Xem mẫu
- CHƯƠNG VII M¸y biÕn ¸p
7.1 Kh¸i niÖm chung
7.2 Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA 1 pha
7.3 CÊu t¹o
7.4 M« h×nh to¸n häc cña MBA
7.5 Quy ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ
7.6 ChÕ ®é kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch MBA
7.7 ChÕ ®é lµm viÖc cã t¶i
7.8 MBA 3 pha
7.1 Kh¸i niÖm chung vÒ m¸y biÕn ¸p
Máy Máy
Nguån tăng giảm T¶i
áp áp
M¸y biÕn ¸p tăng
Cïng mét c«ng suÊt truyÒn t¶i: S= 3 U I
- Gi¶m sôt ¸p ∆Ud gi¶m
- Gi¶m tæn hao ∆Pd
- Gi¶m tiÕt diÖn d©y s => gi¶m khèi lượng xµ, cét
=> gi¶m chi phÝ ®Çu tư
- * Các đại lượng định mức (danh định)
1. Công suất : S®m = U 2 ®m I 2 ®m ≈ U1®m I1®m (VA, kVA)
2. Điện áp : Io
U1đm
(V, kV)
U2đm
U1®m SC TC U
Ký hiệu : U1®m/U2®m (VD: 6/0,22 kV) 2®m
3. Dßng ®iÖn : I 1đm , I2®m (A, kA)
I1®m
Chó ý: C¸c ®¹i lượng Uđm , Iđm trong
MBA 3 pha lµ c¸c ®¹i lượng d©y I2®m
U U1n
4. Thông số khác : + u n % = 1n 100 = 3 ÷ 10
U1®m
I
+ i o % = o 100 = 1,5 ÷ 6
I1®m
+ Po: Tổn hao công suất không tải
+Pn:Tổn hao công suất ngắn mạch
- 7.2 Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA 1 pha
φ
u1~ φ mãc vßng i1
qua 2 d©y quÊn
W1 W2
φ biÕn thiªn e1 vµ e2 u1~ Zt
e1 e2
dφ
e1 = − W1
dt
dφ
e 2 = − W2
dt S¬ cÊp Thø cÊp
W1,W2 : sè vßng d©y s¬ vµ thø cÊp
2πfW1φm
Gi¶ sö φ = φm sinωt E1 =
2
e1 = − W1φm ω cos ωt
E1 = 4,44fW1 φm
e1 = 2πfW1φm sin(ωt − 90o ) r
ψe = - 90O φ
TQ: e1 = 2E1 sin(ωt + ψ e )
ur
E1
Tương tù: E2 = 4,44fW2 φm
Khi nèi d©y quÊn thø cÊp víi t¶i φ
i1 i2
Trong dây quấn cã dòng i2 W1 W2
u2
Năng lượng ®iÖn xoay chiÒu u1~ e1 e2 Zt
lÊy vµo tõ phÝa s¬ cÊp
th«ng qua m¹ch tõ
chuyÓn sang phÝa thø cÊp
S¬ cÊp Thø cÊp
vµ tiªu thô trªn t¶i
NÕu bá qua tæn hao trªn d©y quÊn U1≈ E1 ; U2 ≈ E2
U1 E W
≈ 1 = 1 =k hÖ sè BA
U2 E2 W2
k1 m¸y h¹ ¸p
- 7.3 CÊu t¹o
1. Lâi thÐp: M¹ch tõ, ghÐp tõ
c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn, gåm 2
bé phËn
- Trô: lµ phÇn lâi thÐp cã SC
lång d©y quÊn
TC
- G«ng: lµ phÇn nèi liÒn
Trô G«ng
m¹ch tõ c¸c trô
2. D©y quÊn: M¹ch ®iÖn
3. Vá m¸y
- Thïng BA
- N¾p m¸y
7.4 C¸c phương tr×nh c¬ b¶n trong
MBA (m« h×nh to¸n häc)
1. Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn φC
a. PhÝa s¬ cÊp i1
- ΦC : mãc vßng qua 2 d/q i2
- Φt1 : do i1 sinh ra chØ mãc u1~ W1
W2 u2 Z
t
vßng riªng víi d/q s¬ cÊp e1 e2
e1 vµ et1
dφC Φt1
e1 = − W1
dt
R1
dφt1
e t1 = − W1 i1 et1
dt u1 e1 u1 = −e1 − e t1 + R1i1
- dφt1 dψ dψ t1 di1
e t1 = − W1 = − t1 =− u1 = −e1 − e t1 + R1i1
dt dt di1 dt
di1 di1
e t1 = − L t1 Lt1 u1 = −e1 + L t1 + R1i1
dt dt
Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p - S¬ ®å R1 Lt1
thay thÕ d¹ng phøc: i1
u1 e1
• • • •
U1 = − E1 + jωL t1 I1 + R 1 I1
R2 X2
• • • X1 R1 X1
U1 = − E1 + I1 (R1 + jX1 ) I2
• •
I1 E2
U1 E1 U2
= − E1 + I1 Z1
b. PhÝa thø cÊp :
• • • • •
Tương tù : U 2 = E 2 − I 2 (R 2 + jX 2 ) = E 2 − I 2 Z2
φC
2. Phương tr×nh c©n b»ng tõ
i1
i2
kh«ng t¶i : i2 = 0 Φ do Fo= W1 Io
u1~ W1
W2 u2 Z
cã t¶i : i2 ≠ 0 Φ do F1 vµ F2 e1 e2 t
• • • •
F1 + F2 = W1 I1 + W2 I 2
R1 X1
Khi bá qua ∆U1:
U1 ≈ E1 = 4,44fW1Φ m ∆U1 E1
U1
U1 = const • • •
=> F1 + F2 = Fo
Φ m = const
• • • PT c©n
=> W1 I1 + W2 I 2 = W1 Io b»ng tõ
I2
=> I1 + = Io
W1 •
W2 • ' I2 • • • '
- I2’ I2 = − => I1 = Io + I 2
k k
- 7.5 Qui ®æi vµ s¬ ®å thay thÕ R2
R1 X1 X2
1. Môc ®Ých vµ ®iÒu kiÖn:
I1 I2
E1 E2
- ThuËn tiÖn cho viÖc nghiªn cøu U1 U2
- B¶o toµn qu¸ tr×nh n¨ng lượng
E2’ = E1
2. Qui ®æi : Thường quy đổi dây quấn thứ cấp về sơ cấp
a. Qui ®æi s®®
E1
Biến đổi E2 E2’ = E1 Với =k E2’ = kE2
E2
b. Qui ®æi dßng ®iÖn Tương tự: U2’ = kU2
' I2 I2
Điều kiện : E2’ I2’ = E2 I2 => I 2 = ' =
E2 k
E2
T¨ng s.®.® hay ®iÖn ¸p bao nhiªu ph¶i gi¶m dßng bÊy nhiªu
c. Qui ®æi tæng trë
• • • •
Tõ PTCB ®/a phÝa thø cÊp: U 2 = E 2 − jX 2 I 2 − R 2 I 2 '
• • •
nh©n 2 vÕ víi k vµ I2 = kI2’ k U 2 = k E 2 − (k R 2 + jk X 2 ) I 2 2 2
U2 ’ E2’ R2’ X2’
• ' • ' • '
PT sau khi qui ®æi: U 2 = E 2 − ( R 2
'
+ jX 2
'
) I2
S¬ ®å thay thÕ sau quy ®æi:
R1 X1 ’
R2’ X2’ I2 • • • '
Io I1 = Io + I 2
I1
U1 E1= E2‘ U2’ Zt’ Zt’ = k2 Zt
Chó ý : C¸c th«ng sè d©y quÊn thø cÊp được qui ®æi vÒ
d©y quÊn s¬ cÊp ®Òu cã dÊu phÈy
- • • • R1 X1 X2’ I2’
A R2
’
Thay U A B = − E 1 = Z th I o
Zth = (R th + jX th )
U1 E1
B
S¬ ®å thay thÕ cña MBA s¬ cÊp thø cÊp
R2’ X2’ I2’
t¶i
Io ≈ (2 ÷ 6)%I1®m R1 X1
Io
I1 Rth U2’
Cã thÓ sö dông s¬ ®å U1 ZZt’ t’
Xth
thay thÕ gÇn ®óng :
R1 X1 R2’ X2’ I2’ Lâi thÐp
I1
U1 U2’ Zt’
7.6 ChÕ ®é kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch cña MBA
1. ChÕ ®é kh«ng t¶i R1 X1 Io R2’ X2’ I2’
a. S¬ ®å nguyªn lý R1
I1 U Io R 1
X
’
UU22®m
1®m
b. S¬ ®å thay thÕ U1 Io
th
Zt’
R th
U1®m Xth
c. Tæng trë Zo Xth
Zo = ( R1+ Rth )+ j(X1 + Xth)
Zo = Ro+ jXo
V× : R1
- 2. ChÕ ®é ng¾n m¹ch R1 X1 R2’ I1n’ I ’
X 2 2
I2n
Io
I1 u
a. Ngắn mạch thí nghiệm U1 Rth 1n U2’
Zt’
Xth
S¬ ®å thay thÕ
R1 X1 R 2’ X 2’
Tæng trë Zn
I1n
U1n
Zn = ( R1+ R2’)+ j(X1 + X2’)
Zn = Rn+ jXn
Trong MBA : R1 ≈ R2’
Rn ≈ 2R1 ; Xn ≈ 2X1
X1 ≈ X2’
b. Ng¾n m¹ch sù cè MBA U1 = U1®m
U 1®m U I 100 I1 ® m 100
I1n = = 1®m 1®m =
Zn Zn I1® m 100 Zn I1 ® m 100
U 1®m
I1 ® m
=> I1n = 100 u n%
un %
un% ≈ (3 ÷ 10) => I1n ≈ (10÷33) I1®m
Sù cè nguy hiÓm: ch¸y, næ
ThiÕt bÞ b¶o vÖ (Circuit Breaker) c¾t MBA khái lưới ®iÖn khi cã
sù cè
- 3. X¸c ®Þnh c¸c tham sè cña MBA b»ng thÝ nghiÖm
a. ThÝ nghiÖm kh«ng t¶i
*
S¬ ®å: *W A
U10 V1 V2
§o :
I0 ë A U10
X¸c ®Þnh c¸c tham sè : k=
U10 ë V1 U 20
P0
R0 = 2
P0 ë I0
W Xo = Zo − R o
2 2
U
U20 ë V2 Z0 = 10
I0
Rth ≈ R0 ; Xth ≈ X0
định mức
b. ThÝ nghiÖm ng¾n m¹ch:
*
S¬ ®å: Bé * W A1
U1 ®iÒu A2
V
chØnh
U
§o :
I1®m ë A1
X¸c ®Þnh c¸c tham sè :
U1n ë V Pn
Rn = 2
Pn ë I1®m
W Xn = Zn − R n
2 2
U
I2®m ë A2 Zn = 1n
I1®m
Rn Xn
R1 ≈ R 2 = X1 ≈ X 2 =
' '
2 2
- C¸c thµnh phÇn cña ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch :
Rn Xn
R n I1®m X n I1®m
u nr % = 100 u nx % = 100 I1đm
U1®m U1®m U1n
7.7 ChÕ ®é lµm viÖc cã t¶i
1. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp vµ ®Æc tÝnh ngoµi cña MBA
a. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p thø cÊp
U 2®m − U 2
∆U% = 100 (1) nh©n tö vµ mÉu víi k
U 2®m Rn Xn
U − U2
'
∆U% = 1®m 100 (2) I1
U1®m U1®m U2’ Zt’
. . . .
U 1 ® m = U 2 + R n I 1 + jX n I1
'
. . . .
U 1 ® m = U 2 + R n I 1 + jX n I 1
'
cã ®å thÞ vÐc t¬ :
ur '
Chän U 2 lµm gèc ur
U1®m
gi¶ sö t¶i mang t/c ®iÖn c¶m
θ A C B
thùc tÕ gãc θ rÊt nhá ϕ2 ur '
ur ur ' r U2 r r
U1®m trùng phaU 2 I1 R n I1 jX n I1
U1®m - U2’ = AB = AC + CB = RnI1cosϕ2 + XnI1sinϕ2
R n I1 cos ϕ2 + X n I1 sin ϕ2
∆U% = 100
U1®m
I R I X I
∆U% = 1 [ n 1®m 100 cos ϕ2 + n 1®m 100sin ϕ2 ]
I1®m U1®m U1®m
β1 qu¸ t¶i
I1 I2 S
β= = ≈ β=1 t¶i ®Þnh møc
I1®m I2®m S®m
- ∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2)
∆U% = f(β, ϕ2)
∆U% phô thuéc 3 yÕu tè: ∆U%
- §é lín cña t¶i (β) (Rn vµ xn)
- TÝnh chÊt cña t¶i (ϕ2) R-L
- Th«ng sè MBA (unr%, unx%) R
- t¶i R ϕ2 = 0 ∆U% = βunr% β
- t¶i R-L 0 < ϕ2 < 90o ∆U%R-L> ∆U%R R- C
- t¶i R- C - 90o < ϕ2 < 0
∆U% = βun%(cosϕn cosϕ2 + sinϕnsinϕ2) un%
unx%
Z
∆U%= βun%cos(ϕn- ϕ2 ) Nãi chung ϕn X
R unr%
∆U%R-C < 0
>90o =90o < 90o
b- §Æc tÝnh ngoµi U2 = f(I2) U 2®m − U 2
∆U% = 100
∆U% U 2®m
∆U%
U 2 = (1 − )U 2 ®m
100
f(β,cosϕ2) R
U2 = f( β,cosϕ2) β
- Tải R: U2
- Tải R - L: U2đm R-C
- Tải R - C: R
R-L
Gi÷ U2 kh«ng ®æi:
thay đổi W1 hoặc W2 I2
Thay đổi vòng dây phía cao áp?
- 2. Qu¸ tr×nh n¨ng lượng vµ hiÖu suÊt cña MBA
P2
η= hiÖu suÊt
P1 ∑ ∆P P2 P1
P2
η=
P2 + ∑ ∆P
C¸c lo¹i tæn hao:
+ Tæn hao ®ång ∆P® = R1I12 + R2’ I2’2 = RnI12 = ( I1 ) 2 R n I1®m 2
I1®m
∆P® = β2Pn
+ Tæn hao s¾t: ∆Pst = RthI02 ≈ R0I02 ∆Pst = P0
∆P® = β2Pn P2
+ P2 = U2I2cosϕ2 η=
∆Pst = P0 P2 + ∑ ∆P
I2
≈ U 2 ®m I 2 ®m cos ϕ2 P2 = βS®m cosϕ2
I 2 ®m
β S®m cosϕ22
η
βS®m cos ϕ2
η= cosϕ21
βS®m cos ϕ2 + β2 Pn + P0
ηmax
P0
βk =
Pn
βk β
Gi¶n ®å n¨ng lượng P1 P2
∆P®1 ∆Pst ∆P®2
- 7.8 M¸y biÕn ¸p 3 pha
1- CÊu t¹o vµ nguyªn lý
Các đại lượng định mức:
- Công suất định mức Sđm : ba pha
- Dòng, áp định mức Uđm, Iđm: đại lượng dây
- Tổn hao công suất P0, Pn : ba pha
- Các đại lượng khác: un%, i0%
2- Tæ nèi d©y
a. §Þnh nghÜa: Cách nối d/q SC cách nối d/q TC số (giờ)
Y/∆ - 11 Y/Y-12
ur
ur U AB
ur U AB ur
U ab U ab
12x30o = 360o
11x30o = 330o
- 3. HÖ sè biÕn ¸p
U1®m U1f®m W1
kd = kf = =
U 2®m U 2f®m W2
4. Sù lµm viÖc song song cña MBA 3 pha
a. Môc ®Ých:
- §¶m b¶o tÝnh kinh tÕ
- Liªn tôc cung cÊp ®iÖn
b. §iÒu kiÖn:
- Cïng tæ nèi d©y
- HÖ sè biÕn ¸p b»ng nhau
- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch b»ng nhau (sai khác không quá 10%)
VÝ dô : MBA 3 pha cã sè liÖu :
S®m = 500 kVA; U1®m /U2®m = 22/0,4 kV; Po = 900 W;
Pn = 3600 W; io% = 2; un% = 4; d©y quÊn nèi ∆/Y- 11
T×m : - C¸c th«ng sè s¬ ®å thay thÕ
- ∆ U% vµ hiÖu suÊt η khi MBA lµm viÖc víi β = 0,8; hÖ
sè cosϕ2 = 0,8 t¶i ®iÖn c¶m
- §iÖn ¸p U2 khi t¶i ®Þnh møc
Gi¶i
1. Th«ng sè s¬ ®å thay thÕ
Pnf I1®m
Rn = Sơ cấp nối ∆ I1®mf =
I1®mf
2 3
I1®m = S®m
= I1®mf =
3U1®m
- U un %
Rn = Zn = 1nf U1nf = U1®mf
I1®mf 100
U1nf
U1nf = Zn =
I1®mf
Xn = Zn − R n
2 2 Xn =
Rn
R1 ≈ R 2' = =
2
Xn R2 ' X2 '
X1 ≈ X 2 ' = = R2 = X2 = 2
2
2 kf kf
U1f
kf = =
U 2f
Pof io %
Ro = 2 Iof = I1®mf =
Iof 100
U1of
Ro = Zo = =
Iof
Ro = Zo =
Xo = Zo − R o Xo =
2 2
R th ≈ Ro = X th ≈ Xo =
- Po Ro =
cos ϕo = =
3U1®m Io Zo
Chó ý : R 1 = 10, 45 Ω X1 = 57 Ω
R th ≈ Ro = 12.985 Ω Xth ≈ Xo = 144.153Ω
2. T×m ∆ U% vµ hiÖu suÊt η ∆U%= β(unr%cosϕ2+unx%sinϕ2)
cosϕ2 = 0,80 sinϕ2 = 0,6
R n I1®m Zn I1®m Rn Rn
u nr % = 100 = 100 = un %
U1®m U 1®m Zn Zn
Xn
u nx % = u n % =
Zn
∆U% =
βS®m cos ϕ2
η= =
βS®m cos ϕ2 + β2 Pn + P0
3. T×m U2
∆U%
U 2 = (1 − )U 2 ®m
100
=
- 7.9 M¸y biÕn ¸p ®Æc biÖt
1. M¸y biÕn ¸p tù ngÉu A
U1 W1 A
a. S¬ ®å nguyªn lý U1 W1 W2 U
W2 2U
b. §Æc ®iÓm 2
U1 W1 => U = W2 U
- hÖ sè BA : k= = 2 1
U 2 W2 W1
khi A thay đổi
Trên nhãn
U2 thay đổi từ: 0 ÷ U1đm MBATN ở PTN
- N¨ng lượng chuyÓn tõ SC sang TC
theo 2 đường-> KÝch thước nhá gän
c. Phạm vi sử dụng U1 = 220 V
- Công suất vừa và nhỏ U2 = 0÷250 V
- Công suất lớn
2. M¸y biÕn ¸p ®o lường
Ucao
a. M¸y biÕn ®iÖn ¸p
W1
* S¬ ®å nguyªn lý
* §Æc ®iÓm W2
U1 W1 V
- hÖ sè BA : k= =
U 2 W2
W2
=> U V = U cao
W1
- 2 ®Çu dq thø cÊp lu«n nèi víi V«n kÕ Không tải
U2®m = 100 V
- 1 hoặc 2 vòng
b. M¸y biÕn dßng ®iÖn
W1
a. S¬ ®å nguyªn lý I lín
W2
b. §Æc ®iÓm A
I1 W2 I lín W1
- hÖ sè BD : k i = = = => I A = I lín
I 2 W1 I A W2
- 2 ®Çu dq thø cÊp lu«n nèi víi A
- I2®m = 5A -> MBA 100/5, 200/5, 1000/5, ….
nguon tai.lieu . vn