìng âiãûn ngæåìi ta phán ra : quaï doìng âiãûn vaì quaï âiãûn aïp. 6.2. QUÏA DOÌNG ÂIÃÛN Xeït quaï doìng âiãûn xaíy ra trong hai træåìng håüp : 1. Âoïng mba vaìo læåïi khi khäng taíi. 2. Ngàõn maûch âäüt nhiãn. 6.2.1. Âoïng mba vaìo læåïi khi khäng taíi. Ta tháúy : • Luïc laìm viãûc bçnh thæåìng doìng âiãûn khäng taíi : I0 ≤ 10 % Iâm . • Luïc âoïng mba vaìo læåïi âiãûn : I0 >> Iâm . Vç sao ?. Giaí thæí âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så cáúp (hçnh 6.1) luïc âoïng K laì: u1 = U1msin(ωt + Ψ0). Ψ0: laì goïc pha cuía âiãûn aïp luïc âoïng mba vaìo læåïi. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp cuía dáy quáún så laì: dφ u = U sin(ωt + Ψ ) = r i+ W . (6.1) 1 1m 0 1 0 1 dt Ta tháúy quan hãû φ = f(i ) laì quan hãû phi 0 φ tuyãún. Âãø tênh toaïn âån giaín, ta giaí thiãút φ tè K W φ lãû våïi i , nghéa laì : i = 1 . 0 0 u L1 1 W1 W2 Våïi L1: hãû säú tæû caím cuía dáy quáún så. Viãút laûi phæång trçnh (6.1), ta coï: U r dφ 1m sin(ω t + Ψ ) =1 φ + . Hçnh 6.1 Så âäö âoïng mba 0 vaìo læåïi âiãûn luïc khäng taíi W1 L1 dt
2 Giaíi phæång trçnh trãn, ta coï nghiãûm laì: φ = φ’ + φ’’ . Thaình pháön xaïc láûp cuía tæì thäng: π φ’ = φ sin(ωt + Ψ - ). m 0 2 = - φmcos(ωt + Ψ0). LU1 1m Våïi : φm = . 2 2 W1 r 1 + ( ω L1 ) Thaình pháön tæì thäng tæû do: r − 1 t '' L φ = Ce 1 . Xaïc âënh hàòng säú C våïi âiãöu kiãûn t = 0 trong loîi theïp coï tæì thäng dæ ±φdæ, nãn: ’ φ⎮t=0 = (φ + φ”)⎮t=0 = - φmcosΨ0 + C = ± φdæ . ⇒ C = φmcosΨ0 ± φdæ . r − 1 t L1 Váûy : φ” = (φmcosΨ0 ± φdæ) e . Ta coï, sau khi giaíi phæång trçnh : r − 1 t L1 φ = - φmcos(ωt + Ψ0) + (φmcosΨ0 ± φdæ) e . Tæì phæång trçnh trãn ta tháúy : 1. Âiãöu kiãûn thuáûn låüi nháút khi âoïng mba vaìo læåïi âiãûn laì : π Ψ = tæïc âiãûn aïp u = U vaì tæì thäng φ = 0, luïc âoï: 0 2 1 1m dæ φ = - φmcos(ωt + Ψ0) = φmsinωt . tæïc laì xaïc láûp ngay khi âoïng mba vaìo læåïi, khäng xaíy ra quaï trçnh quaï âäü. 2. Âiãöu kiãûn báút låüi nháút khi âoïng mba vaìo læåïi âiãûn laì : Ψ0 = 0 tæïc âiãûn aïp u1 = 0 vaì tæì thäng φdæ > 0, luïc âoï: r − 1 t L1 φ = - φmcosωt + (φm + φdæ) e . φ φmax Khi ωt = π thç φ = φmax vç r 2φ luïc laìm max m 0 π φ’ ωt viãûc bçnh thæåìng, nãn luïc náöy loîi theïp m.b.a ráút baío hoìa vaì doìng tæì hoïa I0 trong quaï trçnh quaï âäü seî ráút låïn, cåî Hçnh 6.2 Sæû biãún thiãn tæì thäng 100 láön doìng I0 φ(t) luïc doïng maûch báút låüi nháút
3 VÊ DUÛ 1 : Luïc bçnh thæåìng : I0 = 5%Iâm . Luïc qtrçnh quïa âäü : I0 = 5Iâm . Mba bë càõt khoíi læåïi khi âoïng khäng taíi. 6.2.2. Quaï doìng âiãûn khi ngàõn maûch ÅÍ âáy chè xeït quïa trçnh quïa âäü tæì luïc bàõt âáöu xaíy ra ngàõn maûch âãún khi thaình láûp chãú âäü ngàõn maûch xaïc láûp. Tênh doìng âiãûn In åí quïa trçnh quïa âäü. x in rn n u Våïi rn = r1 + r’2 u1 1 xn = x1 + x’2 = ωLn Hçnh 6.3 Så âäö luïc mba bë ngàõn maûch Viãút phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp : di u = U sin(ωt + Ψ ) = r i+ L n . 1 1m n n n n dt Trong âoï Ψn: laì goïc pha cuía âiãûn aïp luïc mba xaíy ra ngàõn maûch. Giaíi phæång trçnh trãn våïi âiãöu kiãûn ban âáöu t = 0 thç in = 0, ta âæåüc : in = i’ + i’’ r − n t Ln = − 2In cos(ω t + Ψn ) + 2 In cosΨ n e U1 våïi : In = . 2 2 rn + ( ω Ln ) Ngàõn maûch xaíy ra báút låüi nháút khi Ψn = 0, våïi rn << ωLn . r − n t Ln in = −2 In cos ω t + 2 In e Doìng âaût giaï trë cæûc âaûi khi ωt = π, luïc âoï : πr − n ωLn ixg =2 In ( 1 + e ) = 2 In K xg Trong âoï, Kxg phuû thuäüc vaìo dung læåüng mba, mba caìng låïn thç Kxg caìng låïn. Thæåìng Kxg = 1.2 ÷ 1.8. VÊ DUÛ 2 : Mba cäng suáút 1000kVA, un % = 6.5, unr % = 1.5, unx % = 6.32. πr πu − n − nr ωLn unx Kxg = 1 + e =1 + e = 1.475 Doìng âiãûn xung bàòng : 100 ixg = 2 In K xg = 2 1 475= 22 7 nghéa laì ixg = 22.7Iâm . un %
4 • Haûi mba : 1. Dáy quáún noïng vaì bë chaïy caïch âiãûn. 2. Gáy læûc cå hoüc phaï kãút cáúu dáy quáún. • Baío vãû : 1. Duìng relais taïc âäüng nhanh càõt chäù sæû cäú ra khoíi mba. 2. Mba bë nm caïc voìng dáy bãn trong, ngæåìi ta thæåìng duìng relais håi, relais so lãûch âãø baío vãû càõt mba ra khoíi læåïi. 6.3. QUAÏ ÂIÃÛN AÏP TRONG M.B.A 6.3.1. Nguyãn nhán gáy quaï âiãûn aïp : Um0 Um U Um Pâ 0.5U MBA m 1.2 50 t (μs) Hçnh 6.4 Soïng quaï âiãûn aïp Hçnh 6.5 Soïng quaï âiãûn aïp træåïc vaì sau chäúng seït Khi mba laìm viãûc trong læåïi âiãûn thæåìng chëu nhæîng âiãûn aïp xung kêch, coìn goi laì quaï âiãûn aïp, coï trë säú gáúp nhiãöu láön trë säú âiãûn aïp âënh mæïc. Nguyãn nhán gáy quaï âiãûn aïp : 1. Thao taïc âoïng càõt âæåìng dáy hoàûc caïc maïy âiãûn. 2. Ngàõn maûch chaûm âáút keìm theo häö quang. 3. Seït âaïnh vaìo âæåìng dáy taíi âiãûn trãn khäng vaì soïng seït truyãön âãún mba. Âáy laì soïng nguy hiãøm nháút âäúi våïi mba, vç coï trë säú haìng triãûu vän.Tæì soïng quaï âiãûn aïp, ta tháúy : a. Tæì nåi xuáút hiãûn lan truyãön vãö hai phêa våïi täúc âäü gáön bàòng C. b. Daûng xung khäng chu kyì våïi âáöu soïng ráút däúc, coìn âuäi bàòng phàóng hån. c. Thåìi gian tàng tæì 0 ÷ Um khoaíng μs (hçnh 6.1). Âãø giaím biãn âäü Um0 cuía soïng quaï âiãûn aïp ta duìng bäü chäúng seït phoïng âiãûn P (hçnh 6.2), âãø dáùn âiãûn têch cuía soïng xung kêch xuäúng âáút. Ta tháúy Um0 laì biãn âäü træåïc chäúng seït ráút låïn. Sau taïc âäüng cuía bäü chäúng seït, âiãûn aïp cuía soïng xung kêch giaím âi nhiãöu Um. Biãn âäü sau bäü chäúng seït Um nhoí hån trë säú thæí âäü bãöìn caïch âiãûn cuía mba.
5 6.3.2. Maûch âiãûn thay thãú vaì phæång trçnh vi phán Táön säú soïng quaï âiãûn aïp (xung kêch) laì : ω 1 1 1 f = x = = = = 2, 08 . 105 Hz x −6 2π Tx4 t d 4.,. 1 2 10 Thaình láûp så âäö thay thãú : Goüi : C’d laì âiãûn dung giæîa caïc pháön tæí cuía dáy quáún våïi nhau. C’q laì âiãûn dung giæîa caïc pháön tæí cuía dáy quáún våïi âáút. Khi quaï âiãûn aïp dung khaïng xc << r, xL nãn boí qua r, xL vç fx ráút låïn. r, xl A X C’d C’q xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Hçnh 6.6 Så âäö thay thãú cuía dáy quáún mba khi coï quaï A X C’d âiãûn aïp C’q xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Ta tháúy âiãûn dung coï thäng säú raîi gäöm n voìng dáy: ' 1 Cd Âiãûn dung doüc toaìn pháön : Cd = = . ∑1/Cd n ' ' Âiãûn dung ngang toaìn pháön : Cq =∑ Cq = nCq Khi láúy âäü daìi cuía dq laì mäüt âån vë, âäúi våïi mäüt nguyãn täú nhoí cuía dq coï âäü daìi dx coï thãø tçm âæåüc âiãûn dung ngang Cqdx vaì tham säú vi phán ngang Kdx, trong âoï K=1/Cd . du Âäúi våïi âiãûn têch ngang åí nguyãn täú Kdx : Q = x (6.1) x Kdx dQx Âiãûn aïp trãn âiãûn dung : ux = (6.2) Cq dx d2 u C Thay (6.1) vaìo (6.2), ta coï : x −q u = 0 2 x dx Cd αx −αx Giaíi pt trãn ta âæåüc nghiãûm daûng: ux = D1 e + D2 e C C våïi α laì nghiãûm cuía pt âàûc træng : α2 −q =0 → α = ± q . Cd Cd Duìng âiãöu kiãûn biãn våïi dáy quáún näúi âáút :
6 αx −αx 1. ux = D1 e + D2 e = Um khi x =1 αx −αx 2. ux = D1 e + D2 e = 0 khi x = 0 shα x Ta tçm âæåüc : u= U (6.3) x m shα Træåìng håüp dáy quáún khäng näúi âáút, ta cuîng coï : chα x u= U . (6.4) x m chα 6.3.3. Sæû phán bäú âiãûn aïp ban âáöu doüc dáy quáún: Veî caïc quan hãû (6.3) vaì (6.4), ta âæåüc sæû phán bäú âiãûn aïp ban âáöu : U Um m α=0 1 1 α=1 .8 .8 α=0 .6 .6 .4 .4 α=5 α=5 .2 .2 α=10 α=10 1 1 .8 .6 .4 .2 0 .8 .6 .4 .2 0 A X A X (a) (b) Hçnh 6.6 Sæû phán bäú âiãûn aïp ban âáöu doüc dáy quáún. a/. Khi näúi âáút. b/. Khi khäng näúi âáút. Ta tháúy : α = 0 sæû phán bäú âiãûn aïp ban âáöu doüc theo dáy quáún âãöu : ux = xUm. α caìng låïn sæû phán bäú âiãûn aïp ban âáöu doüc theo dáy quáún khäng âãöu, maì táûp trung chuí yãúu vaìo âáöu dáy quáún. α > 5 sæû phán bäú âiãûn aïp khäng phuû thuäüc vaìo sæû näúi âáút hay khäng. Vç ràòng giaín âäö thay thãú mba gäöm r, L, C hçnh thaình, nãn mäüt loaût nhæîng maûch voìng dao âäüng vaì qtqâ tæì âiãûn aïp ban âáöu âãún âiãûn aïp cuäúi cuìng åí mäùi âiãøm cuía dáy quáún âãöu mang âàûc tênh dao âäüng. Do täøn hao trãn âiãûn tråí caïc dao âäng seî tàõt dáön. Biãn âäü dao âäüng vaì quaï âiãûn aïp xuáút hiãûn khi âoï tàng lãn våïi sæû tàng vãö âäü khaïc nhau giæîa phán bäú âiãûn aïp âáöu vaì cuäúi. Âãø giaím nguy hiãøm do dao âäüng âoï cáön giaím α âãún mæïc coï thãø. Giaím α seî tàng kêch thæåïc mba nhæ váûy seî tàng giaï thaình, nghéa laì khäng thæûc hiãûn âæåüc.
7 Baío vãû mba khoíi quaï âiãûn aïp : 1. Tàng cæåìng caïch âiãûn åí âáöu vaì cuäúi dáy quáún. 2. Taûo ra âiãûn dung maìn chàõn ténh âiãûn, dæåïi daûng nhæîng voìng kim loaûi håí coï boüc caïch âiãûn. ] R R ^
1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh MAÏY ÂIÃÛN 1 Biãn soaûn: Buìi Táún Låüi Pháön II NHÆÎNG VÁÚN ÂÃÖ CHUNG CUÍA MAÏY ÂIÃÛN XOAY CHIÃÖU Chæång 8 MAÛCH TÆÌ LUÏC KHÄNG TAÍI 8.1. ÂAÛI CÆÅNG. Tæì træåìng trong maïy âiãûn laì âãø sinh ra sââ vaì mämen âiãûn tæì. Trong háöu hãút maïy âiãûn hiãûn nay, tæì træåìng luïc khäng taíi âãöu do doìng âiãûn mäüt chiãöu chaûy qua dáy quáún kêch thêch âàût trãn cæûc tæì sinh ra. Muûc âêch cuía viãûc nghiãn cæïu maûch tæì luïc khäng taíi cuía maïy âiãûn mäüt chiãöu hay caïc maïy âiãûn khaïc nhæ maïy âiãûn khäng âäöng bäü, maïy âiãûn âäöng bäü laì xaïc âënh stâ cáön thiãút âãø taûo ra tæì thäng åí khe håí âuí âãø sinh ra trong dáy quáún pháön æïng mäüt sââ vaì mämen âiãûn tæì theo yãu cáöu thiãút kãú. Trong chæång náöy seî trçnh baìy caïch tênh toaïn cuû thãø maûch tæì maïy âiãûn mäüt chiãöu. Phæång phaïp náöy coï tênh täøng quaït nãn cuîng coï thãø æïng duûng âãø tênh toaïn maûch tæì cuía caïc loaûi maïy âiãûn quay khaïc. 11.1.1. Tæì træåìng chênh vaì tæì træåìng taín. Trong maïy âiãûn, caïc cæûc tæì coï cæûc tênh khaïc nhau âæåüc bäú trê xen keí nhau. Tæì thäng âi tæì cæûc bàõc N qua khe håí vaì vaìo pháön æïng räöi tråí vãö hai cæûc nam N nàòm kãö bãn. Tæì hçnh 8.1 ta tháúy, âaûi bäü pháûn tæì thäng dæåïi mäùi cæûc tæì âi qua khe håí vaìo pháön æïng, coï mäüt pháön ráút nhoí Hçnh 8.1 Xaïc âënh tæì træåìng maïy âiãûn mäüt chiãöu
2 tæì thäng khäng qua pháön æïng maì træûc tiãúp qua caïc cæûc tæì bãn caûnh, gäng tæì, nàõp maïy Pháön tæì thäng âi vaìo pháön æïng goüi laì tæì thäng chênh hay tæì thäng khe håí Φ0. Tæì thäng náöy caím æïng sââ trong dáy quáún khi pháön æïng quay vaì taïc duûng våïi doìng âiãûn trong dáy quáún âãø sinh ra momen. Âáy laì pháön chuí yãúu cuía tæì thäng cæûc tæì ΦC. Pháön tæì thäng khäng âi qua pháön æïng goüi laì tæì thäng taín Φσ. Noï khäng caím æïng sââ vaì sinh ra mämen trong pháön æïng song noï váùn täön taûi laìm cho âäü baío hoìa tæì cuía cæûc tæì vaì gäng tæì tàng lãn. Váûy tæì thäng cuía cæûc tæì bàòng: Φσ Φc = Φ 0 + Φσ = Φ0 (1 + ) = σΦ0 (8.1) Φ0 Φ trong âoï σ =1 + σ hãû säú taín tæì cuía cæûc tæì chênh. Thæåìng σ = 1,15 ÷ 1,28. Φ0 11.1.2. Stâ cáön thiãút âãø sinh ra tæì thäng. Cáön phaíi coï stâ F0 âãø sinh ra tæì thäng chênh Φ0. Stâ náöy do säú ampe voìng trãn âäi cæûc tæì cuía maïy âiãûn sinh ra. Theo âënh luáût toaìn doìng âiãûn, ta coï: ∫ Hdl= ∑ Wi L Aïp duûng âënh luáût náöy vaìo mäüt âäi cæûc tæì cuía maïy (hçnh 8.1), ta coï: F0 = ∑∑ Wi= H.l = 2Hδδ + 2Hr.hr + Hæ.læ + 2Hc.lc + Hglg. = Fδ + Fr + Fæ + Fc + Fg (8.2) trong âoï, caïc chæî nhoí δ, r, æ, c, g chè khe håí, ràng, pháön æïng, cæûc tæì vaì gäng tæì; h - chè chiãöu cao vaì l - chè chiãöu daìi. Cæåìng âäü tæì træåìng âæåüc tênh theo cäng thæïc: B H = (8.3) μ trong âoï: Φ B = tæì caím trãn caïc âoaûn S maûch tæì. Coìn Φ, S vaì μ láön læåüc laì tæì thäng, tiãút diãûn vaì hãû säú tæì tháøm cuía caïc âoaûn maûch tæì. Trong khäng -7 khê μ = 4π.10 H/m, coìn trong loîi Hçnh 8.2 Xaïc âënh stâ trong maïy âiãûn mäüt chiãöu theïp thç μ khäng phaíi laì hàòng säú, vç váûy tçm træûc tiãúp H theo âæåìng cong tæì hoïa cuía váût liãûu B = f(H).
3 8.2. TÊNH STÂ KHE HÅÍ Fδ Stâ åí khe håí bàòng: 2 Fδ = Bδ k δδ (8.4) μ0 trong âoï: -7 μo = 4π.10 H/m hãû säú tæì tháøm cuía khäng khê; Bδ tæì caím khe håí khäng khê æïng våïi tæì thäng chênh Φ0 naìo âoï : (theo baíng). Φ0 Bδ = (8.5) αδ τl δ våïi: αδ laì hãû säú tênh toaïn cuía cunh cæûc tæì; αδ = bc/τ = 0,62-0,72. τ laì bæåïc cæûc tæì. lδ laì chiãöu daìi tênh toaïn cuía pháön æïng. lδ = 0,() 5 lt − l (8.6) • lt - chiãöu daìi cæûc tæì theo truûc. • l - chiãöu daìi loîi sàõt pháön æïng khäng tênh raînh thäng gioï. l = l1 - ng.bg (8.7) Coìn l1 chiãöu daìi thæûc loîi sàõt; ng,bg säú raînh vaì bãö räüng raînh thäng gioï kδ hãû säú khe håí liãn quan âãún ràng raînh, coï thãø tênh theo cäng thæïc sau: t1 + 10 δ k δ = (8.8) b1r + 10 δ våïi t1 vaì br1 laì bæåïc ràng vaì bãö räüng cuía âènh ràng. 8.3. TÊNH STÂ RÀNG FZ • Tênh chênh xaïc: • Tênh gáön âuïng: Tæì caím tênh toaïn cuía ràng Brx åí âäü cao x cuía ràng coï thãø tênh nhæ sau: Φ t Bδ l δ t1 Brx = = (8.9) Srx brx l 1 k c trong âoï: t1 Φ = Bδlδt tæì thäng âi qua mäüt bæåïc ràng t . t 1 1 1 brx bZx lδ , l1 - chiãöu daìi tênh toaïn vaì chiãöu daìi thæûc br2 bZ2 cuía loîi sàõt. 2 Z h brx - chiãöu räüng cuía ràng åí âäü cao x. x kc - hãû säú eïp chàût. 3 t1 - bæåïc ràng cuía pháön æïng. Trong thæûc tãú tênh toaïn stâ ràng, chè cáön Hçnh 8.3 Xaïc âënh stâ ràng
4 tênh H åí ba âiãøm trãn chiãöu cao cuía ràng åí tiãút diãûn trãn, giæîa vaì dæåïi cuía noï laì Hr1, Hr.tb, Hr2. Trë säú tênh toaïn cuía cæåìng âäü tæì træåìng trung bçnh: 1 H =(H + 4H + H ) (8.10) r 6 r1 r.tb r2 Stâ ràng âäúi våïi mäüt âäi cæûc tæì bàòng: Fr = 2Hrhr (8.11) Thæåìng âãø âån giaín hån, ta chè xaïc âënh tæì caím B vaì cæåìng âäü tæì træåìng H åí tiãút diãûn caïch chán ràng laì hz/3 laìm trë säú trung bçnh âãø tênh toaïn, ta coï: Fr = 2H1 h r (8.12) z 3 8.4. TÊNH STÂ ÅÍ LÆNG PHÁÖN ÆÏNG Tæì caím åí læng pháön æïng: Φ æ Φo Bæ = = (8.13) Sæ 2hæ l 1 k c trong âoï: Φæ = Φ0/2 tæì thäng pháön æïng. Sæ = hæ l1kc tiãút diãûn læng pháön æïng. hæ chiãöu cao pháön æïng. Tæì B ta tçm âæåüc H theo âæåìng cong tæì hoïa B = f(H). Stâ trãn læng pháön æïng: Fæ = Hælæ (8.14) 8.5. TÊNH STÂ TRÃN CÆÛC TÆÌ VAÌ GÄNG TÆÌ Tæì thäng dæåïi cæûc tæì: Φc = Φ0σt (8.15) Tæì thäng trong gäng tæì: 1 1 Φ = Φ = Φ σ (8.16) g 2 c 2 0 t Tæì caím cæûc tæì vaì gäng tæì: Φc Φc Bc = vaì Bg = (8.17) Sc 2Sg trong âoï: Sc, Sg laì tiãút diãûn cæûc tæì vaì gäng tæì. Tæì âæåìng cong tæì hoïa cuía váût liãûu chãú taûo cæûc tæì vaì gäng tæì, ta tçm âæåüc cæåìng âäü tæì træåìng cæûc tæì Hc vaì gäng tæì Hg .