Đề cương ôn tập Máy điện thiết bị

o điện áp định mức. Rth Xth U1 Sơ đồ thay thế của MBA không tải Xn Rn In a. Sơ đồ thay thế của máy biến áp không tải Với R1, Rth là điện trở cuộn dây và mạch từ. X1, Xth là điện kháng cuộn dây và mạch từ. U1 là điện áp sơ cấp I0 là dòng điện không tải. Khi không tải ta có dòng điện thứ cấp bằng không I2=0 b. Các đặc điểm của trạng thái không tải. - Dòng điện không tải: Tổng trở không tải Z0 thường rất lớn, nên dòng điện không I0 rất nhỏ thường từ (2%-10%) dòng điện định mức, nên tổn thất trên dây quấn khi không tải rất nhỏ có thể bỏ qua. - Công suất không tải: Ở trạng thái không tải công suất đưa ra phía thứ cấp bằng không (vì I2=0), song máy vẫn tiêu thụ công suất P0. Công suất không tải gồm công suất tổn hao sắt từ DPst trong lõi thép và công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp DPR1. vì dòng điện không tải I0 rất nhỏ có thể bỏ qua tức là DPR1»0. Vậy công suất không tải chính là công suất tổn hao trên lõi thép DP0=DPst. (tổn thất sắt từ được tính dựa vào đặc tính của thép..... - Hệ số công suất không tải Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0. hệ số công suất cosj lúc không tải rất thấp. * Từ các đặc điểm trên, khi sử dụng không nên để máy biến áp làm việc ở trạng thái không tải hoặc non tải. c. Thí nghiệm không tải của máy biến áp. Sơ đồ thí nghiệm máy biến áp không tải V * I0 P0 * U1 U02 A W V Để xác định các thông số như hệ số biến áp k, tổn thất sắt từ và các thông số của máy biến áp ở trạng thái không tải ta tiến hành thí nghiệm không tải như sơ đồ trên. Cách tiến hành: Đấu nối thiết bị như sơ đồ trên, đặt điện áp định mức vào dây quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho biết các số liệu sau: + Oát kế chỉ công suất không tải DP0=DPst. + Ampe kế chỉ dòng điện không tải I0. + Vôn kế cho giá trị U1, U20 điện áp sơ cấp và điện áp không tải thứ cấp. Từ các số liệu trên ta tính được: + Hệ số biến áp ». + Dòng điện không tải phần trăm I0%= + Điện trở không tải . + Tổng trở không tải + Điện kháng không tải + Hệ số công suất không tải cosj0=(0,1-0,3) 4.1.2. Trạng thái ngắn mạch của máy biến áp Trạng thái ngắn mạch là trạng thái khi đặt điện áp vào sơ cấp mà phía thứ cấp được nối tắt lại (đây là trường hợp sự cố. trong vận hành do nhiều nguyên nhân làm MBA bị ngắn mạch như hai đầu dây dẫn điện phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau qua một tổng trở rất nhỏ). U1 Sơ đồ thay thế của MBA ngắn mạch Xn Rn In a. Sơ đồ thay thế của máy biến áp ngắn mạch Với Rn, là điện trở ngắn mạch. Xn, là điện kháng ngắn mạch. Zn là tổng trở ngắn mạch In là dòng điện ngắn mạch. Dòng điện sơ cấp là dòng điện ngắn mạch In. b. Đặc điểm của trạng thái ngắn mạch. Khi đặt điện áp định mức vào sơ cấp, phía thứ cấp được nối tắt ta có dòng điện ngắn mạch là . Vì tổng trở ngắn mạch rất nhỏ nên dòng điện ngắn mạch rất lớn từ In=(10-25)Iđm, dòng điện lớn làm hỏng cách điện gấy hỏng máy biến áp và ảnh hưởng đến các đồ dùng điện. (Khi phát hiện sự cố hay ngắn mạch cần phải loại máy biến áp ra khỏi lưới điện... Khi sử dụng máy biến áp cần tránh trạng thái ngắn mạch...) Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp biến áp V * In Pn * Un A W A điều chỉnh điện áp c. Thí nghiệm ngắn mạch của máy biến áp Để xác định tổn hao trên điện trở dây quấn và xác định các thông số sơ cấp và thứ cấp ta tiến hành thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp. Cách tiến hành: Đấu nối thiết bị như sơ đồ trên. - Dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp (máy biến áp tự ngẫu), Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch. Qua bộ điều chỉnh điện áp ta điều chỉnh điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng điện áp Un sao cho dòng điện trong dây quấn bằng dòng điện định mức (tức I2=I2dm). Un gọi là điện áp ngắn mạch, được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức: UN%=. - Lúc ngắn mạch điện áp thứ cấp U2=0, do đó điện áp ngắn mạch là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn hay điện áp đọc được trên vônmet chính là tổn thất điện áp khi máy biến áp mang tải định mức. - Công suất đo được trên oátmét W chính là tổn thất đồng trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi máy biến áp mang tải định mức (Pn). Do điện áp đặt vào sơ cấp nhỏ nên tổn hao sắt từ nhỏ có thể bỏ qua và Pn=DPđ1+DPđ2. Tù thí nghiệm ta tính được các thông số dây quấn trong sơ đồ thay thế. - Tổng trở ngắn mạch: - Điện trở ngắn mạch: - Điện kháng ngắn mạch: Để tính thông số dây quấn của máy biến áp, thường dùng các công thức gần đúng sau: R1»R'2», X1»X'2» với R'2, X'2 là điện trở và điện kháng thứ cấp qui đổi sang sơ cấp. Biết hệ số biến áp k, tính được thông số thứ cấp chưa qui đổi R2, X2 4.1.3. Trạng thái có tải của máy biến áp Trạng thái có tải là trạng thái trong đó dây quấn sơ cấp nối vào nguồn điện áp định mức, dây quấn thứ cấp nối với tải. Để đánh giá mức độ mang tải của máy biến áp, ta có hệ số tải của máy biến áp là: kt= trong đó: I1 là dòng điện sơ cấp I1dm là dòng điện sơ cấp định mức kt là hệ số tải. Khi kt=1 máy biến áp mang tải định mức. Khi kt<1 máy biến áp non tải. Khi kt>1 máy biến áp quá tải. - Tổn hao điện áp: Điện áp thứ cấp khi có tải là U2, điện áp thứ cấp khi không tải là U20. Lượng tổn thất điện áp là DU=U20-U2 hay(=U2dm-U2) Tổn thất điện áp tính theo phần trăm %. DU%= hay DU%= - Tổn hao công suất: Khi máy biến áp làm việc có các tổn hao sau: + Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là tổn hao đồng DPđ. Tổn hao đồng phụ thuộc vào dòng điện tải DPđ=I12.R1+I22.R2 (với R1,R2 là điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp) hay DPđ=kt2.DPn + Tổn hao sắt DPst trong lõi thép, do dòng điện xoáy và từ trể gây ra. Tổn hao sắt từ không phụ thuộc vào dòng điện tải mà phụ thuộc vào từ thông chính nghĩa là phụ thuộc vào điện áp DPst=P0 (Tổn hao sắt bằng tổn hao không tải) + Hiệu suất máy biến áp là (với P2 là công suất tác dụng ở đầu ra) 4.5. MÁY BIẾN ÁP BA PHA 4.5.1. Cấu tạo. Cấu tạo gồm các bộ phận chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy Lõi thép máy biến áp ba pha - Lõi thép máy biến áp ba pha gồm ba trụ - Dây quấn: Dây quấn sơ cấp ký hiệu bằng chữ in hoa Pha A kí hiệu là AX, kí hiệu đầu đầu là A,B,C Pha B kí hiệu là BX, kí hiệu đầu cuối là X,Y,Z Pha C kí hiệu là CX Dây quấn thứ cấp kí hiệu bằng chũ thường. Pha a kí hiệu là ax, kí hiệu đầu đầu là a,b,c Pha b kí hiệu là bx, kí hiệu đầu cuối là x,y,z. Pha c kí hiệu là cx Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối sao hoặc nối tam giác c x a b y z w1 w2 Y Z C X A B - Khi nối sao U điện áp sẽ giảm đi lần, giảm chi phí về cách điện. - Khi nối tam giác D dòng điện sẽ giảm đi lần, giảm tiết diện dây. - Với máy biến áp tăng áp thường được nối sao-tam giác U/D. - Với máy biến áp giảm áp thường được nối sao-tam giác D/U. -Thùng dầu máy biến áp với các máy biến áp dầu, thùng dầu của máy biến áp làm cho quá trình toả nhiệt được thuận lợi, với các máy lớn các thùng dầu có cánh tản nhiệt. -Trên nắp thùng dầu máy biến áp có gắn sứ cao áp và hạ áp, bình dầu phụ, ống bảo hiểm, rơle hơi, bộ điều chỉnh điện áp... 4.5.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha tương tự như nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha. Gọi w1 là số vòng dây pha một pha sơ cấp Gọi w2 là số vòng dây một pha thứ cấp Tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ là Tỷ số máy biến áp ba pha không chỉ phụ thuộc vào số vòng dây mà còn phụ thuộc vào cách đấu nối ba pha là nối sao U hay tam giác D. Ví dụ: Khi nối U/U ta có: Khi nối U/D ta có: Khi nối D/U ta có: * Chú ý: Khi sử dụng máy biến áp ba pha thì đại lượng điện áo, dòng điện ghi trên nhãn máy là điện áp dây, dòng điện dây, công suất định mức, tổn hao không tải... là các đại lượng viết cho ba pha. 4.5.3. Tổ nối dây của máy biến áp ba pha. Khái niệm chung Để các MBA ba pha có thể làm việc được, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải nối với nhau theo một quy luật nhất định. Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểu dây quấn thứ cấp cũng được hình thành các tổ nối dây quấn khác nhau. Hơn nữa khi thiết kế MBA, việc quyết định tổ nối dây quấn cũng phải thích ứng với kiểu kết cấu của mạch từ để tránh những hiện tượng không tốt như Sđđ không sin, tổn hao phụ tăng,.. - Để nghiên cứu tổ nối dây MBA, trước hết ta xét đến ký hiệu các đầu dây và cách đấu dây quấn pha với nhau. a. Cách ký hiệu các đầu dây. - Một cuộn dây của máy biến áp có hai đầu tận cùng: Đầu đầu; đầu cuối. Đối với dây quấn MBA một pha: do phía cao áp và hạ áp chỉ có một cuộn dây nên đầu đầu hoặc đầu cuối tuỳ ý chọn. Đối với dây quấn MBA ba pha: do phía cao áp có ba cuộn dây của ba pha nên ta phải chọn đầu đầu và đầu cuối 1 cách thống nhất theo một chiều nhất định, nếu không điện áp ra của ba pha sẽ không đối xứng. Ví dụ: Pha A ta chọn đầu đầu là đầu A và đầu cuối là X sao cho đi từ A đến X theo chiều kim đồng hồ thì dây quấn các pha B, C còn lại cũng phải được chọn như vậy. Đánh dấu đầu dây MBA Đánh dấu các đầu dây tận cùng của máy biến áp như sau: Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp Dây quấn hạ áp Đầu đầu A, B, C a, b, c Đầu cuối X, Y, Z x, y, z b. Các kiểu đấu dây quấn. Trong máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối hình sao hay nối hình tam giác. - Nối hình sao (U) là đem ba đầu cuối X, Y, Z nối chung lại và ba đầu đầu A, B, C còn lại để tự do. - Nối hình tam giác (D) thì cuối của pha này đước nối với đầu của pha kia Cách đấu dây quấn cao áp và hạ áp ở trong MBA thường được ký hiệu như sau: Ví dụ MBA đấu U/D có nghĩa là dây quấn cao áp đấu U và dây quấn hạ áp đấu D c. Tổ nối dây của máy biến áp - 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 sđđ dây sơ cấp và dây thứ cấp và góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Chiều quấn dây + Cách ký hiệu các đầu dây ra + Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp. * Xét MBA một pha có hai dây quấn: sơ cấp: AX; thứ cấp: ax. Các trường hợp xảy ra như sau: + Hai dây quấn cùng chiều và ký hiệu tương ứng (hình a) + Hai dây quấn ngược chiều (hình b) + Đổi chiều ký hiệu một trong hai dây quấn (hình c) Tổ nối dây của MBA 1 pha: kể từ vectơ sđđ sơ cấp đến véctơ sđđ thứ cấp theo chiều kim đồng hồ. + Trường hợp a: lệch pha 3600 + Trường hợp b: lệch pha 1800 * Tổ nối dây của MBA 3 pha: Ở máy biến áp 3 pha, do nối U và D với những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa s.đ.đ sơ cấp và s.đ.đ thứ cấp lệch pha nhau là 300, 600, 900.....3600. - Trong thực tế dùng kim đồng hồ để biểu thị và gọi tên tổ nối dây MBA, cách biểu thị như sau: +Kim dài cố định ở con số 12, chỉ s.đ.đ sơ cấp. +Kim ngắn chỉ 1,2,3,..12 ứng với 300, 600, 900.....3600 chỉ s.đ.đ thứ cấp. Trường hợp máy biến áp một pha: + Trường hợp a: I/I-12. + Trường hợp b, c: I/I-6. Trường hợp máy biến áp ba pha có 12 tổ nối dây: + Máy biến áp ba pha nối Y/Y: Ví dụ một MBA ba pha có dây quấn sơ cấp và thứ cấp nối hình sao, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây thì véctơ s.đ.đ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng pha nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp này là 3600 hay O0 ta nói MBA thuộc tổ nối dây 12 và ký hiệu là Y/Y-12 hay Y/Y-0. Để nguyên dây quân sơ cấp, dịch dây quấn thứ a→b, b→c, c→a, ta có tổ nối dây Y/Y-4, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ nối dây Y/Y-8. Nếu ta đổi chiều dây quấn ta có tổ đấu dây Y/Y-6,10,2. Ta có tổ nối dây chẵn + Máy biến áp ba pha nối Y/Δ: Ví dụ cũng MBA ba pha có dây quấn sơ cấp nối sao và dây quấn thứ cấp nối tam giác, cùng chiều dây quấn và cùng ký hiệu các đầu dây thì véctơ s.đ.đ pha giữa hai dây quấn hoàn toàn trùng nhau và góc lệch pha giữa hai điện áp dây sẽ bằng 3300. Ta nói MBA thuộc tổ nối dây 11 và ký hiệu Y/Δ-11. Để nguyên dây quân sơ cấp, dịch dây quấn thứ a→b, b→c, c→a, ta có tổ nối dây Y/Δ-3, dịch tiếp một lần nữa ta có tổ nối dây Y/Δ-7. Nếu ta đổi chiều dây quấn ta có tổ đấu dây Y/Δ-5,9,1. Ta có tổ nối dây lẽ. Eab 3600 EAB Eab A B C X Z Y ay cx bz EAB Tổ nối dây Y/Δ-11 Sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác nhau rất bất tiện khi chế tạo và sử dụng, vì thế trên thực tế ở nước ta cũng như trên thế giới chỉ sản xuất các máy biến áp điện lực thuộc các tổ nối dây sau: Máy biến áp một pha có tổ I/I-12; máy biến áp ba pha có các tổ Y/Y-12 và Y/Δ-11. Phạm vi ứng dụng của chúng được ghi trong bảng dưới đây: Tổ nối dây Điện áp Dung lượng của MBA (kVA) CA(kV) HA(V) Y/Y-12 Y/Δ-11 Y/Δ-11 ≤ 35 ≤ 35 ≥110 230 400 525 ≥315 ≤630 ≤2500 ≤2500 ≥4000 4. 6 : ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA 4.6.1. Lý do nối máy biến áp làm việc song song. - Công suất lưới điện lớn hơn nhiều công suất của mỗi máy, (nếu máy biến áp với dung lượng quá lớn thì việc chế tạo, vận chuyển gặp nhiều khó khăn). - Tăng thêm độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải khi xảy ra sự cố hỏng hóc, hoặc bảo dưỡng máy biến áp. - Vận hành các máy biến áp một cách kinh tê nhất. 4.6.2. Điều kiện máy biến áp làm việc song song. - Muốn cho các máy biến áp làm việc song song tốt nhất cần bảo đảm các điều kiện sau: + Cùng tổ nối dây. + Cùng tỉ số máy biến áp. + Cùng điện áp ngắn mạch. - Ta đi vào xét ảnh hưởng riêng rẽ của từng điều kiện kể trên với sự làm việc song song của các máy biến áp. a. Điều kiện cùng tổ nối dây. - Các máy biến áp làm việc song song phải cùng tổ nối dây nhằm đảm bảo điện áp thứ cấp sẽ cùng pha nhau. - Nếu khác tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ lệch pha nhau, sự lệch pha này phụ thuộc tổ nối dây. U2I U2II Ví dụ: Nối hai máy biến áp làm việc song song: Máy I có tổ nối dây Y/D-11 và máy II tổ nối dây Y/Y-12. Thì điện áp thứ cấp của hai máy biến áp sẽ lệch pha nhau 300. Trong mạch nối liền các dây quấn thú cấp sẽ xuất hiện một dòng điện Icb chạy quẩn trong máy biến áp làm phá hỏng máy biến áp. * Chú ý: Để đảm bảo điều kiện này có thể đổi ký hiệu của hai hoặc đấu lại các đầu dây của máy biến áp thì ta có thể biến các máy biến áp không cùng tổ nối dây trở thành có tổ nối dây giống nhau và có thể làm việc song song được. b. Cùng tỉ số máy biến áp. kI = kII + kI: Hệ số máy biến áp I. + Hệ số máy biến áp II. - Có nghĩa là: U2I = U2II Trong đó: + U1I, U1II: Điện áp sơ cấp định mức tương ứng của các máy I, máy II + U2I, U2II: Điện áp thứ cấp định mức tương ứng của các máy I, máy II - Trong thực tế cho phép hệ số máy biến áp khác nhau không quá 0,5% c. Điện áp ngắn mạch các máy biến áp bằng nhau. UnI% = UnII% Trong đó: + UnI% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy I. + UnII% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy II - Cần đảm bảo điều kiện này để tải phân bố trên các máy tỉ lệ với công suất của chúng. - Nếu điều kiên 3 không được bảo đảm ví dụ: UnI% < UnII% thì máy I nhận tải định mức máy II còn non tải. Thật vậy: + Dòng điện máy I đạt định mức IIđm thì điện áp rơi trên máy I là I1đmznI; + Dòng điện trong máy II là III thì điện áp rơi trong máy II là: IIIznII. Vì hai máy làm việc song song nên điện áp rơi trong hai máy phải bằng nhau. Ta có: I1đmznI = IIIznII.(1) Mặt khác: UnI% < UnII%. Do đó: I1đmznI < IIIđmznII (2) (1), (2) Suy ra: IIIznII< IIIđmznII hay III< IIIđm. Dòng trong máy II nhỏ hơn định mức vậy máy II còn non tải trong khi máy I đã định mức. - Nếu máy II tải định mức thì máy I sẽ quá tải. * Chú ý: - Un% xác định từ thí nghiệm ngắn mạch MBA và thường được cho kèm theo - Un của các MBA không được khác nhau quá 10% và tỷ lệ dung lượng máy vào khoảng 3:1 4. 7. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT 4.7.1. Máy biến áp tự ngẫu. - Trong trường hợp điện áp của các lưới điện khác nhau không nhiều, tức là tỉ số biến đổi điện áp nhỏ để được kinh tế hơn về chế tạo người ta thường dùng các máy biến áp tự ngẫu. a. Cấu tạo: Cấu tạo giống máy biến áp thong thườn gồm mạch từ và dây quấn. U1˜ W1 W2 U1˜ Zt a X A Là loại máy biến áp trong đó cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng chung một cuộn dây. Hình bên. - Cuộn sơ cấp AX có số vòng W1. - Cuộn thứ cấp aX có số vòng W2. - Cuộn sơ cấp và thứ cấp lien hệ trực tiếp về điện. Ngoài ra, cũng như các máy biến áp khác liên hệ trực tiếp nhau về từ. - Cuộn sơ cấp nối song song với nguồn, cuộn thứ cấp nối tiếp với tải. - Tỉ số máy biến áp tự ngẫu. -K <2,5 dùng để nối các lưới điện khác nhau không nhiều. b.Công dụng của máy biến áp tự ngẫu + Dùng để liên lạc giữa các hệ thống điện có điện áp khác nhau không nhiều. + Dùng để mở máy các động cơ KĐB công suất lớn. + Dùng làm nguồn các thiết bị điện sinh hoạt. + Dùng ở các phòng thí nghiệm để có thể thay đổi điện áp liên tục. c.Ưu nhược điểm. - Ưu điểm: + Giá thành rẻ hơn máy biến áp hai dây quấn cùng công suất. + Tổn hao lúc vận hành MBA tự ngẫu nhỏ. + Un của máy biến áp tự ngẫu nhỏ. + Sụt áp trong MBA TN nhỏ. - Nhược điểm: + Un nhỏ ® In lớn. + Khi vận hành trong lưới điện trung tính không an toàn. + Yêu cầu cách điện cao. 4.7.2. Máy biến áp đo lường. a. Máy biến điện áp. - Dùng để biến đổi điện áp cao ® điện áp nhỏ để đo lường và điều khiển (1÷100V) - Máy biến điện áp thường có công suất 25¸1000VA. Cấu tạo: Máy biến điện áp có cấu tạo gồm 1 mạch từ bằng thép lá kỹ thuật điện trên mạch từ có quấn dây. - Dây quấn sơ cấp W1 gồm nhiều vòng dây có tiết diện dây nhỏ được mắc song song với nguồn điện áp cần đo. - Dây quấn thứ cấp W2 gồm ít vòng hơn được nối với các dụng cụ đo như vônkế, tần số kế hoặc các cuộn dây rơle. Tỉ số biến áp của máy: k = - Các máy biến điện áp thường chế tạo công suất từ (25 ÷ 1000)VA, điện áp thứ cấp phù hợp với dụng cụ đo tiêu chuẩn (1 ÷ 100)V. Nguyên lý làm việc Máy biến áp đo lường nguyên lý giống các máy biến áp thông thường nhưng chỉ khác là người ta quy ước chế tạo điện áp ra thứ cấp là 100V. - Các dụng cụ đo như (V), (Hz), cuộn áp của một số đồng hồ khác mắc vào cuộn thứ cấp của máy biến điện áp, mà tổng trở các dụng cụ này rất lớn nên máy biến điện áp chế tạo ở trạng thái làm việc không tải. Vì vậy, trong quá trình sử dụng không được nối ngắn mạch thứ cấp nó sẽ làm cho dòng điện sơ cấp rất lớn gây nên sự cố ngắn mạch. b. Máy biến dòng điện. - Máy biến dòng để biến đổi dòng điện có giá trị lớn xuống dòng nhỏ để đo lường bằng các dụng cụ đo thông dụng hoặc dùng cho cuộn dây của rơle dòng (như các đồng hồ ampe kế (A); đồng hồ Oátkế (W); đồng hồ công tơ (KWh) hoặc một số rơle dòng dùng để bảo vệ). Cấu tạo: - Gồm mạch từ bằng thép kỹ thuật điện cách điện lại với nhau thành hình xuyến hoặc hình chữ nhật có hai cuộn dây. + Dây sơ cấp: Có ít vòng dây, đường kính dây lớn, cuộn sơ cấp được mắc nối tiếp với mạch cần đo dòng. + Cuộn thứ cấp: Gồm nhiều vòng dây, đường kính dây bé hơn, để thuận tiện người ta thường chế tạo cuộn thứ cấp có dòng điện là 5A. Cuộn thứ cấp được nối tiếp với các dụng cụ đo như Ampe kế, cuộn dòng của oátkế, hay công tơ, Ký hiệu: Nguyên lý Máy biến dòng làm việc theo nguyên tắc biến áp và chế độ làm việc bình thường của máy biến dòng là ngắn mạch thứ cấp hoặc tải thứ cấp có điện trở rất nhỏ ≈ 0. - Tỉ số biến áp k = - Vì tổng trở của các dụng cụ đo như Ampe (A), cuộn dòng của (W), KWhrất bé nên máy biến dòng được chế tạo để làm việc ở trạng thái như ngắn mạch. Do đó khi sử dụng không được để thứ cấp hở mạch vì khi đó I2 = 0, dòng điện từ hoá sẽ rất lớn, mạch từ bão hoà nghiêm trọng làm nóng máy, sẽ làm cháy dây quấn. Mà cuộn thứ cấp rất nhiều vòng nên xuất hiện những xung điện áp lớn, gây nguy hiểm cho người sử dụng. Như vậy, khi sử dụng máy biến dòng tuyệt đối không được để thứ cấp hở mạch. - Các máy biến dòng thường chế tạo với công suất từ (5 ÷100)VA. - Hệ số biến dòng ghi trên nhãn là trị số dòng điện sơ cấp định mức trên trị số dòng điện thứ cấp định mức. Ví dụ: ; ; , 4.7.3. MAÏY BIÃÚN AÏP HAÌN HÄÖ QUANG - Máy biến áp hàn dùng để hàn bằng phương pháp hồ quang. Máy được chế tạo có điện kháng tản lớn và cuộn dây thứ cấp nối với điện kháng ngoài K để hạn chế dòng điện hàn. Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp một đầu nối với cuộn điện kháng K rồi nối tới que hàn, còn đầu kia nối với tấm kim loại cần hàn. - Máy biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch. Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường 60-70V. + Khi dí que hàn vào tấm kim loại, sẽ có dòng điện lớn chạy qua làm nóng chỗ tiếp xúc. + Khi nhấc que hàn cách tấm kim loại một khoảng nhỏ, vì cường độ điện trường lớn làm ion hoá chất khí, sinh hồ quang và toả nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. Để điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây của dây quấn thứ máy biến áp hàn hoặc thay đổi điện kháng ngoài bằng cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép K. Sơ đồ máy biến áp hàn hồ quang. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp. 2. Thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch. 3. Cách xác định thông số máy biến áp bằng số liệu thí nghiệm. MỘT SỐ BÀI TẬP MẪU Bài 1: Máy biến áp một pha mạch từ lõi thép. Cuộn cao áp có Wca = 296 vòng, điện áp định mức cuộn cao áp Uca = 220V, điện áp định mức cuộn hạ áp Uha = 110V. Tính số vòng dây cuộn hạ áp. Bài giải Số vòng dây cuộn hạ áp Wha = Wca = 296. = 148 vòng. Bài 2: Thông số của Máy biến áp một pha: Sđm= 25kVA; U1đm = 380V; U2đm = 127V, điện áp ngắn mạch phần trăm un %= 4% Tính dòng điện định mức. Tính dòng điện ngắn mạch khi đặt điện áp định mức và 70% định mức vào cuộn cao áp, cuộn hạ áp ngắn mạch. Tính dòng điện ngắn mạch khi đặt điện áp định mức vào cuộn hạ pá, cuộn cao áp ngắn mạch. Bài giải Dòng điện định mức trong hai dây quấn: I1đm = = =65,79A I2đm = = =196,85A Khi đặt điện áp định mức 380V vào cuộn cao áp, cuộn hạ áp ngắn mạch. Gọi U1n là điện áp ngắn mạch khi thí nghiệm với dòng điện định mức Dòng điện ngắn mạch ở cuộn sơ cấp khi đặt điện áp định mức vào cuộn sơ cấp là : I1n = I1đm= = (trong đó Un = ) Dòng điện ngắn mạch trong cuộn thứ cấp I2n = = = Tổng quát ta có: In = (1) Thay số vào ta có: Khi đặt điện áp định mức: I1n = = =1644,75A I2n = = =4927A Khi đặt điện áp 70% định mức I1n = 1644,75=1151,32A I2n = 4927=3448,9A Khi đặt điện áp định mức 127V vào cuộn hạ áp, cuộn cao áp ngắn mạch. Áp dụng công thức (1) ta được kết quả như trên nghĩa là dòng điện ngắn mạch trong mỗi dây quấn vẫn không đổi dù ngắn mạch ở phía nào. Từ công thức (1): In = cho thấy rằng, máy biến áp có un nhỏ, dòng điện ngắn mạch lớn, với un = 0,04 dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng điện định mức là 25lần. Bài 3: Máy biến áp một pha Sđm= 2500VA; U1đm = 220V; U2đm = 127V. Thí nghiệm không tải: U10 = 220V; I10 = 1,4A; P10 = 30W. Thí nghiệm ngắn mạch: I1n = I1đm = 11,35A; U1n = 8,8V; P1n = 80W. a) Tính các thông số sơ đồ thay thế. b) Khi tải R, L có cosjt = 0,8. Xác định hiệu suất và điện áp thứ cấp khi hệ số tải k1 =1 ; 0,5 Bài giải a) + Điện trở nhánh từ hóa Rth = = 15,3 W + Tổng trở nhánh từ hóa: Zth = = 157 W + Điện kháng nhánh từ hóa Xth = = 156,25 W + Điện trở ngắn mạch Rn = R1 + R’2 = = = 0,621W + Tổng trở ngắn mạch Zn = = = 0,775W + Điện kháng ngắn mạch Xn = = 0,46 W + Coi R1 ~ R’2 , X1 ~ X’2 R1 = R’2 = = 0,31W X1 = X’2 = = 0,23W Hệ số biến áp k = = 1,73 Thông số dây quấn thứ cấp chưa quy đổi R2 = = = 0,1W X2 = = = 0,077W b) Hiệu suất máy biến áp khi định mức h = = = 0,948 + Khi hệ số tải kt = 0,5 h = = = 0,952 Un% = Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm DU2% = kt(UnR%cosjt + UnX%sinjt) Trong đó UnR% = UnR%cosjn = 4%.0,8 = 3,2% UnX% = UnX%sinjn = 4%.0,6 = 2,4% cosjn = sinjn = =0,6 Thay số +Khi kt = 1; cosjn = 0,8 ; sinjn = 0,6 DU2% = 1(3,2%.0,8 + 2,4%.0,6) = 4% DU2 = 4%U2dm = U2 = U2dm - DU2 = 127 – 5,1 = 121,9V +Khi kt = 0,5; cosjn = 0,8 ; sinjn = 0,6 DU2% = 0,5(3,2%.0,8 + 2,4%.0,6) = 2% DU2 = 2%U2dm = U2 = U2dm - DU2 = 127 – 2,55 = 124,45V BÀI TẬP HỌC SINH TỰ LÀM Bài 1: Máy biến áp một pha Sđm=150KVA; U1đm = 2400V; U2đm = 240V. R1= 0,2W; X1 = 0,45W; R2= 2mW; X2 = 4,5mW; a) Tính Rn, Xn, I1dm, I2dm b) Tính Pn, Po biết rằng khi cosjt = 0,8, hệ số tải Kt = 1, hiệu suất h = 0,982. Bài 2: Một máy biến áp ba pha 11000/415V Biết điện áp mỗi vòng dây 4V Tính số vòng sơ cấp và thứ cấp trong các trường hợp: Nối Y/Y Nối D/Y Bài 3: Máy biến áp ba pha Sdm = 160kVA; U1dm = 15kV; U2dm = 400V; P0 = 460W; Pn = 2350W; Y/Y – 12. Cho biết Coi R1 ~ R’2 , X1 ~ X’2 a) Tính I1dm, Rn, R1, R2, X1, X2 b) Tính hiệu suất h khi kt = 1, cosjt = 0,8. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1: Máy biến áp một pha 150kVA; U2đm = 2410V, R1 = 0,2W; R2 = 2mW; X1 = 0,45W; X2 = 4,5mW; . Tính điện áp sơ cấp U1 khi U2 = 230V; I2 = I2đm; cosj1 = 0,8 (có tính cảm). đáp số nào sau đây đúng? U1 = 2300V; U1 = 2350V; U1 = 2600V. Giữ điện áp sơ cấp U1 không đổi, giảm số vòng dây sơ cấp W1, số vòng dây W2 và tải không đổi. Câu phát biểu nào dưới đây sai? I1 tăng U2 tăng. I2 tăng. P1 giảm. Câu 2: Một máy biến áp ba pha 50kVA, D/Y0 – 11; 10/0,38kV. Câu giải thích nào dưới đây sai? Sđm = 50kVA; U1đm = 10kV; U2đm = 0,38kV Sơ cấp đấu tam giác, thứ cấp đấu sao có trung tính; Tỷ số vòng dây = 26,32; Góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 3300. Khi máy biến áp làm việc với tải định mức và cosjt = 1, hiệu suất của máy h% = 97,46%. Khi máy làm việc với hệ số tải kt = 0,5 và cosjt = 1, hiệu suất của máy h% = 97,27%. Tính Pn và Po cua máy biến áp. Tìm đáp án sai