Ba pha

Nội dung
2
6.1. Khái niệm chung
6.1.1. Định nghĩa
Bài 4: Mạch điện ba pha
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
* Kí hiệu:
Đầu vào nối với nguồn điện gọi là sơ cấp.
Đầu ra nối với tải gọi là thứ cấp.
* Tính chất: tính thuận nghịch.
3
6.1. Khái niệm chung
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.1.2. Các lượng định mức
a) Điện áp định mức.(V, kV):
Kí hiệu: U1đm, U2đm.
Qui ước: MBA 1 pha: Uđm = Upđm
MBA 3 pha: Uđm = Udđm
b) Dòng điện định mức (A):
Kí hiệu: I1đm, I2đm
Qui ước: MBA 1 pha: Iđm = Ipđm
MBA 3 pha: Iđm = Idđm
c) Công suất định mức (VA, kVA):
Kí hiệu: Sđm
4
6.1. Khái niệm chung
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.1.3. Công dụng
Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải và phân phối điện năng.
Máy biến áp được dùng trong các ngành chuyên dụng: trong lò nung (máy biến áp lò), trong hàn điện (máy biến áp hàn)…
Máy biến áp chỉnh lưu: dùng làm nguồn cho các thiết bị điện tử.
Máy biến áp dùng trong đo lường, điều khiển: máy biến dòng, máy biến điện áp.
5
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.1. Cấu tạo
a) Lõi thép
Đây là mạch từ dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ các lá thép kĩ thuật điện mỏng ghép cách điện với nhau.
Lõi thép gồm hai bộ phận: Trụ: nơi để đặt dây quấn
Gông: phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
6
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.1. Cấu tạo
b) Dây quấn
Dây quấn thường được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện tròn, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn có cách điện với lõi thép.
7
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.1. Cấu tạo
c) Vỏ máy
Vỏ máy gồm hai bộ phận chính: thùng máy và nắp thùng
* Thùng MBA: bảo vệ máy, trong thùng đặt lõi thép, dây quấn và thùng dầu làm mát.
* Nắp thùng MBA: dùng để đậy thùng, trên đó có các bộ phận quan trọng:
Sứ ra của dây quấn cao áp và hạ áp.
Ống bảo hiểm.
Rơle bảo vệ.
Bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh mức điện áp của dây quấn cao áp.
8
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.1. Cấu tạo
9
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.2. Nguyên lý làm việc
Khi ta nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều điện áp u1, sẽ có dòng điện sơ cấp i1. Dòng điện i1 sinh ra từ thông Φ biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp thứ cấp, được gọi là từ thông chính.
Sự biến thiên từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sức điện động e1, e2 có trị số:
e1 = - w1.dΦ/dt (6-1)
e2 = - w2.dΦ/dt
Xét nguyên lý làm việc của MBA 1 pha 2 dây quấn. Dây quấn sơ cấp w1 vòng, dây quấn thứ cấp w2 vòng.
10
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.2. Nguyên lý làm việc
Khi máy biến áp có tải tổng trở Zt. Khi ấy từ thông chính do đồng thời cả hai dòng sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra.
Điện áp u1 sin từ thông cũng biến thiên sin: Φ = Φmaxsinωt
Khi MBA không tải, dòng i2=0, từ thông chính chỉ do dòng sơ cấp i1=i0 sinh ra, i0 gọi là dòng điện từ hóa lõi thép.
11
6.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.2.2. Nguyên lý làm việc
Bỏ qua tổn hao trong máy ta có:
U1 = E1, U2 = E2
k >1 → w1 > w2; U1 > U2 : MBA hạ áp
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính, điện năng đã được truyền từ dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.
k <1 → w1 < w2; U1 < U2 : MBA tăng áp
Mối quan hệ gần đúng giữa các lượng sơ cấp và thứ cấp:
U1I1 = U2I2
12
6.3. Mô hình toán của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
Tùy ý chọn chiều các sức điện động e1, e2 và dòng điện i2.
Ngoài từ thông chính Φ chạy trong lõi thép, trong máy biến áp còn có từ thông tản gây ra tổn hao sắt trong MBA.
Xét MBA 1 pha 2 dây quấn trong quá trình làm việc.
Từ thông tản sơ cấp ψt1 do i1 gây ra, đặc trưng bởi điện cảm tản sơ cấp:
L1 = ψt1 /it1 = w1.Φt1 /i1
Tương tự: L2 = ψt2 /i2 = w2.Φt2 /i2 điện cảm tản thứ cấp.
Ngoài tổn hao do từ thông tản còn có tổn hao do điện trở các dây quấn, đặc trưng bởi: R1 là điện trở dây quấn sơ cấp.
R2 là điện trở dây quấn thứ cấp.
6.3.1. Quá trình điện từ trong MBA
13
6.3. Mô hình toán của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
Mô hình mạch điện sơ cấp.
Phương trình điện áp sơ cấp:
6.3.2. Phương trình điện áp sơ cấp
14
6.3. Mô hình toán của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
Mô hình mạch điện thứ cấp.
Phương trình điện áp thứ cấp:
6.3.3. Phương trình điện áp thứ cấp
Điện áp thứ cấp U2 là điện áp đặt lên tải:
15
6.3. Mô hình toán của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
U1 = const → Φmax = const
Khi không tải Φ do sức từ động không tải iow1 sinh ra.
6.3.4. Phương trình sức từ động
Phương trình sức từ động dưới dạng tức thời: iow1 = i1w1 - i2w2 (6-8)
Với i`2 = i2 /k :dòng điện thứ cấp đã quy đổi về sơ cấp.
Phương trình sức từ động dạng phức:
Khi có tải, Φ do sức từ động cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp sinh ra. Sức từ động lúc có tải là i1w1 - i2w2
16
6.3. Mô hình toán của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
Hệ ba phương trình (6-4), (6-6), (6-9) là mô hình toán dạng phức của MBA.
17
6.4. Sơ đồ thay thế MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.4.1. Quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp
Điều kiện bảo toàn năng lượng trong quá trình quy đổi đã được thỏa mãn. Công suất trên các phần tử trước và sau khi qui đổi bằng nhau.
18
6.4. Sơ đồ thay thế MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.4.2. Sơ đồ thay thế máy biến áp
Z1I1: điện áp rơi trên tổng trở dây quấn sơ cấp.
- E1:điện áp rơi trên tổng trở nhánh từ hóa Zth .
Xth là điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Φ
Thay - E1 vào hệ phương trình mô hình toán ta được:
19
6.4. Sơ đồ thay thế MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.4.2. Sơ đồ thay thế máy biến áp
Sơ đồ thay thế MBA cho hệ phương trình trên như sau:
20
6.4. Sơ đồ thay thế MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.4.2. Sơ đồ thay thế máy biến áp
Sơ đồ thay thế gần đúng khi bỏ nhánh từ hóa:
21
6.5. Các chế độ của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.5.1. Chế độ không tải của MBA
a) Phương trình và sơ đồ thay thế
Khi không tải I2=0, I1=Io ta có:
b) Các đặc điểm ở chế độ không tải
zo thường rất lớn nên dòng điện không tải nhỏ Io = 2% ÷ 10%Iđm
Công suất không tải: Po = ∆Pst + ∆PR1 , vì ∆PR1 rất nhỏ có thể coi:
Po ≈ ∆Pst; Po được xác định từ thí nghiệm không tải của MBA.
Hệ số công suất không tải:
22
6.5. Các chế độ của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.5.1. Chế độ ngắn mạch của MBA
a) Phương trình và sơ đồ thay thế
Phương trình điện áp:
b) Đặc điểm ở chế độ ngắn mạch
Trong đó:
Điều chỉnh Un sao cho I1 = I1đm , I2 = I2đm
c) Thí nghiệm ngắn mạch
∆Pst rất nhỏ
23
6.5. Các chế độ của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.5.1. Chế độ có tải của MBA
a) Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải. Đường đặc tính ngoài.
Độ biến thiên điện áp thứ cấp ∆U2: ∆U2 = U2đm - U2
k t = 1: tải định mức
kt < 1: non tải
kt > 1: quá tải
24
6.5. Các chế độ của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.5.1. Chế độ có tải của MBA
Ta có: U1đm = OB ≈ OC
a) Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải. Đường đặc tính ngoài.
→ U1đm - U`2 ≈ OC - OA = AC = ABcos(φn - φt) = I1zncos(φn - φt)
= I1zncosφncosφt+ I1znsinφnsinφt
φn: góc của tổng trở ngắn mạch
φt: góc của tổng trở tải
25
6.5. Các chế độ của MBA
Bài 4: Mạch điện ba pha
6.5.1. Chế độ có tải của MBA
Vậy:
a) Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải. Đường đặc tính ngoài.
φn: góc của tổng trở ngắn mạch
φt: góc của tổng trở tải