Giáo trình môn Máy điện
PHẦN MỞ ĐẦU
§1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
- Máy: Vật chế tạo từ nhiều bộ phận phức tạp dùng thực hiện chính xác công việc
chuyên môn nào đó.
- Máy điện : Máy điện tử : cơ điện, điện cơ, ACDC
Máy quay : Máy điện xoay chiều
Máy điện một chiều
U~1U~2 có f =const : Máy biến áp
§2. CÁC ĐỊNH LUẬT THƯỜNG DÙNG
ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
1.Định luật cảm ứng điện từ
d
Định luật Farađây e
b.v.l
dt
Sức điện động tạo ra trong 1 mạch điện tỉ lệ với đạo hàm tổng từ thông biến
thiên trong mạch đó.
2. Định luật toàn dòng điện
H.dl W.i F
F- sức từ động
Tích phân vòng của cường độ từ trường quanh một vòng kín bất kỳ quanh 1 số vòng
điện bằng tổng dòng điện trong W vòng dây của mạch.
3. Định luật lực điện từ
dfM i.dl BM
Lực điện từ đặt lên 1 đoạn dây có từ cảm Bm có từ cảm
l
f B.i.sin .dl
0
B.i
Nếu từ trường đều dây dẫn thẳng f B.ilsin
4. Năng lượng của điện từ
.H2
1
.dV L.i2
W
2
2
L.i2 = Ψ từ thông móc vòng
L: hệ số điện cảm
Nếu thiết bị điện từ có 2 hoặc nhiều mạch có hỗ cảm với nhau:
L1.i12 L2.i22
.H2
.dV
M12.i1.i2
W
12
2
2
2
5. Phương trình cân bằng điện áp
U Z.i
Z: tổng trở của mạch
1
Z r j.w.L
jwC
6. Momen điện từ sinh ra ở máy điện
1
M k..i
k: hệ số
Ψ: từ thông móc vòng
7. Đơn vị tương đối
U
I
U
I
Udm
Idm
§3. SƠ LƯỢC VẬT LIỆU CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN
1.Vật liệu dẫn từ
Các loại thép kĩ thuật điện
chế tạo 1511
Máy biến áp 3404
1512
1513
3405
3408
Chế tạo
1211 1311 1411 1412 1511 1512
2211 2312
động cơ
• Số đầu thể hiện hình thức cán
số 1: Cán nóng
số 2: cán nguội đẳng hướng
số 3: cán nguội dị hướng
•Số thứ hai chỉ hàm lượng Silic
•Số thứ ba phân loại theo suất tổn hao
•Số thứ tư phân loại mã hiệu theo số sảm xuất
2. Vật dẫn điện chủ yếu là Al, Cu
Al có điện trở suất 0,0282 mm2/m ở 200C
Cu có điện trở suất 0,0172 mm2/m ở 200C
3. Vật liệu kết cấu kim loại - chất dẻo
4. Vật liệu cách điện: cách ly phần dẫn điện và dẫn từ hoặc giữa phần dẫn điện với
nhau
< vật cách điện tốt : cách điện tốt và dẫn nhiệt tốt, chịu ẩm, độ bền điện cao và có độ
bền có tính nhất định >
PHẦN MỘT
2
MÁY BIẾN ÁP
CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
§1.1 ĐẠI CƯƠNG
Máy biến áp là thiết bị đứng yên làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến
đổi hệ thống dòng điện xoay chiều này thành hệ thống xoay chiều khác tần số không
đổi.
Công dụng: Dùng chủ yếu truyền tải điện năng, máy hàn đo lường
- Ký hiệu
+ Trong truyền tải điện năng
+ Trong sơ đồ điện năng thường kí hiệu
Chú ý : Tổng công suất của MBA >> tổng công suất của MFĐ
Do có tổn hao MBA. Hãy tính hiệu suất để từ đó quyết định xem kWh ở
đâu
do có sự tổn hao trên MBA sự tổn hao này tương ứng với 1 nhà máy phát điện
§1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khi U1 là điện áp hình sin
= m.sinwt
Theo định luật cảm ứng điện từ
d
dt
e1 W1.
dm.sin .t
e1 W1.
dt
e1 W1.m.cost
e1 2E1 sin(t )
2
e2 2E2 sin(t )
2
.W1m
E1
E2
4,44.f.W1m
4,44fW2.m
2
W2m
B =(11,5)T
2
B.S
E1 W1 U1
Hệ số biến áp k
E2 W2 U2
3
E=U+I.R
khi R0 thì E lúc đó là U
R0 thì E là sức điện động
§1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC
- Dung lượn máy S(VA,KVA,MVA)
- Điện áp định mức sơ cấp U1
- Điện áp định mức thứ cấp U2
+ nếu MBA ba pha là điện áp dây
+ nếu là MBA một pha là điện áp pha
- Dòng điện áp định mức sơ cấp I1
- Dòng điện áp định mức thứ cấp I2
S
(Dòng điện dây)
S
I1
(3pha)
I1
(1pha)
U1
3U1
- Tần số f
- Un% là điện áp đặt vào phía sơ cấp khi phía thứ cấp bị nối ngắn mạch mà còn
điện trong các cuộn dây bằng dòng điện định mức
- Tổ nối dây: là cách nối dây của dòng sơ cấp và thứ cấp
Số 12, 11 thể hiện góc lệch pha suất điện động dây sơ cấp và suất điện động thứ cấp
§1.4. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP CHÍNH
1.MBA điện lực: truyền tải và phân phối điện năng đi xa nhằm giảm tổn thất đường
dây
P=U.I phải tăng P thì Pd giảm mà Pd=U.I = I2.R thì I2 giảm thì U tăng thì P
tăng
- Không truyền tải dòng điện một chiều vì không sinh ra từ trường biến thiên
không tồn tại từ thông
2. Máy biến áp chuyên dùng
- Máy biến áp tự ngẫu
- Máy biến áp chỉnh lưu xoay chiều thành một chiều
§1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP
• Máy biến áp: - lõi thép
- dây quấn
- vỏ máy
1. Lõi thép: chế tạo bằng thép kỹ thuật điện thường cán lạnh
a. Máy 1 pha
ST k S
E 4,44.f.W.m 4,44.W.f.B.ST
ST: tiết diện trụ bằng cm2
K : hệ số (11,4) tôn tốt k nhỏ, tôn xấu k lớn
S: Dung lượng máy VA
b. Máy ba pha
- Mạch từ kiểu lõi 3 pha – 3 trụ
4
+ Trụ: lõi thép có dây quấn
+ Gông: phần nối giữa các trụ
tiết diện gông lớn hơn tiết diện trụ giảm tổn hao sắt từ
Mạc từ kiểu bọc 3 pha- 5 trụ
2. Dây quấn
a. Dây quấn kiểu đồng tâm: - ống trụ
- xoắn: + xoắn đơn
+ xoắn kép
+ Các vòng ống trụ, giữu các lớp cách điện bằng tổng điện áp 2 lớp dừng lại có tác
dụng cho máy công suất cho cả cuộn cao thế và hạ thế
Thường dùng cho máy trung bình và cao thế
+ Đường dây hạ thế dùng dây quấn chữ nhật, số sợi chập lớn dùng dây xoắn với nhau,
với mục đích chiều dài dây quấn bằng nhau
- Để các dây dài bằng nhau ta hoán vị dây
- Xoắn kép tiết kiệm dây, tăng cường dây quấn, tiết kiệm diện tích
b. Dây quấn xoáy ốc liên tục
Dùng cho cao thế lớn hơn 110KV dây quấn thành các bánh dây ghép lại theo
hình xoáy ốc và có bán kính dây nếu số sợi dây chập nhiều
c. Dây quấn xoáy ốc: Dùng làm dây quấn hạ thế thay cả trụ và xoắn cắt tấm đồng có
chiều cao bằng chiều cao ống
d. Dây quấn xen kẽ <ít dùng>
3. Vỏ máy
- Chức năng: che đậy MBA, chứa dầu, làm mát, trên vỏ máy gắn bộ phận tản nhiệt
được tính toán đến sự tổn hao: gắn quạt làm mát, mát dầu , bộ chuyển mạch, rơle, áp
lực, bình dầu phụ, sứ v.v...
CHƯƠNG 2
TỔ NỐI DÂY
Để MBA làm việc được các dây quấn phải nối theo một tổ hợp nhất định và
việc định ra kiểu nối dây phải phù hợp mạch từ
§2.1. TỔ NỐI DÂY CỦA MBA
Quy ước đầu dây
1.Cách ký hiệu đầu dây
Cao thế
ABC
XYZ
O,N
Trung thế
Am Bm Cm
Xm Ym Zm
O, Nm
Hạ thế
abc
xyz
Đầu đầu
Đầu cuối
Đầu trung tính
o,n
2. Các kiểu nối dây
- Kiểu sao , tam giác , đấu ZicZăc
+ Đấu ba đầu cuối hoặc ba đầu đấu chập lại Ud 3Uf
Id If
5
+ Đấu tam giác
3. Tổ nối dây
Ud Uf
Id 3If
Là sự tổ hợp kiểu nối sơ cấp và thứ cấp biểu thị góc lệch pha suất điện động sơ và thứ
cấp
+ Phụ thuộc chiều quấn, cách ký hiệu đầu dây, kiểu đấu dây
11
Cao thế sơ cấp
hạ thế thứ cấp
góc lệch pha Edsc và Edtc
VD: Máy pha kí hiệu I6, I12
Phạm vi ứng dụng của tổ nối dây
Tổ nôi dây
Yy-12
Y-11
cao áp
Hạ áp
Dung lượng
630kVA
2500kVA
2500kVA
400/230 V
400/230 V
< 100V
35kV
35kV
110kV
3150 V
3300V
Y0-11
6,3kV
10000kVA
§2.2. MẠCH TỪ CỦA MBA
1.Các kiểu mạch từ
- Mạch từ lõi, kiểu bọc
- Mạch từ chung, mạch từ riêng (3 pha)
Ba pha chung một mạch gọi là mạch từ chung
Mỗi pha một mạch gọi là mạch từ riêng
2. Sự xuất hiện từ hoá ở lõi thép
u Um sin t
d
dt
u E W1.
a. Máy một pha
2
m sin(t )
f (i0 ) B f (H)
- Mạch từ chung
3 không tồn tại (3 pha, 3 trụ)
Mạch từ sau thì 3 tồn tại
- Mạch từ: 5 trụ, 3 pha độc lập <mạch từ riêng > nên tồn tại 3 do từ trở lõi thép nhỏ
suy ra 3 khá lớn (1520% 1)
Tổ nối dây Yy hạn chế tổn thất máy, hạn chế dung lượng, công suất máy ít dùng
Tổ nối dây y dòng từ hoá i03 khép kín mạch nên dòng từ hoá không hình sin và có
dạng nhọn đầu thì hình sin do đó suất điện động ở sơ cấp và thứ cấp hình sin
không có gì bất lợi ứng dụng rộng rãi
Tổ nối dây ở phía sơ cấp không tồn tại dòng điện bậc 3 nên tổ nối dây sơ cấp có
dạng ban đầu. Khi có tải dòng bậc 3 thứ cấp sinh ra suất điện động bậc E23 i23 3
nó ngược với 3Y. 3 và 3Y triệt tiêu ảnh hưởng không đáng kể
Kết luận: Đối với tổ nối dây Y ta tránh được ảnh hưởng của từ thông và sđđ bậc 3
6
§2.3.TÍNH TOÁN MẠCH TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP
- Xác định dòng từ hoá i0 và tổn hao sắt từ trong đó
İo = İor + İox
İor : thành phần đốt nóng lõi thép
İox : sinh ra từ thông chính
1. Tính Ior căn cứ tổn hao sắt từ
1,3
f
PFe P .[B2.G B2.G ].
(W)
1150
t
t
g
g
50
P1150: suất tổn hao thép ở mật độ từ cảm 1T, f=50Hz
Bt, Bg mật độ từ cảm ở trụ và gông
Gt, Gg: khối lượng của trụ , gông
PFE
Ior
m.U1
m: là số pha
U1: điện áp pha
2. Tính Iox
2I .W F H.l
0X
Iox .W : sức từ động
W số vòng dây
F
Iox
2.W
Bt
Cách 1: Máy một pha
F 2.Ht .lt 2Hg.lg nk
.
(nk=4)
(nk=3)
o
Ht: cường độ từ trong trụ
lt: chiều dài trụ
Cách 1: Máy 3 pha
trường hợp hai trụ ngoài
Bt
F Ht .lt 2Hg.lg nk
.
0
Trụ giữa:
Bt
F Ht .lt nk
.
(nk=1)
o
3
F
Bt
2F F
2
Ht .lt Hglg n'k .
(nk =7/3)
’
F
Iox
Qo
3
o
2W
qtt .Gt qtg.Gg n.q.s
Cách 2:
Iox
m.U1
m.U1
S: diện tích khe hở không khí
Qtt, Qtg: suất từ hoá trong trụ và gông
7
Io Io2r Io2x
I0
i%
.100% (110)%
Idm
Bài tập: Tính các dòng điện định mức của 1 máy biến áp ba pha khi biết các số liệu
Sđm = 100 kVA, U1đm/U2đm=6000/230 V
Ta có :
S
105
I1dm
9,62(A)
3U1dm
3.6000
S
105
I2dm
251(A)
3U2dm
3.230
CHƯƠNG 3
MỐI QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MBA
§3.1. CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN
1.Phương trình cân bằng sức điện động
d1
dt
d
dt
e1 w1
1 w1.
d
e2 2 ;2 w2.
dt
1, 2 là từ thông móc vòng
d1
dt
d2
dt
d1
dt
e1 w1.
e2 w2.
e
d2
dt
- Từ thông tải chủ yếu đi qua môi trường phi từ tính tỉ lệ dòng điện sinh ra nó thông
qua hệ số điện cảm (điện tải cảm )
dI1
1 L.1.i1 e1 L.1.
dt
dI2
2 L.2.i2 e2 L.2.
dt
Theo Kirchoff 2 :
u1 e1 e1 i1.r1
di1
dt
di2
dt
u1 e1 e1 i1.r1 L1
e2 e2 i2.r2 u2
M
i1.r1
di2
di1
u2 e2 e2 i1.r1 L2
M
i2.r2
dt
dt
8
Trong đó : L1=L11+L1 ; L2=L22+L2 ; M = L12 = L21
Dạng phức :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
U1 E1 E1 I1 .r E1 j.I1 .x1 I1 .r E1 I1 Z1
1
1
•
•
•
•
•
•
U2 E2 E1 I2 .r2 E2 I2 Z2
•
•
E1 j.I1 .x1
•
•
E1 j.I2 .x2
2. Phương trình sức từ động
U1 E1 = 4,44 f. W1. m
m = const kể cả khi có tải và khi không tải
sức từ động (i1w1 + i2 w2) sinh ra m lúc có tải
i0 w1 sinh ra m lúc không tải
(i1w1 + i2 w2) = io wo
•
•
•
I1 .w1 I2 .w2 I0 .w0
•
•
•
•
w2
w1
I1 I2 I0
(
I I .
)
2
2
•
•
•
I1 I I0
2
Kết luận: Khi có máy có tải sơ cấp gồm hai thành phần
•
•
•
•
I0 (I ) I1
Io sinh ra từ thông chính
2
•
I : bù lại tác dụng dòng thứ cấp do đó khi tải tăng thì I
2
2
•
tăng I tăng I tăng để giữ I đảm bảo sinh ra từ thông chính
2
1
0
§3.2 MẠCH THAY THẾ CỦA MBA
-Mục đích: Đơn giản trong quá trình tính toán, thay thế mạch điện và mạch từ bằng
mạch tương đương và đặc trưng cho MBA Mạch thay thế nối trực tiếp sơ cấp và
thứ cấp thành mạch điện thì dây quấn nọ thành dây quấn kia, việc qui đổi thuận tiện
cho tính toán không ảnh hưởng đến quá trình vật lý
1. Quy đổi MBA
a. Quy đổi suất điện động, điện áp thứ cấp về sơ cấp
’
E2 qui đổi E2
’
U2 qui đổi U2
’
do có sự qui đổi W1=W2 (E2 = E1)
E1 w1
w1
k.E2 E2
E1 E1.
E2 w2
w2
’
b. Dòng điện qui đổi I2
E
1
I2 2 .I2 I2
k=w1/w2
E2
k
’
’
c. Điện trở của điện kháng qui đổi r2 , x2
2
I
I
2
'2
'
'
.r2 k2.r2
2
2
I2.r2 I2 .r2 r2
'
9
Z'2 k2.Z2
Z't k2.Zt
x'2 k2.x2
Zt rt j.xt
d. Các phương trình qui đổi từ phương trình cũ phương trình mới. Phương trình qui
đổi
•
•
•
U1 E1 I1 .Z1
•
• •
U E I .Z
2
2
2
2
•
•
•
I1 I (I )
2
0
2. Sơ đồ thay thế của MBA
2 M.io
1 k.M.io
dio
e1 k.M.
dt
dio
e2 M.
dt
•
•
•
•
E1 E 2 j..k.M.I0 j.I0 .xm
xm k.m.
PFE
Io2
rm
;Zm rm jxm
Zm : tổng trở từ hoá MBA
3. Mạch điện thay thế đơn giản
rn r1 r2
xn x1 x2
Zn rn jxn
Tổng trở ngắn mạch MBA
§3.3. ĐỒ THỊ VECTO CỦA MÁY BIẾN ÁP
Mục đích:Thấy rõ quan hệ trị số và góc pha giữa đại lượng của MBA và thấy được sự
biến thiên giữa các đại lượng
§3.4. CÁCH XÁC ĐỊNH THAM SỐ
CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG THỰC NGHIỆM
1. Thí nghiệm không tải
U
Po
Io
Zo 1 ;ro
x0 Zo2 ro2
I0
P0
w1 U1
P2
k
cos
w2 U2
S0 U1.I0
- Khi máy chạy không tải cos rất thấp tối kị không chạy không tải
2.Thí nghiệm ngắn mạch
10
+ Nối a-b-c
Un
P
In2
Zn
;rn
xn Z2n rn2
In
Bài tập chương 3:
Bài 1(62): máy BA 1 pha có S = 5kVA; U1đm=11000V; U2đm=110V . Thay đổi cách
nối dây quấn với nhau sẽ có các tỉ số biến đổi điện áp khác nhau. Với mỗi cách nối hãy
tính các dòng điện định mức sơ và thứ cấp
Bài làm:
Dây sơ cấp và thứ cấp đều nối nối tiếp
5000
S U1dm.I1dm I1dm
0,227(A)
2.11000
5000
S U2dm.I2dm I2dm
22,7(A)
2.110
Dây sơ cấp và thứ cấp nối song song
5000
S U1dm.I1dm I1dm
0,454(A)
45,4(A)
11000
5000
S U2dm.I2dm I2dm
110
Bài 2: Máy biến áp có Sđm=20000kVA; U1 = 126,8kV; U2=11kV; f = 50kHz . Diện
tích lõi thép là 3595 cm2 ; B = 1,5 T. Tính W1 ; W2
CHƯƠNG 4
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA
MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG
§4.1.GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG
Trong quá trình truyển tải năng lượng qua MNA phần tổn hao cho MBA tổn
hao đồng, tổn hao sắt phần công suất điện từ truyền qua máy
’
’
Pđt = P1 – Pcu1 – PFE =E2 .I2 .cos2
P1: Công suất phần sơ cấp P1=U1.I1.cos1
Pcu I12.r1 : tổn hao điện trở sơ cấp
PFE rm .Io2 : tổn hao sắt từ
P2 Pdt Pcu U2.I2.cos2
Công suất tác dụng
Q1 U1.I1 sin 1
q1 x1.I12
qm xm.Io2
Qdt Q1 q1 qm E2.I2.sin 2
q2 x2.I22
+ Đối với tải cảm do 2 > 0 Q2 > 0 , Q1 >0 công suất phản kháng truyền từ sơ
cấp đến thứ cấp
11
+ Đối với tải dung 2 < 0 Q2 < 0
Nếu Q1 >0 toàn bộ công suất phản kháng dùng từ hoá lõi thép
Q1<0 toàn bộ công suất phản kháng truyền ngược lại thứ cấp sang sơ cấp
§4.2. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP
CỦA MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁCH ĐIỀU CHỈNH
U20 U2 U20 U2 U1dm U2
1 U2
U
U20
U20
U1dm
Độ thay đổi điện áp gọi hiệu số học giữa trị số điện áp lúc không tải và có tải
trong điện áp sơ cấp không đổi
- Thay đổi tùy theo giãn tải
I2
I2dm
Tải cảm: U 0 U2 U20
Tải dung: U 0 U2 U20
U20: điện áp thứ cấp lúc không tải
U2: điện áp thứ cấp lúc có tải
Cách điều khiển:
- Cân đối giữa tải dung và tải cảm U giảm
w1
- Thay đổi tỷ số điện áp : k
Nếu thay dổi W1 hoặc W2 k2 khác
w2
- Điện áp dưới tải nhỏ biến thiên tỉ số biến áp khi tải đang làm việc
- Điện áp không tải cắt điện khi thay đổi tỉ số biến áp
Hiệu suất của máy biến áp
P
% 2 .100
P1, P2 công suất có ích
Pcu PFe
P
1
P
% 1
.100 1
P
P Pcu PFe
1
1
P: Tổng tổn hao
P2 - Sđm.cos2 = P0
: Hệ số tải
2
I2
2
2
2.Pn
Tổn hao đồng: PCu I2.rn rn .I2dm
.
I2dm
Po 2.Pn
.Sdm.cos2 Po 2.P
% 1
n
Nếu cos2 = const thì là hàm hay = f()
Po
d
d
Cực đại khi
0
hay 2.Pn Po
Pn
Chú ý : Hiệu suất của máy biến áp sẽ cực đại ở một tải nhất định ứng với khi tổn hao
không đổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng
§4.4. MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG
12
- Đơn giản thiết kế, dễ bảo dưỡng, tăng hiệu quả kinh tế, người ta ghép máy biến
áp song song
- Điều kiện: + Cùng tổ nối dây
+ Cùng điện áp và tỉ số biến đổi
+ Cùng điện áp ngắn mạch Un% (qui định độ phân phối tải trong máy)
- Một số công thức:
S1
S
1
S: tải chung của i máy
Sdmi
SdmI
U %.
U
n
ni
S2
S
2
Sdmi
SdmI
U %.
U
n
ni
Sdmi
Uni
Sdm1
Sdm2
SdmN
...
U U
U
n1
n2
nN
i1N
Bài tập:
Cho 3 máy biến áp ba pha làm việc song song
Máy I : S=560 kVA 22/0,4 kV ; Y-11; UnI =5%; P0=800W ; Pn =800 W
Máy II : S=1000 kVA 22/0,4 kV; Y-11; UnI =5,6%; P0=1200W ; Pn =1300 W
Máy III : S=800 kVA 22/0,4 kV; Y-11; UnI =6,5%; P0=1080W ; Pn =11080 W
1) Tính dòng điện thứ cấp định mức của mỗi máy
2) Cho 3 máy làm việc công suất chung cho tải S = 2300kVA
2.1. Tính hệ số tải mỗi máy
2.2. Tính tổn hao của mỗi máy ứng với hệ số tải
2.3. Tính dòng điện mỗi máy để max
Bài làm:
S
S
1. Từ S 3.U.I I1dm
; I2dm
3.U1dm
3.U2dm
2.1. Từ
S
i
Sdmi
u %.
ni
uni
2.2. Tổn hao của mỗi máy :
PI P01 2.Pn1dm PFe PCu
P0
Pn
I
2.3. max
I .Idm
Idm
CHƯƠNG 5
MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI
TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG
§5.1. ĐẠI CƯƠNG
13
- Máy biến áp làm việc không đối xứng khi tải phân phối không đều cho 3 pha,
dòng không bằng nhau ảnh hưởng xấu đến tình trạng làm việc bình thường
của MBA như Ud, Uf , tổn hao phụ trong dây quấn và lõi thép tăng lên, độ
chênh lệch trong dây quấn quá qui định
- Nghiên cứu ta dùng phương pháp phân lượng đối xứng. Hệ thống dòng điện
•
•
•
không đổi Ia ,Ib ,Ic phân ra thành 3 hệ thống dòng điện đối xứng: Thứ tự
•
•
•
•
•
•
•
•
•
thuận Ia1 ,Ib1 ,Ic1 ; Thứ tự ngược Ia2 ,Ib2 ,Ic2 ; Thứ tự không Iao ,Ibo ,Ico
Quan hệ
•
•
•
•
Ia Iao Ia1 Ia2
•
•
•
•
Ib Iao a2.Ia1 a.Ia2
•
•
•
•
Ic Iao a.Ia1 a2.Ia2
•
•
•
•
1
Iao (Ia Ib Ic )
3
1
•
•
•
•
Ia1 (I a.Ib a2 I )
a
c
3
1
•
•
•
•
Ia2 (I a2 .Ib a.I )
a
c
3
Trong đó :
0
a ej.120
0
a2 ej.240
1 a a2 0
- Hệ thống thứ tự thuận và hệ thống thứ tự ngược xét như trong phần tải đối
xứng.
- Dòng thứ tự không chỉ tồn tại khi tổ nối dây Y. Để phân tích giả sử từ không
bão hoà. Hệ số thứ cấp chuyển đổi về sơ cấp.
§5.2.MÁY ĐIỆN THAY THẾ VÀ TỔNG TRỞ CỦA MÁY BIẾN ÁP
ĐỐI VỚI CÁC THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỐI XỨNG
Chỉ xét thành phần thứ tự không thành phần này sinh ta từ thông thứ tự
không gọi là to trùng pha về thời gian
Xảy ra trường hợp
+ Trong tổ MBA 3 pha to khép mạch trong lõi thép và do từ trở lõi thép nhỏ dù
IA0, IB0 ,IC0 nhỏ nhưng lớn
+ Đối với MBA 3 pha 5 trụ thì to không đáng kể ghép mạch qua lõi thép mà
phải khép mạch qua vách thùng dầu sinh ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp tự cảm.
Tổ nối dây :
Yoyo
Tổng trở thứ tự không là Zto: là tổng trở có được khi đo ở một phía MBA với điều kiện
phía kia ngắn mạch có trị số giả thiết (Z1Zo)
U
P
3.I2
Zto
;rto
;xto Z2to ro2
3.I
14
U
P
3.I2
Zto
;rto
;xto Z2to ro2
3.I
§5.3. TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. Khi có dòng điện thứ tự không
a. Tổ nối dây: Yy0 không đối xứng; Dòng thứ cấp cân bằng dòng sơ cấp. Dòng thứ tự
•
không không cân bằng sinh ra rừ thông to Emo
•
•
•
IA IB IC 0
•
•
•
•
Ia Ib Ic Id
•
•
•
•
•
•
Vì IA IB IC 0 và EA EB EC 0 ta suy ra được :
•
•
•
•
•
UA UB UC 3.Emo 3.Imo .Zmo
Do sơ cấp nối Y nên:
•
•
•
UAB UA UB
•
•
•
UBC UB UC
•
•
•
UCA UC UA
Ta tìm được điện áp pha sơ cấp
•
•
•
•
•
•
1
UA UAB UCA Iao .Z U Iao .Z
A
mo
mo
mo
mo
3
1
•
•
•
•
•
•
UB UBC UAB Ibo .Z U Ibo .Z
B
mo
3
1
•
•
•
•
•
•
UC UCA UBC Ico .Z U Ico .Z
C
mo
3
•
- Sự ảnh hưởng của thứ tự không làm cho điểm trung tính xê dịch Iao .Zmo làm cho
điện áp không đối xứng
Thứ cấp yo
•
•
- Dòng thứ tự không làm lệch điểm trung tính một đoạn Ito .Zto Iao .Zmo do
Zto Zmo Z2 . Tuy nhiên sự khác nhau không đáng kể
•
•
•
•
•
•
Ua U IA .Z Iao .Z
A
n
to
to
to
•
•
•
Ub U IB .Z Ibo .Z
B
n
•
•
•
Uc U IC .Z Ico .Z
C
n
Kết luận: Sự xê dịch điểm trung tính làm điện áp pha mất đối xứng bất lợi cho phụ tải
không cho phép và hạn chế sử dụng tổ nối dây Yyo đối máy ba pha, ba trụ
b. Tổ nối dây Yoyo ; Yo
Do thứ tự không tồn tại hai phía thứ và sơ cấp MBA mà nó cân bằng nhau
không sinh ra to , Eto ảnh hưởng của dòng thứ tự không làm điểm trung tính xê dịch
không đáng kể.
15
2.Khi không có thành phần thứ tự không Y/Y, /, /Y, Y/
Trong trường hợp này khi tải mất cân bằng U ở các pha không bằng nhau, do
Zn nhỏ nên sự mất cân bằng không đáng kể
§5.4. NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
CHƯƠNG 6
QUÁ ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP
§6.1. ĐẠI CƯƠNG
Quá trình quá độ: + Quá dòng điện
+ Quá điện áp
§6.2. QUÁ ĐỘ DÒNG ĐIỆN
Quá dòng điện xảy ra khi đóng MBA không tải của dòng điện ngắn
mạch đột nhiên.
1. Đóng MBA không tải vào lưới
Khi đóng MBA tải vào lưới
d
dt
U1m.sin(t ) io.r1 w1.
w1.
Giả thiết i io
L1
U
r1
d
dt
1m .sin(t )
w1
.
L1
dUx
dx
chx
sh
Nối đất:
.UA.
dUx
shx
ch
Không nối đất:
.UA.
dx
0 ở đầu dây quấn tg cth 1
dUx
x.UA ở đầu dây quấn đầu tiên thì điện áp lớn gấp 2 lần
dx
x1
trường hợp phân bố đều tăng cường cách điện ở vòng dây đầu tiên của MBA.
Nghiệm của phương trình vi phân
: thành phần xác lập
: thành phần tự do
2
m.sin(t ) m.cos(t )
L1.U1m
w1. r12 (.L1)2
m
16
r .t
1
L
1
c.e
Khi t = 0 tồn tại từ thông dư trong lõi thép
to
t0 m.cos C du
C m cos du
r .t
1
L
1
(m.cos du ).e
m.cos(t ) (m cos du )
2
- Tại thời điểm là thời điểm đóng MBA vào lưới điện là thuận lợi nhất vì
m.sin(t)
- Bất lợi nhất khi 0 ; dư có dấu dương lúc đó
r .t
1
L
1
m.cos(t) (m du ).e
Từ thông max vào thời gian nửa chu kỳ sau. Khi đóng mạch và max 2.m du
dòng quá độ có thể gấp 5 lần dòng định mức xảy ra hiện tượng đứt mạch (quấn dây
tròn để từ trường đều)
2. Ngắn mạch đột nhiên
din
U1m.sin(t n ) rn .in Ln .
dt
r
n
.t
U1m
U1m
rn2 (L)2
L
n
in in in
.cos(t n )
.cos(n ).e
rn2 (L)2
r .t
n
L
n
2.In .cos(t n ) 2.In .cosn .e
r .t
n
L
n
n 2.In .cos(t) 2.In .e
.r
L
n
ixg 2.In .(1 e
n ) 2.In .kxg
Máy có dung lượng càng lớn thì kxg càmg lớn và ixg gấp vài chục lần dòng định mức.
§6.3.QUÁ ĐIỆN ÁP
Do thao tác bấm cắt các đường dây, do ngắn mạch nối đất kèm hồ quang, quá
điện áp do khí quyển (sét đánh). Sóng điện áp do khí quyển tạo ra không chu kỳ đầu
sóng dốc, đuôi sóng thẳng thời gian tác động ngắn vài phần triệu và coi 1/4 chu kỳ
sóng điện áp có tần số từ 1000050000Hz
Cd : điện dung các vòng dây
Cq’: điện dung giữa vòng dây và cuộn dây nối đất
1
Cd
điện dung dọc
1
C
d
C
C
điện dung ngang
q
q
17
Do có Cq’ sóng xung kích truyền vào dây quấn trong quá trình nạp ban đầu trong các
điện tích phân bố không đều trên các điện tích C’q giảm dần A X theo qui luật
shx
Ux UA.
(dây nối đất)
ch
chx
ch
Ux UA.
(dây quấn không nối đất)
Cq
với qui ước chiều dài dây quấn bằng một
Cd
CHƯƠNG 7
CÁC LOẠI BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT
§7.1. MÁY BIẾN ÁP BA PHA DÂY QUẤN
Các tổ nối dây tiêu chuẩn:Yo/Yo/; Yo//
§7.2.MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
Hai dây quấn nối nhau nên ngoài liên hệ từ còn có liên hệ điện
Ưu điểm: tận dụng công suất truyền tải
VD: 100 kVA hai dây quấn phải tính 100 kVA
tự ngẫu theo cấp điện áp
15
22/15 kV
Ptt=k.Ptr k
22
Cách tính đường kính dây
S
S
I1
I2
(một pha)
U1
U2
chọn J=2,57 A/mm2
I
d2
4
Sday
J
Bài tập:
Uvào=220V;Ura = 150V; S= 5kVA
22 15
klợi dụng
=
0,32
22
Stính toán=0,32.5=1,6 kVA (Stt)
Strụ = k. Stt 0,32. 1,6 0,404(kVA)
5000
I1
22,7(A)
220
5000
I2
33,3(A)
150
chọn J=2,57 A/mm2 (J=4A/mm2)
I1
J
d12
4
22,5
4
22,5
Sday
d1
2,7(mm)
d2 =3,25 (mm)
18
I1+I3=I2 (hình 1) ở hình bên
I3 = I2 – I1 = 33,3 – 22,7 = 10,6 (A)
10,6
d3
1,84(mm)
chọn lõi thép hình xuyến E – I
§7.3.MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG
w1 U1
- Cần độ chính xác sao cho
, an toàn
w2 U2
Máy biến dòng điện (TY; BI; CT)
3000/5; 2000/5 500/5
100/5
50/5
- Biến dòng phải ngắn mạch; không bao giờ hở mạch
- Máy biến áp hở mạch
§7.4.MÁY BIẾN ÁP HÀN
Luôn làm việc trong trạng thái chập mạch
PHẦN HAI
NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY
ĐIỆN QUAY
CHƯƠNG 8
ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY
§8.1.KẾT CẤU CHUNG CỦA CÁC MÁY ĐIỆN QUAY
Kết cấu gồm hai bộ phận chính: Mạch từ và dây quấn. Ở đó diễn ra sự biến thiên năng
lượng diện từ, điện – cơ. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ, bộ phận làm mát.
19
+ Mạch từ được cấu tạo gồm hai khối thép đồng trục và cách nhau một đoạn sao cho
chúng có thể chuyển động tương đối được
Khối tĩnh: lõi thép stato
khối quay lõi thép rôto
Dây quấn: được đặt ở hai phía của khe hở trong các rãnh của stao và rôto
§8.2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN QUAY
- Dựa trên hai định luật cơ bản:
+ Định luật cảm ứng điện từ
d
dt
e B.v.l
+ Định luật lực điện từ
F i.B.l
Vì hai định luật cơ bản trên có tính thuận nghịch nên bất kỳ một máy điện quay nào
cũng có thể làm việc thuận nghịch
- Có 4 loại máy điện
1.Máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ loại máy phổ biến nhất, nguyên lý làm việc như sau :
Khi có dòng trong dây quấn tạo ra từ trường quay
60.f
n1
P
từ trường này quét qua dây quấn rôto và tạo ra suất điện động do Rôto nối ngắn mạch
dòng điện rôto từ thông rôto, từ thông này kết hợp nới từ thông stato tạo nên từ
thông tổng
Sự tương tác giữa dòng điện rôto và từ thông tổng tạo nên mômen quay làm cho
Rôto quay với tốc độ n n1
gọi là máy điện không đồng bộ
- hệ số trượt:
n1 n
n1
s
Một số trường hợp cụ thể
2.Máy điện đồng bộ
Rôto quay tạo ra từ trường Ft quay với tốc độ n, Ft cảm ứng nên suất điện động
P.n1
eA, eB. eC có tần số f
60
Dòng iA, iB, iC sinh ra từ trường phần ứng quay với tốc độ n1 Do n = n1 nên gọi là máy
điện đồng bộ
3. Máy điện một chiều
Thực chất là máy điện đồng bộ trong đó suất diện động xoay chiều chỉnh lưu
thành suất điện động một chiều chỉnh lưu bằng vành góp
4. Máy xoay chiều có vành góp
Là máy điện không bộ dùng hệ thống vành góp đưa dây quấn vào suất điện
động phụ mục đích diều chỉnh tốc độ và cos
§8.3.MÔ TẢ TOÁN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CƠ
ĐIỆN TRONG CÁC MÁY ĐIỆN QUAY
20
Tải về để xem bản đầy đủ
59 trang
32741
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình môn Máy điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mon_may_dien.doc
