Máy điện 1

Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: [email protected] Phone: +84-963286734

1 1

2

GIỚI THIỆU CHUNG

!  Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về máy điện. !  Sau khi học xong học phần này sinh viên hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm

việc của các loại máy điện, mô hình toán mô tả các quá trình vật lí trong máy điện và các đặc tính chủ yếu của các loại máy điện.

!  Nắm được phạm vi ứng dụng của các loại máy điện.

1. Mục đích

2. Tài liệu tham khảo !  Bài giảng: Máy điện (nhóm Máy điện – BM Thiết bị điện - Điện tử) !  Sách tham khảo:

- Bài giảng MĐ. PGS Phạm Văn Bình, Ths. Lê Minh Tiệp, TS. Đặng Quốc Vương - Máy điện. Tập 1 & 2. Bùi Đức Hùng. Triệu Việt Linh. NXB Giáo dục. Hà nội 2007 - Máy điện 1 & 2. Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu

MÁY ĐIỆN I

3

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 3. Máy điện không đồng bộ Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

Nội dung


4

II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha


Nội dung

5



6

1.1. Hệ thống năng lượng điện

Nhà máy điện

MBA truyền tải Nguồn phát

Đ dây truyền tải

Khu vực tiêu thụ điện năng

TBA truyền tải TBA phân

phối

Đường dây phân phối điên

Hộ tiêu thụ điện năng

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (1/6)

Thiết bị tự động phân phối

7

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (2/6) 1.2. Các định luật điện từ thường dùng trong máy điện

a. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) e

e �

Hinh 1.1

!  Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động

"  Sđđ cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Maxwell:

"  Trường hợp cuộn dây có w vòng, sđđ cảm ứng là:

e = �d�

dt

e = �wd�

dt= �d

dt

= w� (Wb)trong đó, là từ thông móc vòng của cuộn dây

8

a. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) (tiếp) !  Khi thanh dẫn chuyển động với vận tốc v, nằm vuông góc từ trường sẽ

cảm ứng sđđ e theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.2):

e = Blv,

trong đó: - mật độ từ cảm (Wb) - chiều dài của thanh dẫn

Bl

�, B

v

el

v

e

Hinh 1.2 �, B


9

! Thanh dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng, có trí số là

b. Định luật lực điện từ

�, B

Fdt

i

�, B

Fdt

i

Fdt = Bil,trong đó: - từ cảm (T) - dòng điện chạy trong thanh dẫn (A) - chiều dài của thanh dẫn (m)

i

Hinh 1.3

l

l

B

Chiều của Fđt xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 1.3)


10

!  Goi H là cường độ từ trường tạo bởi tập hợp các dòng điện i1; I2; …In vqf C là đường cong khép kín trong không gian bao quanh các dây dẫn mang tập hợp dòng điện trên. Theo định luật ampere ta có:

!  Áp dụng vào mạch từ hình 1.4, ta viết như sau: Hinh 1.4

trong đó: - cường độ từ trường trong mạch (A/m) - chiều dài trung bình của mạch từ đo bằng mét - là số vòng của cuộn dây

Hl

w

Hl = wi = F

!  Dòng điện i tạo tra từ thông cho mạch từ, gọi là dòng điện từ hoá. Tích số wi gọi là sức từ động.

c. Định luật toàn dòng điện


I

CHdl =

nX

k=1

ik = F

lõi thép

i�

S

l

N

11

1.3. Các loại vật liệu dùng trong máy điện a. Vật liệu dẫn điện: Cu, Al, hợp kim

Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ làm việc cho

phép 90 105 120 130 155 180 > 180

7 cấp cách điện của vật liệu cách điện

c. Vật liệu cách điện: !  Cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm & bền cơ học

!  Phần lớn ở thể rắn : 4 nhóm : "  Chất hữu cơ thiên nhiên : giấy, lụa … "  Chất vô cơ : amiăng, mica, sợi thủy tinh … "  Các chất tổng hợp "  Các loại men, sơn cách điện

! Cách điện thể khí (không khí), thể lỏng (dầu) ! Nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8 ~ 10°C => tuổi thọ giảm ½ (15-20)

b. Vật liệu dẫn từ: Vật liệu sắt từ : thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn…


12


Nội dung



13

2.1. Định nghĩa

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (1/29)

Y Δ

!  Máy biến áp (MBA) là thiết điện từ tĩnh, làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở một điện áp khác nhưng giữ nguyên tần số

!  Ký hiệu MBA trong hệ thống điện lực:

14

!  MBA cã vai trß ®Æc biÖt quan träng trong mäi lÜnh cña nÒn kinh tÕ !  Lµ thiÕt bÞ ®Æc biÖt quan träng trong hÖ thèng truyÒn t¶i vµ ph©n phèi

®iÖn n¨ng, gióp gi¶m tæn hao trªn hÖ thèng truyÒn t¶i ®iÖn.

!  Sử dụng để truyền tải và phân phối điện năng

2.3. Công dụng của MBA

2.2. Vai trò của MBA

MFĐ 3 ÷ 21kV

MBA tăng áp

35, 110, 220, 500 kV

MBA hạ áp

Hộ tiêu thụ 0,4 – 6kV

Đường dây truyền tải


Cùng công suất S, nếu ↑ Ud → Id ↓ dẫn đến:

→ ∆U = RdId ↓ → trọng lượng, tiết diện chi phi làm dây dẫn giảm

→ ∆P = RdI2d ↓

15

2.3. Công dụng của MBA (tiếp)


!  MBA sử dụng trong các thiết bj chuyên dụng:

"  Trong lò nung: MBA lò "  Trong hàn điện: MBA hàn "  Trong thí nghiệm: MBA thí nghiệm "  Trong đo lường: Máy biến điện áp, máy biến dòng điện…

16

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (4/29) Hình ảnh MBA phân phối (kiểu trạm treo)

17


18


Trạm 500KV – Đã Nẵng

Trạm 220KV – Quang ngãi

Trạm 110KV – Đã Nẵng



20


21

22


23


24


2.4. Cấu tạo MBA

25

2.4.1.Lõi thép: Lõi thép được ghép bằng những lá kỹ thuật điện thành mạch từ khép kín dùng để dẫn từ thông chính, đồng thời làm khung để quấn dây.

MBA bao gồm các bộ phận chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy. Ngoài ra còn có vỏ máy, cách điện, sứ cách điện….


3

1

2 Cấu tạo ruột MBA 3 pha kiểu trụ

G

T T T

G

Thường độ dày của các là thép 0.35; 0.3; 0,27mm đến 0,35mm có phủ sơn cách điện ở bề mặt để giảm tôn hao do từ trễ và dòng điện xoáy.

1 - Cuộn dây hạ áp; 2 - Cuộn dây cao áp; 3 - Mạch từ

26


3 21 4

5

7

8

9

6

2.4. Cấu tạo MBA (tiếp)

B¶n vÏ cÊu t¹o m¸y biÕn ¸p"

1- Ruét m¸y, 2 -Vá m¸y, 3 - N¾p m¸y, 4 - Sø cao thÕ, 5 - Mãc treo n¾p, 6,7 - Çnh táa nhiÖt, 8 - Ch©n ®Õ, 9 - Sø h¹ thÕ.

27

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (15/29) Cách ghép nối mạch từ của MBA

28


29

2.4.2. Dây quấn: !  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 nóng quá mức cho phép.


2.4. Cấu tạo MBA (tiếp)

30

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra làm hai loại dây quấn chính: Dây quấn đồng tâm và đây quấn xen kẽ

Dây quấn kiểu trụ:


2.4.2. Dây quấn (tiếp):

a. Dây quấn đồng tâm

a) b)

#  Với tiết diện lớn dùng dây dẫn bẹt, thường được quấn thành hai lớp (hình b) và thường làm dây quấn HA (điện áp 6kV trở xuống)

#  Với tiết diện nhỏ dùng dây dẫn tròn, được quấn thành nhiều lớp (hình a) và thường làm dây quấn CA (điện áp tới 35kV)

31

Dây quấn hình xoắn ốc:


a. Dây quấn đồng tâm (tiếp)

c) d)

"  Gồm nhiều sợi dây chập lại và quấn theo hình xoắn ốc, giữa các vòng dây có các rãnh hở (hình c). Nó thường dùng dây quấn HA của các MBA có công suất trung bình và lớn

"  Dùng các dây bẹt quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng các rãnh hở (hình d). Dây quấn này chủ yếu làm cuộn CA ( điện áp 35kV trở lên và dung lượng lớn)

Dây quấn hình xoắn ốc liên tục:

32

"  Các bánh dây CA, HA lần lượt quấn xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. Thường có một bánh HA được chia làm hai đặt sát gông. Kiểu này thường dùng trong các MBA mà cả hai dây quấn có nhiều đầu dây.


b. Dây quấn xen kẽ

Hình cắt và cấu tạo ruột MBA

33


34

Lắp ráp dây quấn vào lõi thép

Cuộn dây quấn cao áp Cuộn dây quấn CA, HA


35


36


37


38


39


Vỏ làm nhiệm vụ chứa dầu làm mát và bảo vệ MBA. Trên nắp vỏ máy có đặt sứ ra của dây quấn CA và HA, bình giãn dầu. Bình giãn dầu dảm bảo đủ thể tích co – giãn dầu khi nhiệt độ dầu thay đổi; ngoài ra, nhờ quan sát dầu ở bình giãn dầu có thể biết trong thùng luôn dầy dầu. Vỏ máy có yêu cầu sau:

2.4.3. Vỏ máy

#  Vỏ thùng phải kín và có diện tích tản nhiệt lớn nhất có thể #  Có khẳ năng bảo vệ dầu MBA chong xuống cấp do sự tác động của

nhiều yếu tố khác nhau #  Có độ bền cơ khí cao để đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển vỏ MBA

không bị biến dạng keo theo biến sạng chi tiết ruột máy

#  Cho phép lắp các thiết bị chuyển đổi điện áp, các thiết bị chuyển tiếp nguồn điện trong ra ngoài (sứ cao, hạ áp) các thiết bị đo (nhiệt độ), bảo vệ

40


2.4.3. Vỏ máy (tiếp)

41


2.4.3. Vỏ máy (tiếp)

i1 Φ

i2

u1 u2 Tải w1 w2 e1

e2

!  Khi nối cuộn dây sơ cấp w1 với điện áp xoay chiều hình sin u1, dòng điện i1 chạy trong dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra trong lõi thép từ thông biến thiên Φ = Φm.sinωt (với ω = 2πf)

42

2.5. Nguyên lý làm việc của MBA


!  Từ thông biến thiên làm cảm ứng ở dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ e1 và e2. Chiều của sđđ và từ thông chọn theo quy tắc vặn nút chai. Theo định luật cảm ứng điện từ:

43

2.5. Nguyên lý làm việc của MBA (tiếp)


)2

tsin(.E.2)2

tsin(...w

tcos...wdtdwe

1m1

m111

π−ω=π−ωΦω=

ωΦω−=Φ−=

)2

tsin(.E.2e 22π−ω=

!  Trong đó: E1, E2 là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn w1 và w2:

m1m1m1

1 .w.f.44,42.w.f..2

2..wE Φ=Φπ=Φω=

m22 .w.f.44,4E Φ=

Ta dễ thấy: sđđ sơ cấp và sđđ thứ cấp có cùng tần số nhưng trị số hiệu dụng khác nhau

44

!  Lấy E1 chia cho E2 ta được: : gọi là hệ số biến áp kww

EE

2

1

2

1 ==

!  Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn ta có:

2

2

1

1

2

1

2

1

2

1

wU

wU

UU

EE

wwk =→≈==

2.6. Nguyên lý làm việc của MBA (tiếp)


45

2.7. Các thông số định mức của MBA a. Điện áp định mức

Với máy 1 pha là điên áp pha, với máy 3 pha là điện áp dây !  Điện áp định mức sơ cấp : U1đm (V) hoặc kV

!  Điện áp định mức thứ cấp: U2đm (V) hoặc kV

b. Dòng điện định mức Là dòng điện đẵ quy định cho dây quấn MBA ứng với công suất và điện áp định mức

!  Dòng điện định mức sơ cấp : I1đm (A) !  Dòng điện định mức thứ cấp: I2đm (A)


46

2.7. Các thông số định mức của MBA (tiếp) a. Công suất định mức

!  Với MBA 1 pha: 1 1 2 2dm dm dm dmS U I U I= =

1 1 2 23 3dm dm dm dmS U I U I= =!  Với MBA 3 pha:

Ngoài các thông số ở trên, trên nhãn máy còn ghi: điện áp ngắn mạch Un%; tổ nối dây, tần số, chế độ làm việc, tiêu chuẩn sản xuất. vv


47


Nội dung



48

III. Quan hệ điện từ trong MBA (1/13)

a. Chiều dòng điện, điện áp Hình 3.1 vẽ SĐNL MBA một pha, dây quấn w1 nối với u1, dây quấn w2 nối với phụ tải có tổng trở Z, chiều của dòng điện, điện áp, từ thống trong máy được xác định như trên hình vẽ

3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA

Hinh 3.1 dòng điện và điện áp

!  Từ thông Φt1 cảm ứng sđđ et1, chọn trùng chiều i1:

!  Từ thông Φt2 cảm ứng sđđ et2, chọn trùng chiều i2:

et2 = �Lt2di2dt

et1 = �Lt1di1dt

49


b. Phương trình cân bằng điện áp 3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA (tiếp)

!  Xét mạch điện như hình 3.1, gồm nguồn điện u1,, u2, sđđ e1, et1, e2, et2, điện trở dây quấn R1, R2. Viết phương trình định luật Kiếchốp 2 cho mạch điện phía sơ cấp và thứ cấp, ta có:

!  Phương trình cân bằng điện áp viết dưới dạng số phức sẽ là:

U1 = - E1 + (R1+jωLt1)I1 = - E1 + (R1+jX1)I1 = - E1 + Z1I1

U2 = E2 - (R2+jωLt2)I2 = - E2 - (R2+jX2)I2 = E2 - Z2I2

R1, R2, Lt1, Lt2 – điện trở, điện kháng tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp Z1 = R1+jX1, Z2 = R2+jX2 – tổng trở phức của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

u1 = �e1 +R1i1 + Lt1di1dt

u2 = e2 �R2i2 � Lt2di2dt

50

c. Phương trình cân bằng từ động (stđ)


Như vậy, nếu điện áp vào không đổi thì từ thông Φ không đổi. Ta suy ra stđ tổng không đổi ở mọi chế độ phụ tải.

!  Khi có tải, từ thông chính Φ do dòng điện i1 và i2 tạo nên, nói cách khác do stđ tổng sơ cấp và thứ cấp (i1w1 + i2w2) sinh ra.

!  Ta có phương trình cấn bằng stđ

i0 = i1 + i2

w2

w1

= i1 +i2

k= i1 + i2

, i0w1 = i1w1 + i2w2 hay

Phương trình cân bằng stđ thực chất là phương trình cân bằng dòng điện

3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA (tiếp)

!  Khi không tải dòng điện sơ cấp i1 = i0, từ thông chính Φ do stđ i0w1 sinh ra.

i1 = i0 + (- i’2 ), với i2, =i2k

trong đó k là tỉ số biến áp ( ) k=

w1

w2

51

c. Phương trình cân bằng từ động stđ (tiếp)


)I(IIIII 201210 ′−+=↔′+= !!!!!!

Viết dưới dạng số phức:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

−+=

−+−+=−=

++−=+−=

)I(II

)XIj()rI(EZIEU

XIjrIEZIEU

'201

222222222

111111111

!!!

!!!!!!

!!!!!!

$ Hệ phương trình của MBA

3.2. Quy đổi MBA !  Do MBA có 2 cuộn dây cách ly nhau và cách điện với mạch từ nên việc xét

quá trình năng lượng sẽ gặp khó khăn. !  Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, người ta nối hai dây quấn lại với nhau

(giả tưởng). Muốn vậy ta phải quy đổi các thông số từ dây quấn nọ sang dây quấn kia. Các trị số quy đổi được ghi thêm dấu phẩy, e.g., U’2, I’2

a. Sức điện động (sđđ) và điện áp thứ cấp quy đổi:

222

12

m22

m1m22 E.kEwwE

.w.f.44,4E.w.f.44,4.w.f.44,4E

==′→⎭⎬⎫

Φ=Φ=Φ′=′

b. Dòng điện thứ cấp quy đổi:

kIII.EI.E 2

22222 =′→′′=

Muốn quy đổi thì hai cuộn dây phải cùng điện áp hay sđđ.

Trên nguyên tắc công suất truyền tải không đổi, ta có:

52


WIN

Highlight

53

c. Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi:

22

22222

22 r.krr.Ir.I =′→′′=

Tương tự: 22

222

2 Z.kZx.kx =′→=′

t2

t Z.kZ =′d. Hệ phương trình quy đổi:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

−+=

−+−+=−=

++−=+−=

1'2

'201

2'22

'2

'22

'2

'2

'2

111111111

EE

)I(II

)XIj()rI(EZIEU

XIjrIEZIEU

!!

!!!

!!!!!!

!!!!!!

Trên nguyên tắc tổn hao không đổi, ta có:


3.3. Sơ đồ thay thế và đồ thị véc tơ của MBA a. Sơ đồ thay thế

54

!  Suất phát từ các phương trình cơ bản của MBA, ta có thể biến đổi sơ đồ thay thế hình a và được biến đổi sang hình b

Trong đó: UMN = - E 1 = - kE 2 = I 0(Rth + jXth)

- Rth , Xth là điện trở và điện kháng của nhánh từ hoá


a. Sơ đồ thay thế (tiếp)

55

!  Thông thường tổng trở nhánh từ hóa (Rth, Xth) rất lớn, dòng điện từ hóa I0 rất nhỏ. Để đơn giản ta có thể bỏ qua nhánh từ hóa, ta có sơ đồ thay thế dạng đơn giản của MBA

!  Trong đó: Rn = R1+R’2, Xn = X1+X’

2 – điện trở, điện kháng ngắn mạch của MBA.

!  Khi mang tải định mức, zt =zt.đm, dòng điện trong máy I1 = I1đm; I2 = I2đm.


!  Tải của MBA thường có tính cảm (RL) hay tính dung (RC). Ta sẽ xem xét hai trường hợp của tải:

Tải điện cảm Tải điện dung 56

b. Đồ thị véc tơ của MBA


3.4. Thí nghiệm xác định thông số của MBA a. Thí nghiệm không tải

Từ các số liệu thí nghiệm ta xác được tổng trở, điện trở, điện kháng của MBA:

A W

V1 V2

r1x1 x'2r'2I1 = I0

U1

I2 = 0rm

xm

-E1

I0

20

đm1

2

1

UU

wwk ==!  Tỷ số MBA k:

!  Dòng điện không tải %:

57


m120

000

20m1

200 rr

IPrr.I)rr.(IP +==→=+=

0

đm10 I

UZ = m120

200 xxrZx +=−=

o1dm

o0 .IU

Pcos =ϕ

!  Tổn hao không tải và điện trở không tải:

!  Tổng trở không tải và điện khác không tải:

!  Hệ số công suất không tải:

58

a. Thí nghiệm không tải (tiếp)


b. Thí nghiệm ngắn mạch

Từ các số liệu ngắn mạch In, Un, Pn đo được ta xác định được các tham số ngắn mạch của MBA:

A1 W

V A2

Boäñieàuchænhñieänaùp

U1 Un

r1x1 x'2r'2

In = I1ñm = I'2ñm

Un

n

nn I

UZ = 2n

nnn

2n21

2nn I

Prr.I)rr.(IP =→=′+= 2n

2nn rZx −=

Trong MBA có

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=′≈

=′≈

2rrr

2xxx

n21

n21

59


!  Điện áp ngắn mạch phần trăm

!  Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm

Un% =ZnI1dmU1dm

⇥ 100%

Unr% =rnI1dmU1dm

⇥ 100% =Unr

U1dm⇥ 100%

!  Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm

U

nx

% =x

n

I1dm

U1dm⇥ 100% =

U

nx

U1dm⇥ 100%

!  Hệ số công suất ngắn mạch

cos' =Pn

I1dmU1dm=

rn

Zn

60

b. Thí nghiệm ngắn mạch (tiếp)

IV. Quan hệ điện từ trong MBA (13/13)

61


Nội dung



62

IV. Các chế độ làm việc của MBA (1/7)

4.1.1. Giản đồ năng lượng của MBA

!  Khi tải có tính cảm ϕ2 > 0 → Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 → công suất phản kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp.

!  Khi tải có tính dung ϕ2 < 0 → Q2 < 0 #  Q1 < 0: công suất phản kháng truyền từ dây quấn thứ cấp sang dây

quấn sơ cấp #  Q1 > 0: MBA lấy công suất phản kháng từ phía sơ cấp và thứ cấp để từ

hoá nó.

P1 + jQ1 Pđt + jQđt

P2 + jQ2

pCu1 + jq1 pFe + jqth

pCu2 + jq2

Φ

cosϕ1

cosϕt (cosϕ2)

4.1. Chế độ làm việc với tải đối xứng

63

4.1.2. Độ thay đổi điện áp của MBA và cách điều chỉnh

!  Khi MBA làm việc, điện áp thứ cấp U2 thay đổi theo trị số và tính chất điện cảm hay điện dung của dòng tải

!  Hiệu số học của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2 khi U1 không đổi gọi là độ thay đổi điện áp ∆U của MBA

∆U = U20 – U2

a. Độ thay đổi điện áp

100*UUUΔU%

20

220 −=


64

a. Độ thay đổi điện áp (tiếp)

Ta thấy ΔU=f(β,cosϕ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosϕ2, để giữ cho U2

= const khi tải thay đổi →?

Δ

β0.2 0.4 0.6 0.8 1

U%

ϕ>02

ϕ<02

1

2

3

4

-1

-2

0

Cos =0.7 ϕ 2

Cos = 1 ϕ 2

Cos =0.7 ϕ 2

Δ

0.20.40.60

U%

ϕ> 02

1

2

3

4

-1

-2

0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.8

3

4

ϕ< 02

0

ΔU = f( ) khi cos =const β ϕ2

U = f( ) khi =const β cos ϕ 2


65

b. Cách điều chỉnh điện áp

!  Trên cuộn dây MBA có các cuộn điều chỉnh điện áp. MBA thông thường thiết kế đầu điểu chỉnh ở các cấp ±2,5% ±5%

!  Điều chỉnh của MBA thường đặt ở phía CA. Mục đích của việc điểu chỉnh là để thay đổi tỉ số máy biến áp để ổn định điện áp đẩu ra. Thông thường người ta điều chỉnh khi cắt điện khỏi MBA

!  Trong các hệ thống điện lực công suất lớn, có khi cần phải điều chỉnh điện áp khi máy đang làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống. Các MBA này thường lắp các bộ điểu chỉnh điện áp dưới tải


66

4.1.3. Tổn hao và hiệu suất của MBA

2 21/50 ( ) ( )

50 50Fe T T G Gf fp p B G B G⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦

!  Tổn trên lõi thép do từ trễ và dòng xoáy gọi là pFe

- p1/50 SuÊt tæn hao s¾t tõ ë tÇn sè 50Hz vµ tõ c¶m B = 1Tesla "- BT, BG, GT, GG – MËt ®é tõ c¶m vµ khèi lîng trô vµ g«ng "

a. Tổn hao bao gồm

∑ ++= Fe2cu1cu pppp

!  Tổn hao trên dây quấn sơ cấp gọi là pcu1 !  Tổn hao trên dây quấn thứ cấp gọi là pcu2

- Gọi là tổng tổn hao


67

b. Hiệu suất của MBA

12

1 1

% *100 *100P pP

P Pη

−= = ∑

0Fep P≈

1 2Cu Cu np p P+ =

2 2 22

2Cu n n

dm

Ip r I pI

β β= = =

- Gọi là tổn hao không tải

- Gọi là tổn hao ngắn mạch

- Hệ số tải của MBA

M¸y biÕn ¸p ®¹t hiÖu suÊt cao nhÊt ứng với hệ số tải: "


� =

rP0

Pn

68


4.2. Chế độ làm việc với tải đối xứng

!  Nguyên tắc: Dùng phương pháp phân lượng đối xứng để xét, cụ thể:

!  Thành phần thứ tự thuận !  Thành phần thứ tự nghịch !  Thành phần thứ tự không

!  Xét từng trường hợp và xếp chồng nghiệm

Lưu ý: Phần này sẽ được trình bày kỹ trong môn học “Máy điện nâng cao”

69


Nội dung



70

V. Máy biến áp ba pha (1/16) 5.1. Khái niệm !  Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng ba

MBA một pha (hình a) hoặc dùng một MBA ba pha ba trụ (hình c).

Hình 5.1: a) Ba MBA một pha; b) Ghép ba MBA một pha; c) MBA ba pha ba trụ

!  Hình 5.1b mô tả có thể biến đổi ba MBA một pha thành MBA ba pha ba trụ: khi ghép ba MBA một pha thành một MBA ba pha bốn trụ, từ thông chạy qua trụ chung (MN) Φ = ΦA + ΦB + ΦC, khi máy đối xứng Φ = 0, có thể bỏ trụ chung (MN). Ba trụ còn lại thường được bố trí cùng trên mặt phẳng như hình 5.1c.

71

5.1. Khái niệm (tiếp) !  Hình 5.2 là hình ảnh thực tế một lõi thép và một MBA khô 150kVA –

6/0,4kV – Δ/Y0 dùng trong lưới điện phân phối

Hình 5.2: a) Lõi máy biến áp ba pha: b) Máy biến áp khô ba pha

V. Máy biến áp ba pha (2/16)

72

5.2. Tổ nối dây của MBA

§Çu ®Çu §Çu cuèi Trung tÝnh" Cuén cao ¸p : A B C X Y Z N O Cuén trung ¸p: Am Bm Cm Xm Ym Zm Nm Om Cuén h¹ ¸p : a b c x y z n o

a. Ký hiệu đâu dây

b. Các kiểu đấu dây !  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA ba pha có thể nối sao (Y) hoặc tam giác

(Δ hoặc D), người ta dùng chữ in hoa hoặc chữ thường để phân biệt sơ và thứ cấp. Có 4 trường hợp:

"  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 Δ/Δ, Dd "  Dâyquấn sơ cấp nối sao và thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Y/Δ, Yd "  Dây quấn sơ cấp nối tam giác và thứ cấp nối sao, ký hiệu Δ/Y, Dy


73

Sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ tương ứng để xác định góc lệch pha giữa điện áp dây thứ cấp và điện áp dây sơ cấp của bốn tổ nối dây:

b. Các kiểu đấu dây


74

c. Tổ nối dây

Φ

A X a

x

SC

TC

MBA 1 pha

A

a 3600

Sđđ dq SC

Sđđ dq TC

kim phút (12)

kim giờ (1...12)

I/I - 12

X x


Φ

A

X a

x

Φ

A

X x

a

A

1800

I/I - 6

x

a

X

c. Tổ nối dây (tiếp)


d. Cách xác đinh tổ nối dây

A B C

a b c n X Y Z A

C

B

X Y Z

E A B

a

x

x

b

y c z E a b

E A B

E a b

y z

A B C

X Y Z A

C

B

X Y Z

E A B

a b c

x y z

a y

b x z c

E A B

E a b

360 O 330 O

Y 12 y O Y 11 Δ


77

5.3. MBA làm việc song song

!  §Ó ®¶m b¶o çc ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt, ngêi ta thêng cho 2 hoÆc nhiÒu MBA vËn hµnh song song

1 2 31 2 3

1 1 1 1: : : ... : : : ...nn n n nnu u u u

β β β β =

!  §iÒu kiÖn ®Ó çc MBA lµm viÖc song song: + Cïng tæ nèi d©y + Cïng cÊp ®iÖn ¸p vµ hÖ sè biÕn ®æi + Cïng ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch

!  HÖ sè t¶i cña çc MBA lµm viÖc song song tû lÖ nghÞch víi ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch cña chóng


78

11 2 3

11 2 3% % %

dmi dmi dmidmn n n

ni ni ni

S S S SS S SS u u uu u u

β β β= = = =∑ ∑ ∑

!  Cã thÓ tÝnh hÖ sè t¶i β theo c«ng thøc sau:

S - Tæng c«ng suÊt cña t¶i; S®mi - Dung lîng m¸y biÕn ¸p thø i uni% - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch % cña m¸y thø i

5.3. MBA làm việc song song


79

5.4. Mét sè vÊn ®Ò cÇn lu ý khi sö dông vËn hµnh MBA "

!  Kh«ng ®Ó MBA lµm viÖc kh«ng t¶i hoÆc qu¸ non t¶i !  MBA nªn ®Æt gÇn hoÆc trung t©m phô t¶i ®Ó gi¶m tæn thÊt ®êng d©y. !  CÇn theo dâi hiÖu suÊt cña MBA ®Ó cã biÖn ph¸p kÞp thêi vÒ b¶o dìng,

vËn hµnh n©ng cao hiÖu suÊt sö dông m¸y. !  §Þnh kú kiÓm tra møc dÇu trong m¸y, tr¸nh hiÖn tîng dÇu c¹n g©y

nãng m¸y t¨ng tæn hao vµ ch¸y næ !  Khi chän çc MBA lµm viÖc song song ph¶i ®¶m b¶o çc ®iÒu kiÖn ®·

nªu. Un gi÷a çc m¸y kh«ng nªn chªnh lÖch qu¸ 10%


80

Bài toán 1: Một nhà máy chế biến thực phẩm lắp đặt 1 trạm biến áp có các thông số như sau: S = 1250kVA, U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1720W, Pn = 12910W, Io% = 1,2% , Un% =5,5%

Khi máy vận hành thường xuyên đo được dòng điện tải từ 700A – 800A. Một số ý kiến cho rằng máy đang vận hành non tải và để tiết kiệm năng lượng cần thay thế bằng một máy khác có công suất thấp hơn như sau

S = 630kVA , U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1150W, Pn = 6040W, io% = 1,4 , Un = 5%

Trên quan điểm là sinh viên, anh chị hãy cho biết việc thay thế như trên có tiết kiệm được năng lượng không? Hãy tính dòng điện tải để MBA đạt hiệu suất cao nhất.


81

Lời giải:

22

1250000 18043. 3.400dmSI AU

= = =

2

2

700 800 0,388 0,4431804dm

II

β ÷= = = ÷

2 2 20,388 .12910 0,443 .12910 1943,5 2533,5Cu np pβ= = ÷ = ÷

0 1720 (1943,5 2533,5)Fe Cu Cup p p P pΣ = + = + = + ÷

3663,5 4253,5pΣ = ÷$

+ Dòng điện thứ cấp định mức

+ Hệ số tải của MBA

+ Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế

+ Tổng tổn hao của máy 1250kVA ở tải thực tế

Với máy 1250kVA, ta có:


82

22

630000 9093. 3.400dmSI AU

= = =

2

2

700 800 0,77 0,88909dm

II

β ÷= = = ÷

2 2 20,77 .6040 0,88 .6040 3581 4677Cu np pβ= = ÷ = ÷

0 1150 (3581 4677)Fe Cu Cup p p P pΣ = + = + = + ÷4731 5827pΣ = ÷

Với máy 630kVA, ta có:

+ Dòng điện thứ cấp định mức

+ Hệ số tải của MBA

+ Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế

+ Tổng tổn hao của máy 630kVA ở tải thực tế

$


83

Kết luận: ! Với kết quả tính toán ở trên, nếu thay máy 1250kVA hiện tại bằng

máy 630kVA sẽ không kinh tế về mặt tiết kiệm điện năng

! Máy biến áp 1250kVA sẽ đạt hiệu suất cao nhất khi tổn hao sắt bằng tổn hao đồng, nghĩa là:

P0 = �2Pn ) � =

rP0

Pn=

r1150

6040= 0, 436

! Suy ra dòng điện tải là: I2 = �I2dm = 0, 436 · 1804 = 786, 5A


84

Bài toán 2: Cho 3 MBA có các thông số trong bảng sau

Thông số S (kVA) U1/

U2(kV) f (Hz) Tổ nối dây Un

Máy 1 400 22/0,4 50 Y/Y-‐6 5% Máy 2 630 22/0,4 50 Y/Y-‐6 5.5% Máy 3 1000 22/0,4 50 Y/Y-‐6 6%

Cho 3 MBA trên làm việc song song cung cấp cho tải có công suất 1900kVA. Tính dung lượng và dòng điện của mỗi máy cung cấp cho tải Lời giải: 400 630 1000 316,2

% 5 5,5 6dmi

ni

Su

= + + =∑+ ta có

1 1 1 1

1

1900 1,05 4205.361,2%.

dmdmi

nni

S S S kVASuu

β β= = = ⇒ = =∑


85

3 2 2 21900 0,876 8766.361,2 dmS S kVAβ β= = ⇒ = =

31

1 1 1 11

400.10 577,3 1,05.577,3 6063 3400dm

dm dmdm

SI A I I AU

β= = = ⇒ = = =

32

2 2 2 11

630.10 909,3 0,956.909,3 869,33 3400dm

dm dmdm

SI A I I AU

β= = = ⇒ = = =

33

3 3 3 31

1000.10 1443 0,876.1443 12643 3400dm

dm dmdm

SI A I I AU

β= = = ⇒ = = =

! Dòng điện mỗi máy:

2 2 2 21900 0,956 602,2

5,5.361,2 dmS S kVAβ β= = ⇒ = =

Lời giải (tiếp):


86

Bài toán 3 (về nhà nghiên cứu):

Thông số S (kVA) U1/U2(kV) P0(W) Pn(W) Un Máy 1 500 22/0,4 950 7000 5% Máy 2 800 22/0,4 1300 10500 5.5%

Một xí nghiệp dùng 1 trạm 2 MBA có cùng tổ nối dây, cùng tần số 50Hz và có các thông số khác nhau như sau:

Hai MBA đặt cùng vị trí và cung cấp điện cho 2 phân xưởng chế biến độc lập với nhau. Khi kiểm toán năng lượng đo được dòng điện tải máy 1 là 420A và máy 2 là 600A, điện áp 400V. Có 3 ý kiến như sau:

+ Bỏ máy 1, dồn tải sang máy 2 + Cho hai máy 1 và 2 vận hành song song + Cứ để nguyên hiện trạng

Theo quan điểm của anh chị, phương án nào là tối ưu về mặt năng lượng. Và hãy tính xem hay máy đạt hiệu suất cao nhất ở dòng tải là bao nhiêu


Engineering

Máy điện 1