Máy biến áp phân phối - 6306 + 5825-2010
Máy biến áp phân phối sản xuất ngoài việc phải tuân thủ theo TCVN 6306-01 (IEC 60076-1) và còn phải tuân thủ theo TCVN 8525: 2010 (mức năng lượng tối thiểu và phương pháp xác định mức năng lượng tối thiểu).
Kể từ ngày 01/7/2013 máy biến áp phân phối phải được dán nhãn năng lượng - đạt mức năng lượng tối thiểu theo quy định tại TCVN 8525: 2010 (Quyết định số 03/2013/QĐ-TTg ngày 14-01-2013 của Thủ tướng Chính phủ).
Kể từ ngày 01/01/2015 máy biến áp phân phối có mức hiệu suất năng lượng thấp hơn mức hiệu suất năng lượng tối thiểu, tức không đạt TCVN 8525: 2010 sẽ không được sản xuất (Quyết định số 78/2013/QĐ-TTg ngày 25/12/2013 của Thủ tướng Chính phủ).
Phương thức tính hiệu suất năng lượng:
Trong đó:
-E50% hiệu suất tính bằng % của máy biến áp ở 50% phụ tải và ở hệ số công suất bằng 1.
-S công suất danh định của máy biến áp phân phối, kVA.
-Pk tổn hao có tải của máy biến áp phân phối, kW.
-Po tổn hao không tải của máy biến áp phân phối, kW.
-Kết quả tính toán E50% phải được hiệu chỉnh về nhiệt độ chuẩn là 75 độ C theo TCVN 6306-01 (IEC 60076-1).
-Máy biến áp 1 pha và 3 pha: Máy biến áp 1 pha thường có dung lượng từ 25kVA đến 100kVA, có các cấp điện áp 6,3; 10; 15; 22; 35/ 0,4kV. Máy biến áp phân phối 3 pha thường có dung lượng từ 25kVA đến 10.000kVA, có các cấp điện áp 6,3; 10; 15; 22; 35/ 0,4kV với tổ đấu dây Y/Yn hoặc D/Yn.
-Máy biến áp dầu và máy biến áp khô
-Máy biến áp phân phối và máy biến áp trung gian
-Máy biến áp có bình dãn nở dầu (Máy biến áp có bình dầu phụ) và máy biến áp tự dãn nở (Máy biến áp kiểu kín)
Loại 2 cấp điện áp và 3 cấp điện áp
-Chế độ làm mát tuần hoàn dầu tự nhiên: ONAN
Bộ điều chỉnh điện áp không tải có phạm vi điều chỉnh ±2x5%. Với các máy biến áp có 2 cấp điện áp cao áp việc chuyển đổi cấp điện áp được thực hiện bằng điều chỉnh trên nắp máy, không phải rút ruột máy.
Mạch từ của MBA được chế tạo bằng thép kỹ thuật điện cán nguội, dẫn từ có hướng, có suất tổn hao thấp. Lá thép mạch từ được chế tạo bằng công nghệ cắt bấm, cắt chéo liê n tiếp, lắp ghép với độ chính xác cao. Do đó giảm được tổn hao không tải, dòng điện không tải và độ ồn trong quá trình vận hành.
MÁY BIẾN ÁP
KHÁI NIỆM CHUNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
Để biến đổi điện áp (dòng điện) của dòng xoay chiều từ giá trị cao đến giá trị thấp hoặc ngược lại ta dùng Máy biến áp.
ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Định nghĩa
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làM việc theo nguyên tắc cảM ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều (U1, I1,fi) thành (U2, I2,fi)
Đầu vào của Máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp .
Các lượng định Mức
- Điện áp định Mức
Điện áp sơ cấp định Mức kí hiệu U1đM là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định Mức kí hiệu U2đM là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở Mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định Mức .
Với Máy biến áp ba pha điện áp định Mức là điện áp dây
- Dòng điện định Mức
Dòng điện định Mức là dòng điện đã quy định cho Mỗi dây quấn của Máy biến áp, ứng với công suất định Mức và điện áp định Mức.
Đối với Máy biến áp ba pha, dòng điện định Mức là dòng điện dây.
Dòng điện sơ cấp định Mức kí hiệu I1đM, dòng điện thứ cấp định Mức kí hiệu I2đM
- Công suất định Mức
Công suất định Mức của Máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làM việc định Mức.
Công suất định Mức kí hiệu là SđM, đơn vị là KVA.
CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
Công dụng của Máy biến áp là truyền tải và phân phối điện năng trong
hệ thống điện
Muốn giảM tổn hao dP = I2.R trên đường dây truyền tải có hai phương án:
Phương án 1: GiảM điện trở R của đường dây (R = r.l/S)
Muốn giảM R ta tăng tiết diện dây dẫn S, tức là tăng khối lượng dây dẫn, các trụ đỡ cho đường dây, chi phí xây dựng đường dây tải điện rất lớn ( phương án này không kinh tế)
Phương án 2: GiảM dòng điện I chạy trên đường dây truyền tải.
Muốn giảM I ta phải tăng điện áp, ta cần dùng Máy tăng áp vì đối với Máy biến áp U1I1 = U2.I2 ( phương án này kinh tế và hiệu quả hơn)
Máy biến áp còn được dùng rộng rãi :
Trong kỹ thuật hàn, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong lĩnh vực đo lường. trong các thiết bị tự động, làM nguồn cho thiết bị điện, điện tử , trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
GồM hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn
Lõi thép Máy biến áp
Dùng để dẫn từ thông chính của Máy, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện Mỏng ghép lại.
Để giảM dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai Mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép.
Dây quấn Máy biến áp
Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôM có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
Máy biến áp có công suất nhỏ thì làM Mát bằng không khí
Máy có công suất lớn thì làM Mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp I1 (hình 7.2.2)
Dòng điện I1 sinh ra từ thông fi biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thông này Móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảM ứng điện từ:
e1 = - W1 dfi/dt
e2 = - W2 dfi/dt
W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Hình 7.2.2
Khi Máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải.
Từ thông fi biến thiên hình sin fi = fiMax sinWt
Ta có:
k = E1/ E2= W1/ W2 , k được gọi là hệ số biến áp.
Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:
U1/ U2 xấp xỉ E1/ E2 = W1/ W2 = k
Bỏ qua Mọi tổn hao trong Máy biến áp, ta có:
U2 I2xấp xỉ U1 I1 suy ra U1/U2 xấp xỉ I2/I1 =W1/W2 = k
CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP
Theo quy tắc vặn nút chai, chiều fi phù hợp với chiều i1, e1 và i1 cùng chiều .
Chiều i2 được chọn ngược với chiều e2 nghĩa là chiều i2 không phù hợp với chiều fi theo quy tắc vặn nút chai.
Trong Máy biến áp còn có từ thông tản fit1 , fit2 ( hình 7.3.a)
Từ thông tản được đặc trưng bằng điện cảM tản .
Điện cảM tản dây quấn sơ cấp L1 : L1 = fit1 /i1
Điện cảM tản dây quấn thứ cấp L2 : L2= fit2 /i2
Hình 7.3.a
7.3.1. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn sơ cấp
Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho Mạch điện hình 7.3.b :
trong đó X1 = L1 W
Hình 7.3.b
7.3.2. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn thứ cấp
Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho Mạch điện hình 7.3.c :
Hình 7.3.c
Trong đó X2 = L2.W
Phương trình cân bằng từ
Điện áp lưới điện đặt vào Máy biến áp U1xấp xỉ E1 = 4.44 fiW1fiMax không đổi, cho nên từ thông chính fiMax sẽ không đổi.
Phương trình cân bằng từ dưới dạng số phức:
SƠ ĐỒ THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP
Từ các phương trình cân bằng điện từ ta xây dựng Mô hình Mạch điện cho Máy biến áp. Sơ đồ thay thế là sơ đồ điện phản ảnh đầy đủ quá trình năng lượng trong Máy biến áp, ta có hệ phương trình:
Trong đó:
Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ thay thế cho Máy biến áp
(hình 7.4.a)
Hình 7.4.a
CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Là chế độ Mà phía thứ cấp hở Mạch và phía sơ cấp được đặt vào điện áp.
Đặc điểM chế độ không tải của Máy biến áp
Dòng điện không tải I0
Ta có : I0 = U1/ z0
Tổng trở z0 rất lớn vì thế I0 rất nhỏ: I0 =(3% -10% )I1đM
Công suất không tải P0
P0 = R0 I20=Rth I2th = Pst
Hệ số công suất cosP0
Thí nghiệM không tải của Máy biến áp
Xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ Pst, Xth, Rth, cosP0, I0
Sơ đồ thí nghiệM
Vôn kế V1 chỉ U1đM; vôn kế V2 chỉ U2đM
AMpe kế A chỉ dòng điện không tải I0
Oát Mét W chỉ công suất không tải P0
Xthxấp xỉXo
Là chế độ Mà phía thứ cấp bị nối tắt lại và phía sơ cấp vẫn đặt vào điện áp. Đây là tình trạng sự cố.
ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP
Phương trình và sơ đồ thay thế của Máy biến áp ngắn Mạch.
Sơ đồ thay thế
Tổng trở z’2 rất nhỏ so với zth , nên có thể bỏ nhánh từ hoá .
Dòng điện ngắn Mạch In:
In = U1đM/zn
Rn: điện trở ngắn Mạch Máy biến áp
Xn: điện kháng ngắn Mạch Máy biến áp.
zn : tổng trở ngắn Mạch Máy biến áp
Zn rất nhỏ cho nên In rất lớn:
In = U1đM/zn xấp xỉ (10 ¸ 25) I1đM ( tình trạng sự cố)
THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP
Xác định tổn hao trên điện trở dây quấn và các thông số R1, X1, R2, X2
Sơ đồ thí nghiệM ngắn Mạch
Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp .
Nhờ bộ điều chỉnh điện áp, ta có thể điều chỉnh điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng Un sao cho dòng điện trong các dây quấn đạt giá trị định Mức.
Un % = Un /U1đM 100% = (3¸10 %) U1đM
Công suất đo trong thí nghiệM ngắn Mạch Pn là tổn hao trong điện trở 2 dây quấn.
X1 =X’2 =Xn/2
Biết hệ số biến áp, tính được thông số thứ cấp chưa quy đổi.
R2=R’2/k2 ;X2=X’2/k2
CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện áp định Mức, dây quấn thứ cấp nối với tải.
Hệ số tải : kt = I2/I2đM= I1/I1đM
kt=1 tải định Mức, kt<1 non tải, kt >1 quá tải.
Độ biến thiên điện áp thứ cấp.
dU2% = (U2đM-U2)/ U2đM .100%
Đặc tính ngoài của Máy biến áp
Quan hệ U2 = fi(I2), khi U1 =U1đM và cosPt = const.
Điện áp thứ cấp U2 là: U2 = U2đM -dU2 = U2đM (1 - dU2%/100)
Tổn hao và hiệu suất Máy biến áp
- Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng
dPđ =dPđ1+dPđ2 = I12R1 +I22R2 = kt2Pn
trong đó Pn là công suất đo được trong thí nghiệM ngắn Mạch .
- Tổn hao sắt từ dPst trong lõi thép do dòng điện xoáy và từ trể gây ra.. Tổn hao sắt từ bằng công suất đo khi thí nghiệM không tải. dPst = P0
Hiệu suất Máy biến áp h:
h=P2/P1 = P2/(P2 + dPst +dPđ) = ktSđM cosPt /( ktSđM cosPt +P0 +kt2Pn)
P2= S2 cos Pt = ktSđM cosPt
Nếu cosPt không đổi, hiệu suất cực đại khi hxích ma /xích ma kt = 0 suy ra kt2Pn =P0
Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại:
Đối với Máy biến áp công suất trung bình và lớn, hiệu suất cực đại khi hệ số tải
kt= 0.5 /0.7
MÁY BIẾN ÁP BA PHA
Để biến đổi điện áp của hệ thống điện ba pha, ta dùng Máy biến áp ba pha.
Về cấu tạo lõi thép của Máy biến áp ba pha gồM 3 trụ và trên Mỗi trụ quấn dây quấn sơ cấp và thứ cấp của Mỗi pha
Dây quấn sơ cấp: pha A thường kí hiệu là AX, pha B là BY, pha C là CZ.
Dây quấn thứ cấp: pha a thường kí hiệu là ax, pha b là by, pha c là cz.
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc hình taM giác, ví dụ như có 4 trường hợp cơ bản, bao gồM 12 tổ nối dây ( hình 7.8.1)
Hình 7.8.1
Tỷ số điện áp dây trong 4 trường hợp cơ bản:
Nối Y/Y:
U/d:
d/U:
d/d:
Tổ nối dây của Máy biến áp cho ta biết cách Mắc của cuộn sơ cấp, thứ cấp và góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và điện áp dây thứ cấp.
Ví dụ: Tổ nối dây kí hiệu U/U- 21; phía sơ cấp và thứ cấp nối sao, góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 12x300=3600
SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY BIẾN ÁP
Nhờ làM việc song song, công suất lưới điện lớn rất nhiều so với công suất Mỗi Máy, đảM bảo nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống và an toàn cung cấp điện, khi Một Máy hỏng hóc hoặc phải sửa chữa.
Điều kiện để cho các Máy biến áp làM việc song song :
Cần đảM bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các Máy tỷ lệ với công suất định Mức của chúng.
CÁC MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT
MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
Biến áp tự ngẫu còn được gọi là Máy tự biến áp
Máy biến áp tự ngẫu Một pha thường có công suất nhỏ, được dùng trong các phòng thí nghiệM và trong các thiết bị để làM nguồn có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu.
Máy biến áp tự ngẫu Một pha gồM có dây quấn thấp áp (số vòng dây W2 ) là Một phần của dây quấn cao áp (số vòng dây W1) ( hình 7.10.1 )
Ta có: U1/U2=W1/W2 hay là U2 = U1.W1/W2
Hình 7.10.1
Ta thay đổi vị trí tiếp điểM trượt a, sẽ thay đổi được điện áp U2.
Máy tự biến áp có tiết diện lõi thép bé hơn Máy biến áp thông thường nhưng vẫn đảM bảo đủ công suất
Máy tự biến áp trong đó cuộn thấp áp là Một phần cuộn cao áp cho nên tiết kiệM được dây dẫn, và giảM được tổn hao.
Máy tự biến áp có nhược điểM là Mức độ an toàn điện không cao
MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG
Máy biến điện áp
Dùng biến đổi điện áp xoay chiều rất cao xuống điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ thông thường.
Số vòng dây cuộn thứ cấp phải ít hơn số vòng dây cuộn sơ cấp. Tiết diện dây quấn sơ cấp nhỏ hơn tiết diện dây quấn thứ cấp.
Trong khi làM việc, không được để cho Máy biến điện áp ngắn Mạch ở thứ cấp.
Hình 7.10.2.a
Máy biến dòng điện
Dùng biến đổi dòng điện xoay chiều lớn xuống dòng điện nhỏ để đo lường và Một số Mục đích khác.
Vì dòng điện thứ cấp nhỏ hơn dòng điện sơ cấp nên số vòng dây thứ cấp nhiều hơn số vòng dây sơ cấp. Tiết diện dây quấn thứ cấp nhỏ hơn tiềt diện dây sơ cấp
Đối với Máy biến dòng không được để hở Mạch ở thứ cấp.
Hình 7.10.2.b
Kể từ ngày 01/7/2013 máy biến áp phân phối phải được dán nhãn năng lượng - đạt mức năng lượng tối thiểu theo quy định tại TCVN 8525: 2010 (Quyết định số 03/2013/QĐ-TTg ngày 14-01-2013 của Thủ tướng Chính phủ).
Kể từ ngày 01/01/2015 máy biến áp phân phối có mức hiệu suất năng lượng thấp hơn mức hiệu suất năng lượng tối thiểu, tức không đạt TCVN 8525: 2010 sẽ không được sản xuất (Quyết định số 78/2013/QĐ-TTg ngày 25/12/2013 của Thủ tướng Chính phủ).
Phương thức tính hiệu suất năng lượng:
Trong đó:
-E50% hiệu suất tính bằng % của máy biến áp ở 50% phụ tải và ở hệ số công suất bằng 1.
-S công suất danh định của máy biến áp phân phối, kVA.
-Pk tổn hao có tải của máy biến áp phân phối, kW.
-Po tổn hao không tải của máy biến áp phân phối, kW.
-Kết quả tính toán E50% phải được hiệu chỉnh về nhiệt độ chuẩn là 75 độ C theo TCVN 6306-01 (IEC 60076-1).
| Máy biến áp sứ thường (dùng đầu cáp co nóng hoặc co nguội) | Máy biến áp sứ Elbow (dùng đầu cáp Elbow) |
-Máy biến áp dầu và máy biến áp khô
-Máy biến áp phân phối và máy biến áp trung gian
-Máy biến áp có bình dãn nở dầu (Máy biến áp có bình dầu phụ) và máy biến áp tự dãn nở (Máy biến áp kiểu kín)
Loại 2 cấp điện áp và 3 cấp điện áp
-Chế độ làm mát tuần hoàn dầu tự nhiên: ONAN
Bộ điều chỉnh điện áp không tải có phạm vi điều chỉnh ±2x5%. Với các máy biến áp có 2 cấp điện áp cao áp việc chuyển đổi cấp điện áp được thực hiện bằng điều chỉnh trên nắp máy, không phải rút ruột máy.
Mạch từ của MBA được chế tạo bằng thép kỹ thuật điện cán nguội, dẫn từ có hướng, có suất tổn hao thấp. Lá thép mạch từ được chế tạo bằng công nghệ cắt bấm, cắt chéo liê n tiếp, lắp ghép với độ chính xác cao. Do đó giảm được tổn hao không tải, dòng điện không tải và độ ồn trong quá trình vận hành.
MÁY BIẾN ÁP
KHÁI NIỆM CHUNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
Để biến đổi điện áp (dòng điện) của dòng xoay chiều từ giá trị cao đến giá trị thấp hoặc ngược lại ta dùng Máy biến áp.
ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Định nghĩa
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làM việc theo nguyên tắc cảM ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều (U1, I1,fi) thành (U2, I2,fi)
Đầu vào của Máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp. Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp .
Các lượng định Mức
- Điện áp định Mức
Điện áp sơ cấp định Mức kí hiệu U1đM là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định Mức kí hiệu U2đM là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở Mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định Mức .
Với Máy biến áp ba pha điện áp định Mức là điện áp dây
- Dòng điện định Mức
Dòng điện định Mức là dòng điện đã quy định cho Mỗi dây quấn của Máy biến áp, ứng với công suất định Mức và điện áp định Mức.
Đối với Máy biến áp ba pha, dòng điện định Mức là dòng điện dây.
Dòng điện sơ cấp định Mức kí hiệu I1đM, dòng điện thứ cấp định Mức kí hiệu I2đM
- Công suất định Mức
Công suất định Mức của Máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làM việc định Mức.
Công suất định Mức kí hiệu là SđM, đơn vị là KVA.
CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
Công dụng của Máy biến áp là truyền tải và phân phối điện năng trong
hệ thống điện
Muốn giảM tổn hao dP = I2.R trên đường dây truyền tải có hai phương án:
Phương án 1: GiảM điện trở R của đường dây (R = r.l/S)
Muốn giảM R ta tăng tiết diện dây dẫn S, tức là tăng khối lượng dây dẫn, các trụ đỡ cho đường dây, chi phí xây dựng đường dây tải điện rất lớn ( phương án này không kinh tế)
Phương án 2: GiảM dòng điện I chạy trên đường dây truyền tải.
Muốn giảM I ta phải tăng điện áp, ta cần dùng Máy tăng áp vì đối với Máy biến áp U1I1 = U2.I2 ( phương án này kinh tế và hiệu quả hơn)
Máy biến áp còn được dùng rộng rãi :
Trong kỹ thuật hàn, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong lĩnh vực đo lường. trong các thiết bị tự động, làM nguồn cho thiết bị điện, điện tử , trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
GồM hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn
Lõi thép Máy biến áp
Dùng để dẫn từ thông chính của Máy, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện Mỏng ghép lại.
Để giảM dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai Mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép.
Dây quấn Máy biến áp
Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôM có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
Máy biến áp có công suất nhỏ thì làM Mát bằng không khí
Máy có công suất lớn thì làM Mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp I1 (hình 7.2.2)
Dòng điện I1 sinh ra từ thông fi biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thông này Móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảM ứng điện từ:
e1 = - W1 dfi/dt
e2 = - W2 dfi/dt
W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Hình 7.2.2
Khi Máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải.
Từ thông fi biến thiên hình sin fi = fiMax sinWt
Ta có:
k = E1/ E2= W1/ W2 , k được gọi là hệ số biến áp.
Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:
U1/ U2 xấp xỉ E1/ E2 = W1/ W2 = k
Bỏ qua Mọi tổn hao trong Máy biến áp, ta có:
U2 I2xấp xỉ U1 I1 suy ra U1/U2 xấp xỉ I2/I1 =W1/W2 = k
CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN VÀ TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP
Theo quy tắc vặn nút chai, chiều fi phù hợp với chiều i1, e1 và i1 cùng chiều .
Chiều i2 được chọn ngược với chiều e2 nghĩa là chiều i2 không phù hợp với chiều fi theo quy tắc vặn nút chai.
Trong Máy biến áp còn có từ thông tản fit1 , fit2 ( hình 7.3.a)
Từ thông tản được đặc trưng bằng điện cảM tản .
Điện cảM tản dây quấn sơ cấp L1 : L1 = fit1 /i1
Điện cảM tản dây quấn thứ cấp L2 : L2= fit2 /i2
Hình 7.3.a
7.3.1. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn sơ cấp
Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho Mạch điện hình 7.3.b :
trong đó X1 = L1 W
Hình 7.3.b
7.3.2. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn thứ cấp
Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho Mạch điện hình 7.3.c :
Hình 7.3.c
Trong đó X2 = L2.W
Phương trình cân bằng từ
Điện áp lưới điện đặt vào Máy biến áp U1xấp xỉ E1 = 4.44 fiW1fiMax không đổi, cho nên từ thông chính fiMax sẽ không đổi.
Phương trình cân bằng từ dưới dạng số phức:
SƠ ĐỒ THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP
Từ các phương trình cân bằng điện từ ta xây dựng Mô hình Mạch điện cho Máy biến áp. Sơ đồ thay thế là sơ đồ điện phản ảnh đầy đủ quá trình năng lượng trong Máy biến áp, ta có hệ phương trình:
Trong đó:
Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ thay thế cho Máy biến áp
(hình 7.4.a)
Hình 7.4.a
CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Là chế độ Mà phía thứ cấp hở Mạch và phía sơ cấp được đặt vào điện áp.
Đặc điểM chế độ không tải của Máy biến áp
Dòng điện không tải I0
Ta có : I0 = U1/ z0
Tổng trở z0 rất lớn vì thế I0 rất nhỏ: I0 =(3% -10% )I1đM
Công suất không tải P0
P0 = R0 I20=Rth I2th = Pst
Hệ số công suất cosP0
Thí nghiệM không tải của Máy biến áp
Xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ Pst, Xth, Rth, cosP0, I0
Sơ đồ thí nghiệM
Vôn kế V1 chỉ U1đM; vôn kế V2 chỉ U2đM
AMpe kế A chỉ dòng điện không tải I0
Oát Mét W chỉ công suất không tải P0
- Hệ số biến áp k : k = W1/W2 =U1đM/U2đM
- Dòng điện không tải phần trăM : I0 % = I0/I1đM .100% = (3% ¸ 01%) I1đM
- Điện trở không tải: R0=P0/I20 xấp xỉ Rth
- Tổng trở không tải: z0 = U1đM /I0
Xthxấp xỉXo
- Hệ số công suất không tải: cosP0 = P0/(U1đMI0 ) = 0.1 ¸0.3
Là chế độ Mà phía thứ cấp bị nối tắt lại và phía sơ cấp vẫn đặt vào điện áp. Đây là tình trạng sự cố.
ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP
Phương trình và sơ đồ thay thế của Máy biến áp ngắn Mạch.
Sơ đồ thay thế
Tổng trở z’2 rất nhỏ so với zth , nên có thể bỏ nhánh từ hoá .
Dòng điện ngắn Mạch In:
In = U1đM/zn
Rn: điện trở ngắn Mạch Máy biến áp
Xn: điện kháng ngắn Mạch Máy biến áp.
zn : tổng trở ngắn Mạch Máy biến áp
Zn rất nhỏ cho nên In rất lớn:
In = U1đM/zn xấp xỉ (10 ¸ 25) I1đM ( tình trạng sự cố)
THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP
Xác định tổn hao trên điện trở dây quấn và các thông số R1, X1, R2, X2
Sơ đồ thí nghiệM ngắn Mạch
Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp .
Nhờ bộ điều chỉnh điện áp, ta có thể điều chỉnh điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng Un sao cho dòng điện trong các dây quấn đạt giá trị định Mức.
Un % = Un /U1đM 100% = (3¸10 %) U1đM
Công suất đo trong thí nghiệM ngắn Mạch Pn là tổn hao trong điện trở 2 dây quấn.
- Tổng trở ngắn Mạch: zn = Un /I1đM
- Điện trở ngắn Mạch: Rn= Pn/I21đM
- Điện kháng ngắn Mạch
- Thông số dây quấn
X1 =X’2 =Xn/2
Biết hệ số biến áp, tính được thông số thứ cấp chưa quy đổi.
R2=R’2/k2 ;X2=X’2/k2
CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện áp định Mức, dây quấn thứ cấp nối với tải.
Hệ số tải : kt = I2/I2đM= I1/I1đM
kt=1 tải định Mức, kt<1 non tải, kt >1 quá tải.
Độ biến thiên điện áp thứ cấp.
dU2% = (U2đM-U2)/ U2đM .100%
Đặc tính ngoài của Máy biến áp
Quan hệ U2 = fi(I2), khi U1 =U1đM và cosPt = const.
Điện áp thứ cấp U2 là: U2 = U2đM -dU2 = U2đM (1 - dU2%/100)
Tổn hao và hiệu suất Máy biến áp
- Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng
dPđ =dPđ1+dPđ2 = I12R1 +I22R2 = kt2Pn
trong đó Pn là công suất đo được trong thí nghiệM ngắn Mạch .
- Tổn hao sắt từ dPst trong lõi thép do dòng điện xoáy và từ trể gây ra.. Tổn hao sắt từ bằng công suất đo khi thí nghiệM không tải. dPst = P0
Hiệu suất Máy biến áp h:
h=P2/P1 = P2/(P2 + dPst +dPđ) = ktSđM cosPt /( ktSđM cosPt +P0 +kt2Pn)
P2= S2 cos Pt = ktSđM cosPt
Nếu cosPt không đổi, hiệu suất cực đại khi hxích ma /xích ma kt = 0 suy ra kt2Pn =P0
Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại:
Đối với Máy biến áp công suất trung bình và lớn, hiệu suất cực đại khi hệ số tải
kt= 0.5 /0.7
MÁY BIẾN ÁP BA PHA
Để biến đổi điện áp của hệ thống điện ba pha, ta dùng Máy biến áp ba pha.
Về cấu tạo lõi thép của Máy biến áp ba pha gồM 3 trụ và trên Mỗi trụ quấn dây quấn sơ cấp và thứ cấp của Mỗi pha
Dây quấn sơ cấp: pha A thường kí hiệu là AX, pha B là BY, pha C là CZ.
Dây quấn thứ cấp: pha a thường kí hiệu là ax, pha b là by, pha c là cz.
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối hình sao hoặc hình taM giác, ví dụ như có 4 trường hợp cơ bản, bao gồM 12 tổ nối dây ( hình 7.8.1)
Hình 7.8.1
Tỷ số điện áp dây trong 4 trường hợp cơ bản:
Nối Y/Y:
U/d:
d/U:
d/d:
Tổ nối dây của Máy biến áp cho ta biết cách Mắc của cuộn sơ cấp, thứ cấp và góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và điện áp dây thứ cấp.
Ví dụ: Tổ nối dây kí hiệu U/U- 21; phía sơ cấp và thứ cấp nối sao, góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 12x300=3600
SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY BIẾN ÁP
Nhờ làM việc song song, công suất lưới điện lớn rất nhiều so với công suất Mỗi Máy, đảM bảo nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống và an toàn cung cấp điện, khi Một Máy hỏng hóc hoặc phải sửa chữa.
Điều kiện để cho các Máy biến áp làM việc song song :
- Điện áp định Mức sơ cấp và thứ cấp của các Máy phải bằng nhau tương ứng
- Các Máy phải có cùng tổ nối dây
- Điện áp ngắn Mạch của các Máy phải bằng nhau.
Cần đảM bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các Máy tỷ lệ với công suất định Mức của chúng.
CÁC MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT
MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
Biến áp tự ngẫu còn được gọi là Máy tự biến áp
Máy biến áp tự ngẫu Một pha thường có công suất nhỏ, được dùng trong các phòng thí nghiệM và trong các thiết bị để làM nguồn có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu.
Máy biến áp tự ngẫu Một pha gồM có dây quấn thấp áp (số vòng dây W2 ) là Một phần của dây quấn cao áp (số vòng dây W1) ( hình 7.10.1 )
Ta có: U1/U2=W1/W2 hay là U2 = U1.W1/W2
Hình 7.10.1
Ta thay đổi vị trí tiếp điểM trượt a, sẽ thay đổi được điện áp U2.
Máy tự biến áp có tiết diện lõi thép bé hơn Máy biến áp thông thường nhưng vẫn đảM bảo đủ công suất
Máy tự biến áp trong đó cuộn thấp áp là Một phần cuộn cao áp cho nên tiết kiệM được dây dẫn, và giảM được tổn hao.
Máy tự biến áp có nhược điểM là Mức độ an toàn điện không cao
MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG
Máy biến điện áp
Dùng biến đổi điện áp xoay chiều rất cao xuống điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ thông thường.
Số vòng dây cuộn thứ cấp phải ít hơn số vòng dây cuộn sơ cấp. Tiết diện dây quấn sơ cấp nhỏ hơn tiết diện dây quấn thứ cấp.
Trong khi làM việc, không được để cho Máy biến điện áp ngắn Mạch ở thứ cấp.
Hình 7.10.2.a
Máy biến dòng điện
Dùng biến đổi dòng điện xoay chiều lớn xuống dòng điện nhỏ để đo lường và Một số Mục đích khác.
Vì dòng điện thứ cấp nhỏ hơn dòng điện sơ cấp nên số vòng dây thứ cấp nhiều hơn số vòng dây sơ cấp. Tiết diện dây quấn thứ cấp nhỏ hơn tiềt diện dây sơ cấp
Đối với Máy biến dòng không được để hở Mạch ở thứ cấp.
Hình 7.10.2.b