›
›

Giáo trình Kĩ thuật điện - Phần 2: Máy điện - Nguyễn Hồng Anh

pdf 45 trang huongle 4600
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kĩ thuật điện - Phần 2: Máy điện - Nguyễn Hồng Anh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ki_thuat_dien_phan_2_may_dien_nguyen_hong_anh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kĩ thuật điện - Phần 2: Máy điện - Nguyễn Hồng Anh

  1. 72 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Bäü män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh Kyî thuáût Âiãûn Biãn soaûn: Nguyãùn Häöng Anh, Buìi Táún Låüi, Nguyãùn Vàn Táún, Voî Quang Sån Pháön II MAÏY ÂIÃÛN Chæång 5 KHAÏI NIÃÛM CHUNG VÃÖ MAÏY ÂIÃÛN 5.1. ÂËNH NGHÉA VAÌ PHÁN LOAÛI 5.1.1. Âënh nghéa Maïy âiãûn laì thiãút bë âiãûn tæì, nguyãn lyï laìm viãûc dæûa vaìo hiãûn tæåüng caím æïng âiãûn tæ,ì vãö cáúu taûo gäöm maûch tæì (loîi theïp) vaì maûch âiãûn (dáy quáún), duìng âãø biãún âäøi caïc daûng nàng læåüng nhæ cå nàng thaình âiãûn nàng (maïy phaït âiãûn) hoàûc ngæåüc laûi nhæ âiãûn nàng thaình cå nàng (âäüng cå âiãûn), hoàûc duìng âãø biãún âäøi caïc thäng säú âiãûn nàng nhæ âiãûn aïp, doìng âiãûn, táön säú, säú pha 5.1.2. Phán loaûi maïy âiãûn Maïy âiãûn coï nhiãöu loaûi vaì coï nhiãöu caïch phán loaûi khaïc nhau. ÅÍ âáy ta phán loaûi maïy âiãûn dæûa vaìo nguyãn lyï biãún âäøi nàng læåüng nhæ sau : 1. Maïy âiãûn ténh : Maïy âiãûn ténh laìm viãûc dæûa vaìo hiãûn tæåüng caím æïng âiãûn tæì, do sæû biãún âäøi tæì thäng trong caïc cuäün dáy khäng coï sæû chuyãøn âäüng tæång âäúi våïi nhau. Maïy âiãûn ténh thæåìng duìng âãø biãún âäøi caïc thäng säú âiãûn nàng nhæ maïy biãún aïp biãún âiãûn aïp xoay chiãöu thaình âiãûn aïp xoay chiãöu coï giaï trë khaïc, 2. Maïy âiãûn quay (hoàûc coï loaûi chuyãøn âäüng thàóng): Maïy âiãûn quay laìm viãûc dæûa vaìo hiãûn tæåüng caím æïng âiãûn tæì, læûc âiãûn tæì do tæì træåìng vaì doìng âiãûn trong caïc cuäün dáy gáy ra. Loaûi maïy náöy duìng âãø biãún âäøi daûng nàng læåüng nhæ cå nàng thaình âiãûn nàng (maïy phaït âiãûn) hoàûc ngæåüc laûi nhæ âiãûn nàng thaình cå nàng (âäüng cå âiãûn). Quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng naìy coï tênh thuáûn nghëch nghéa laì maïy âiãûn coï thãø laìm viãûc åí chãú âäü maïy phaït âiãûn hoàûc âäüng cå âiãûn.
  2. 73 Så âäö phán loaûi maïy âiãûn thæåìng gàûp nhæ sau : Maïy âiãûn Ma ïy âiãûn ténh Maïy âiãûn quay Maïy âiãûn xoay chiãöu Maïy âiãûn mäüt chiãöu Maïy âiãûn Maïy âiãûn âäöng bäü khäng âäöng bäü Maïy Âäüng Maïy Âäüng Maïy Âäüng phaït cå phaït cå âiãûn phaït cå Maïy âiãûn âiãûn âiãûn khäng âiãûn âiãûn biã ún âäöng âäöng khäng âäöng mäüt mäüt aïp bäü bäü âäöng bäü bäü chiãöu chiãöu 5.2. CAÏC ÂËNH LUÁÛT ÂIÃÛN TÆÌ CÅ BAÍN DUÌNG TRONG MAÏY ÂIÃÛN Trong nghiãn cæïu maïy âiãûn ta thæåìng duìng caïc âënh luáût sau : âënh luáût caím æïng âiãûn tæì, âënh luáût læûc âiãûn tæì vaì âënh luáût maûch tæì. Caïc âënh luáût naìy âaî âæåüc trçnh baìy trong giaïo trçnh váût lyï, åí âáy nãu laûi nhæîng âiãøm chênh aïp duûng cho nghiãn cæïu maïy âiãûn. 5.2.1. Âënh luáût caím æïng âiãûn tæì. 1. Træåìng håüp tæì thäng xuyãn qua voìng dáy biãún thiãn. Khi tæì thäng Φ = Φ(t) xuyãn qua voìng dáy biãún thiãn trong voìng dáy seî caím æïng sæïc âiãûn âäüng (sââ) e(t). Sââ âoï coï chiãöu sao cho doìng âiãûn do noï sinh ra taûo ra tæì thäng chäúng laûi sæû biãún thiãn cuía tæì thäng sinh ra noï (hçnh 5.1). Sââ caím æïng trong mäüt voìng dáy âæåüc tênh theo Φ cäng thæïc Màõcxoen : dΦ e e = − [V] (5.1) dt Nãúu cuäün dáy coï N voìng, sââ caím æïng laì: dΦ dΨ e= − N = − (5.2) dt dt Hçnh 5.1 Chiãöu dæång sââ trong âoï, Ψ =N Φ [Wb] goüi laì tæì thäng moïc voìng caím æïng phuì håüp våïi tæì thäng cuía cuäün dáy theo qui tàõc vàûn nuït chai
  3. 74 1. Træåìng håüp thanh dáùn chuyãøn âäüng trong tæì træåìng. Khi thanh dáùn chuyãøn âäüng thàóng goïc våïi âæåìng sæïc tæì træåìng (âáy laì træåìng håüp thæåìng gàûp nháút trong maïy âiãûn), trong thanh dáùn caím æïng sââ coï trë säú laì: e = Blv (5.3) trong âoï : B: cæåìng âäü tæì caím [T]. l : chiãöu daìi taïc duûng cuía thanh dáùn [m]. v: täúc âäü daìi cuía thanh dáùn [m/s] Coìn chiãöu sââ caím æïng xaïc âënh theo qui tàõc Hçnh 5.2 Xaïc âënh sââ caím æïng baìn tay phaíi (hçnh 5.2). theo qui tàõc baìn tay phaíi 5.2.2. Âënh luáût læûc âiãûn tæì Khi thanh dáùn mang doìng âiãûn âàût thàóng goïc våïi âæåìng sæïc tæì træåìng, thanh dáùn seî chëu mäüt læûc i âiãûn tæì taïc duûng coï trë säú laì: f = Bil (5.4) Trong âoï, B : cæåìng âäü tæì caím, [T]. i : doìng âiãûn chaûy trong thanh dáùn, [A]. l : chiãöu daìi thanh dáùn, [m]. f : læûc âiãûn tæì âo bàòng Niuton, [N] Hçnh 5.3 Xaïc âënh læûc âiãûn tæì Chiãöu cuía læûc âiãûn tæì f âæåüc xaïc âënh theo qui tàõc theo qui tàõc baìn tay traïi baìn tay traïi (hçnh 5.3). 5.2.3. Âënh luáût maûch tæì. Tênh toaïn maûch tæì 1. Âënh luáût maûch tæì: Loîi theïp cuía maïy âiãûn laì maûch tæì. Maûch tæì laì maûch kheïp kên duìng âãø dáùn tæì thäng. Âënh luáût maûch tæì laì âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön aïp duûng vaìo maûch tæì. Näüi dung cuía âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön nhæ sau : φ φ i i i3 r 1 2 H i l ,S r i l(L) 1 1 1 ld N N1 l ,S 2 2 (L) N2 i2 Hçnh 5.4 Minh hoüa âënh Hçnh 5.5 Maûch tæì âäöng Hçnh 5.6 Maûch tæì coï khe håí luáût doìng âiãûn toaìn pháön nháút coï mäüt cuäün dáy khäng khê vaì hai cuäün dáy
  4. 75 r Nãúu H laì vectå cæåìng âäü tæì træåìng do mäüt táûp håüp doìng âiãûn i1, i2, ik, , in. taûo ra vaì nãúu L laì mäüt âæåìng cong kên bao quanh chuïng thç: r r ∫ Hdl= ∑ ik (L) r Våïi ld laì âäü dåìi vi phán trãn L (hçnh 5.4). Dáúu cuía ik xaïc âënh theo qui tàõc vàûn r nuït chai: Quay caïi vàûn nuït chai theo chiãöu ld , chiãöu tiãún cuía vàûn nuït chai truìng våïi chiãöu doìng âiãûn ik thç doìng âiãûn ik mang dáúu dæång, coìn ngæåüc laûi láúy dáúu ám. Âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön aïp duûng vaìo maûch tæì âäöng nháút coï mäüt cuäün dáy nhæ hçnh 5.5, ta coï nhæ sau: H.l = Ni = F B 1 l Våïi: Hl = l = Φ =R Φ μ μ S μ Váûy Hl= Rμ Φ = Ni= F (5.5) Trong âoï: H[At/m]: Cæåìng âäü tæì træåìng trong maûch tæì. B=μH [T] : Tæì caím (máût âäü tæì thäng) trong maûch tæì. μ = μr μo [H/m]: Âäü tæì tháøm tuyãût âäúi cuía maûch tæì. -7 μo = 4π.10 [H/m] : âäü tæì tháøm cuía khäng khê. μr =μ /μo : Âäü tæì tháøm tæång âäúi cuía maûch tæì. l[m] : Chiãöu daìi trung bçnh cuía maûch tæì. N: Säú voìng dáy cuía cuäün dáy. i[A]: goüi laì doìng âiãûn tæì hoïa, taûo ra tæì thäng cho maûch tæì. F = Ni [A.t]: goüi laì sæïc tæì âäüng (stâ) H.l : goüi laì tæì aïp råi trong maûch tæì. S[m2] : tiãút diãûn ngang cuía maûch tæì. 1 l R = [At/Wb] tæì tråí cuía maûch tæì. μ μ S Cuîng aïp duûng âënh luáût doìng âiãûn toaìn pháön vaìo maûch tæì gäöm hai âoaûn coï hiãöu daìi l1 vaì l2 tiãút diãûn S1 vaì S2, nhæ hçnh 5.6, ta coï: H1.l1 + H2.l2 = N1.i1 - N2.i2 Trong âoï: H1,H2[At/m]: Cæåìng âäü tæì træåìng tæång æïng trong âoaûn maûch tæì 1, 2. l1, l2[m] : Chiãöu daìi trung bçnh cuía âoaûn maûch tæì 1, 2ì. i1.N1,i2.N2 [At]: Stâ cuía cuäün dáy 1, 2. Mäüt caïch täøng quaït, maûch tæì gäöm m âoaûn gheïp näúi tiãúp, âënh luáût maûch tæì âæåüc viãút: m m n n ∑Hj l j = ∑ R μ j. Φ = ∑Nk i k = ∑ Fk = F (5.6) j= 1 j= 1 k= 1 k= 1
  5. 76 trong âoï, doìng âiãûn ik naìo coï chiãöu phuì håüp våïi chiãöu tæì thäng Φ âaî choün theo qui tàõc vàûn nuït chai seî mang dáúu dæång, coìn ngæåüc laûi seî mang dáúu ám; j - chè säú tãn caïc âoaûn maûch tæì; k - chè säú tãn cuäün dáy coï doìng âiãûn. 2. Tênh toaïn maûch tæì: Viãûc tênh toaïn maûch tæì thæåìng gàûp hai loaûi baìi toaïn sau : Baìi toaïn thuáûn : Cho biãút tæì thäng Φ, tçm stâ F = Ni âãø taûo ra tæì thäng âoï. Caïch giaíi : Tiãún haình gäöm ba bæåïc sau :(xeït maûch tæì gäöm j âoaûn näúi tiãúp, tæì thäng Φ bàòng nhau åí moüi tiãút diãûn Sj trong caïc âoaûn maûch tæì ). Bæåïc 1: Tênh tæì caím mäùi âoaûn maûch tæì : Bj = Φ/Sj ; j laì chè säú tãn âoaûn maûch tæì. Suy ra cæåìng âäü tæì træåìng Hj nhæ sau: Nãúu âoaûn maûch tæì laì váût liãûu sàõt tæì, tra âæåìng cong tæì hoïa B = f(H) âãø tçm H. Nãúu âoaûn maûch tæì laì khe håí khäng khê thç H0 = B0/μo . Bæåïc 2: Suy ra stâ täøng âãø taûo ra tæì thäng Φ tæì cäng thæïc (5.6): m F= ∑ Hj l j (5.7) j= 1 Bæåïc 3: Tuìy theo baìi toaïn maì ta tçm âæåüc doìng âiãûn i hoàûc säú voìng dáy W. Baìi toaïn ngæåüc : Biãút stâ F, tçm tæì thäng Φ. Loaûi baìi toaïn náöy phæïc taûp. Do váût liãûu tæì coï âäü tæì tháøm μ phuû thuäüc tæì thäng Φ nãn tæì tråí Rμ cuîng phuû thuäüc Φ. Vç chæa biãút Φ nãn cuîng chæa biãút Rμ. Phæång trçnh (5.6) tråí thaình: m ∑Rμj (Φ ) Φ = F( Φ ) (5.8). j=1 Âáy laì phæång trçnh phi tuyãún, thæåìng duìng phæång phaïp gáön âuïng âãø giaíi. 5.3. CAÏC VÁÛT LIÃÛU CHÃÚ TAÛO MAÏY ÂIÃÛN Váût liãûu chãú taûo maïy âiãûn gäöm váûy liãûu cáúu truïc, váût liãûu taïc duûng vaì váût liãûu caïch âiãûn. Váût liãûu cáúu truïc laì váût liãûu âãø chãú taûo caïc chi tiãút chëu caïc taïc âäüng cå hoüc nhæ truûc, äø truûc, thán maïy, nàõp. Váût liãûu taïc duûng laì váût liãûu duìng âãø chãú taûo nhæîng bäü pháûn dáùn âiãûn vaì tæì. Coìn váût liãûu caïch âiãûn duìng âãø caïch âiãûn giæîa pháön dáùn âiãûn våïi khäng dáùn âiãûn vaì giæîa caïc pháön dáùn âiãûn våïi nhau.
  6. 77 5.3.1. Váût liãûu dáùn âiãûn Váût liãûu dáùn âiãûn âãø chãú taûo maïy âiãûn täút nháút laì âäöng vç chuïng khäng âàõt làõm vaì coï âiãûn tråí suáút nhoí. Ngoaìi ra coìn duìng nhäm vaì caïc håüp kim khaïc nhæ âäöng thau, âäöng phäútpho. Dáy âäöng hoàûc dáy nhäm âæåüc chãú taûo theo tiãút âiãûn troìn hoàûc tiãút âiãûn chæî nháût coï boüc caïch âiãûn. Våïi nhæîng maïy coï cäng suáút nhoí vaì trung bçnh, âiãûn aïp dæåïi 1000V thæåìng duìng dáy dáùn boüc ãmay vç låïp caïch âiãûn cuía noï moíng vaì âaût âäü bãön yãu cáöu. 5.3.2. Váût liãûu dáùn tæì Váût liãûu dáùn tæì trong maïy âiãûn laì váût liãûu sàõt tæì nhæ theïp kyî thuáût âiãûn, gang, theïp âuïc, theïp reìn ÅÍ caïc pháön dáùn tæì B[T] coï tæì thäng biãún âäøi våïi 2.0 táön säú 50Hz thæåìng Theïp KTÂ 1.6 duìng theïp laï kyî thuáût Theïp âuïc âiãûn daìy 0,35 ÷ 1mm, 1.2 trong thaình pháön theïp coï 0.8 tæì 2 ÷ 5% silêc âãø tàng Gang âiãûn tråí cuía theïp, giaím 0.4 doìng âiãûn xoaïy. Theïp kyî H thuáût âiãûn âæåüc chãú taûo 500 1000 1500 2000 2500 3000 bàòng phæång phaïp caïn noïng hoàûc caïn nguäüi. Hçnh 5.7 Âæåìng cong tæì hoïa cuía mäüt säú váût liãûu Hiãûn nay thæåìng duìng theïp caïn nguäüi âãø chãú taûo caïc maïy âiãûn vç theïp caïn nguäüi coï âäü tæì tháøm cao hån vaì suáút täøn hao nhoí hån theïp caïn noïng. Trãn hçnh 5.7 trçnh baìy âæåìng cong tæì hoaï cuía mäüt säú váût liãûu dáùn tæì khaïc nhau. Cuìng mäüt doìng âiãûn kêch tæì, ta tháúy theïp kyî thuáût âiãûn coï tæì caím låïn nháút, sau âoï laì theïp âuïc vaì cuäúi cuìng laì gang. ÅÍ caïc pháön dáùn tæì coï tæì thäng khäng âäøi thæåìng duìng theïp âuïc, theïp reìn, hoàûc theïp laï. 5.3.3. Váût liãûu caïch âiãûn Váût liãûu caïch âiãûn trong maïy âiãûn phaíi coï cæåìng âäü caïch âiãûn cao, chëu nhiãût täút, taín nhiãût täút, chäúng áøm vaì bãön vãö cå hoüc. Caïch âiãûn boüc dáy dáùn chëu âæåüc nhiãût âäü cao thç nhiãût âäü cho pheïp cuía dáy dáùn caìng låïn vaì dáy dáùn chëu âæåüc doìng taíi låïn. Cháút caïch âiãûn cuía maïy âiãûn pháön låïn åí thãø ràõn vaì gäöm coï 4 nhoïm:
  7. 78 a) Cháút hæîu cå thiãn nhiãn nhæ giáúy, luûa b) Cháút vä cå nhæ amiàng, mica, såüi thuíy tinh. c) Caïc cháút täøng håüp. d) Caïc loaûi men vaì sån caïch âiãûn. Cháút caïch âiãûn täút nháút laì mica nhæng âàõt. Giáúy, vaíi, såüi reí nhæng dáùn nhiãût vaì caïch âiãûn keïm, dãù bë áøm. Vç váûy chuïng phaíi âæåüc táøm sáúy âãø caïch âiãûn täút hån. Càn cæï âäü bãön nhiãût, váût liãûu caïch âiãûn âæåüc chia ra caïc cáúp nhæ sau: - Cáúp Y : Nhiãût âäü cho pheïp laì 900C, bao gäöm bäng, giáúy, vaíi, tå luûa, såüi täøng håüp, khäng âæåüc táøm sáúy bàòng sån caïch âiãûn. - Cáúp A : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1050C, bao gäöm vaíi såüi xenlulä, såüi tæû nhiãn hoàûc nhán taûo âæåüc qua táøm sáúy bàòng sån caïch âiãûn. - Cáúp E : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1200C, bao gäöm maìng vaíi, såüi täøng håüp gäúc hæîu cå coï thãø chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp B : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1300C, bao gäöm caïc váût liãûu gäúc mica, såüi thuíy tinh hoàûc amiàng âæåüc liãûn kãút bàòng sån hoàûc nhæûa gäúc hæîu cå coï thãø chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp F : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1550C, giäúng nhæ loaûi B nhæng âæåüc táøm sáúy vaì kãút dênh bàòng sån hoàûc nhæûa täøng håüp coï thãø chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp H : Nhiãût âäü cho pheïp laì 1800C, giäúng nhæ cáúp B nhæng duìng sån táøm sáúy hoàûc cháút kãút dênh gäúc silic hæîu cå hoàûc caïc cháút täøng håüp coï khaí nàng chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. - Cáúp C : Nhiãût âäü cho pheïp laì >1800C, bao gäöm caïc váût liãûu gäúc mica, thuíy tinh vaì caïc håüp cháút cuía chuïng duìng træûc tiãúp khäng coï cháút liãn kãút. Caïc cháút vä cå coï phuû gia liãn kãút bàòng hæîu cå vaì caïc cháút täøng håüp coï khaí nàng chëu âæåüc nhiãût âäü tæång æïng. Ngoaìi ra coìn coï cháút caïch âiãûn åí thãø khê (khäng khê) vaì thãø loíng (dáöu biãún aïp). Khi maïy âiãûn laìm viãûc, do taïc âäüng cuía nhiãût âäü, cháún âäüng vaì caïc taïc âäüng lyï hoïa khaïc caïch âiãûn seî bë laîo hoïa nghéa laì máút dáön caïc tênh bãön vãö âiãûn vaì cå. Thæûc nghiãûm cho biãút, khi nhiãût âäü tàng quaï nhiãût âäü laìm viãûc cho pheïp 8-100C thç tuäøi thoü cuía váût liãûu caïch âiãûn giaím âi mäüt næía. 5.4. PHAÏT NOÏNG VAÌ LAÌM MAÏT MAÏY ÂIÃÛN Trong quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng luän coï sæû täøn hao. Täøn hao trong maïy âiãûn gäöm täøn hao sàõt tæì (do hiãûn tæåüng tæì trãù vaì doìng xoaïy) trong theïp, täøn hao âäöng trong dáy quáún vaì täøn hao do ma saït (åí maïy âiãûn quay). Táút caí caïc täøn hao nàng læåüng âãöu biãún thaình nhiãût laìm cho maïy âiãûn noïng lãn.
  8. 79 Âãø laìm maït maïy âiãûn, phaíi coï biãûn phaïp taín nhiãût ra mäi træåìng xung quanh. Sæû taín nhiãût khäng nhæîng phuû thuäüc vaìo bãö màût laìm maït cuía maïy maì coìn phuû thuäüc vaìo sæû âäúi læu khäng khê xung quanh hoàûc cuía mäi træåìng laìm maït khaïc nhæ dáöu maïy biãún aïp Thæåìng voí maïy âiãûn âæåüc chãú taûo coï caïc caïnh taín nhiãût vaì maïy âiãûn coï hãû thäúng quaût gioï âãø laìm maït. Kêch thæåïc cuía maïy, phæång phaïp laìm maït phaíi âæåüc tênh toaïn vaì læûa choün âãø cho âäü tàng nhiãût cuía váût liãûu caïch âiãûn trong maïy khäng væåüt quaï âäü tàng nhiãût cho pheïp, âaím baío cho váût liãûu caïch âiãûn laìm viãûc láu daìi, tuäøi thoü cuía maïy khoaíng 20 nàm. Khi maïy âiãûn laìm viãûc åí chãú âäü âënh mæïc, âäü tàng thiãût cuía caïc pháön tæí khäng væåüt quaï âäü tàng nhiãût cho pheïp. Khi maïy quaï taíi âäü tàng nhiãût cuía maïy seî væåüt quaï nhiãût âäü cho pheïp, vç thãú khäng cho pheïp maïy laìm viãûc quaï taíi láu daìi. 5.5. PHÆÅNG PHAÏP NGHIÃN CÆÏU MAÏY ÂIÃÛN Viãûc nghiãn cæïu maïy âiãûn gäöm caïc bæåïc sau: 1. Mä taí caïc hiãûn tæåüng váût lyï xaíy ra trong maïy âiãûn. 2. Dæûa vaìo caïc âënh luáût váût lyï, viãút phæång trçnh toaïn hoüc mä taí sæû laìm viãûc cuía maïy âiãûn. Âoï laì mä hçnh toaïn cuía maïy âiãûn. 3. Tæì mä hçnh toaïn thiãút láûp mä hçnh maûch, âoï laì maûch âiãûn thay thãú cuía maïy âiãûn. 4. Tæì mä hçnh toaïn vaì mä hçnh maûch, tênh toaïn caïc âàûc tênh vaì nghiãn cæïu maïy âiãûn, khai thaïc sæí duûng theo caïc yãu cáöu cuû thãø. ] R R ^
  9. 80 Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn - Bäü män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh Kyî thuáût Âiãûn Biãn soaûn: Nguyãùn Häöng Anh, Buìi Táún Låüi, Nguyãùn Vàn Táún, Voî Quang Sån Chæång 6 MAÏY BIÃÚN AÏP 6.1. KHAÏI NIÃÛM CHUNG VÃÖ MAÏY BIÃÚN AÏP 6.1.1. Vai troì vaì cäng duûng MBA Âãø dáùn âiãûn tæì nhaì maïy phaït âiãûn âãún häü tiãu thuû cáön phaíi coï âæåìng dáy taíi âiãûn (hçnh 6.1). Thäng thæåìng khoaíng caïch tæì nåi saín xuáút âiãûn âãún häü tiãu thuû låïn, mäüt váún âãö âàût ra laì viãûc truyãön taíi âiãûn nàng âi xa laìm sao cho âaím baío cháút læåüng âiãûn aïp vaì kinh tãú nháút. MBA MBA Maïy phaït âiãûn tàng aïp giaím aïp Âæåìng dáy taíi âiãûn Häü tiãu ∼ thuû âiãûn Hçnh 6.1 Så âäö cung cáúp âiãûn âån giaín Giaí sæí häü tiãu thuû coï cäng suáút P, hãû säú cäng suáút cosϕ, âiãûn aïp cuía âæåìng dáy truyãön taíi laì U, thç doìng âiãûn truyãön taíi trãn âæåìng dáy laì : P I = Ucosϕ Vaì täøn hao cäng suáút trãn âæåìng dáy: 2 2 P ΔPRIR =d = d U2 cos 2 ϕ Trong âoï: Rd laì âiãûn tråí âæåìng dáy taíi âiãûn vaì cosϕ laì hãû säú cäng suáút cuía læåïi âiãûn, coìn ϕ laì goïc lãûch pha giæîa doìng âiãûn I vaì âiãûn aïp U. Tæì caïc cäng thæïc trãn cho ta tháúy, cuìng mäüt cäng suáút truyãön taíi trãn âæåìng dáy, nãúu âiãûn aïp truyãön taíi caìng cao thç doìng âiãûn chaûy trãn âæåìng dáy seî caìng beï, do âoï troüng læåüng vaì chi phê dáy dáùn seî giaím xuäúng, tiãút kiãûm âæåüc kim loaûi maìu, âäöng thåìi täøn hao nàng læåüng trãn âæåìng dáy seî giaím xuäúng. Màût khaïc âãø âaím baío cháút
  10. 81 læåüng âiãûn nàng trong hãû thäúng âiãûn, våïi âæåìng dáy daìi khäng thãø truyãön dáùn åí âiãûn aïp tháúp. Vç thãú, muäún truyãön taíi cäng suáút låïn âi xa ngæåìi ta phaíi duìng âiãûn aïp cao, thæåìng laì 35, 110, 220, 500kV . Trãn thæûc tãú, caïc maïy phaït âiãûn chè phaït ra âiãûn aïp tæì 3 ÷ 21kV, do âoï phaíi coï thiãút bë tàng âiãûn aïp åí âáöu âæåìng dáy. Màût khaïc caïc häü tiãu thuû thæåìng yãu cáöu âiãûn aïp tháúp, tæì 0.4 ÷ 6kV, vç váûy cuäúi âæåìng dáy phaíi coï thiãút bë giaím âiãûn aïp xuäúng. Thiãút bë duìng âãø tàng âiãûn aïp åí âáöu âæåìng dáy vaì giaím âiãûn aïp cuäúi âæåìng dáy goüi laì maïy biãún aïp (MBA). Nhæ váyû MBA duìng âãø truyãön taíi vaì phán phäúi âiãûn nàng. 6.1.2. Âënh nghéa MBA Maïy biãún aïp laì thiãút bë âiãûn tæì ténh, laìm viãûc theo nguyãn lyï caím æïng âiãûn tæì, duìng âãø biãún âäøi mäüt hãû thäúng doìng âiãûn xoay chiãöu åí âiãûn aïp naìy thaình mäüt hãû thäúng doìng âiãûn xoay chiãöu åí âiãûn aïp khaïc, våïi táön säú khäng thay âäøi. 6.1.3. Caïc âaûi læåüng âënh mæïc MBA Caïc âaûi læåüng âënh mæïc cuía MBA qui âënh âiãöu kiãûn kyî thuáût cuía maïy. Caïc âaûi læåüng náöy do nhaì maïy chãú taûo qui âënh vaì ghi trãn nhaîn cuía MBA. 1. Dung læåüng (cäng suáút âënh mæïc) Sâm [VA hay kVA] laì cäng suáút toaìn pháön hay biãøu kiãún âæa ra åí dáy quáún thæï cáúp cuía MBA. 2. Âiãûn aïp så cáúp âënh mæïc U1âm [V hay kV] laì âiãûn aïp cuía dáy quáún så cáúp. 3. Âiãûn aïp thæï cáúp âënh mæïc U2âm [V hay kV] laì âiãûn aïp cuía dáy quáún thæï cáúp khi MBA khäng taíi vaì âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så cáúp laì âënh mæïc. 4. Doìng âiãûn så cáúp âënh mæïc I1âm [A hay kA] vaì thæï cáúp âënh mæïc I2âm laì nhæîng doìng âiãûn cuía dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp æïng våïi cäng suáút vaì âiãûn aïp âënh mæïc. Âäúi våïi MBA ba pha âiãûn aïp vaì doìng âiãûn ghi trãn nhaîn maïy laì âiãûn aïp vaì doìng âiãûn dáy. Âäúi våïi MBA mäüt pha: Sâm Sâm I1â m = ; I2â m = (6.1) U1â m U2â m Âäúi våïi MBA ba pha: Sâm Sâm I1â m = ; I2â m = (6.2) 3U1â m 3U 2â m 5. Táön säú âënh mæïc fâm[Hz]. Caïc MBA âiãûn læûc coï táön säú cäng nghiãûp 50Hz. Ngoaìi ra trãn nhaîn MBA coìn ghi caïc säú liãûu khaïc nhæ : säú pha m, så âäö vaì täø näúi dáy 6.1.4. Caïc loaûi maïy biãún aïp chênh 1. MBA læûc duìng âãø truyãön taíi vaì phán phäúi cäng suáút trong hãû thäúng âiãûn læûc. 2. MBA chuyãn duìng cho caïc loì luyãûn kim, caïc thiãút bë chènh læu, MBA haìn
  11. 82 3. MBA tæû ngáùu duìng âãø liãn laûc trong hãû thäúng âiãûn, måí maïy âäüng cå khäng âäöng bäü cäng suáút låïn. 4. MBA âo læåìng duìng âãø giaím âiãûn aïp vaì doìng âiãûn låïn âæa vaìo caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn hoàûc âãø âiãöu khiãøn. 5. MBA thê nghiãûm duìng âãø thê nghiãûm âiãûn aïp cao. MBA coï ráút nhiãöu loaûi song thæûc cháút hiãûn tæåüng xaíy ra trong chuïng âãöu giäúng nhau. Âãø thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu, sau âáy ta xeït MBA âiãûn læûc mäüt pha hai dáy quáún. 6.2. CÁÚU TAÛO MAÏY BIÃÚN AÏP Cáúu taûo MBA gäöm ba bäü pháûn : loîi theïp, dáy quáún vaì voí maïy. 6.2.1. Loîi theïp MBA. Loîi theïp MBA (hçnh 6.2) duìng âãø dáùn tæì thäng, âæåüc chãú taûo bàòng caïc váût liãûu dáùn tæì täút, thæåìng laì theïp kyî thuáût âiãûn coï bãö daìy tæì 0,3 ÷ 1 mm, màût ngoaìi caïc laï theïp coï sån caïch âiãûn räöi gheïp laûi våïi nhau thaình loîi theïp. Loîi theïp gäöm hai pháön: Truû vaì Gäng. Truû T laì pháön âãø âàût dáy quáún coìn gäng G laì pháön näúi liãön giæîa caïc truû âãø taûo thaình maûch tæì kên. G Dáy quáún cao aïp G G T G T G G G G Dáy quáún haû aïp (a) (b) Hçnh 6.2 Maûch tæì MBA mäüt pha. a) kiãøu truû. b) kiãøu boüc 6.2.2. Dáy quáún MBA Dáy quáún MBA (hçnh 6.2) thæåìng laìm bàòng dáy dáùn âäöng hoàûc nhäm, tiãút diãûn troìn hay chæî nháût, bãn ngoaìi dáy dáùn coï boüc caïch âiãûn. Dáy quáún gäöm nhiãöu voìng dáy vaì läöng vaìo truû theïp. Giæîa caïc voìng dáy, giæîa caïc dáy quáún vaì giæîa dáy quáún våïi loîi theïp âãöu coï caïch âiãûn. Maïy biãún aïp thæåìng coï hai hoàûc nhiãöu dáy quáún. Khi caïc dáy quáún âàût trãn cuìng mäüt truû thç dáy quáún âiãûn aïp tháúp âàût saït truû theïp coìn dáy quáún âiãûn aïp cao âàût bãn ngoaìi. Laìm nhæ váûy seî giaím âæåüc váût liãûu caïch âiãûn. 6.2.3. Voí MBA. Voí MBA laìm bàòng theïp gäöm hai bäü pháûn : thuìng vaì nàõp thuìng.
  12. 83 1. Thuìng MBA : Trong thuìng MBA âàût loîi theïp, dáy quáún vaì dáöu biãún aïp. Dáöu biãún aïp laìm nhiãûm vuû tàng cæåìng caïch âiãûn vaì taín nhiãût. Luïc MBA laìm viãûc, mäüt pháön nàng læåüng tiãu hao thoaït ra dæåïi daûng nhiãût laìm dáy quáún, loîi theïp vaì caïc bäü pháûn khaïc noïng lãn. Nhåì sæû âäúi læu trong dáöu vaì truyãön nhiãût tæì caïc bäü pháûn bãn trong MBA sang dáöu vaì tæì dáöu qua vaïch thuìng ra mäi træåìng xung quanh (hçnh 6.3). 400 Hçnh 6.3 MBA dáöu ba pha, hai dáy quáún, 250kVA 2. Nàõp thuìng : Duìng âãø âáûy trãn thuìng vaì coï caïc bäü pháûn quan troüng nhæ : - Sæï ra cuía dáy quáún cao aïp vaì dáy quáún haû aïp. - Bçnh daîn dáöu (bçnh dáöu phuû) - ÄÚng baío hiãøm 6.3. NGUYÃN LYÏ LAÌM VIÃÛC CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP LYÏ TÆÅÍNG Maïy biãún aïp lyï tæåíng coï caïc tênh cháút nhæ sau: 1. Cuäün dáy khäng coï âiãûn tråí. 2. Tæì thäng chaûy trong loîi theïp moïc voìng våïi hai dáy quáún, khäng coï tæì thäng taín vaì khäng coï täøn hao trong loîi theïp. 3. Âäü tæì tháøm cuía theïp ráút låïn (μ = ∞), nhæ váûy doìng tæì hoaï cáön phaíi coï âãø sinh ra tæì thäng trong loîi theïp laì ráút nhoí khäng âaïng kãø, nghéa laì stâ cáön âãø sinh ra tæì thäng trong loîi theïp bàòng khäng.
  13. 84 Hçnh 6.4 veî så âäö nguyãn lyï cuía MBA mäüt pha gäöm loîi theïp vaì hai dáy quáún. Dáy quáún så cáúp coï säú voìng dáy N1 âæåüc näúi våïi nguäön âiãûn aïp xoay chiãöu vaì caïc âaûi læåüng phêa dáy quáún så cáúp thæåìng kyï hiãûu coï chè säú 1 keìm theo nhæ u1, i1, e1, Dáy quáún thæï cáúp coï N2 voìng dáy, cung cáúp âiãûn cho phuû taíi Zt vaì caïc âaûi læåüng phêa dáy quáún thæï cáúp coï chè säú 2 keìm theo nhæ u2, i2 , e2, Khi âàût âiãûn aïp u1 lãn dáy quáún så cáúp, trong dáy quáún så cáúp seî coï doìng âiãûn i1 chaíy qua, trong loîi theïp seî sinh ra tæì thäng Φ moïc voìng våïi caí hai dáy quáún. Tæì thäng naìy caím æïng trong dáy quáún så vaì thæï cáúp caïc sââ e1 vaì e2. Dáy quáún thæï cáúp coï taíi seî sinh ra doìng âiãûn i2 âæa ra taíi våïi âiãûn aïp u2. Nhæ váûy nàng læåüng cuía doìng âiãûn xoay chiãöu âaî âæåüc truyãön tæì dáy quáún så cáúp sang dáy quáún thæï cáúp. Giaí thæí âiãûn aïp âàût vaìo dáy quáún så cáúp laì hçnh sin vaì tæì thäng Φ do noï sinh ra cuîng laì haìm säú hçnh sin vaì coï daûng: Φ = Φ m sin ω t (6.3) Theo âënh luáût caím æïng âiãûn tæì, caïc sââ caím æïng e1, e2 sinh ra trong dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp MBA laì: dΦ e= − N = ωN Φ sin( ω t −900 ) = 2 E sin(ω t − 900 ) (6.4) 1 1 dt 1 m 1 dΦ e= − N = ωN Φ sin( ω t −900 ) = 2 E sin(ω t − 900 ) (6.5) 2 2 dt 2 m 2 trong âoï, E1, E2 laì trë säú hiãûu duûng cuía sââ så cáúp vaì thæï cáúp, cho båíi: ωN1 Φ m E1 = = π2fN1 Φ m = 4,44fN1 Φ m (6.6) 2 ωN2 Φ m E2 = = π2fN2 Φ m = 4,44fN2 Φ m (6.7) 2 Tè säú biãún aïp cuía MBA: E N Φ a =1 = 1 (6.8) i i2 E2 N 2 1 Nãúu boí qua suût aïp gáy ra do âiãûn tråí + + ∼ u1 u2 Zt vaì tæì thäng taín cuía dáy quáún (MBA lyï tæåíng) thç E1 ≈ U1 vaì E2 ≈ U2 : U1 E1 N1 ≈ = = a (6.9) Hçnh 6.4 Så âäö nguyãn lyï cuía U 2 E2 N 2 MBA mäüt pha hai dáy quáún Nãúu boí qua täøn hao trong MBA thç: U1I1 = U2I2 U I Nhæ váûy, ta coï: 1 =2 = a (6.10) U 2 I1 Nãúu N2 > N1 thç U2 > U1 vaì I2 I1 : MBA giaím aïp.
  14. 85 VÊ DUÛ 6.1 Mäüt MBA lyï tæåíng coï cäng suáút 15kVA, âiãûn aïp 2400/240V, táön säú 60Hz. Tiãút diãûn ngang loîi theïp MBA 50cm2 vaì chiãöu daìi trung bçnh cuía loîi 66,67cm. Khi näúi vaìo dáy quáún så cáúp âiãûn aïp 2400V thç tæì caím cæûc âaûi trong loîi theïp laì 1,5T. Xaïc âënh: a. Tè säú biãún aïp (voìng). b. Säú voìng dáy cuía mäùi dáy quáún. Baìi giaíi a. Tè säú biãún aïp (voìng). E N U 2400 a =1 =1 =1 = = 10 E2 N 2 U 2 240 b. Säú voìng dáy cuía mäùi dáy quáún. Tæì thäng cæûc âaûi trong loîi theïp: −4 −3 Φm =B m S =1 , 5 × 50 . 10 = 7 , 5 . 10 Wb Säú voìng cuía dáy quáún så vaì dáy quáún thæï: E1 E1 =4 , 44 fN1 Φm ⇒N1 = 4, 44 fΦ m 2400 N = = 1201 voìng 1 4, ,. 44 60 7 5 10−3 N2 = N1/10 = 1201/10 = 120 voìng. 6.4. CAÏC PHÆÅNG TRÇNH CÁN BÀÒNG CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP 6.4.1. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp Trãn hçnh 6.5 trçnh baìy MBA mäüt pha hai dáy quáún, trong âoï dáy quáún så cáúp näúi våïi nguäön, coï säú voìng N1, dáy quáún thæï cáúp näúi våïi taíi coï täøng tråí Zt, coï säú voìng N2. Khi näúi âiãûn aïp u1 vaìo dáy quáún så cáúp, trong dáy quáún så cáúp coï doìng âiãûn i1 chaûy qua, chiãöu doìng âiãûn i1 âæåüc choün tuyì yï, coìn chiãöu tæì thäng Φ1 do i1 gáy ra phaíi choün phuì håüp våïi i1 theo qui tàõc vàûn nuït chai. Chiãöu sââ e1 vaì e2 phuì håüp våïi chiãöu Φ1 cuîng theo qui tàõc vàûn nuït chai. Theo âënh luáût Lenz, doìng âiãûn i2 (doìng caím æïng) phaíi coï chiãöu sao cho tæì thäng Φ2 do noï sinh ra ngæåüc chiãöu Φ1. Do váûy chiãöu i2 phuì håüp våïi Φ2 (ngæåüc chiãöu Φ1). Täøng âaûi säú tæì thäng chaûy trong loîi theïp Φ = Φ1 - Φ2 âæåüc goüi laì tæì thäng chênh.
  15. 86 Ngoaìi tæì thäng chênh Φ chaûy trong loîi theïp, trong MBA coìn coï tæì thäng taín Φt1 vaì Φt2. Tæì thäng taín khäng chaûy trong loîi theïp maì moïc voìng våïi khäng gian khäng phaíi váût liãûu sàõt tæì nhæ dáöu biãún aïp, váût liãûu caïch âiãûn Váût liãûu náöy coï âäü tæì tháøm beï, do âoï tæì thäng taín nhoí hån ráút nhiãöu so våïi tæì thäng chênh vaì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún sinh ra noï. Tæì thäng taín Φt1 do doìng âiãûn så cáúp i1 gáy ra vaì tæì thäng taín Φt2 do doìng âiãûn thæï cáúp i2 gáy ra. Tæång æïng våïi caïc tæì thäng taín Φt1 vaì Φt2, ta coï âiãûn caím taín Lt1 vaì Lt2 cuía dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp.: N Φ Ψ Φ1 Φ2 L = 1 t1 = 1t 1t i i2 i1 i1 1 + Φ + N 2Φ t2 Ψ 2t t1 L = = ∼ u1 u2 Zt 2t _ Φ _ i2 i 2 t2 Trong âoï: Ψt1 =N 1 Φ t1 laì tæì thäng taín Φ moïc voìng våïi dáy quáún så cáúp; Hçnh 6.5 Tæì thäng MBA mäüt pha hai dáy quáún Ψt2 =N 2 Φ t2 laì tæì thäng taín moïc voìng våïi dáy quáún thæï cáúp. 1. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp dáy quáún så cáúp : Xeït maûch âiãûn så cáúp gäöm nguäön âiãûn aïp u1, sæïc âiãûn âäüng e1, âiãûn tråí dáy quáún så cáúp R1, âiãûn caím taín cuía dáy quáún så cáúp Lt1. AÏp duûng âënh luáût Kirchhoff 2, ta coï phæång trçnh âiãûn aïp så cáúp viãút dæåïi daûng trë säú tæïc thåìi laì: di u= e + L 1 + R i 1 1 1t dt 1 1 Biãøu diãùn dæåïi daûng säú phæïc: UE&&&&1= 1 +j ωLIRI t1 1 + 1 1 (6.11) UE&&&&1= 1 +jX 1IRI 1 + 1 1 U&&1= E 1 + (R 1 +jX 1)I&&& 1 = E 1 + Z 1 I 1 (6.12) trong âoï: Z1 = R1 + jX1 laì täøng tråí phæïc cuía dáy quáún så cáúp. R1 : laì âiãûn tråí cuía dáy quáún så cáúp, X1 = ωLt1 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún så cáúp, Coìn ZI1& 1 laì âiãûn aïp råi trãn dáy quáún så cáúp. 2. Phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp dáy quáún thæï: Maûch âiãûn thæï cáúp gäöm sæïc âiãûn âäüng e2, âiãûn tråí dáy quáún thæï cáúp R2, âiãûn caím taín dáy quáún thæï cáúp Lt2, âiãûn aïp åí hai âáöu cuía dáy quáún thæï cáúp laì u2. AÏp duûng âënh luáût Kirchhoff 2, ta coï phæång trçnh âiãûn aïp thæï cáúp viãút dæåïi daûng trë säú tæïc thåìi laì: di u= e - L 2 - R i 2 2 2t dt 2 2
  16. 87 Biãøu diãùn dæåïi daûng säú phæïc: UE&&&&2= 2 −j ωLIRI t2 2 − 2 2 3() 1 . 6 UE&&&&2= 2 −jX 2IRI 2 − 2 2 4() 1 . 6 U&&2= E 2 − (R 2 +jX 2)I&&& 2 = E 2 − Z 2 I 2 (6.15) trong âoï: Z2 = R2 + jX2 laì täøng tråí phæïc cuía dáy quáún thæï cáúp. R2 : laì âiãûn tråí cuía dáy quáún thæï cáúp, X2 = ωLt2 laì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún thæï cáúp, Coìn ZI2& 2 laì âiãûn aïp råi trãn dáy quáún thæï cáúp. Màût khaïc ta coï: UZI&&2= t 2 ) ( 6 1 . 6 6.4.2. Phæång trçnh cán bàòng doìng âiãûn Âënh luáût Ohm tæì (5.6), aïp duûng vaìo maûch tæì (hçnh 6.5) cho ta: N 1i1 - N2i2 = Rμ Φ 7() 1 . 6 Trong biãøu thæïc (6.12), thæåìng ZIE1&& 1<< 1 nãn E1 ≈ U1. Váûy theo (6.6) tæì thäng cæûc âaûi trong loîi theïp: U1 Φm = ) 8( 1 . 6 4,44fN1 ÅÍ âáy U1 = U1âm, tæïc laì U1 khäng âäøi, theo (6.18) tæì thäng Φm cuîng khäng âäøi. Do âoï vãú phaíi cuía (6.17) khäng phuû thuäüc doìng i1 vaì i2, nghéa laì khäng phuû thuäüc chãú âäü laìm viãûc cuía MBA. Âàûc biãût trong chãú âäü khäng taíi doìng i2 = 0 vaì i1 = i0 laì doìng âiãûn khäng taíi så cáúp. Ta suy ra: N 1i1 - N2i2 = N1i0 (6.19) Hay: NININI1&&& 1− 2 2 = 1 0 (6.20) Chia hai vãú cho N1 vaì chuyãøn vãú, ta coï: N 2 ' &&&&&III1= 0 + 2 =II0 + 2 (6.21) N1 ' &I2 N1 trong âoï: &I2 = laì doìng âiãûn thæï cáúp qui âäøi vãö phêa så cáúp, coìn a = . a N 2 Tæì (6.21) ta tháúy ràòng: doìng âiãûn så cáúp &I1 gäöm hai thaình pháön, thaình pháön doìng âiãûn khäng âäøi &I0 duìng âãø taûo ra tæì thäng chênh Φ trong loîi theïp MBA, thaình pháön doìng âiãûn &I'2 duìng âãø buì laûi doìng âiãûn thæï cáúp &I2 , tæïc laì cung cáúp cho taíi. Khi taíi tàng thç doìng âiãûn &I2 tàng, nãn &I'2 tàng vaì doìng âiãûn &I1 cuîng tàng lãn.
  17. 88 Toïm laûi mä hçnh toaïn cuía MBA nhæ sau: UEZI&&&1= 1 + 1 1 (6.22a) UEZI&&&2= 2 − 2 2 ) b ( 2 2 . 6 ' &&&III1= 0 + 2 ) c( 2 2 . 6 6.5. MAÛCH ÂIÃÛN THAY THÃÚ CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Âãø âàûc træng vaì tênh toaïn caïc quaï trçnh nàng læåüng xaíy ra trong MBA, ngæåìi ta thay maûch âiãûn vaì maûch tæì cuía MBA bàòng mäüt maûch âiãûn tæång âæång gäöm caïc âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng âàûc træng cho MBA goüi laì maûch âiãûn thay thãú MBA. R Φ R 1 Lt1 i 2 Lt2 i1 2 + + + + Z u1 e1 e2 u2 t − − − − (a) &I1 R1 jX1 R’2 jX’2 N N &I 1 2 2 + + &Io + &I &IoX E oR U&&' = aU & 1 2 2 U& Zt U& 1 2 Rfe jXm − − − (b) R jX R’ ' &I1 1 1 2 jX’2 &I2 + &Io + &I &I oX U& oR Z’t 1 E&&1= aE 2 U'& 2 jXm Rfe − − (c) Hçnh 6.6. Maûch âiãûn tæång âæång cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún Trãn hçnh 6.6a trçnh baìy MBA maì täøn hao trong dáy quáún vaì tæì thäng taín âæåüc âàûc træng bàòng âiãûn tråí R vaì âiãûn caím L màõc näúi tiãúp våïi dáy quáún så vaì thæï cáúp.
  18. 89 Nhæ váûy âãø coï thãø näúi træûc tiãúp maûch så cáúp vaì thæï cáúp våïi nhau thaình mäüt maûch âiãûn, caïc dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp phaíi coï cuìng mäüt cáúp âiãûn aïp. Trãn thæûc tãú, âiãûn aïp cuía caïc dáy quáún âoï laûi khaïc nhau (hçnh 6.6a, E1 ≠ E2). Vç váûy phaíi qui âäøi mäüt trong hai dáy quáún vãö dáy quáún kia âãø cho chuïng coï cuìng mäüt cáúp âiãûn aïp. Muäún váûy hai dáy quáún phaíi coï säú voìng dáy nhæ nhau. Thæåìng ngæåìi ta qui âäøi dáy quáún thæï cáúp vãö dáy quáún så cáúp (hçnh 6.6b), nghéa laì coi dáy quáún thæï cáúp coï säú voìng dáy bàòng säú voìng dáy cuía dáy quáún så cáúp. Viãûc qui âäøi chè âãø thuáûn tiãûn cho viãûc nghiãn cæïu vaì tênh toaïn MBA, vç váûy yãu cáöu cuía viãûc qui âäøi laì quaï trçnh váût lyï vaì nàng læåüng xaíy ra trong maïy biãún aïp træåïc vaì sau khi qui âäøi laì khäng âäøi. 6.5.1. Qui âäøi caïc âaûi læåüng thæï cáúp vãö så cáúp. Nhán phæång trçnh (6.22b) våïi a, ta coï: &I &I aU&&= aE − (a2 Z ) 2 = (a2 Z ) 2 (6.23) 2 2 2 a t a ' Âàût : E&&&2 = aE2 = E 1 ) ( 4 2 . 6 ' U&&2 = aU 2 ) ( 5 2 . 6 ' &&I2 = I2 / a ) ( 6 2 . 6 ' 2 ' 2 ' 2 Z2 = a Z2 ; R2 = a R 2 ; X2 = a X 2 (6.27) ' 2 ' 2 ' 2 Zt = a Zt ; Rt = a R t ; Xt = a X t (6.28) Phæång trçnh (6.23) viãút laûi thaình: ' ' ' ' ' ' UEZIZI&&&&2 =2 −2 2 = t 2 (6.29) ' ' ' ' ' Trong âoï: E& 2 , U& 2 , &I2 , Z 2 , Zt tæång æïng laì sââ, âiãûn aïp, doìng âiãûn, täøng tråí dáy quáún vaì täøng tråí taíi thæï cáúp qui âäøi vãö så cáúp. Toïm laûi mä hçnh toaïn MBA sau khi qui âäøi laì : UEZI&&&1= 1 + 1 1 (6.30a) ' ' ' ' ' UEZIZI&&&&2 =2 −2 2 = t 2 (6.30b) ' &&&III1= 0 + 2 ) c( 0 3 . 6 6.5.2. Maûch âiãûn thay thãú chênh xaïc cuía MBA Dæûa vaìo hãû phæång trçnh qui âäøi (6.30a,b,c) ta suy ra mäüt maûch âiãûn tæång æïng goüi laì maûch âiãûn thay thãú cuía MBA (hçnh 6.6c). Xeït phæång trçnh (6.30a), vãú phaíi phæång trçnh coï Z1 &I1 laì âiãûn aïp råi trãn täøng tråí dáy quáún så cáúp Z1 vaì E& 1 laì âiãûn aïp trãn täøng dáùn Ym, âàûc træng cho tæì thäng
  19. 90 chênh vaì täøn hao sàõt tæì. Tæì thäng chênh vaì täøn hao sàõt tæì do doìng âiãûn khäng taíi sinh ra, do âoï ta coï thãø viãút doìng âiãûn khäng taíi gäöm thaình pháön doìng âiãûn taïc duûng IoR vaì thaình pháön doìng phaín khaïng IoX : &&&IIIo= oR + oX (6.31a) E&&E =1 + 1 R fejX m =EGB& 1 fe − j m E& 1 = EY& 1 m (6.31b) trong âoï: Ym = Gfe - jBm laì täøng dáùn tæì hoïa. 1 • Gfe = laì âiãûn dáùn tæì hoïa, coìn Rfe âiãûn tråí tæì hoïa âàûc træng cho täøn R fe hao sàõt tæì trong loîi theïp. Nãúu goüi pFe laì cäng suáút täøn hao sàõt, nhæ váûy : 2 2 pFe = I0R / Gfe = Rfe I0R (6.32) • Xm laì âiãûn khaïng tæì hoïa âàûc træng cho tæì thäng chênh Φ. 1 -jBm = (6.33) jX m våïi Bm laì âiãûn khaïng dáùn. 6.5.3. Maûch âiãûn thay thãú gáön âuïng cuía MBA Âãø tiãûn viãûc tênh toaïn, ta chuyãøn nhaïnh tæì hoïa Ym vãö træåïc täøng tråí Z1, nhæ váûy ta coï så âäö thay thãú gáön âuïng hçnh 6.7a. Thäng thæåìng täøng dáùn nhaïnh tæì hoïa ráút nhoí (Ym << Z1 vaì Z’2), do âoï coï thãø boí qua nhaïnh tæì hoïa (Ym = 0) vaì thaình láûp laûi så âäö thay thãú gáön âuïng (Hçnh 6.7b). Nãúu boí qua caí täøn hao âäöng trong hai dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp (Rn = 0) thç maûch âiãûn thay thãú MBA chè coìn âiãûn khaïng Xn. R jX ' ' &I1 n n &I2 &I1 Rn jXn &I2 + &Io + + + &I &I oX U& 1 oR & 'U 2 Z’t U Z’t & 1 & 'U 2 jXm Rfe − − − − (b) (a) Hçnh 6-7. Maûch âiãûn tæång âæång gáön âuïng cuía MBA mäüt pha hai dáy quáún Khi boí qua nhaïnh tæì hoïa, ta coï: Zn = Z1 + Z’2 = Rn + jXn (6.34)
  20. 91 Trong âoï: Zn = Rn + jXn laì täøng tråí ngàõn maûch cuía MBA; Rn = R1 + R’2 laì âiãûn tråí ngàõn maûch cuía MBA; Xn = X1 + X’2 laì âiãûn khaïng ngàõn maûch cuía MBA. 6.6. GIAÍN ÂÄÖ NÀNG LÆÅÜNG MBA Xeït MBA laìm viãûc åí taíi âäúi xæïng, sæû cán bàòng nàng læåüng dæûa trãn maûch âiãûn thay thãú. P2 P1 Pât pcu2 pFe pcu1 Hçnh 6.8 Giaín âäö nàng læåüng cuía MBA Cäng suáút taïc duûng âæa vaìo dáy quáún så cáúp MBA: P1= U1I1cosϕ1 Cäng suáút naìy buì vaìo : 2 • Täøn hao âäöng trãn âiãûn tråí cuía dáy quáún så cáúp: pcu1= R1I 1 2 • Täøn hao sàõt trong loîi theïp MBA : pFe = RfeIoR Cäng suáút coìn laûi goüi laì cäng suáút âiãûn tæì chuyãøn sang dáy quáún thæï cáúp: Pât = P1 - (pcu1 + pFe ) = E2I2cosΨ2 (6.35) Cäng suáút naìy buì vaìo : 2 ’ ’2 • Täøn hao âäöng trãn âiãûn tråí cuía dáy quáún thæï cáúp: pcu2= R2I 2=R 2I 2 Coìn laûi laì cäng suáút åí âáöu ra MBA : P2 = Pât - pcu2 = U2I2cosϕ2 (6.36) Hiãûu suáút MBA laì tè säú cuía cäng suáút ra våïi cäng suáút vaìo : CS ra P P − p p η = =2 = 1 ∑ =1 − ∑ (6.37) CS vaìo P1 P1 P2 + ∑ p trong âoï: ∑p = pcu1 + pcu2 + pFe: täøng caïc täøn hao trong MBA. 6.7. CHÃÚ ÂÄÜ KHÄNG TAÍI CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Chãú âäü khäng taíi MBA laì chãú âäü maì thæï cáúp håí maûch (I2 = 0), coìn så cáúp âæåüc cung cáúp båíi mäüt âiãûn aïp U1.
  21. 92 6.7.1. Maûch âiãûn thay thãú vaì phæång trçnh cán bàòng Hçnh 6-9a laì maûch âiãûn thæûc, hçnh 6-9b laì maûch âiãûn tæång âæång chênh xaïc, coìn hçnh 6-20c laì maûch âiãûn tæång âæång gáön âuïng. Khi khäng taíi (hçnh 6-9b) doìng âiãûn thæï cáúp I’2 = 0, nãn doìng âiãûn &&II1= o vaì ta coï phæång trçnh laì : U&&1= I 0 (R 1 +jX 1) + & I 0 (Rfe/ / jX m ) (6.38a) hoàûc U&&1= I 0 (Z 1 + Z m ) = & I 0 Z 0 (6.38b) trong âoï: Zm = Rfe // jXm laì täøng tråí nhaïnh tæì hoïa MBA. trong âoï: Z0 = R1 + jX1 + (Rfe // jXm) = Ro + jXo laì täøng tråí khäng cuía taíi MBA, coìn Ro laì âiãûn tråí khäng taíi vaì Xo laì âiãûn khaïng khäng taíi. N N &I1 R1 jX1 1 2 &I2 = 0 &Io + + + &Io + &I1 &IoX &IoX U& 1 &IoR &IoR U& 1 U& 20 U& 1 R jXm R jXm _ _ _ fe _ fe (a) (b) (c) Hçnh 6-9. Chãú âäü khäng taíi cuía MBA. a. Maûch âiãûn thæûc tãú.; b. Maûch âiãûn tæång âæång chênh xaïc; c. Maûch âiãûn tæång âæång gáön âuïng 6.7.2. Âàûc âiãøm cuía chãú âäü khäng taíi 1. Doìng âiãûn khäng taíi Tæì (6.38) ta tênh âæåüc doìng âiãûn khäng taíi nhæ sau: U& 1 U& 1 &Io = = (6.39) Z0 R1+ jX 1 + (Rfe // jX m ) Täøng tråí Z0 thæåìng ráút låïn vç thãú doìng âiãûn khäng taíi nhoí I0 = (1% ÷ 4%)Iâm. 2. Täøn hao khäng taíi Cäng suáút do maïy tiãu thuû luïc khäng taíi P0 gäöm cäng suáút täøn hao trong loîi theïp pFe vaì täøn hao âäöng trãn âiãûn tråí dáy quáún så cáúp pCu1. Vç doìng âiãûn khäng taíi nhoí cho nãn coï thãø boí qua cäng suáút täøn hao trãn âiãûn tråí dáy quáún så. Theo maûch âiãûn thay thãú hçnh 6.9b, ta coï täøn hao khäng taíi : 2 2 2 P0 = R1I0 + RfeI oR ≈ RfeI oR = pFe (6.40) Nhæ váûy coï thãø noïi täøn hao khäng taíi laì täøn hao sàõt trong loîi theïp MBA.
  22. 93 3. Hãû säú cäng suáút khäng taíi Cäng suáút phaín khaïng khäng taíi Q0 ráút låïn so våïi cäng suáút taïc duûng khäng taíi P0. Hãû säú cäng suáút khäng taíi ráút tháúp : P I cosϕ = 0 =oR =0,, 1 ÷ 0 15 (6.41) 0 2 2 I PQ0 + 0 o hoàûc tênh theo P0, U1 vaì I0 hoàûc cäng suáút toaìn pháön khäng taíi So =U1I0 : P0 Po cosϕ0 = = (6.42) UI1 0 So Io U20 Po 6.7.3. Thê nghiãûm khäng taíi MBA A W V V Âãø xaïc âënh hãû säú biãún aïp a, täøn hao sàõt tæì U1âm trong loîi theïp pFe, vaì caïc thäng säú cuía MBA åí chãú âäü khäng taíi, ta thê nghiãûm khäng taíi. Hçnh 6.10 Så âäö näúi dáy thê nghiãûm Så âäö näúi dáy thê nghiãûm khäng taíi (hçnh khäng taíi maïy biãún aïp 6.10). Âàût âiãûn aïp U1 = U1âm vaìo dáy quáún så cáúp, thæï cáúp håí maûch, caïc duûng cuû âo cho ta caïc säú liãûu sau : Watt kãú chè P0 laì cäng suáút khäng taíi; Ampe kãú chè I0 laì doìng âiãûn khäng taíi; coìn Vän kãú chè U1âm vaì U20 laì âiãûn aïp så cáúp vaì thæï cáúp. Tæì âoï ta tênh âæåüc: 1. Hãû säú biãún aïp a: N E U a =1 =1 ≈ 1âm (6.43) N2 E2 U 20 2. Doìng âiãûn khäng taíi pháön tràm I0 i0 % =100 = 1%% ÷ 4 (6.44) I1dm 3. Täøn hao trong loîi theïp 2 pFe = P0 - R1I0 ≈ P0 (6.45) 4. Täøng dáùn nhaïnh tæì hoaï Po + Âiãûn tråí khäng taíi : Ro = 2 (6.46) Io U1dm + Täøng tråí khäng taíi : Z0 = (6.47) I0 + Âiãûn khaïng khäng taíi. Do Rfe >> Xm nãn xem Rfe = ∞, váûy : 2 2 XXXZR0= 1 + m =0 − 0 (6.48)
  23. 94 Âiãûn khaïng tæì hoïa Xm >> X1, nãn láúy gáön âuïng bàòng: 1 Xm = X0 hay Bm = (6.49) X m U1âm U1âm Thæåìng doìng âiãûn IoR << IoX, nãn X m ≈ hoàûc X m = . Io Io sin ϕ o + Âiãûn tråí âàûc træng täøn hao theïp: boí qua täøn hao âäöng trong dáy quáún så cáúp khi khäng taíi (R1 = 0, hçnh 6.9c), ta coï âiãûn tråí âàûc træng täøn hao theïp laì : 2 U1âm Po R fe = hay Gfe = 2 (6.50) Po U1âm Io 2 2 Ym = =GBfe + m (6.51) U1âm 5. Hãû säú cäng suáút khäng taíi. P0 cosϕ0 = 2() 5 . 6 UI1dm 0 VÊ DUÛ 6.2 Mäüt MBA mäüt pha coï cäng suáút 25kVA, âiãûn aïp 2400/240V, táön säú 60Hz váûn haình khäng taíi åí âiãûn aïp så cáúp âënh mæïc thç coï täøn hao khäng taíi 138W vaì hãû säú cäng suáút khäng taíi 0,21 (cháûm sau). Sæí duûng maûch âiãûn thay thãú hçnh 6.9c âãø xaïc âënh : a. Doìng âiãûn khäng taíi vaì caïc thaình pháön cuía noï. b. Âiãûn khaïng tæì hoaï vaì âiãûn tråí âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì. Baìi giaíi a. Doìng âiãûn khäng taíi vaì caïc thaình pháön : P0 138 138 cosϕ0 = = =0,I 21 ⇒o = = 0,A 2738 U1dm I 0 2400 .Io 2400., 0 21 IoR = Iocosϕo = 0,2738 x 0,21 = 0,0575 A -1 IoX = Iosinϕo = 0,2738 x sin(cos 0,21) = 0,2677 A b. Âiãûn khaïng tæì hoaï vaì âiãûn tråí âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì. 2 2 U1âm 2400 −6 R fe = = =41.G,.S 739 Ω ⇒fe = 23 9583 10 Po 138 Io 0, 2738 −6 Ym = = =114.S 10 U1âm 2400 2 2 −6 2 −6 2 −4 BYG(.)( ),.Sm =m − fe = 114 10 − 23 9583 10= 11154 10 -4 Xm = 1/Bm = 1/1,1154.10 = 8.965 Ω
  24. 95 6.8. CHÃÚ ÂÄÜ NGÀÕN MAÛCH CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Chãú âäü ngàõn maûch MBA laì chãú âäü maì phêa thæï cáúp bë näúi tàõt, så cáúp âàût vaìo mäüt âiãûn aïp. Trong váûn haình, nhiãöu nguyãn nhán laìm maïy biãún aïp bë ngàõn maûch nhæ hai dáy dáùn phêa thæï cáúp cháûp vaìo nhau, råi xuäúng âáút hoàûc näúi våïi nhau bàòng täøng tråí ráút nhoí. Âáúy laì tçnh traûng sæû cäú. 6.8.1. Phæång trçnh vaì maûch âiãûn thay thãú MBA khi ngàõn maûch Khi MBA ngàõn maûch U2 = 0, maûch âiãûn thay thãú MBA veî trãn hçnh 6.11. Doìng âiãûn så cáúp laì doìng âiãûn ngàõn maûch In. N1 N2 &I2n R jX + n n &I n1 + II= U& U& 2 = 0 &&1 n 1 U& 1 _ _ (a) (b) Hçnh 6-11 Chãú âäü ngàõn maûch m.b.a a. Maûch âiãûn thæûc; b. Maûch âiãûn thay thã ú Phæång trçnh âiãûn aïp cuía MBA ngàõn maûch: U&&1= I n (R n +jX n)IZ = & n n (6.53) 6.8.2. Âàûc âiãøm cuía chãú âäü ngàõn maûch 1. Doìng âiãûn ngàõn maûch : Tæì phæång trçnh (6.53), ta coï doìng âiãûn ngàõn maûch khi âiãûn aïp âënh mæïc: U1âm In = (6.54) Zn Do täøng tråí ngàõn maûch ráút nhoí nãn doìng âiãûn ngàõn maûch ráút låïn khoaíng bàòng (10 ÷ 25)Iâm. Âáy laì træåìng håüp sæû cäú, ráút nguy hiãøm cho maïy biãún aïp. Khi sæí duûng MBA cáön traïnh tçnh traûng ngàõn maûch náöy. 2. Täøn hao ngàõn maûch Cäng suáút ngàõn maûch Pn do maïy tiãu thuû luïc ngàõn maûch laì täøn hao âäöng trong hai dáy quáún : 2 2 2 Pn = PCu1 + PCu2 = RIRIRI1 1n +2 2n = n n (6.55)
  25. 96 3. Hãû säú cäng suáút ngàõn maûch Pn R n cosϕn = = (6.56) UI1 n Zn 6.8.3. Thê nghiãûm ngàõn maûch I P Thê nghiãûm ngàõn maûch laì âãø xaïc 1âm n Bä A W âënh âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm âiãöu U I2âm un%, täøn hao âäöng âënh mæïc PCu âm, hãû U1 chènh n V A âiãûn säú cäng suáút cosϕn, âiãûn tråí ngàõn aïp maûch Rn vaì âiãûn khaïng ngàõïn maûch Xn cuía maûch âiãûn thay thãú MBA. Så âäö Hçnh 6-12 Så âäö thê nghiãûm ngàõn maûch thê nghiãûm ngàõn maûch veî trãn hçnh 6.12. Tiãún haình thê nghiãûm nhæ sau: Dáy quáún thæï cáúp näúi ngàõn maûch, dáy quáún så cáúp näúi våïi nguäön qua bäü âiãöu chènh âiãûn aïp. Ta âiãöu chènh âiãûn aïp vaìo dáy quáún så cáúp bàòng U1 = Un sao cho doìng âiãûn trong caïc dáy quáún bàòng âënh mæïc. Âiãûn aïp Un goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch. Luïc âoï caïc duûng cuû âo cho ta caïc säú liãûu sau: Un laì âiãûn aïp ngàõn maûch; Pn laì täøn hao ngàõn maûch; I1âm vaì I2âm laì doìng âiãûn så cáúp vaì thæï cáúp âënh mæïc. 1. Täøn hao ngàõn maûch Luïc thê nghiãûm ngàõn maûch, âiãûn aïp ngàõn maûch Un nhoí nãn tæì thäng Φ nhoí, coï thãø boí qua täøn hao sàõt tæì. Cäng suáút âo âæåüc trong thê nghiãûm ngàõn maûch Pn chênh laì täøn hao trãn âiãûn tråí hai dáy quáún khi MBA laìm viãûc åí chãú âäü âënh mæïc. Ta coï: 2 2 2 Pn = R1I 1âm + R2I 2âm = RnIn (6.57) 2. Täøng tråí, âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch. Un + Täøng tråí ngàõn maûch: Zn = (6.58) I1âm Pn + Âiãûn tråí ngàõn maûch: Rn = 2 (6.59) I1âm 2 2 + Âiãûn khaïng ngàõn maûch: Xn = ZRn − n (6.60) Trong m.b.a thæåìng R1 = R’2 vaì X1 = X’2. Váûy âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún så cáúp: R R = R’ = n 1 2 2 (6.61) X X = X’ = n 1 2 2
  26. 97 vaì âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng taín cuía dáy quáún thæï cáúp: ' ' R 2 X 2 R2 = ; X2 = (6.62) a 2 a 2 3. Hãû säú cäng suáút ngàõn maûch Pn cosϕn = (6.63) UIn 1âm 4. Âiãûn aïp ngàõn maûch Âiãûn aïp ngàõn maûch Un = ZnI1âm gäöm hai thaình pháön: Thaình pháön trãn âiãûn tråí Rn, goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng U nR , Thaình pháön trãn âiãûn khaïng Xn, goüi laì âiãûn aïp ngàõn maûch phaín khaïng U nX . Âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm: ZIn 1âm U n un% = 100% = 100% (6.64) U1âm U1âm + Âiãûn aïp ngàõn maûch taïc duûng pháön tràm: R nI1 âm unR% = ×100% = un %cos ϕn (6.65) U1âm + Âiãûn aïp ngàõn maûch phaín khaïng pháön tràm: X nI1 âm unX% = ×100% = un %sin ϕn (6.66) U1âm VÊ DUÛ 6.3 Säú liãûu thu âæåüc tæì thê nghiãûm khäng taíi vaì ngàõn maûch MBA mäüt pha coï cäng suáút 75kVA, âiãûn aïp U1/U2 - 4600/230V, táön säú 60Hz nhæ sau : Thê nghiãûm khäng taíi Thê nghiãûm ngàõn maûch (Håí maûch cao aïp) (Ngàõn maûch haû aïp) Uo = 230 V Un = 160,8 V io = 13,04 A In = 16,3 A Po = 521 W Pn = 1200 W Xaïc âënh : a. Doìng âiãûn så cáúp, thæï cáúp âënh mæïc vaì hãû säú cäng suáút khäng taíi. b. Âiãûn khaïng tæì hoaï vaì âiãûn tråí âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì. c. Âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch MBA. d. Âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm vaì caïc thaình pháön cuía noï.
  27. 98 Baìi giaíi a. Doìng âiãûn så cáúp, thæï cáúp âënh mæïc vaì hãû säú cäng suáút khäng taíi : Sâm Doìng âiãûn âënh mæïc : Iâm = U âm 75000 + Så cáúp : I = = 16,A 3 1âm 4600 75000 + Thæï cáúp : I = = 326 A 1âm 230 + Hãû säú cäng suáút khäng taíi : Po 521 cosϕo = = = 0, 174 UI.,o o 230 13 04 b. Âiãûn khaïng tæì hoaï vaì âiãûn tråí âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì : + Âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng nhaïnh tæì hoaï phêa haû aïp : 2 2 U0 230 −4 R feH = = =101,G,.S 73 Ω ⇒feH = 98 3 10 Po 521 Io 13, 04 −4 YmH = = = 566,.S 96 10 U 2âm 230 2 2 BYGmH =mH − feH −4 2 −4 2 −4 B(,.)(,.),.SmH = 556 96 10− 98 3 10 = 558 37 10 -4 Xm = 1/Bm = 1/558,37.10 = 17,91 Ω c. Âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch MBA. Pn 1200 + Âiãûn tråí ngàõn maûch : R n =2 =2 =4, 517 Ω I,n 16 3 U n 160, 8 + Täøng tråí ngàõn maûch : Z n = = =9, 865 Ω In 16, 3 2 2 2 2 + Âiãûn khaïng ngàõn maûch : XZR,,,n =n − n =9 865 − 4 51 = 8 77 Ω d. Âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm vaì caïc thaình pháön cuía noï. U n 160, 8 un % = 100% = 100%,%= 3 5 U1âm 4600 R nI1 âm 4,, 517× 16 3 unR % = 100% = 100%,%= 1 6 U1âm 4600 X nI1 âm 8,, 77× 16 3 unX % = 100% = 100%,%= 31 U1âm 4600
  28. 99 6.9. CHÃÚ ÂÄÜ COÏ TAÍI CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP Chãú âäü coï taíi MBA laì chãú âäü maì dáy quáún så näúi våïi nguäön âiãûn aïp âënh mæïc, dáy quáún thæï cáúp näúi våïi taíi. Âãø âaïnh giaï mæïc âäü taíi cuía maïy, ta so saïnh noï våïi taíi âënh mæïc vaì âënh nghéa hãû säú taíi kt: I2 I1 P2 S2 k t = ≈ ≈ ≈ (6.67) I2âm I1âm P2âm S2âm Khi kt = 1: maïy coï taíi âënh mæïc; kt 1: maïy quaï taíi. Chãú âäü coï taíi, phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp vaì doìng âiãûn xeït åí muûc 6.4, coìn maûch âiãûn thay thãú xeït åí muûc 6.5. 6.9.1. Âäü biãún thiãn âiãûn aïp thæï cáúp MBA vaì âàûc tênh ngoaìi. 1. Âäü biãún thiãn âiãûn aïp thæï cáúp A P H Khi maïy biãún aïp mang taíi, theo (6.15) sæû thay U1dm taíi dáùn âãún âiãûn aïp thæï cáúp U2 thay âäøi. Âäü biãún I1Xn thiãn âiãûn aïp thæï cáúp MBA ΔU2 laì hiãûu säú säú hoüc K C giæîa trë säú âiãûn aïp thæï cáúp luïc khäng taíi U20=U2âm I1Rn (âiãöu kiãûn U1ì = U1âm) vaì luïc coï taíi U2 . B ΔUUU =2âm − 2 (6.68) Âäü biãún âiãûn aïp thæï cáúp pháön tràm tênh nhæ U’ 2 I1 sau: UU2âm − 2 ϕt ΔU%2 = ×100% U2âm Nhán tæí vaì máùu våïi hãû säú biãún aïp a, ta coï: aU− aU 0 ΔU% = 2âm 2 ×100% 2 Hçnh 6.13 Xaïc âënh ΔU cuía MBA aU2âm ' UU1âm − 2 ΔU%2 = ×100% (6.69) U1âm Xaïc âënh ΔU2% bàòng phæång phaïp giaíi têch. I I' k =2 = 2 Goüi : t ' : hãû säú taíi cuía MBA. I2dm I 2dm cosϕt hay cosϕ2 hãû säú cäng suáút cuía phuû taíi. Âäö thë vectå cuía MBA æïng våïi maûch âiãûn thay thãú gáön âån giaín veî trãn hçnh ' 6.13. Trãn thæûc tãú goïc lãûch pha giæîa U& 1âm vaì U& 2 ráút nhoí, âãø tênh ΔU2 tæì A vaì C haû âæåìng thàóng vuäng goïc xuäúng 0B, càõt 0B keïo daìi taûi P vaì K, coï thãø coi gáön âuïng : U1âm = OA ≈ OP U1âm - U’2 ≈ BP = BK + KP
  29. 100 ⎛ I1 ⎞ Tênh: BK = I1Rn cosϕt = I1âmRn ⎜ ⎟ cosϕt = ktUnRcosϕt (6.70a) ⎝ I1âm ⎠ ⎛ I ⎞ ⎜ 1 ⎟ KP = I1Xn sinϕt = I1âmXn ⎜ ⎟ sinϕt = ktUnXsinϕt (6.70b) ⎝ I1âm ⎠ Láúy (6.70a) vaì (6.70b) thay vaìo (6.69), ta coï: kt (U nR cosϕ t+ U nX sinϕ t ) ΔU%2 = ×100% U1âm UnR cosϕ t UnX sin ϕ t ΔU2 % = k t ( ×100% + 100% ) U1âm U1âm ΔU2% = kt(unR%cosϕt + unX%sinϕt) (6.71) U nR trong âoï: unR % = 100%= un %cos ϕn ; (6.72a) U1âm U nx unX % = 100%= un %sin ϕn (6.73b) U1âm Tæì cäng thæïc (6.71) cho tháúy âäü biãún thiãn âiãûn aïp thæï cáúp ΔU2 phuû thuäüc vaìo hãû säú taíi kt vaì hãû säú cäng suáút cosϕt. Giaí thiãút hãû säú cäng suáút cosϕt khäng âäøi thç ΔU2% = f(kt). Trãn hçnh (6.14) veî quan hãû ΔU2% = f(kt) våïi caïc cosϕt khaïc nhau. 2. Âàûc tênh ngoaìi cuía MBA Âæåìng âàûc tênh ngoaìi cuía maïy biãún aïp biãøu diãùn quan hãû U2 = f(I2), khi U1 = U1âm vaì cos ϕt = const (hçnh 6.15). U2 ΔU % cosϕ =0.8 2 t cosϕ =0,8 (t. dung) 4 t ϕt>0 2 cosϕt=1 U2âm cosϕ =1 t kt 0 0,5 1 cosϕ =0,8 (t. caím) t ϕ <0 -2 t cosϕ =0.8 t I2 -4 0 0,5Iâm Iâm Hçnh 6.14 Quan hãû ΔU2 = f(kt)⎪cosϕ t=const Hçnh 6.15 Âàûc tênh ngoaìi U2= f(I2) Âiãûn aïp thæï cáúp U2 laì: ⎛ ΔU%2 ⎞ U2 = U2âm − Δ U2 = U 2âm ⎜ 1 − ⎟ (6.74) ⎝ 100 ⎠
  30. 101 Dæûa vaìo cäng thæïc (6.74) ta veî âæåìng âàûc tênh ngoaìi våïi caïc tênh cháút taíi khaïc nhau. Tæì âäöì thë ta tháúy, khi taíi dung I2 tàng thç U2 tàng coìn khi taíi caím hoàûc tråí I2 tàng thç U2 giaím. Taíi caím U2 giaím nhiãöu hån. Khi cung cáúp âiãûn cáön phaíi âaím baío cháút læåüng âiãûn aïp, do âoï cáön phaíi âiãöu chènh âiãûn aïp thæï cáúp U2. Âãø âiãöu chènh U2 ta thay âäøi säú voìng dáy trong cuäün dáy khoaíng ± 2 x 2,5%. Thæåìng thay âäøi säú voìng dáy cuía cuäün dáy cao aïp vç åí âoï doìng âiãûn nhoí nãn viãûc thay âäøi säú voìng dáy âæåüc dãù daìng hån. Nhæîng MBA coï cäng suáút nhoí, viãûc thay âäøi säú voìng dáy bàòng tay thç phaíi càõt MBA ra khoíi læåïi âiãûn, coìn nhæîng MBA coï cäng suáút låïn, thæåìng viãûc thay âäøi säú voìng dáy tæû âäüng khäng càõt MBA ra khoíi læåïi âiãûn (duìng bäü âiãöu aïp dæåïi taíi) 6.9.2. Hiãûu suáút maïy biãún aïp Hiãûu suáút η cuía MBA : P P− p p η =2 = 1 ∑ =1 − ∑ (6.75) P1 P1 P2 + ∑ p våïi ∑p = pcu1 + pcu2 + pFe Ta âaî coï pháön træåïc: pFe = P0 I' p+ p = RIRI2 +' '2 = RI'2 = RI('2 2 )2 = P k 2 Cu1 Cu2 1 1 2 2 n 2 n 2âm ' n t (6.76) I2âm I2 P2= U 2 I 2 cosϕt ≈ U2 âm I 2 âm cosϕt = k t S âm cosϕ t (6.77) I2âm Thãú (6.76) vaì (6.77) vaìo (6.75), ta coï: P+ k2 P η =1 − 0 t n 2 (6.78a) kt S âm cosϕ t + P0 + kt P n k S cosϕ η = t âm t hay )2 b 8 7( . 6 kt S âm cosϕ t + P0 + kt P n Ta tháúy hiãûu suáút MBA laì mäüt haìm η cosϕ =1 cuía hãû säú taíi vaì hãû säú cäng suáút 1 t η=f(kt,cosϕt). Khi cosϕt = const, hiãûu cosϕt=0.8 suáút cuía MBA âaût cæûc âaûi ηmax bàòng caïch âaûo haìm cuía noï theo hãû säú taíi k vaì cho t .9 bàòng khäng, ta coï: dη = 0 k .8 t max kt dk t 0 0.5 1 Sau khi tênh âaûo haìm, tçm âæåüc: 2 Hçnh 6.16 Quan hãû η= f(kt) ⎪cosϕt= const kt P n = P0
  31. 102 Nhæ váûy hiãûu suáút m.b.a cæûc âaûi khi täøn hao âäöng bàòng täøn hao sàõt tæì. P0 k t = (6.79) Pn Âäúi våïi m.b.a coï cäng suáút trung bçnh vaì låïn, thæåìng âæåüc thiãút kãú chãú taûo âaût hiãûu suáút cæûc âaûi khi: P 0 =0.2 ÷ 0.25 Pn Váûy k t =0.45 ÷ 0.5 vaì âàûc tênh hiãûu suáút trçnh baìy trãn hçnh 6.16. 6.10. MAÏY BIÃÚN AÏP BA PHA 6.10.1. Maûch tæì MBA ba pha Âãø biãún âäøi âiãûn aïp cuía hãû thäúng doìng âiãûn ba pha, ta coï thãø duìng ba MBA mäüt pha goüi laì täø MBA ba pha (hçnh 6.17), hoàûc duìng mäüt MBA ba pha ba truû (hçnh 6.18). Dáy quáún så cáúp cuía MBA ba pha kê hiãûu bàòng caïc chæî in hoa: Pha A kê hiãûu laì AX, pha B laì BY, pha C laì CZ. Dáy quáún thæï cáúp kê hiãûu bàòng caïc chæî thæåìng: Pha a kê hiãûu laì ax, pha b laì by, pha c laì cz. A B C X Y Z A a B b C c x y z N1 N1 N1 X x Y y Z z a b c Hçnh 6.17 Täø MBA ba pha Hçnh 6.18 MBA ba pha ba truû 6.10.2. Caïc caïch âáúu dáy MBA ba pha. Dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp coï thãø näúi hçnh sao hoàûc hçnh tam giaïc. Nãúu så cáúp âáúu hçnh sao vaì thæï cáúp cuîng âáúu hçnh sao, ta kê hiãûu Y/Y. Tæång tæû ta coï 4 caïch âáúu cå baín: Y/Y, Y/Δ, Δ/Δ, Δ/Y (hçnh 6.20a,b,c,d). Nãúu phêa âáúu hçnh sao coï dáy trung tênh ta kê hiãûu Y0.
  32. 103 Våïi caïc caïch kê hiãûu âáöu dáy vaì âáúu dáy khaïc nhau, thç âiãûn aïp dáy så cáúp vaì âiãûn aïp dáy thæï cáúp MBA ba pha lãûch nhau mäüt goïc bàòng bäüi säú cuía 300 vaì trãn thæûc tãú ngæåìi ta khäng duìng âäü âãø biãøu thë goïc lãûch pha maì duìng phæång phaïp kim âäöng häö âãø biãøu thë goïc lãûch pha (hçnh 6.19). Kim daìi cäú âënh åí con säú 12, chè sââ dáy så cáúp, coìn kim ngàõn chè caïc con säú 1, 2, 3, ,12 tæång æïng 300, 600, 900, , 1200. Vç thãú khi kê hiãûu täø âáúu dáy MBA, ngoaìi kê hiãûu caïch âáúu caïc dáy quáún (hçnh Hçnh 6.19 Biãøu thë goïc lãûch pha sao hoàûc hçnh tam giaïc), coìn ghi thãm chæî säú chè goïc lãûch pha giæîa âiãûn aïp dáy så cáúp vaì thæï cáúp. Vê duû MBA coï täø âáúu dáy Y/Y-12 (hçnh 6.20a), nghéa laì dáy quáún så cáúp âáúu Y, dáy quáún thæï cáúp âáúu Y vaì goïc lãûch pha giæîa âiãûn aïp dáy så cáúp vaì thæï cáúp laì 12 x 30o = 360o; coìn täø âáúu dáy Y/Δ-11 (hçnh 6.20b) goïc lãûch pha giæîa hai âiãûn aïp dáy laì 11 x 30o = 330o. Täø âáúu dáy ráút quan troüng khi MBA laìm viãûc chung trong hãû thäúng âiãûn. A A A B C A B C B C B C X Y Z X Y Z a a b a b c a b c b c c z x y z x y (d) (a) (b) (c) Hçnh 6.20 Caïc caïch âáúu dáy MBA ba pha 6.10.1. Tè säú biãún aïp Goüi N1 vaì N2 láön læåüt laì säú voìng dáy mäüt pha cuía dáy quáún så vaì dáy quáún thæï cáúp. Tè säú biãún aïp pha giæîa dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp laì: U 1p N1 a p = = (6.80) U p2 N 2 Tè säú biãún aïp dáy cuía MBA ba pha âæåüc âënh nghéa laì: Ud1 a d = (6.81) Ud2
  33. 104 Tè säú biãún aïp dáy a d khäng chè phuû thuäüc vaìo tè säú voìng dáy cuía hai cuäün dáy maì coìn phuû thuäüc vaìo caïch âáúu dáy cuía MBA. Tháût váûy: + Khi MBA näúi Y/Y (hçnh 6.20a): U 1d U.3 1p N1 a d = = = (6.82) Ud2 U.3 p2 N 2 + Khi MBA näúi Y/Δ (hçnh 6.20b): U 1d U.3 1p N1 a d = = = 3 (6.83) U d2 U p2 N 2 + Khi MBA näúi Δ/ Δ (hçnh 6.20c): U 1d U 1p N1 a d = = = (6.84) Ud2 U p2 N 2 + Khi MBA näúi Δ/ Y (hçnh 6.20d): U 1d U 1p N1 a d = = = (6.85) Ud2 U.3 p2 N.3 2 6.10.2. Maïy biãún aïp laìm viãûc song song Trong hãû thäúng âiãûn, trong caïc læåïi âiãûn coï caïc traûm biãún aïp. Nhæîng traûm naìy thæåìng coï caïc MBA laìm viãûc song song våïi nhau. Caïc MBA laìm viãûc song song laì caïc MBA coï caïc cuäün dáy så cáúp láúy âiãûn tæì nguäön âiãûn chung vaì caïc cuäün dáy thæï cáúp cung cáúp âiãûn cho mäüt phuû taíi chung. Nhåì laìm viãûc song song, cäng suáút læåïi âiãûn låïn ráút nhiãöu so våïi cäng suáút MBA, cho pheïp náng cao hiãûu quaí kinh tãú cuía hãû thäúng âiãûn vaì cung cáúp âiãûn an toaìn, khi mäüt MBA hoíng hoïc hoàûc phaíi sæía chæîa. Âiãöu kiãûn âãø cho MBA laìm viãûc song song laì : âiãûn aïp så cáúp vaì thæï cáúp cuía caïc maïy phaíi bàòng nhau, phaíi coï cuìng täø näúi dáy vaì âiãûn aïp ngàõn maûch phaíi bàòng nhau. 1. Âiãûn aïp âënh mæïc så cáúp vaì thæï cáúp tæång æïng cuía caïc MBA phaíi bàòng nhau U1I = U1II ;U2I = U2II Nghéa laì tè säú biãún aïp cuía caïc MBA phaíi bàòng nhau : aI = aII. Trong thæûc tãú cho pheïp hãû säú biãún aïp cuía caïc MBA khaïc nhau khäng quaï 0,5%. 2. Caïc maïy biãún aïp phaíi coï cuìng täø näúi dáy Trãn hçnh 6.21a laì så âäö näúi hai MBA laìm viãûc song song. Nãúu hai maïy I coï täøi näúi dáy Y/Δ-11 thç maïy II cuîng coï täø näúi dáyY/Δ-11. Âiãöu kiãûn naìy âaím baío cho âiãûn aïp dáy thæï cáúp cuía hai MBA truìng pha nhau.
  34. 105 Ta coï thãø giaíi thêch sæû cáön thiãút cuía âiãöu kãûn mäüt vaì hai så âäö hçnh 6.21. Trãn så âäö naìy khi chæa âoïng cáöu dao K, taûi âiãøm A coï âiãûn aïp dáy thæï cáúp Ud2 I cuía maïy mäüt, coìn taûi âiãøm B coï âiãûn aïp dáy thæï cáúp Ud2 II cuía maïy hai. Do âoï âiãûn aïp giæîa hai âáöu AB laì : UUUUU&&&&&AB= A − B = d2 I − d 2 II Khi âiãöu kiãûn mäüt vaì hai thoía maîn, ta coï Ud2 I = Ud2 II vaì chuïng truìng pha nhau nãn U AB = 0 . Trong træåìng håüp naìy khi âoïng cáöu dao K âãø cho hai MBA laìm viãûc song song âaím baío khäng coï doìng âiãûn cán bàòng chaûy trong hai maïy. Nhæng nãúu mäüt trong hai âiãöu kiãûn khäng thoía maîn tæïc laì Ud2 I ≠ Ud2 II hoàûc chuïng khäng truìng pha thç khi âoïng cáöu dao K, âiãûn aïp U AB seî taûo ra doìng âiãûn cán bàòng ráút låïn chaûy quáøn trong hai maïy, coï khaí nàng laìm chaïy caïc maïy biãún aïp. Nguäön ∼ âiãûn I1I I 1II MII MI ZnI ZnI K A B (a) (b) Hçnh 6.21 Maïy biãún aïp laìm viãûc song song 3. Âiãûn aïp ngàõn maûch cuía caïc maïy biãún aïp phaíi bàòng nhau Goüi u nI % laì âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm cuía maïy I; u nII % laì âiãûn aïp ngàõn maûch pháön tràm cuía maïy II. Hai MBA coï âiãûn aïp ngàõn maûch bàòng nhau, nghéa laì : u nI % = u nII % Âiãöu kiãûn naìy âaím baío cho hãû säú taíi cuía caïc MBA bàòng nhau, nghéa laì phuû taíi seî phán bäú tè lãû våïi cäng suáút cuía maïy. Tháût váûy, tæì så âäö tæång âæång hçnh 6.21b, våïi znI vaì znII laì täøng tråí ngàõn maûch cuía maïy mäüt vaì hai. Vç hai maïy laìm viãûc song song nãn âiãûn aïp råi trong hai maïy phaíi bàòng nhau IIZnI = IIIZnII, Tæì âoï ta ruït ra : I Z I = nII (6.86) III ZnI
  35. 106 I Nhán hai vãú cuía (6.86) våïi IIâm , ta coï : IIâm I I z .I I x IIâm = nII IIâm III IIâm znI .I Iâm k u % váûy tI = nII ) ( 7 8 . 6 k tII unI % Nhæ váûy, tæì 6.87 ta coï : khi u nI % = u nII % thç hãû säú taíi cuía hai maïy bàòng nhau ktI = ktII; coìn âiãöu kiãûn thæï ba khäng thoía maîn, vê duû u nI % ktII, nãúu coï quaï taíi thç maïy mäüt quaï taíi træåïc vaì ngæåüc laûi. Trong thæûc tãú ngæåìi ta cho pheïp âiãûn aïp ngàõn maûch cuía caïc maïy biãún aïp laìm viãûc song song sai khaïc nhau 10%. VÊ DUÛ 6.4 Mäüt MBA ba pha näúi Y/Y coï cäng suáút âënh mæïc Sâm = 750kVA, âiãûn aïp âënh mæïc U1/U2 - 22/0,4kV, táön säú 50Hz, täøn hao khäng taíi Po = 1220W vaì doìng i0%=1,4%; âiãûn aïp ngàõn maûch un% = 4,5%, täøn hao ngàõn maûch Pn = 6680W. Xaïc âënh : a. Doìng âiãûn så cáúp, thæï cáúp âënh mæïc vaì hãû säú cäng suáút khäng taíi. b. Thäng säú cuía maûch âiãûn thay thãú. Cho ràòng R1 = R’2 vaì X1 = X’2. c. Hãû säú taíi âãø hiãûu suáút cæûc âaûi. d. Âiãûn aïp thæï cáúp vaì hiãûu suáút MBA khi hãû säú taíi kt= 0,7vaì cosϕt= 0,8 (taíi R-L). Baìi giaíi a. Doìng âiãûn så cáúp, thæï cáúp âënh mæïc vaì hãû säú cäng suáút khäng taíi : Sâm Doìng âiãûn âënh mæïc : Iâm = 3Uâm 750 + Så cáúp : I = = 19,A 68 1âm 3× 22 750 + Så cáúp : I = = 1083 A 1âm 3× 0, 4 i % 1, 4 Doìng âiãûn khäng taíi : I = o I = 19,,A 68= 0 276 o 100 1âm 100 + Hãû säú cäng suát khäng taíi : Po 1220 cosϕo = = = 0, 116 3.U1âm I o 3 . 22000 . 0 , 276 b. Thäng säú cuía maûch âiãûn thay thãú : Âiãûn khaïng tæì hoaï vaì âiãûn tråí âàûc træng cho täøn hao sàõt tæì :
  36. 107 2 2 U1âm 22000 −6 R fe = = = 396.,G,.S 721 3 Ω ⇒fe = 2 521 10 Po 1220 Io 0, 276 −6 Ym = = = 21,.S 7294 10 U/1âm 3 22000/ 3 2 2 BYGm =m − fe −6 2 −6 2 −6 B(,.)(,.),.Sm = 21 7294 10− 2 521 10= 21 5827 10 -6 Xm = 1/Bm = 1/20,87.10 = 46.333,5 Ω Âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch MBA. Pn 6680 + Âiãûn tråí ngàõn maûch : R n =2 = 2 =5, 75 Ω 3.I1âm 3 . 19 , 68 u % U 4, 5 2200 + Âiãûn aïp ngàõn maûch : U =n ×1âm = × = 571,V 58 n 100 3 100 3 U n 571, 58 + Âiãûn tråí ngàõn maûch : Z n = = =29, 04 Ω In 19, 68 2 2 2 2 + Âiãûn khaïng ngàõn maûch : XZR,,,n =n − n =29 04 − 5 75 = 28 47 Ω + Âiãûn tråí så cáúp vaì âiãûn tråí thæï cáúp qui âäøi : ' RRR1= 2 =n / 2 = 5, 75/ 2 = 2, 88 Ω + Âiãûn khaïng så cáúp vaì âiãûn khaïng thæï cáúp qui âäøi : ' XXX1= 2 =n / 2 = 28, 47/ 2 = 14, 24 Ω c. Hãû säú taíi âãø hiãûu suáút cæûc âaûi : po 1220 k t = = = 0, 427 Pn 6680 d. Âiãûn aïp thæï cáúp vaì hiãûu suáút MBA . + Caïc thaình pháön cuía âiãûn aïp ngàõn maûch : R n 5, 75 unR %= un % = 4, 5 = 0,% 891 Z n 29, 04 X n 28, 47 unX %= un % =4, 5 × = 4,% 412 Z n 29, 04 + Âäü thay âäøi âiãûn aïp thæï cáúp MBA : ΔU2% = kt(unR%cosϕt + unX%sinϕt) = 0,7(0,891%.0,8 + 4,412%.0,6)
  37. 108 % 2 5 3 , =2 + Âiãûn aïp thæï cáúp MBA : ΔU% 2, 352 U(=1 − 2 )U= (1 − ).400= 390 , 6 V 2 100 2âm 100 + Hiãûu suáút MBA : kt S âm cosϕt η = 2 kt S âm cosϕ t + P0 + kt P n 0, 7× 750000× 0, 8 η = =0,,% 9894 = 98 94 0, , 7 750000 0 8+ 1220 + 0,. 72 6680 6.11 MAÏY BIÃÚN AÏP ÂÀÛC BIÃÛT 6.11.1. Maïy tæû biãún aïp Maïy tæû biãún aïp hay coìn âæåüc goüi laì MBA tæû ngáùu. Maïy tæû biãún aïp laì MBA coï dáy quáún âiãûn aïp tháúp laì mäüt bäü pháûn cuía dáy quáún âiãûn aïp cao. A I&1 N I& 1 a 2 U& 1 N U& 2 Z 2 ()II&&− t 2 1 X, x (a)A I&2 N I& 2 1 a U& 2 Zt U& N 1 ()II&&2− 1 1 Hçnh 6.22 Maïy tæû biãún aïp X, x a) giaím aïp; b) tàng apï (b) Maïy tæû biãún aïp mäüt pha cäng suáút nhoí âæåüc duìng trong caïc phoìng thê nghiãûm vaì trong caïc thiãút bë âiãûn coï yãu cáöu âiãöu chènh âiãûn aïp ra liãn tuûc. Maïy tæû biãún aïp ba pha thæåìng duìng âãø âiãöu chènh âiãûn aïp khi måí maïy caïc âäüng cå âiãûn khäng âäöng
  38. 109 bäü ba pha cäng suáút låïn âãø giaím doìng âiãûn måí maïy vaì duìng âãø liãn laûc trong hãû thäúng âiãûn coï caïc cáúp âiãûn aïp gáön nhau. Vãö cáúu taûo vaì nguyãn lyï laìm viãûc maïy tæû biãún aïp tæång tæû MBA thäng thæåìng, chè khaïc caïch âáúu dáy giæîa hai cuäün dáy så cáúp vaì thæï cáúp. Trong maïy tæû biãún aïp giaím aïp (hçnh 6.22a) dáy quáún thæï cáúp laì mäüt pháön cuía dáy quáún så cáúp. Trong maïy tàng aïp (hçnh 6.22b) dáy quáún dáy quáún så cáúp laì mäüt pháön cuía dáy quáún thæï cáúp. Tè säú biãún aïp laì: U1 N1 N2 = ; hay laì UU2= 1 U2 N2 N1 Ta thay âäøi vë trê tiãúp âiãøm træåüt a, seî thay âäøi âæåüc säú voìng dáy N2 vaì do âoï thay âäøi âæåüc âiãûn aïp U2. Vç thãú maïy tæû biãún aïp duìng âãø âiãöu chènh âiãûn aïp liãn tuûc. Tæì så âäö cho tháúy, sæû truyãön taíi nàng læåüng tæì så cáúp qua thæï cáúp trong maïy tæû biãún aïp bàòng hai con âæåìng: âiãûn vaì âiãûn tæì . Coìn åí caïc maïy biãún aïp thäng thæåìng coï dáy quáún så cáúp vaì thæï cáúp riãng biãût, nàng læåüng tæì så cáúp truyãön qua thæï cáúp chè bàòng âiãûn tæì. Vç thãú maïy tæû biãún aïp coï æu âiãøm hån maïy biãún aïp hai dáy quáún: våïi cuìng kêch thæåïc maïy tæû biãún aïp truyãön cäng suáút qua nhiãöu hån, hiãûu suáút cao hån, suût aïp êt hån. Tuy nhiãn U1 vaì U2 chãnh nhau quaï nhiãöu thç æu âiãøm khäng âaïng kãø, nãn maïy tæû biãún aïp chè âæåüc duìng khi tè säú biãún aïp nhoí hån 3:1. U1 A X a x U2 (a) (b) V Hçnh 6.23 Maïy biãún âiãûn aïp Coìn khuyãút âiãøm cuía maïy tæû biãún aïp laì dáy quáún så vaì dáy quáún thæï khäng âæåüc caïch ly vãö âiãûn nãn âäü an toaìn tháúp. Chàóng haûn, nãúu maïy tæû biãún aïp bë sæû cäú
  39. 110 trãn âoaûn ax åí hçnh 6.22a, âoaûn náöy bë âæït nhæ váûy gáön nhæ taíi chëu toaìn bäü âiãûn aïp så cáúp, ráút nguy hiãøm. 6.11.2. Maïy biãún aïp âo læåìng. Khi cáön do âiãûn aïp hoàûc doìng âiãûn låïn, ngæåìi ta duìng caïc maïy biãún âiãûn coï tè säú chênh xaïc kãút håüp våïi caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn. Coï hai loaûi maïy biãún aïp âo læåìng: maïy biãún doìng âiãûn vaì maïy biãún âiãûn aïp. 1. Maïy biãún âiãûn aïp Maïy biãún âiãûn aïp (hçnh 6.23a) duìng âãø biãún âiãûn aïp cao thaình âiãûn aïp tháúp âãø âo læåìng bàòng caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn. Nhæ váûy maïy biãún âiãûn aïp coï dáy quáún så näúi song song våïi læåïi âiãûn coï âiãûn aïp låïn cáön âo vaì dáy quáún thæï näúi våïi Vän meït (hçnh 6.23b), cuäün dáy aïp cuía Oaït meït . Caïc loaûi duûng cuû náöy coï täøng tråí ráút låïn nãn xem nhæ laìm viãûc åí chãú âäü khäng taíi. Thäng thæåìng ngæåìi ta qui âënh âiãûn aïp U2 âënh mæïc laì 100V. Chuï yï : Khi sæí duûng maïy biãún âiãûn aïp khäng âæåüc näúi tàõt maûch thæï cáúp vç näúi tàõt maûch thæï cáúp tæång âæång näúi tàõt så cáúp nghéa laì gáy sæû coï ngàõn maûch åí læåïi âiãûn. 2. Maïy biãún doìng âiãûn Maïy biãún doìng âiãûn duìng âãø biãún doìng âiãûn låïn xuäúng doìng âiãûn nhoí âãø âo læåìng bàòng caïc duûng cuû âo tiãu chuáøn vaì caïc muûc âêch khaïc. Maïy biãún doìng âiãûn (hçnh 6.24a) coï dáy quáún så gäöm êt voìng dáy màõc näúi tiãúp våïi maûch cáön âo doìng vaì dáy quáún thæï gäöm nhiãöu voìng dáy näúi våïi ampe meït, cuäün dáy doìng cuía Oaït meït (hçnh 6.24b), cuäün dáy cuía caïc råle baío vãû, hoàûc caïc thiãút bë âiãöu khiãøn khaïc. Caïc loaûi duûng cuû náöy coï täøng tråí Z ráút beï nãn maïy biãún doìng âiãûn laìm viãûc åí traûng thaïi ngàõn maûch, khi âoï loîi theïp khäng baîo hoìa vaì Φ = (0.8÷1)Wb. I1 I2 A W (b) (a) Hçnh 6.24 Maïy biãún doìng âiãûn
  40. 111 Chuï yï : Khi sæí duûng maïy biãún doìng âiãûn khäng âæåüc âãø dáy quáún thæï cáúp håí maûch vç nhæ váûy doìng tæì hoïa I0 = I1 ráút låïn vaì loîi theïp baîo hoìa nghiãm troüng seî noïng lãn laìm chaïy dáy quáún, hån næîa tæì thäng bàòng âáöu seî sinh ra sââ nhoün âáöu åí dáy quáún thæï cáúp coï thãø xuáút hiãûn âiãûn aïp cao haìng nghçn vän laìm cho dáy quáún thæï vaì ngæåìi sæí duûng khäng an toaìn. 6.11.3. Maïy biãún aïp haìn häö quang Laì loaûi maïy biãún aïp âàûc biãût duìng âãø haìn bàòng phæång phaïp häö quang âiãûn. Maïy âæåüc chãú taûo coï âiãûn khaïng taín låïn vaì cuäün dáy thæï cáúp näúi våïi âiãûn khaïng ngoaìi K âãø haûn chãú doìng âiãûn haìn (hçnh 6.25). Vç thãú âæåìng âàûc tênh haìn ráút däúc, phuì håüp våïi yãu cáöu haìn âiãûn . Cuäün dáy så cáúp näúi våïi nguäön âiãûn, cuäün dáy thæï cáúp mäüt âáöu näúi våïi cuäün âiãûn khaïng K räöi näúi tåïi que haìn, coìn âáöu kia näúi våïi táúm kim loaûi cáön haìn. Maïy biãún aïp laìm viãûc åí chãú âäü ngàõn maûch ngàõn haûn dáy quáún thæï cáp.ú Âiãûn aïp thæï cáúp âënh mæïc cuía maïy biãún aïp haìn thæåìng laì 60 ÷70V. Khi dê que haìn vaìo táúm kim loaûi, seî coï doìng âiãûn låïn chaûy qua laìm noïng chäù tiãúp xuïc. Khi nháúc que haìn caïch táúm kim loüai mäüt khoaíng nhoí, vç cæåìng âäü âiãûn træåìng låïn laìm ion hoïa cháút khê, sinh häö quang vaì toía nhiãût læåüng låïn laìm noïng chaíy chäù haìn. Khe håí khäng khê U1 K Hçnh 6.25 Maïy biãún aïp haìn häö quang Âãø âiãöu chènh doìng âiãûn haìn, coï thãø thay âäøi säú voìng dáy cuía dáy quáún thæï cáúp maïy biãún aïp haìn hoàûc thay âäøi âiãûn khaïng ngoaìi bàòng caïch thay âäøi khe håí khäng khê cuía loîi theïp K. ]R R^
  41. 112 BAÌI TÁÛP Baìi säú 6.1. Xeït MBA mäüt pha lyï tæåíng (khäng bë suût aïp, khäng täøn hao, doìng âiãûn khäng taíi bàòng khäng). Cuäün dáy så cáúp coï 400 voìng, cuäün dáy thæï cáúp coï 800 voìng. Tiãút diãûn loîi theïp laì 40cm2. Nãúu cuäün dáy så cáúp âæåüc âáúu vaìo nguäön 600V, 60Hz, haîy tênh : a. Tæì caím cæûc âaûi trong loîi ? b. Âiãûn aïp thæï cáúp ? Âaïp säú : a. 1,4 T b. 1200V. Bài số 6.2. Để xác định từ cảm Bm trong lõi thép, người ta quấn xung quanh lõi thép một cuộn dây đo lường có số vòng dây N = 120 vòng. Điện áp hiệu dụng đo được hai đầu cuộn dây là 15V. Hãy tính Bm, nếu biết tiết diện hữu ích của lõi thép S = 4cm2, và tần số dòng điện f = 50Hz -3 Đáp số : φm = 0,563.10 Wb ; Bm = 1,41T . Baìi säú 6.3. Cho mäüt MBA mäüt pha lyï tæåíng (khäng bë suût aïp, khäng täøn hao, doìng âiãûn khäng taíi bàòng khäng) 20kVA,1200V/120V. a. Tênh doìng âënh mæïc så cáúp vaì thæï cáúp ? b. Nãúu maïy cáúp cho taíi 12kW coï hãû säú cäng suáút = 0,8; tênh doìng så vaì thæï cáúp ? Âaïp säú : a. 16,7A; 167A b. 12,5A; 125A. Baìi säú 6.4. Cho mäüt MBA mäüt pha lyï tæåíng (khäng bë suût aïp, khäng täøn hao, doìng âiãûn khäng taíi bàòng khäng) coï tè säú voìng dáy 4:1 Âiãûn aïp thæï cáúp laì 120∠0o V. o Ngæåìi ta âáúu mäüt taíi Zt = 10∠30 Ω vaìo thæï cáúp. Haîy tênh : a. Âiãûn aïp så cáúp, doìng âiãûn så cáúp vaì thæï cáúp ? b. Täøng tråí taíi qui vãö så cáúp ? Âaïp säú : a. 480∠0oV; 3∠30oA, 12∠30oA b. 160∠30o Ω. Baìi säú 6.5. Cho MBA mäüt pha lyï tæåíng (khäng suût aïp, täøn hao, doìng âiãûn khäng taíi bàòng khäng) 50kVA, 400V/2000V cung cáúp cho taíi 40kVA coï hãû säú cäng suáút =0,8 (R-L); Tênh: a. Täøng tråí taíi ? b. Täøng tråí taíi qui vãö så cáúp ? Âaïp säú : a. 100∠36,87o Ω; b. 4∠36,87o Ω.
  42. 113 Baìi säú 6.6. Cho MBA mäüt pha lyï tæåíng (khäng bë suût aïp, khäng täøn hao, doìng âiãûn khäng taíi bàòng khäng) coï säú voìng dáy = 180: 45. Âiãûn tråí så vaì thæï cáúp láön læåüc bàòng 0,242 vaì 0,076. Tênh âiãûn tråí tæång âæång qui vãö så cáúp ? Âaïp säú : a. 1,4 T b. 1200V. Baìi säú 6.7. Cho MBA mäüt pha lyï tæåíng (khäng bë suût aïp, khäng täøn hao, doìng âiãûn khäng taíi bàòng khäng) coï säú voìng dáy = 220: 500. Phêa så cáúp âáúu vaìo nguäön âiãûn aïp 220 V, phêa thæï cáúp cung cáúp cho taíi 10kVA. a. Tênh âiãûn aïp trãn taíi, doìng âiãûn thæï cáúp vaì så cáúp ? b. Tênh täøng tråí tæång âæång cuía maïy nhçn tæì nguäön ? Âaïp säú : a. 500V, 20A, 50A b. 4,4Ω . Baìi säú 6.8. Trong thê nghiãûm ngàõn maûch cuía MBA ba pha 100kVA näúi Y/Y, 6000/400V caïc duûng cuû âo âáúu åí phêa så cáúp chè caïc giaï trë: Und = 240V; In = I1âm; Pn = 1500W. Tênh âiãûn tråí vaì âiãûn khaïng ngàõn maûch cuía maïy qui vãö så cáúp ? Âaïp säú : Rn = 5,4Ω; Xn = 13,35Ω Baìi säú 6.9. Mäüt MBA mäüt pha 500kVA, 2300/230V khi thê nghiãûm khäng taíi vaì ngàõn maûch, caïc duûng cuû âo âáúu åí phêa så cáúp chè caïc giaï trë : Thê nghiãûm khäng taíi : U = 2300V ; I0 = 9,4A ; P0 = 2250W Thê nghiãûm ngàõn maûch : Un = 95V ; In = 218A ; Pn = 8.200W. Tênh caïc thäng säú maûch âiãûn thay thãú cuía maïy MBA qui vãö så cáúp ? Âaïp säú : Rfe = 2351Ω, Xm = 246Ω, R1 = R’2 = 0,087Ω, X1 = X’2 = 0,2Ω Baìi säú 6.10. Mäüt MBA mäüt pha 500kVA, 2300/230V nhæ baìi táûp 6.8, cung cáúp doìng âënh mæïc cho taíi coï hãû säú cäng suáút cosϕ = 1. Tênh hiãûu suáút MBA bàòng caïch duìng láön læåüc caïc maûch âiãûn tæång âæång hinh BT 6.10 vaì duìng cäng thæïc tênh hiãûu suáút. Âaïp säú : η= 98,15%; η= 98,31%; kt = 0,618; η= 98,97% Baìi säú 6.11. Mäüt MBA mäüt pha 50kVA, 2400/240V, täøn hao âäöng âënh mæïc 680W, täøn hao theïp 260W. a. Tênh hiãûu suáút khi hãû säú cäng suáút cosϕ = 1 luïc âáöy taíi vaì næía taíi. b. Tênh hãû säú taíi khi hiãûu suáút cæûc âaûi vaì hiãûu suáút cæûc âaûi MBA khi cosϕ =1. Âaïp säú : η= 98,15%; η= 98,31%; kt = 0,618; η= 98,97%
  43. 114 Baìi säú 6.12. Mäüt MBA mäüt pha 10kVA, 480/120V coï caïc thäng säú sau: R1 = 0,6 Ω; R2 = 0,0375 Ω; X1 = 1 Ω; X2 = 0,0625 Ω; Rfe = 3000Ω; Xm = 500 Ω; a. Duìng maûch âiãûn tæång âæång hçnh BT6.10a âãø tênh âiãûn aïp vaì doìng âiãûn så cáúp khi maïy cung cáúp 10kVA cho taíi åí 120V vaì hãû säú cäng suáút cosϕ = 0,85 (R-L). b. Tênh täøn hao âäöng så cáúp, täøn hao âäöng thæï cáúp, täøn hao trong loîi theïp vaì hiãûu suáút cuía MBA. ' R1 jX1 R’2 jX’ &I1 &I2 2 + &Io + &IoX U& 1 &IoR ' U& 2 R jXm fe (a) Rn jXn Rn jXn &I1 &I1 &Io ' ' &I2 &&II1= 2 U& &I U& 1 oR U& ' 1 U& ' jX 2 2 Rfe m (b) (c) Hinh BT 6.10 Baìi säú 6.13. Mäüt MBA mäüt pha 50kVA, 400/2000V coï caïc thäng säú sau : R1 = 0,02 Ω; R2 = 0,5 Ω; X1 = 0,06 Ω; X2 = 1,5 Ω; Rfe = 500Ω; Xm = 167 Ω; Maïy cung cáúp 40kVA cho taíi coï hãû säú cäng suáút cosϕ = 0,8 (R-L) vaì âiãûn aïp trãn taíi bàòng âiãûn aïp âënh mæïc. a. Duìng maûch âiãûn tæång âæång hçnh BT6.10a,b,c âãø tênh âiãûn aïp vaì doìng âiãûn så cáúp. b. Tênh hiãûu suáút cuía taíi âang xeït vaì hiãûu suáút cæûc âaûi cuía MBA. Đáp số : Iđm =190,5A ; I2đm = 666,7A ; So = 200kVA ; cosϕo = 0,085; R1 = 0,74Ω ; X1 = 7,33Ω; R2 = 0,0605Ω ; X2 = 0,6Ω ; Rfe = 72.058,8Ω ; Xm = 6146,5Ω; kt = 0,564 ; U2 = 9944V ;
  44. 115 Baìi säú 6.14. Một máy biến áp một pha Sđm = 6667kVA chế độ không tải với điện áp định mức U10 = 35kV ; P10 = 17000W ; io% = 3% ; U20 = 10kV. Thí nghiệm ngắn mạch với dòng điện định mức, un % = 8% ; Pn = 53500W. a. Xác định dòng điện định mức b. Xác định công thức biến kiến không tải và cosϕ0 ’ ’ c. Cho X1 ≈ X 2 ; R1 ≈ R 2 . Xác định các thông số của sơ đồ thay thế d. Xác định hệ số tải để hiệu xuất đạt cực đại e. Xác định điên áp thứ cấp U2 khi hệ số tải kt = 0,7 với cosϕt = 1 Đáp số : Iđm =190,5A ; I2đm = 666,7A ; So = 200kVA ; cosϕo = 0,085; R1 = 0,74Ω ; X1 = 7,33Ω; R2 = 0,0605Ω ; X2 = 0,6Ω ; Rfe = 72.058,8Ω ; Xm = 6146,5Ω; kt = 0,564 ; U2 = 9944V ; Bài số 6.15. Một MBA 3 pha có tổ nối dây Y/Y, 560kVA, 6000/400V có dòng điện không tải io%= 2,6%; điện áp ngắn mạch un% = 4%; tổn hao không tải Po = 1570W; tổn hao ngắn mạch Pn = 7000W. a. Tìm dòng điện định mức, dòng không tải, hệ số công suất cosϕo ?. b. Tính các thông số của mạch điện thay thế của MBA? c. Xác định hệ số tải để hiệu suất cực đại ? d. Tính điện áp thứ cấp và hiệu suất khi hệ số tải bằng 0,5 và cosϕt = 0,8 (tải R-L). Đáp số : a. 53,9A; 1,4A; 0,108. b. Rfe = 22930Ω; Xm = 2474Ω; Rn = 0,8Ω; Xn = 2,44Ω c. 0,474; d. 393,4V; 98,54%. Bài số 6.16. Một MBA 3 pha có tổ nối dây Y/Y, 560kVA, 6000/400V có các thông -3 số của mạch điện thay thế trên một pha như sau: R1 = 0,4 Ω; R2 =1,78.10 Ω; -3 X1=1,31Ω; X2 =5,8.10 Ω; Rfe =18274Ω; Xm=1807 Ω. Máy cung cấp 450kVA cho tải ba pha có hệ số công suất cosϕ = 0,8 (R-L) và điện áp trên tải là 390V. a. Dùng mạch điện tương đương hình BT6.10a,b,c để tính điện áp và dòng điện dây sơ cấp. b. Tính hiệu suất của tải đang xét và hiệu suất cực đại của MBA. Ðâp s? : a./ Hình BT6.10a. 6030V; 44,5A Hình BT6.10b,c. 6023V; 44,4A b./ 98,54%; 98,92%. Bài số 3.17. Một MBA 3 pha có tổ nối dây Y/Y, 400kVA, 35/0,4kV có dòng điện không tải io%= 1,5%; điện áp ngắn mạch un% = 5%; tổn hao không tải Po = 920W; tổn hao ngắn mạch Pn = 4600W. a. Tìm dòng điện định mức, dòng không tải, hệ số công suất cosϕo.
  45. 116 ’ ’ b. Cho X1 ≈ X 2 ; R1 ≈ R 2. Tính các thông số của mạch điện thay thế chính xác của MBA c. Xác định hệ số tải để hiệu suất cực đại. d. Tính điện áp sơ cấp (từ mạch điện thay thế hình BT6.10a,b,c) và hiệu suất khi máy làm việc với 70% tải, điện áp trên tải lúc này bằng 380V và hệ số công suất cuả tải cosϕt = 0,8 (tải R-L). Ðâp s? : I1đm = 6,6A ; I2đm = 577,4A ; Io = 0,1A; cosϕo = 0,153; b. Rfe = 1331522Ω; Xm = 204480Ω; Rn = 35,2Ω; Xn = 149Ω c. 0,447; d. 34291,7V; 98,6%. ] R R^