Nguyên lý làm việc của mba

- NGUYÊN LÝ LÀM VI C C B N C A MÁY BI N ÁP 3 i1 2 i2 u1 e u2 Zt 1 φ Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha Ta xét sơ đồ nguyên lý làm việc c a máy biến áp một pha hai dây quấn: Dây quấn 1 có w1 vòng dây Dây quấn 2 có w2 vòng dây Được quấn trên l i thép 3 Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1 trong dây quấn 1, dòng điện i1 sinh ra s c từ động F=i1.w1 s c từ động này sinh ra từ thômg φ móc vòng c hai dây quấn 1và 2.
- Theo định luật c m ng điện từ trong cuộn dây 1và 2 sẽ xuất hiện các s c điện động c m ng e1 và e2 nếu dây quấn 2 n i với một t i bên ngoài zt thì dây quấn 2 sẽ có dòng điện i2 đưa ra t i với điện áp u2.
- Như vậy năng lượng c a dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
- f .w2 Φ m 2 Là giá trị hiệu dụng c a các s c điện động dây quấn 1 và 2.
- Các s c điện π động c m ng trong dây quấn chậm pha so với từ thông một góc 2 Ngư i ta định nghiã tỷ s biến áp c a máy biến áp như sau: k.
- E1 U 1 E2 U 2 Nếu b qua điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 ≈ U 1 , E2 ≈ U 2 do đó k được xem như là tỷ s điện áp giữa dây quấn 1và 2 1.3.
- Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn.
- Dây quấn n i với nguồn điện để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp.
- Dây quấn n i với t i để đưa điện năng ra gọi là dây quấn th cấp.
- c a từng dây quấn theo tên sơ cấp và th cấp tương ng.
- Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp.
- Dây quấn có điện áp thấp gọi là dây quấn h áp.
- máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và th cấp còn có dây quấn th ba với điện áp trung bình.
- Các đ i lượng này do nhà máy chế t o qui định và thư ng được ghi trên nhãn máy biến áp - Dung lượng hay công suất định m c Sđm: là công suất toàn phần (hay biểu kiến ) đưa ra dây quấn th cấp c a máy biến áp, tính bằng kilô vôn –ampe (KVA) hay vôn-ampe (VA.
- Điện áp dây sơ cấp định m c U1đm: là điện áp c a dây quấn sơ cấp tính bằng kilôvôn (KV) hay vôn (V).
- Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì ngư i ta ghi c điện áp định m c c a từng đầu phân nhánh.
- Điện áp dây th cấp định m c U2đm: là điện áp dây c a dây quấn th cấp khi máy biến áp không t i và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định m c, tính bằng kilô vôn (KV) hay vôn(V.
- Dòng điện dây định m c sơ cấp I1đm và th cấp I2đm: là những dòng điện dây c a dây quấn sơ cấpp và th cấp ng với công suất và điện áp định m c, tính bằng kilôampe (KA) hay ampe (A.
- Ngoài ra trên nhãn máy biến áp điện lực còn ghi những s liệu khác như.
- C U T O C A MÁY BI N ÁP Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn và v máy.
- 1.5.1 Lõi thép Lõi thép dùng làm m ch dẫn từ, đồng th i làm khung để quấn dây quấn.
- Theo hình dáng lõi thép ngư i ta chia ra - Máy bi n áp ki u lõi hay ki u tr : Dây quấn bao quanh trụ thép.
- Hình 1-2: Máy biến áp kiểu lõi 1pha , 3pha - Máy bi n áp ki u b c M ch từ được phân ra hai bên và “ bọc “ lấy một phần dây quấn.
- C u t o lõi thép Lõi thép máy biến áp gồm hai phần: phần trụ và phần gông.
- Trụ là phần lõi thép có dây quấn, gông là phần lõi thép n i các trụ l i với nhau thành m ch từ kín và không có dây quấn ( đ i với máy biến áp kiểu bọc và máy biến áp kiểu trụ – bọc thì hai trụ phía ngoài cũng đều thuộc về gông.
- Do dây quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang c a trụ thép thư ng làm thành hình bậc thang gần tròn.
- Dây qu n Dây quấn là bộ phận dẫn điện c a máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra.
- Kim lo i làm dây quấn thư ng bằng đồng, cũng có thể dùng dây quấn bằng nhôm nhưng không phổ biến.
- Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và h áp, ngư i ta chia ra hai lo i dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ.
- Dây qu n đ ng tâm Dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm.
- Dây quấn h áp thư ng quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn h áp.
- Với cách quấn này có thể gi m bớt điều kiện cách điện c a dây quấn cao áp.
- Trong dây quấn đồng tâm l i có nhiều kiểu khác nhau, dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn, dây quấn xoáy c liên tục.
- Dây qu n xen k Các bánh dây quấn cao áp và h áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép.
- Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao thoát ra dưới d ng nhiệt đ t nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ c a chúng tăng lên.
- Các s đầu ra c a dây quấn cao áp và h áp.
- Ngoài ra trên nắp còn đặt bộ phận truyền động c a cầu dao đổi n i các đầu điều chỉnh điện áp c a dây quấn cao áp.
- T N I DÂY C A MÁY BI N ÁP Để máy biến áp có thể làm việc được các dây quấn pha sơ cấp và th cấp ph i được n i với nhau theo một qui luật xác định.
- Ngoài ra, sự ph i hợp kiểu n i dây quấn sơ cấp và th cấp cũng hình thành các tổ n i dây quấn khác nhau.
- Hơn nữa, khi thiết kế máy biến áp, việc qui định tổ n i dây quấn cũng ph i thích ng với kết cấu m ch từ để tránh những hiện tượng không t t như s c điện động pha không sin, tổn hao phụ tăng v.v.
- Trước khi nghiên c u tổ n i dây c a máy biến áp ta hãy xét cách ký hiệu đầu dây và cách đấu các dây quấn pha với nhau.
- Cách ký hi u đ u dây Các đầu tận cùng c a dây quấn máy biến áp, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cu i.
- Đ i với máy biến áp một pha có thể tùy chọn đầu đầu và đầu cu i.
- Đ i với máy biến áp ba pha , các đầu đầu và đầu cu i ph i chọn một cách th ng nhất: gi sử dây quấn pha A đã chọn đầu đầu đến đầu cu i theo chiều kim đồng hồ ( hình vẽ ) thì dây quấn pha B, C còn l i cũng ph i chọn như vậy.
- Hình 1-5: Cách qui ước các đầu đầu và đầu cu i c a dây quấn máy biến áp.
- Để thuận tiện cho việc nghiên c u ngư i ta thư ng đánh dấu lên sơ đồ dây quấn c a máy biến áp với qui ước như sau.
- Dây quấn cao áp Dây quấn h áp Các đầu tận cùng (CA) (HA) Đầu đầu A,B,C a,b,c Đầu cu i X,Y,Z x,y,z Đầu dây trung tính O hay N o hay n Đ i với máy biến áp ba dây quấn ngoài hai dây quấn sơ cấp và th cấp còn có dây quấn điện áp trung.
- Dây quấn này được ký hiệu như sau: đầu đầu bằng các chữ Am, Bm, Cm.
- Các ki u đ u dây qu n Dây quấn máy biến áp có thể đấu sao ( ký hiệu bằng dấu “ Y.
- Các máy biến áp công suất, thư ng dây quấn cao áp được đấu Y, còn dây quấn h áp đấu tam giác, b i vì làm như vậy thì phía cao áp, điện áp pha nh đi 3 lần so với điện áp dây, do đó gi m được chi phí và điều kiện cách điện.
- Ngoài hai kiểu đấu dây trên, dây quấn máy biến áp có thể đấu theo kiểu zic – zăc ( ký hiệu bằng chữ “ Z.
- T n i dây c a máy bi n áp Tổ n i dây c a máy biến áp được hình thành do sự ph i hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn th cấp.
- Nó biểu thị góc lệch pha giữa các s c điện động dây quấn sơ cấp và dây quấn th cấp máy biến áp.
- Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu t sau - Chiều quấn dây - Cách ký hiệu các đầu dây - Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và th cấp Để thuận tiện ngư i ta không dùng “độ” để chỉ góc lệch pha đó mà dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi là tổ n i dây c a máy biến áp.
- Khi máy biến áp làm việc không t i nh hư ng c a hiện tượng bão hòa m ch từ lớn nhất.
- Nghiã là khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin, còn dây quấn th cấp h m ch.
- Máy bi n áp m t pha Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện không t i io ch y trong nó, dòng điện không t i io sinh ra từ thông φ ch y trong lõi thép máy biến áp.
- a d 1 = 13(mm) ;d01=23mm;l01=45mm - Giữa dây quấn cao áp và gông δ d = 2(mm.
- ng cách điện giữa dây quấn cao áp và h áp δ 12 = 6(mm ) -Giữa cuộn CA và cuộn HA a12 = 27 ( mm.
- Giữa các dây quấn cao áp a 22 = 30(mm.
- CÁC YÊU C U CHUNG Đ I V I DÂY QU N Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai lo i yêu cầu sau đây: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế t o.
- Yêu c u v v n hành Có thể chia thành yêu cầu về mặt điện và mặt cơ a) Về mặt điện Khi vận hành dây quấn máy biến áp có điện áp, do đó cách điện c a máy biến áp ph i t t, nghĩa là ph i chịu được điện áp làm việc bình thư ng và quá điện áp do đóng cắt m ch trong lưới điện hay do quá điện áp thiên nhiên gây nên.
- Quá điện áp do đóng cắt với điện áp làm việc bình thư ng, thư ng ch yếu là đ i với cách điện chính c a máy biến áp, t c là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với v máy.
- Còn quá điện áp do sét đánh lên đư ng dây thư ng nh hư ng cách điện dọc c a máy biến áp.
- T c là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây c a từng dây quấn.
- b) Về mặt cơ học Dây quấn không bị biến d ng hoặc hư h ng dưới tác dụng c a lực cơ học do dòng điện ngắn m ch gây nên.
- c) Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bình thư ng cũng như trong trư ng hợp ngắn m ch, trong một th i gian nhất định, dây quấn không được nóng quá nhiệt độ cho phép.
- L a ch n k t c u dây qu n h áp Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu nào là ph i tùy thuộc vào yêu cầu về vận hành và chế t o trong nhiệm vụ thiết kế.
- Trước hết ta ph i xác định tiết diện c a mỗi vòng dây c a dây quấn h áp theo biểu th c: s= It Δ tb ( m 2 ) (3-1) Δ tb : mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn được xác định theo biểu th c: Δ tb = 0,746.k f .
- p n .u v .10 4 ( A / m 2 ) S .d 12 Trong đó uv là điện áp c a một vòng dây được xác định theo công th c: uv=4,44.f.St.Bt V) -Trọng lượng sắtGFe=5164kg ,trọng lượng đồng GCu=4773kg -mật độ dòng điện j=2,2192A/mm2, ng suất dây quấn cho phép là σ cp=26,82 Mpa, Tổn hao không t i Po=8440,1W Ta có s vòng dây c a một pha dây quấn h áp = 361,5(vòng) U f2 12700 w2.
- chọn dây quấn hình ng, dây dẫn hình chữ nhật, s2’=84,82(mm2)với a=5,1mm;b=16,8mm.
- Với dây quấn hình ng kép hai lớp quấn n i tiếp với nhau.
- Như vậy đầu dây lớp trong và đuôi dây lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha dây quấn.
- Giữa hai lớp dây quấn có rãnh dầu làm mát dày 6 (mm)Dây quấn đ ng 3.2.2.
- M t đ dòng đi n th c c a sây qu n Δ2 = If A/mm2) s2 84,82 -S lớp dây:n vây ta quấn thành 2lớp, mỗi lớp có 181vòng - Chi u cao tính toán c a dây qu n h áp l2=hv2(w m) l2=lv2(w cm) trị s m là chiều cao tăng lên kể đến việc quấn không chặt lấy bằng 7,6 mm: a 01 a 2 a' a d D' 2 D'' 2 h b b' a 21 Hình 3-1: Dùng để xác định kích thước c a dây quấn h áp - B dày c a dây qu n h áp: đ i với dây quấn hình ng kép ta có a2=(4.a’+3a mm), trong đó a’ bề dày một lớp kể c cách điện a22 là bề rộng rãnh dầu giữa hai lớp.
- π (D2’+D2’’)l2 trong đó n là s rãnh dầu dọc trục c a dây quấn h áp: n=1, k=0,75 là hệ s kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác.
- B trí dây qu n h áp Dây quấn h áp được quấn thành b n lớp.
- Vì dây quấn h áp làm bằng dây dẫn hình chữ nhật nên để quấn được dây dọc theo đư ng tròn trụ ta b trí 12 căn dọc bằng gỗ.
- Quấn xong lớp th nhất ta l i đặt 12 căn dọc với kích thước 6x20x 454 mm để làm rãnh dầu dọc trục làm mát dây quấn.
- Hình 3-2: Dây quấn h áp 3.3.
- =54,26(mm2) 2,28 - Theo b ng VI.1 ch n dây qu n cao áp: với S=7500(KVA), Uf1=35(KV), If1=123,72 (A) ta chọn kiểu dây quấn tiết diện chữ nhật có các kích thước a=3,28;b=16,8mm;s=54,62mm2 Cách điện hai phía c a dây dẫn là 2.
- δ =3.2=6 (mm), chỉ dùng một sợi dây n=1 - M t đ dòng đi n th c Δ1 = I f A/mm2) s1 54,62 - S vòng dây trong m t l p: theo công th c 13-44a tài liệu 1 l1=lv1(wl1+1)+1Æ105=0,328(wl1+1)+1Æwl1=316vòng 576 -S lớp dây cuộn cao áp:n Vậy ta quấn thành 2 lớp , mỗi lớp có 288 vòng - B dàydây qu n cao áp a1=2a’+a11 a11=3cm là cách điện giữa 2 lớp dây cao áp a’ là chiều dày 1 sợi dây cao áp a cm - B trí dây qu n Dây quấn cao áp được b trí làm hai nữa có rãnh dầu giữa để tăng cư ng làm mát cho dây quấn.
- Vì nữa bên trong t n nhiệt và làm mát khó hơn nên ta chia s lớp ít hơn, a 01 a a a 2 12 1 d Hình 3-4: B trí dây quấn để xác D' 2 D'' định kích thước dây quấn 2 D' 1 D'' 1 a 21 a 11 - Đi n áp làm vi c gi a hai l p k nhau: U11=2.w11.uv V) Căn c vào U11 tra b ng 26 tài liệu 1 ta tra ra cách điện giữa các lớp U V cách điện giữa các lớp gồm 40 lớp giấy cáp chiều dày c a mỗi lớp δ = 0,12 mm.
- Đầu thừa cách điện lớp một đầu dây quấn lđl=30 mm Kích thước rãnh dầu dọc giữa dây quấn cao áp tra b ng 44b tài liệu 1 ta có a11=6mm - Đ ờng kính trong c a dây qu n cao áp D1’=D2’’+2.a cm.
- a12 là bề rộng rãnh dầu giữa dây quấn cao áp và h áp a12=27mm tra theo điện áp thử c a cuộn cao áp D2’’ đư ng kính ngoài c a cuộn h áp - Đ ờng kính ngoài c a dây qu n cao áp D1’’=D1’+2.a1=45,728+2.
- cm - Tr ng l ng c a dây qu n cao áp Trọng lượng c a dây quấn cao áp tính theo công th c 4-4a trang 103 tài liệu 1 D ' 1 + D.
- B mặt làm l nh c a dây qu n cao áp L1=lv1(wl cm Đ i với dây quấn cao áp có hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm l nh tổ lớp trong quấn trực tiếp lên ng cách điện thì có ba mặt làm l nh bề mặt làm l nh được tính theo công th c 3-42c trang 94 tài liệu 1 M1=1,5.t.k.
- π m2 Hình 3-5: Dây quấn cao áp : a1 vành đệm bằng cách điện 2- dây quấn 3- tấm lót cách điện lớp a11 Đ i với dây quấn cao áp dây dẫn tròn, nên dây quấn được quấn trên ng nhựa bakelit chiều dày ng bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cư ng làm mát giữa dây quấn cao áp ta làm rãnh dầu dọc trục để t o rãnh dầu ta b trí 12 căn dọc bằng gỗ để định d ng dây quấn kích thước căn dọc như sau 6x20x454 mm.
- Sau khi thiết kế xong dây quấn ta ph i tính toán kiểm tra xem dây quấn thiết kế có đ m b o yêu cầu kỹ thuật đặt ra như tổn hao ngắn m ch, điện áp ngắn m ch.
- Dây quấn có chịu được lực cơ học khi ngắn m ch CH NG 4 TÍNH TOÁN NG N M CH 4.1.
- XÁC Đ NH T N HAO NG N M CH Tổn hao ngắn m ch c a máy biến áp là tổn hao trong dây quấn khi ngắn m ch một dây quấn còn dây quấn kia đặt điện áp ngắn m ch Un để cho dòng điện trong c hai dây quấn đều bằng định m c.
- Tổn hao ngắn m ch có thể chia ra các thành phần như sau - Tổn hao chính, t c là tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và h áp do dòng điên gây ra pCu1 và pCu2 - Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông t n xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân b không đều trong tiết diện gây ra pf1và pf2 - Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1, pr2 - Tổn hao phụ trong dây dẫn ra.
- T n hao chính - Tổn hao trong dây quấn h áp pCu2=2,4 Δ2 2 GCu2=2,4.2,322.
- Tổn hao trong dây quấn cao áp pCu1=2,4 Δ21 GCu1=2,4.
- Trị s này đôi với mỗi lo i dây quấn sẽ khác nhau.
- Ngư i ta đã tìm ra biểu th c tính toán c a kf như sau: B - Dây qu n h áp n dây dẫn m dây dẫn n k 2 1 Hình 4-1 : Dùng để xác định tổn hao l b trong dây quấn h áp a φδ Đ i với dây dẫn h áp với dây quấn hình chữ nhật với n=2 theo công th c 4-10a kf .
- β 2 a4.(n Dây qu n cao áp n dây dẫn Hình 4-2: Dùng để xác định tổn hao trong m l dây dây quấn cao áp dẫn φδ Đ i với dây quấn cao áp dùng dây dẫn tròn theo công th c 4-10c trang 105 tài liệu 1 ta có kf β d4.n2 2 trong đó β = d .m .k r , d=1,56 mm là đư ng kính dây dẫn tròn, m=200 l β= .k r = d .m β l 394 2 kf d .n T n hao đ ng trong dây qu n pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=17036,62.
- T n hao chính trong dây dẫn ra Tương tự như tổn hao trong dây quấn tổn hao trong dây dẫn ra xác định bằng biểu th c - Đ i v i dây qu n h áp pr2=2,4.
- lr2 chiều dài c a dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đ i với dây quấn h áp n i sao theo 4-14 trang 106 tài liệu1 ta có: lr2=7,5l cm , sr2 tiết diện c a dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây c a cuộn h áp sr2=84,82 mm2, γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng c a đồng Gr2=lr2.sr2.
- Vì kích thước thùng dầu chưa biết thì đ i với máy biến áp hai dây quấn ta tính gần đúng theo công th c sau 4- 21 tài liệu 1 pt=10.k.S, trong đó k là hệ s xác định theo b ng 40a tài liệu 1 k=0,03-0,04 ta chọn k=0,03 pt=10.k.S W) 4.1.5