Bài giảng Máy điện: Chương 2 - TS. Nguyễn Quang Nam

Bài giảng Máy điện: Chương 2 có nội dung trình bày về máy biến áp, máy biến áp lý tưởng, phối hợp trở kháng, máy biến áp vận hành xác lập hình sin, các yếu tố kỹ thuật trong phân tích MBA, thí nghiệm hở mạch, thí nghiệm ngắn mạch.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Máy điện: Chương 2 - TS. Nguyễn Quang Nam Bài giảng Chương 2: Máy biến áp TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 1 Máy biến áp – Giới thiệu Truyền tải điện năng từ một mạch sang một mạch khác thông qua từ trường. Ứng dụng: cả lĩnh vực năng lượng lẫn truyền thông. Trong truyền tải, phân phối, và sử dụng điện năng: tăng hay giảm điện áp ở tần số cố định (50/60 Hz), ở công suất hàng trăm W đến hàng trăm MW. Phần 1 2 Máy biến áp – Giới thiệu (tt) Trong truyền thông, máy biến áp có thể được dùng để phối hợp trở kháng, cách ly DC, và thay đổi cấp điện áp ở công suất vài W trên một dải tần số rất rộng. Gần đây, máy biến áp với lõi ferrite (còn gọi là biến áp xung) đang ngày càng phổ biến theo sự phát triển của các bộ biến đổi điện tử công suất (bộ nguồn xung trong các máy tính là một ví dụ). Môn học này chỉ xem xét các máy biến áp công suất. Phần 1 3 Máy biến áp – Giới thiệu (tt) Sự biến đổi năng lượng chỉ yêu cầu có từ thông móc vòng biến thiên theo thời gian. Do đó, lõi không khí cũng có thể tạo ra hiệu ứng biến áp, nhưng lõi thép kỹ thuật điện sẽ cho phép thực hiện hiệu quả hơn rất nhiều lần. Lõi thép trong máy biến áp được ghép từ nhiều lá thép mỏng, để giảm tổn hao do dòng điện xoáy. Mặc dù máy biến áp lực sử dụng lõi thép, vẫn tồn tại một lượng nhỏ từ thông tản, chỉ liên quan đến từng dây quấn. Phần 1 4 Một số hình ảnh về máy biến áp Công suất nhỏ 3 pha nhỏ Điều khiển Loại khô 110 kV, ngâm dầu 10 kV, ngâm dầu 500 kV, ngâm dầu Phần 1 5 Máy biến áp – Hoạt động không tải Nếu cấp điện cho dây quấn sơ cấp, và để hở mạch dây quấn thứ cấp, ta có điều kiện làm việc không tải (hình 2.4). Để tạo ra từ thông làm việc trong máy (bằng với giá trị bình thường), cần có một dòng điện được cung cấp từ nguồn, được gọi là dòng điện không tải. Thông thường dòng điện từ hóa có giá trị rất nhỏ so với dòng điện định mức, do đó có thể xem điện áp cảm ứng có giá trị bằng với điện áp đặt vào dây quấn. Phần 1 6 Máy biến áp – Hoạt động không tải (tt) Giả sử từ thông có dạng φ = φmax sin (ωt ) (2.1) Điện áp đặt vào V1 khi đó sẽ thỏa mãn V1 = 2πfφmax N1 = 4,44 fφmax N1 (2.2) với f là tần số dòng điện từ hóa, và N1 là số vòng dây của cuộn sơ cấp. Nếu mạch từ hoạt động ở vùng phi tuyến, dạng sóng dòng từ hóa sẽ khác với dạng sóng từ thông. Phần 1 7 Máy biến áp – Hoạt động không tải (tt) Dòng điện không tải bao gồm 2 thành phần: thành phần tổn hao lõi thép và thành phần từ hóa. Khi mạch từ hoạt động ở vùng phi tuyến, dòng điện không tải sẽ gồm thành phần cơ bản và các họa tần bậc lẻ. Xét thành phần cơ bản của dòng điện không tải hoặc dòng điện không tải hình sin tương đương, có thể biểu diễn dòng điện không tải bằng một giản đồ vectơ (hình 2.5). Ví dụ 2.1 (sách Fitzgerald). Phần 1 8 Máy biến áp lý tưởng Xét một mạch từ có quấn 2 cuộn i1 φ i2 dây như hình vẽ. Bỏ qua các tổn + + v1 N1 N2 v2 hao, điện dung ký sinh, và từ thông – – rò. Xem mạch từ có độ thẩm từ vô cùng lớn hay từ trở bằng 0. dφ dφ v1 (t ) N1 v1 (t ) = N 1 v 2 (t ) = N 2 ⇒ = =a (2.3) dt dt v 2 (t ) N 2 a được gọi là tỷ số vòng dây. Phần 1 9 Máy biến áp lý tưởng (tt) Sức từ động tổng cho bởi mmf = N1i1 + N 2 i2 = Rφ = 0 (2.4) i1 (t ) N 1 ⇒ =− 2 =− (2.5) i2 (t ) N1 a Dẫn đến mô hình toán của MBA như sau i1 Ideal i2 v1 N1 i1 N 1 + + = =a =− 2 =− v2 N 2 i2 N1 a v1 v2 – – v1 (t )i1 (t ) + v2 (t )i2 (t ) = 0 (2.6) N1:N2 Phần 1 10 Máy biến áp lý tưởng (tt) Một mô hình khác sát với hiện tượng vật lý hơn i1 i2 v1 N1 i1 N 2 1 Ideal = =a = = + + v2 N 2 i2 N1 a v1 v2 v1 (t )i1 ...