Tải bản đầy đủ

vận hành và bảo dưỡng máy biến áp

MỤC LỤC

Trang 1 / 68


Chương I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
1. TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 Vai trò của máy biến áp
Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện.
Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ trong hệ thống
điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng
công suất đặt của máy biến áp gấp mấy lần công suất máy phát điện. Gần đây,
người ta có thể tính ra rằng nó có thể gấp 6-8 lần hoặc hơn nữa. Hiệu suất của
máy biến áp thường rất lớn (98 - 99%), nhưng do số lượng máy biến áp nhiều
nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế cần phải chú ý đến việc giảm
các tổn hao , nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp. Để giải quyết vấn đề
này hiện nay trong ngành chế tạo máy biến áp người ta dùng chủ yếu là thép
cán lạnh , có suất tổn hao và có công suất từ hoà thấp hay đặc biệt thấp, mặt
khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như ghép mối
nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông và ép trụ và gồng
xuyên lõi thép bằng các vành đai ép lá thép, về lắp ráp …Nhờ vậy mà công

suất và điện áp của các máy biến áp đã được nâng lên rõ rệt. Hiện nay người ta
đã chế tạo được máy biến áp có dung lượng trên 1000 MVA và điện áp đến
1150 kV.

Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất, người ta cũng mở rộng
thang công suất của máy biến áp làm thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia
để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành máy biến áp.
Nhưng dãy máy biến áp mới ra đời từ những năm 80 trở lại đây đã dần dần
thay thế những máy biến áp thuộc dãy cũ không còn thích hợp nữa.
Trang 2 / 68


Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các máy biến áp
điều chỉnh điện áp dưới tải ngày càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công
suất tổng.
Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu và
giảm trọnglượng kích thước máy , ngoài việc dùng máy biến áp tự ngẫu thay
cho máy biến áp haidây quấn người ta còn áp dụng các phương pháp làm lạnh
tốt hơn, dùng những vật liệukết cấu không từ tính nhẹ và bền hơn …Khuynh
hướng dùng dây nhôm thay cho dâyđồng cũng đang phát triển. Các máy biến
áp cỡ lớn và trung bình thường sản xuất loại bapha ghép thành tổ biến áp ba
pha để thuận tiện trong việc chuyên chở.
Ngoài máy biến áp dùng trong truyền tải điện năng, còn có nhiều loại
máy biến áp dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như: Biến áp lò điện
dùng trong luyện kim, yêu cầu dòng thứ cấp lớn đến hàng vạn ampe; Biến áp
nhiều pha dùng để chỉnh lưu ra dòng một chiều; Biến áp chống nổ dùng trong
hầm mỏ; Biến áp đo lường; biến áp thí nghiệm; Biến áp hàn điện…
Khuynh hướng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế tạo
những máy biến áp có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu
mới để giảm trọng lượng và kích thước máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng loại
thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại ít do đó nâng cao
được hiệu suất của máy biến áp. Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng
vừa tiết kiệm được dây đồng vừa giảm được trọng lượng máy cũng đang phát
triển.
Ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập
lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và
nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và
xuất khẩu.
1.2 Định nghĩa máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm


ứng từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng diện xoay chiều nhưng vẫn
giữ nguyên tần số.
Đầu vào của máy biến áp nối với nguồn điện gọi là sơ cấp. Đầu ra nối
với tải gọi là thứ cấp.

Trang 3 / 68


Ở MBA 3 dây quấn, ngoài 2 dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây quấn
thứ 3 với điện áp trung bình. MBA biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một
pha gọi là MBA một pha, MBA biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha
gọi là MBA ba pha.
1.3 Cấu tạo máy biếp áp
Gồm 3 bộ phận chính: lõi thép, dây quấn (cuộn dây) và vỏ máy
1.3.1 Lõi thép máy biến áp
Lõi thép MBA là một mạch từ khép kín dùng để dẫn từ thông, đồng thời
là khung để quấn dây quấn. Được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường
là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách
điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép.
Lõi thép gồm có trụ và gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là
phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép có chức năng
dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn. Đối với các loại biến áp
dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao thường được cấu tạo bởi các lá thép
permalloy ghép lại.

Trang 4 / 68


Các loại kết cấu lõi thép:
 Kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép
 Kiểu bọc: lõi sắt bọc quanh dây quấn
 Kiểu trụ-bọc: ở các máy biến áp hiện đại, công suất lớn, để giảm chiều cao lõi
thép, thuận tiện cho việc vận chuyển, mạch từ máy biến áp kiểu trụ được phân
nhánh sang hai bên để MBA vừa có kiểu trụ, vừa kiểu bọc gọi là MBA kiểu trụ
bọc

1.3.2 Dây quấn MBA
Dây quấn hay cuộn dây: thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên
ngoài bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Với biến
áp quấn bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi
thọ của biến áp. Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện
xoay chiều được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng
lượng ra nối với tải tiêu thụ được gọi là cuộn dây thứ cấp. Số vòng dây ở hai
cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N 1 > N2 hoặc
ngược lại.
Dây quấn MBA có hai loại chính:
Trang 5 / 68


 Dây quấn đồng tâm: có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm.
Cuộn HA quấn phía trong gần trụ thép Cuộn CA quấn phía ngoài.
 Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm:
 Dây quấn hình trụ: dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp. Với dòng
điện nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp, với dòng điện lớn
thì dùng dây dẹt quấn thành hai lớp.
 Dây quấn hình xoắn: thường dùng cho dây quấn hạ áp. Gồm nhiều
dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc.
 Dây quấn hình xoáy ốc liên tục: chủ yếu dùng cho dây quấn CA.
Dây được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng rãnh
hở.
 Dây quấn xem kẽ: Các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ nhau dọc
theo trụ thép.

1.3.3 Vỏ máy
Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu
khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có
công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm:
nắp thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.
 Thùng máy biến áp: thùng MBA làm bằng thép, có tiết diện hình ôvan.
Trong thùng MBA đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp. Dầu biến áp
Trang 6 / 68


làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt. Lúc MBA làm việc,
một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt làm dây quấn, lõi
thép và các bộ phận khác nóng lên. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt
truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu và từ dầu qua vách thùng
ra môi trường xung quanh.
 Nắp thùng MBA: Dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận quan
trọng như: Sứ ra của dây quấn CA và HA, Bình dãn dầu (bình dầu phụ,
Ống bảo hiểm, Rơle hơi dùng để bảo vệ MBA., Bộ truyền động cầu dao
đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp.

Ở MBA 3 dây quấn, ngoài 2 dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây quấn
thứ 3 với điện áp trung bình. MBA biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một
pha gọi là MBA một pha, MBA biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha
gọi là MBA ba pha.
1.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U 1 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 và thứ cấp
được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ:
Trang 7 / 68


==Trong đó: W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e 2, có dòng điện
thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải.

Từ thông Φ biến thiên hình sinΦ = Φmax sinωt Ta có:
e1 = - = 4,44 f W1Φmaxsin(ωt- )
e2 = - = 4,44 f W2Φmaxsin(ωt- )
Trong đó:
E1=4,44 f W1Φmax,
E2 =4,44 f W2Φmax
k = E1 /E2 = W1/W2, k là hệ số biến áp
Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:
≈ E1/ E2 = W1/ W2 = k
Bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, ta có:
U2.I2 ≈ U1.I1 ⇒ U1/U2 ≈ I2/I1 = W1/W2 = k
1.5 Các thông số của máy biến áp
Các MBA được tính toán, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên
tục nào đó gọi là chế độ định mức, đây là chế độ làm việc của MBA ứng với
Trang 8 / 68


các thông số và điều kiện định mức: điện áp U = Uđm, tần số f = fđm, công suất S
= Sđm và điều kiện môi trường như khi tính toán thiết kế (tmt = ttk)

1.5.1 Công suất định mức máy biến áp
Công suất định mức là công suất toàn phần (biểu kiến) được nhà máy
chế tạo quy định trong lý lịch MBA. MBA có thể tải được liên tục công suất
này và khi đó tuổi thọ của MBA sẽ bằng định mức.
 Đối với MBA hai cuộn dây công suất định mức là công suất của mỗi
cuộn dây
 Đối với MBA ba cuộn dây người ta có thể chế tạo các loại sau:
 100/100/100 là loại có công suất của mỗi cuộn dây đều bằng công
suất định mức
 100/100/66,7 là loại công suất của hai cuộn dây bằng công suất
định mức và công suất của cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất định
mức.
 Đối với BA tự ngẫu thì công suất định mức là công suất của một trong
hai đầu sơ hoặc thức cấp mà hai đầu này có liên hệ tự ngẫu với nhau,
công suất này còn gọi là công suất suất xuyên.
1.5.2 Điện áp định mức
Điện áp định mức của MBA là điện áp của các cuộn dây khi không tải
được quy định trong lý lịch MBA.
Tỉ số biến đổi điện áp:
Trang 9 / 68


K=

gọi là tỉ số biến áp

1.5.3 Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điệnc của các cuộn dây được nhà máy chế
tạo quy định, với các dòng điện này thì MBA làm việc lâu dài mà không bị quá
tải. Dòng điện định mức xác định như sau:
Iiđm =
1.5.4 Điện áp ngắn mạch
Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch
cuộn thứ cấp thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.
Ý nghĩa: Điện áp ngắn mạch đặc trưng cho điện áp rơi trên tổng trở cuộn
dây MBA khi dòng chạy trong cuộn dây bằng dòng định mức và dùng để xác
định tổng trở cuộn dây MBA. Khi Uđm, Sđm tăng thì Un cũng tăng.
Ví dụ: Với UC = 35KV; Sđm = 630 KVA thì Un = 6,5%
UC =35KV; Sđm = 80000 KVA thì Un = 9%
Khi Un tăng thì giảm được dòng ngắn mạch nhưng sẽ tăng tổn thất công
suất, tổn thất điện áp trong MBA và giá thành MBA cũng tăng.
Un là tỉ lệ phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức.
UN% = .100%
UN được xác định bằng thí nghiệm ngắn mạch: ( Sơ đồ hình sau)

Nối tắt cuộn dây thứ cấp, tăng điện áp nguồn đưa vào cuộn dây sơ cấp
cho đến khi chỉ số trên Ampe kế bằng dòng định mức thì giá trị U N chính là chỉ
số trên Voltmet.
Trang 10 / 68


Khi ngắn mạch UN rất nhỏ nên từ thông trong MBA cũng rất nhỏ nghĩa là
ta xem như dòng không tải I0 = 0, trong sơ đồ thay thế ta có thể bỏ nhánh x m –
r m.
Ta có: UN% = .100% = .100%
1.5.5 Tổ nối dây của MBA
a. Cách kí hiệu đấu dây
b. Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng
lượng vào và truyền năng lượng ra.
Yêu cầu với dây quấn là cảm ứng được sđđ cho trước, cho phép dòng
điện định mức đi qua lâu dài mà không bị nóng quá mức cho phép.
Các đầu dây tận cùng máy biến áp gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu
cuối.
Để đơn giản và thuận tiện người ta thường đánh dấu các đầu tận cùng sơ
đồ kí hiệu dây quấn theo quy ước sau:

c. Sơ đồ kí hiệu dây quấn
Các kiểu đấu dây:
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA có thể nối sao (Y) hoặc tam giác (∆
hoặc D), người ta thường dùng chữ in hoa hoặc in thường để phân biệt dây sơ
cấp và thứ cấp.

Trang 11 / 68


Đấu hình sao

Đấu hình tam giác

Ngoài hai kiểu đấu dây trên, dây quấn
MBA có thể đấu theo kiểu zic-zac (kí hiệu
chữ Z). Lúc đó mỗi pha gồm hai nửa cuộn
dây trên hai trụ khác nhau nối tiếp và mắc
ngược nhau. Kiểu đấu này thường rất ít
dùng vì tốn đồng hơn và chỉ gặp trong máy
biến áp dùng cho các thiết bị chỉnh lưu hoặc
trong máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số và góc lệch pha.
Có 4 trường hợp đấu dây:
 Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối sao, ký hiệu Y/Y, Yy
 Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối tam giác, ký hiệu ∆/∆, Dd
 Dây quấn sơ cấp nối sao và thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Y/∆, Yd
 Dây quấn thứ cấp nối tam giác và thứ cấp nối sao, ký hiệu ∆/D, Dy
d. Tổ nối dây của MBA
Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu
dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha
giữa các sức điện động dây quấn sơ cấp và đây quấn thứ cấp máy biến áp. Góc
lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
 Chiều quấn dây
 Cách kí hiệu các đầu dây
 Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp
Để thuận tiện người ta không dùng "độ" để chỉ góc lệch pha đó mà dùng
phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi là tổ nối dây của máy biến áp. Cách
biểu thị đó như sau: kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ cấp đặt cố
định ở con số 12, kim ngắn chỉ sức điện động dây thứ cấp đặt tương ứng với
các con số 1, 2,…, 12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là 30, 60,…, 360. Như
vậy theo cách ký hiệu này thì máy biến áp ba pha sẽ có 12 tổ nối dây.

Trang 12 / 68


e. Phương pháp ký hiệu tổ nối dây bằng kim đồng hồ
Trong thực tế sản xuất nhiều MBA có tổ nối dây khác nhau rất bất tiện
cho việc vận hành và chế tạo, vì thế ở nước ta cũng như trên thế giới chỉ sản
xuất MBA điện lực có tổ nối dây như sau: đối với máy biến áp một pha có tổ
I/I-12, đối với máy biến áp ba pha có các tổ nối dây Y/Yo-12, Y/d-11/ Yo/d-11

Ví dụ về tổ nối dây Y/Y-12 và tổ nối dây Y/∆-11
1.6 Phân loại máy biến áp
1.6.1 Theo cấu tạo
 Máy biến áp 1 pha
 Máy biến áp 3 pha
1.6.2 Theo chức năng
 Máy biến áp hạ thế
Trang 13 / 68


 Máy biến áp tăng thế
1.6.3 Theo cách thức cách điện
 Máy biến áp lõi dầu
 Máy biến áp không khí
1.6.4 Theo mối quan hệ cuộn dây
 Biến áp tự ngẫu
 Biến áp cảm ứng
1.6.5 Theo nhiệm vụ
 Máy biến áp điện lực
 Máy biến áp dân dụng
 Máy biến áp hàn
 Máy biến áp xung

2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP

2.1 Phương trình cân bằng điện áp
Xét MBA một pha hai dây quấn, trong đó sơ cấp nối với nguồn, có số
vòng N1, thứ cấp nối với tải có tổng trở Zt, có số vòng N2.
Đặt điện áp u1 vào sơ cấp, trong dây quấn có dòng điện i 1. Nếu phía thứ
cấp có tải thì trong dây quấn sẽ có dòng điện i2.
Trang 14 / 68


Các dòng điện i1 và i2 tạo nên các stđ sơ cấp i1N1 và thứ cấp i2N2.
Phần lớn từ thông do hai stđ sinh ra được khép mạch qua lõi thép móc
vòng với cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp → từ thông chính Φ, gây nên trong các
dây quấn sđđ e1 và e2 như sau :
e1 = -N1 = e2 = -N2 = Ngoài từ thông chính Φ trong lõi thép, các stđ còn sinh ra từ thông tản
và , không chạy trong lõi thép mà móc vòng với không gian không phải vật liệu
sắt từ như dầu biến áp, vật liệu cách điện...
Vật liệu có độ từ thẩm nhỏ, do đó từ thông tản nhỏ hơn rất nhiều so với
từ thông chính và từ thông tản móc vòng với dây quấn sinh ra nó. Từ thông tản
Φt1 do dòng điện sơ cấp i1 gây ra và từ thông tản Φt2 do dòng điện thứ cấp i2 gây
ra.
Các từ thông tản Φt1 và Φt2 biến thiên theo thời gian nên cũng cảm ứng
trong dây quấn sơ cấp sđđ tản et1 và thứ cấp sđđ tản et2:
et1 = -N1 = et2 = -N2 = Do từ thông tản móc vòng với không gian không phải vật liệu sắt từ nên
tỉ lệ với dòng điện sinh ra:

Trong đó: Lt1 và Lt2 – điện cảm tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Do
đó các sđđ sơ cấp và thứ cấp.
2.2 Phương trình cân bằng dây quấn sơ cấp
Xét mạch điện sơ cấp gồm nguồn điện áp u 1,
sức điện động e1, sđđ tản của dây quấn sơ cấp e t1,
điện trở dây quấn sơ cấp r 1. Áp dụng định luật
Kirchhoff 2 ta có phương trình điện áp sơ cấp viết
dưới dạng trị số tức thời:
Trang 15 / 68


Dạng phức:

Trong đó: Z1 = r1 + jx1 – tổng trở phức của dây quấn sơ cấp.

2.3 Phương trình cân bằng điện áp dây quấn thứ cấp:
Mạch điện thứ cấp gồm sức điện động e 2,
sức điện động tản dây quấn thứ cấp et2, điện trở dây
quấn thứ cấp r2, điện áp hai đầu dây thứ cấp u2. Áp
dụng định luật Kirchhoff 2 ta có phương trình điện
áp viết dưới dạng trị số tức thời.
Dạng phức:

Trong đó: Z2 = r2 + jx2 – tổng trở phức của dây quấn thứ cấp.
2.4 Phương trình cân bằng sức từ động
Áp dụng định luật Ohm cho mạch từ của MBA:
Trong biểu thức điện áp sơ cấp, Z 1I1<biên độ từ thông lõi thép:

Trang 16 / 68


Với điện áp đặt vào sơ cấp bằng định mức và không đổi nên biên độ từ
thông Φm cũng không đổi (không phụ thuộc vào dòng điện i 1 và i2) hoặc chế độ
làm việc. Xét hai chế độ có tải và không tải.
Dạng phức:

Dòng điện sơ cấp I1 gồm hai thành phần: Thành phần không đổi I0 tạo ra
từ thông chính Φ trong lõi thép, thành phần I 2’ dùng để bù lại dòng điện thứ
cấp, tức là cung cấp cho tải.
Khi tải tăng thì dòng điện I 2 tăng, nên I2’ tăng và dòng điện I1 cũng tăng
lên.
Mô hình toán của máy biến áp:

2.5 Mạch điện thay thế
2.5.1 Quy đổi đại lượng thứ cấp về sơ cấp:
Đặt:

; ;
; ;
Trong đó, , , , , tương ứng là sđđ, dòng điện, điện áp, tổng trở dây quấn,
tổng trở tải thứ cấp quy đổi về sơ cấp.

Trang 17 / 68


Tóm lại mô hình toán sau khi quy đổi của máy biến áp là:

2.5.2 Mạch điện thay thế chính xác của máy biến áp:

Dựa vào hệ phương trình qui đổi ta suy ra một mạch điện tương ứng gọi
là mạch điện thay thế của MBA.
Xét phương trình sơ cấp, vế phải có Z1 I1 là điện áp rơi trên tổng trở dây
quấn sơ cấp Z1 và –E1 là điện áp rơi trên tổng trở Z m, đặc trưng cho từ thông
chính và tổn hao sắt từ.
Từ thông chính do dòng điện không tải sinh ra, do đó ta có thể viết :
Trong đó:Zm = rm + jxm - tổng trở từ hoá đặc trưng cho mạch từ
rm – điện kháng từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt từ pFe = rm2 I0
xm – điện kháng từ hóa đặc trưng cho từ thông chính Ф
2.5.3 Mạch điện thay thế gần đúng máy biến áp
Thực tế, tổng trở nhánh từ hóa rất
lớn (Zm >> Z1 và Z2’), do đó trong nhiều
trường hợp có thể bỏ qua nhánh từ hóa
(Zm = ∞ ) và thành lập lại sơ đồ thay thế
gần đúng
Trang 18 / 68


Trong đó:
– Tổng trở ngắn mạch của MBA;
rn = r1 + r2’ là điện trở ngắn mạch của MBA;
xn = x1 + x2’ là điện kháng ngắn mạch của MBA
Các MBA thường có rn << xn, nên có thể bỏ qua điện trở ngắn mạch (r n =
0). Trong trường hợp này mạch điện thay thế:

2.6 Đồ thị vecto của máy biến áp:
Xây dựng đồ thị vectơ của mba nhằm mục đích thấy rõ quan hệ về trị số
và góc lệch pha giữa các đại lượng vật lý Φ, U, I, ... , đồng thời để thấy rõ
được sự thay đổi các đại lượng vật lý đó ở các chế độ làm việc khác nhau.
2.6.1 Cách xây dựng
 Đặt vectơ từ thông Φ theo chiều dương trục hoành trục hoành.
 Vẽ vectơ dòng điện không tải I0, vượt trước Φ một góc α.
 Vẽ các vectơ sđđ E1 và E2’ = –E1 do Φ sinh ra, chậm sau nó một góc 900̊.

 Tùy theo tính chất của tải dựng véc tơ dòng điện I2' (nếu tải có tính điện
cảm nên dòng điện I2' chậm sau E2' một góc ψ2).
 Theo phương trình dòng điện, ta vẽ vectơ dòng điện I1 bằng vectơ dòng
điện I0 cộng với vectơ dòng điện I2’.
 Các vectơ khác dựa vào các phương trình cân bằng
Trang 19 / 68


 Đồ thị vectơ mba khi phụ tải có tính dung vẽ tương tự, nhưng dòng điện
I2’ vượt trước một góc ψ2.
2.6.2 Đồ thị vecto đơn giản của MBA

Trong sơ đồ thay thế gần đúng, ta cho là
dòng điện I0 = 0, nên I1 = –I2’. Phương trình cân
bằng điện áp:

3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
3.1 Chế độ làm việc không tải
Chế độ không tải: là chế độ mà phía thứ cấp hở mạch, phía sơ cấp đặt
vào điện áp định mức.
Chế độ không tải MBA: thứ cấp hở mạch; sơ cấp đặt điện áp U1.
Mạch điện thay thế MBA khi không tải

Trang 20 / 68


Phương trình không tải:

Trong đó: – Tổng trở không tải MBA;
– Điện trở không tải MBA;
– Điện kháng không tải của MBA
Sơ đồ thí nghiệm không tải

Từ các số liệu ta đo được:
 Tỷ số biến áp:

 Dòng điện không tải phần trăm:

 Tổng trở nhánh từ hóa MBA
 Điện trở không tải :

Do nên
Trang 21 / 68


 Tổng trở không tải:

 Điện kháng không tải:

 Điện kháng từ hóa: nên
 Tổn hao không tải:
Từ mạch điện thay thế, tổn hao không tải là tổn hao đồng trên dây quấn
sơ cấp và tổn hao sắt trong lõi thép:
 Điện trở dây quấn sơ và dòng điện không tải nhỏ nên bỏ qua tổn hao
đồng trên dây quấn sơ cấp. Tổn hao không tải P o thực tế có thể xem là
tổn hao sắt pFe do từ trễ và dòng điện xoáy trong lõi thép gây nên.
 Hệ số không tải:

 Ta có đồ thị vecto MBA không tải:

 Từ đồ thị vectơ MBA không tải, góc lệc pha
giữa U1 và I0 là φ0 ≈ 90o, nghĩa là hệ số công
suất lúc không tải rất thấp, thường cosφ o =
0,1.
 Điều này có ý nghĩa thực tế rất lớn là không
nên để MBA làm việc không tải hoặc non tải,
vì lúc đó sẽ làm xấu hệ số công suất của lưới
điện.

Trang 22 / 68


3.2 Chế độ làm việc ngắn mạch
Chế độ ngắn mạch MBA: phía thứ cấp bị nối tắt, sơ cấp đặt vào một điện
áp U1.
Trong vận hành, nhiều nguyên nhân làm máy biến áp bị ngắn mạch như
hai dây dẫn phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau bằng
tổng trở rất nhỏ. Đấy là tình trạng ngắn mạch sự cố, cần tránh.
Mạch điện thay thế ngắn mạch:

Phương trình điện áp MBA khi ngắn mạch:
Dòng điện ngắn mạch khi U1=U1đm:
Tổng trở ngắn mạch rất nhỏ, dòng ngắn mạch rất lớn (10 ÷ 25)Iđm. Đây là
trường hợp sự cố, rất nguy hiểm cho máy biến áp. Khi sử dụng MBA cần tránh
tình trạng ngắn mạch.
Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch:

Trang 23 / 68


Tiến hành thí nghiệm:
 Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch, dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ
điều chỉnh điện áp.
 Điều chỉnh điện áp vào dây quấn sơ cấp (Un) sao cho dòng điện trong các
dây quấn bằng định mức. Các dụng cụ đo cho số liệu sau:
 Vôn kế chỉ Un là điện áp ngắn mạch;
 Oát kế chỉ Pn là tổn hao ngắn mạch;
 Ampe kế chỉ I1đm và I2đm là dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức.
 Tổn hao ngắn mạch
Thí nghiệm ngắn mạch, điện áp Un nhỏ (Un = 4 ÷ 15%Uđm) nên từ thông
Φ nhỏ, có thể bỏ qua tổn hao sắt từ. Công suất đo được trong thí nghiệm ngắn
mạch Pn là :
Như vậy tổn hao ngắn mạch chính là tổn hao đồng trên dây quấn sơ cấp
và dây quấn thứ cấp của MBA khi tải định mức.
Tổng trở, điện trở và điện kháng ngắn mạch
 Tổng trở:

 Điện trở:
 Điện kháng ngắn mạch

 Trong MBA thường r1=r’2 và x1=x’2. Vậy điện trở và điện kháng
dây quấn sơ cấp là:
 Điện trở và điện kháng tản dây quấn thứ cấp:
;
Trang 24 / 68


 Hệ số công suất ngắn mạch

 Điện áp ngắn mạch

 Điện kháng Un gồm hai thành phần: Trên cơ sở rn – điện áp ngắn
mạch tác dụng Unr; thành phần trên điện kháng xn – điện áp ngắn
mạch Unx


Điện áp ngắn mạch tác dụng:



Ngoài ra unr% còn được tính theo:



Điện áp ngắn mạch phản kháng

4. GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP
4.1 Công suất tác dụng
Công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp máy biến áp:
 Tổn hao đồng sơ cấp:

 Tổn hao sắt:

 Công suất điện từ:

 Tổn hao đồng thứ cấp:

Trang 25 / 68


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×