Chöông 2: MAÙY BIEÁN AÙP

Transcript

1 I. Giới thiệu về máy biến áp Chöông : MAÙY BIEÁN AÙP MBA moät pha: V 1ñm, V ñm = V 0, I 1ñm, I ñm, S ñm = V ñm.i ñm V 1ñm. I 1ñm [VA] Chöông 3: Maùy bieán aùp 1

2 MBA bapha: V ñm daây, I ñm daây, S ñm = 3 V ñm.i ñm 3 V1ñm. I 1ñm [VA] Maùy bieán aùp laø thieát bò ñieän töø tónh laøm nhieäm vuï truyeàn taûi hoaëc phaân phoái naêng löôïng. Goàm cuoän daây sô caáp noái nguoàn ñieän vaø cuoän daây caûm öùng noái taûi laø cuoän thöù caáp. Kyù hieäu: Chöông 3: Maùy bieán aùp

3 ϕ i 1 i v 1 N1 N v Z t II. Chế độ không tải Chöông 3: Maùy bieán aùp 3

4 Ví dụ: Biết Pc =16W, (VI) rms =0VA, V=194V rms. Tính cos θ c, Iϕ, Im? Chöông 3: Maùy bieán aùp 4

5 I& 1 ϕ & I = 0 & E & N 1 N 1 1 E & & III. Ảnh hưởng của dòng sơ cấp; Máy biến áp lý tưởng Chöông 3: Maùy bieán aùp 5

6 Ví dụ: Cho mạch tương đương của một máy biến áp lý tưởng như hình sau: Chöông 3: Maùy bieán aùp 6

7 Trở kháng cuộn thứ cấp R +jx = 1+j4Ω. N 1 /N =5:1. a) Vẽ mạch tương đương quy về sơ cấp. b) Cấp điện áp vào cuộn sơ cấp 10Vrms, nối tắt A-B, tính dòng điện sơ cấp và dòng điện qua điểm ngắn mạch? c) Tính lại nếu R +jx = 0,0+j0,97Ω. IV. Kháng trở và sơ đồ mạch tương đương φ i 1 i u 1 N1 N u Z t Chöông 3: Maùy bieán aùp 7

8 Chöông 3: Maùy bieán aùp 8

9 Ví dụ: Cho máy biến áp: 400:40V, 50Hz. R 1 +jx 1 = 0,7+j0,9Ω R +jx = 0,007+j0,009Ω R c //jx m = 6,3+j43,7Ω Vẽ mạch tương đương a) Quy về cao áp? b) Quy về hạ áp? Nếu cấp điện 400V vào cuộn sơ cấp, tính dòng điện qua nhánh từ hóa? V. Các yếu tố kỹ thuật trong phân tích máy biến áp Chöông 3: Maùy bieán aùp 9

10 Ví dụ: Cho máy biến áp: 400:40V, 50Hz. R 1 +jx 1 = 0,7+j0,9Ω R +jx = 0,007+j0,009Ω R c //jx m = 6,3+j43,7Ω Nếu cấp điện 400V vào cuộn sơ cấp: a) Vẽ mạch tương đương quy về sơ cấp? b) Tính điện áp thứ cấp khi hở mạch (trị phức)? c) Vẽ mạch tương đương gần đúng, tính R eq và X eq? Ví dụ: Cho máy biến áp: 50-kVA, 400:40V, 50Hz. R 1 +jx 1 = 0,7+j0,9Ω R +jx = 0,007+j0,009Ω R c //jx m = 6,3+j43,7Ω Trở kháng đường dây trước biến thế là Z s = 0,30+j1,60Ω. Biết điện áp ở trước đường dây cấp nguồn cho biến thế là 400V. Biến thế nối tải định mức có hệ số công suất bằng 0,8 (chậm pha). Bỏ qua sụt áp do nhánh từ hóa trên biến thế và đường dây. Tính điện áp trên cuộn dây thứ cấp? /10 Ví dụ: Tính lại câu trên nếu tải có cosθ=0,8 (nhanh pha)? Chöông 3: Maùy bieán aùp 10

11 Thí nghiệm ngắn mạch: Để máy biến áp có n nhỏ thì phải như thế nào? I sc khi đó ra sao? Thí nghiệm hở mạch: Chöông 3: Maùy bieán aùp 11

12 Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 400:40V, 50Hz. Thí nghiệm ngắn mạch: với điện áp (sơ cấp) 48V, đo được dòng điện ngắn mạch (sơ cấp) là 0,8A và công suất ngắn mạch là 617W. Thí nghiệm không tải: điện áp hở mạch (thứ cấp) là 40V, dòng không tải (sơ cấp) là 5,41A, công suất hở mạch là 186W. a) Tính hiệu suất của biến thế khi làm việc đầy tải, tải có hệ số công suất 0,8 (chậm pha)? b) Tính các thông số của máy biến áp (quy về sơ cấp)? c) Tính Độ ổn định điện áp ở định mức? V no _ load Vload %voltageregulation=.100 Vload d) Tính hiệu suất của biến thế khi làm việc ở xx% tải, biết tải có hệ số công suất 0,8 (chậm pha) theo cách? Với xx = (MSSV.499T )/ Biến áp 3 pha, /Y, 15kV/380V. Chöông 3: Maùy bieán aùp 1

13 Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 400:40V, 50Hz. Tính lại độ ổn định điện áp cho ví dụ trên khi đầy tải 50kW với tải có hệ số công suất đơn vị? Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy bieán aùp S 1 =P 1 + jq 1 S đt =P đt +jq đt S = P +jq p Cu1 + jq 1 p Fe +jq m p Cu + jq Heä soá taûi cuûa maùy bieán aùp β = I I dm I I 1 1dm Khi β = 1 - taûi ñònh möùc; β < 1 - non taûi; β > 1 - quaù taûi. Hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp P P η = hoaëc η % = P P 1 Chöông 3: Maùy bieán aùp 13

14 0 P η = P θ 1 = P Đ = -Đ 1 P + P Fe + P P = I cosθ = β.s ñm cosθ P Fe P 0 (TN khoâng taûi vôùi: 1ñm ) P Cu = I 1 R 1 + I R = I 1 (R 1 +R ) = I 1 R eq = β P n. (TN ngaén maïch vôùi: I 1ñm ) η= β.s dm neáu cosθ khoâng ñoåi thì hieäu suaát seõ cöïc ñaïi khi: Cu β.sdm.cosθ.cosθ + P + β.p 0 a - Z eq Đ 1 n dη = 0 β.p n = P 0 dβ P 0 Heä soá taûi öùng vôùi hieäu suaát cöïc ñaïi laø: β = P n Với P o là công suất không tải ở điện áp định mức Và P n là công suất ngắn mạch ở dòng điện định mức. Ñoä thay ñoåi ñieän aùp cuûa maùy bieán aùp 1 = ñm = const = 0 = ñm Khi maùy bieán aùp ôû cheá ñoä taûi thì < ñm vaø phuï thuoäc vaøo taûi do ñieän aùp rôi treân daây quaán sô caáp vaø thöù caáp. Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp laø: = ñm dm Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp phaàn traêm: % =. 100 ' k. dm k. 1dm Hay % =.100=. 100 k. dm 1dm (.cosθ +.sinθ) dm R eq Đ 1 β eqr eqx % = = β eqr + Löu yù: sin θ > 0 sin θ < 0 = nr nx n = = eqr sc eqx 1dm khi doøng ñieän chaäm pha (taûi caûm) khi doøng ñieän sôùm pha (taûi dung) = R I = X = eq eq eq 1dm I 1dm = Z eq I 1dm 1dm c X eqđ 1 ( %.cosθ %.sinθ) b eqx nr nx % = % = eqr eqx % = % = eqr 1dm eqx 1dm R eqi 100= 1dm X eqi 100= 1dm 1dm 1dm Chöông 3: Maùy bieán aùp 14

15 % phuï thuoäc vaøo heä soá taûi vaø tính chaát cuûa taûi. Töø % ta tính ñöôïc ñieän aùp thöù caáùp theo coâng thöùc: % = dm = dm C R L β Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 400:40V, 50Hz. Thí nghiệm ngắn mạch: với điện áp (sơ cấp) 48V, đo được dòng điện ngắn mạch (sơ cấp) là 0,8A và công suất ngắn mạch là 617W. Thí nghiệm không tải: điện áp hở mạch (thứ cấp) là 40V, dòng không tải (sơ cấp) là 5,41A, công suất hở mạch là 186W. _ Tính hiệu suất và độ thay đổi điện áp của biến thế khi làm việc: + 100% tải, tải có hệ số công suất 0,8 (nhanh pha)? + 50% tải, tải có hệ số công suất 0,8 (nhanh pha)? _ Tính hiệu suất cực đại, tải và hệ số tải khi đó, biết tải có hệ số công suất 0,8 (nhanh pha)? VI. Máy biết áp từ ngẫu; Máy biến áp nhiều cuộn dây VI.1. Máy biết áp từ ngẫu Không cách ly. Từ tản nhỏ, ít tổn hao, dòng không tải nhỏ, rẻ tiền, có thể làm ổn áp. Tỷ lệ xấp xỉ 1:1. Ví dụ: Cho máy biến áp cuộn dây: 50kVA, 400:40V, 50Hz. Chöông 3: Maùy bieán aùp 15

16 Biến áp trên làm biến áp từ ngẫu, với ab làm cuộn 40V và bc làm cuộn 400V. a. Tính điện áp ab và ac? b. Tính công suất biểu kiến định mức [kva] và dòng điện định mức? c. Tính hiệu suất khi cấp điện cho tải định mức có HSCS=0,8 chậm pha? Biết R 1 +jx 1 = 0,7+j0,9Ω R +jx = 0,007+j0,009Ω R c //jx m = 6,3+j43,7Ω Ví dụ: Cho máy biến áp: 450kVA, 460:7970V với hiệu suất 98,7% khi cấp điện cho tải định mức có HSCS=1. Nếu dùng biến áp trên là biến áp từ ngẫu 7970:8430V. Tính công suất biểu kiến định mức [kva], dòng điện định mức và hiệu suất khi cấp điện cho tải định mức có HSCS=1? VI.. Máy biến áp nhiều cuộn dây Chöông 3: Maùy bieán aùp 16

17 3 T TRANSFORMER VII. Máy biến áp ba pha Tỷ số máy biến áp k= a= N N 1 V1 V I I 1 Chöông 3: Maùy bieán aùp 17

18 Y/Y Có thể thay thế cuộn bằng cuộn Y với điều kiện: Chöông 3: Maùy bieán aùp 18

19 I 03A = I 03m sin3(ωt) I 03B = I 03m sin3(ωt π/3) = I 03m sin3(ωt) I 03C = I 03m sin3(ωt + π/3) = I 03m sin3(ωt) Hài bậc 3 của ba pha cùng pha. Chöông 3: Maùy bieán aùp 19

20 a) Máy biến áp ba pha nối Y/Y riêng biệt, không tồn tại dòng bậc ba phía sơ cấp =>từ thông vạt đầu do hài bậc ba=> điện áp thứ cấp bị nhọn đầu => hạn chế sử dụng. b) Máy biến áp ba pha 3 trụ nối Y/Y, không tồn tại dòng bậc ba phía sơ cấp, nhưng từ thông cũng không có hài bậc ba do không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác, song có thể khép mạch ra không khí hay dầu biến áp, gây tổn hao, nên cũng không dùng cho biến thế công suất lớn. c) Máy biến áp ba pha nối /Y, tồn tại dòng bậc ba khép kín phía sơ cấp => dòng điện sơ cấp nhọn đầu =>từ thông dạng sin=> điện áp thứ cấp dạng sin chuẩn => thường sử dụng. d) Máy biến áp ba pha nối Y/, không tồn tại dòng bậc ba khép kín phía sơ cấp =>từ thông hài bậc ba Φ 3Y => từ thông bậc ba tạo điện áp cảm ứng thứ cấp e3=> hạn chế sử dụng chậm pha 90 o so với Φ 3Y. e3 tạo ra i3 khép kín phía thứ cấp chậm pha hơn 90 o, sinh ra từ thông bậc ba Φ 3, ngược pha và triệt tiêu với Φ 3Y. Φ 3 = Φ 3Y + Φ 3 0. => từ thông không bị vạt đầu => điện áp thứ cấp dạng sin chuẩn=> thường sử dụng. Chöông 3: Maùy bieán aùp 0

21 Chöông 3: Maùy bieán aùp 1

22 Ví dụ: Cho ba máy biến một pha, 50kVA, 400:40V, 50Hz, R 1 +jx 1 = 0,7+j0,9Ω R +jx = 0,007+j0,009Ω R c //jx m = 6,3+j43,7Ω nối Y/ thành biến áp ba pha 150kVA. Trở kháng đường dây trước biến thế là 0,15+j100Ω/pha. Điện áp dây cấp vào sơ cấp biến áp là 4160V. Trở kháng đường dây trước sau biến thế là 0,0005+j0,000Ω/pha. Tính điện áp dây trên tải khi biến áp làm việc với dòng điện định mức và tải có HSCS=0,8 chậm pha. Ví dụ: Tính lại ví dụ trên nếu biến thế nối Y/Y. Ví dụ.9: Cho biến thế như ví dụ trên, nối /, được cấp điện áp dây 400V thông qua điện cảm 0,8Ω. Biến thế này kết nối tới cuộn thứ cấp biến thế khác nối Y/ 500kVA, 4kV:400V. Tổng trở tương đương quy về phía 400V của biến thế này là 0,17+j0,9Ω/pha. Điện áp cấp vào cuộn sơ cấp của biến thế trước là 4kV. Nếu xảy ra ngắn mạch ở phía 40V. Tính dòng điện xác lập của sơ cấp và thứ cấp của biến thế. VIII. Maùy bieán aùp laøm vieäc song song R eq(1) X eq(1) Đ Đ (1) R eq() X eq() Đ () & 1 & ' Z Ñieàu kieän để máy biến áp làm việc song song: Cùng tổ đấu dây. Cùng tỷ số máy biến áp (để tránh dòng cân bằng trong các MBA SV xem tài liệu tham khảo). Cùng điện áp ngắn mạch (để chia tải đều cho MBA). Có Z = Z eq(1) // Z eq(). Và = ZI Mà I(1) = và I() = Z Z Nên β β β (1) (1) () I = I eq(1) (1) đm(1) = sc() sc(1) = I Z đm(1) = sc() sc(1) eq(1) % % = sc(1) eq() = n(1) MBA naøo coù ñieän aùp ngaén maïch nhoû hôn seõ chòu taûi lôùn hôn. Chöông 3: Maùy bieán aùp

23 IX. Máy biến điện áp và máy biến dòng Máy biến áp (T): Chöông 3: Maùy bieán aùp 3

24 A A 1 X x E & 1 & Đ 0 Φ& & = & E & 1 δ v (Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä hôû maïch) Toång trôû cuûa cuoän daây sô caáp Z 1 cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch giaûm R 1. Máy biến dòng (CT, TI): I 1 Đ -Đ I δ i Đ 1 (Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén maïch) Toång trôû maïch töø Z m cuûa bieán aùp caøng lôùn (goùc leäch pha caøng nhoû) caøng chính xaùc. Toång trôû cuûa caùc cuoän daây Z n cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch taêng Z m. Ví dụ.10: Biến áp 400:10V, 60Hz, có thông số quy về 400V là: R 1 +jx 1 = 18+j143Ω R +jx = 141+j164Ω R c //jx m = j163kω a) Cấp vào 400V, ngõ ra hở mạch, tính biên độ và góc lệch pha của điện áp thứ cấp. b) Để sai số biên độ điện áp nhỏ hơn 0,5%. Tính Zb=Rb nhỏ nhất? Chöông 3: Maùy bieán aùp 4

25 c) Để sai số góc pha điện áp nhỏ hơn 1 độ. Tính Zb=Rb nhỏ nhất? Bài tập.8: Tính lại câu trên nếu Zb=jXb. Ví dụ.11: Biến dòng 800:5A, 60Hz, có thông số quy về 800A là: R 1 +jx 1 = 10,3+j44,8µΩ R +jx = 9,6+j54,3µΩ R c //jx m = j17,7mω Cấp vào 800A, tải Rb=,5Ω. Tính biên độ và góc pha của dòng điện hạ thế? Bài tập.9: Thông số như câu trên: tính giá trị Zb=jXb lớn nhất sao cho khi ngõ vào 800A và dòng thứ cấp lớn hơn 4,95A (sai số 1%). Bài tập 1: Máy biến áp 1 pha có công suất định mức S đm = 5 kva, tần số định mức f đm = 50 Hz, điện áp định mức 1đm / đm = 0/110 V. Có các thông số ' ' R 1 =0,10 Ω, X 1 =0,50 Ω, R =0,1 Ω, X =0,40 Ω. Khi máy biến áp được nối với tải định mức, cosϕ = 0,8 (tải cảm). a. Tính độ thay đổi điện áp % b. Tính điện áp ngõ ra Bài tập : Máy biến áp 1 pha có công suất định mức S đm = 5 kva, tần số định mức f đm = 50 Hz, điện áp định mức 1đm / đm = 0/110 V. Mạch tương đương hình Γ (như hình vẽ) có các thông số R c =600Ω, X m =50Ω, R 1 =0,10 Ω, X 1 =0,50 Ω, ' R =0,1 Ω, = 0,8 (tải cảm). ' X =0,40 Ω. Khi máy biến áp được nối với tải định mức, cosϕ R 1 X R X 1 & 1 R c X m ' & Z L a. Tính độ thay đổi điện áp % b. Tính điện áp ngõ ra c. Tính dòng điện I 1 khi máy biến áp đạt hiệu suất cực đại η max, tính η max. d. Tính công suất biểu kiến của tải khi máy biến áp đạt hiệu suất cực đại. Chöông 3: Maùy bieán aùp 5

26 Bài tập 3: Máy biến áp 3 pha Y/Y-1, 180kVA, 1/=6000/400V, I o %=6, P o =1000W, n %=5,5, P n =4000W. a. Vẽ mạch tương đương của MBA? Tính điện trở của một cuộn dây thứ cấp? b. Tính hiệu suất ở định mức (với tải có HSCS=1)? c. Khi MBA làm việc ở 70% tải có HSCS=0,8 nhanh pha. Tính hiệu suất, độ biến thiên và độ thay đổi điện áp? d. Tính hiệu suất cực đại của MBA khi cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha? Bài tập 4: Cho MBA 30kVA, 6000/30V, điện trở R 1 =10Ω và R =0,016Ω. Điện kháng MBA nhìn từ phía sơ cấp là 34Ω. a. Điện áp ngắn mạch? b. Tính dòng điện Isc khi biến áp bị ngắn mạch ngõ ra? Khi MBA mang tải có HSCS=0,8 chậm pha. Tính c. Hiệu suất cực đại? d. Độ thay đổi điện áp? e. Điện áp trên tải? Bài tập 5: MBA 1KVA, 0/440V, 50Hz. TN ko tải: 0V, A, 165W. TN ngắn mạch thứ cấp: 1V, 15A, 60W. a. Vẽ mạch tương đương quy về sơ cấp. b. Dùng mạch tương đương (chính xác) tính điện áp trên tải có hệ số tải 70% và HSCS=0,8 chậm pha.tính hiệu suất MBA khi đó? Bài tập 6: MBA 15KVA, 000/400V, 50Hz. TN ko tải: 000V, 1A, 50W. TN ngắn mạch thứ cấp: 13V, 00A, 750W. MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha. a. Tính hiệu suất định mức của MBA? b. Tính hiệu suất cực đại của MBA. Biết hệ số tải 70%: c. Tính điện áp trên tải? d. Tính hiệu suất của MBA? Chöông 3: Maùy bieán aùp 6

27 Bài tập 7: Cho MBA 1 pha, 8,66kV/0V, 50Hz, a) Tính các thông số của máy biến áp (quy về sơ cấp)? b) Tính độ ổn định điện áp ở định mức? V no _ load Vload %voltageregulation=.100 Vload c) MBA cấp điện cho tải có hệ số công suất bằng 1. Tính hiệu suất ở nửa tải và đầy tải; và tính hiệu suất cực đại? MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha và có hệ số tải 70%: d) Tính hiệu suất của biến áp? e) Tính độ thay đổi điện áp và điện áp trên tải? Bài tập 8: Cho MBA 3 pha, /Y, 15kV/380V, 50Hz. Tính như câu trên! Chöông 3: Maùy bieán aùp 7