Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 6: Máy biến áp

KỸ THUẬT ĐIỆN 
MÁY BIẾN ÁP 
CHƯƠNG VI 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
 Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm 
ứng điện từ dùng biến đổi điện áp của dòng xoay chiều (tăng hoặc 
giảm) nhưng không làm thay đổi tần số của nó. 
 Hiện nay, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống 
điện, dùng để truyền tải, phân phối điện năng. 
 Ngoài ra còn nhiền chức năng khác tuỳ thuộc mục đích sử dụng. 
 Trong chương này, ta nghiên cứu cụ thể một số loại máy biến áp 
thông dụng. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
I. Cấu tạo máy biến áp 
1.1. Lõi thép 
- Lõi thép của máy biến áp được chế tạo bằng những vật 
liệu có độ dẫn từ cao vì nó được dùng để dẫn từ thông 
chính trong máy. 
- Vật liệu chế tạo lõi thép là thép kỹ thuật điện (còn gọi là 
tôn silic). 
- Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy trong lõi (dòng Fuco), 
người ta không làm thành khối liền mà dùng các lá thép có 
chiều dày từ 0,3mm - 0,5mm, có phủ cách điện ghép 
- Hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình xuyến... 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Lõi thép EI Lõi thép UI 
Lõi thép hình xuyến 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Lõi thép dạng cuộn 
Lõi thép được chia làm hai phần: 
 - Trụ từ: là nơi để đặt dây quấn, 
 - Gông từ: là phần khép kín mạch từ giữa các trụ. 
Trụ từ và gông từ tạo thành mạch từ khép kín 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
1.2. Dây quấn 
Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng 
(hoặc nhôm), tiết diện chữ nhật, hoặc tròn, phía ngoài có bọc 
cách điện. 
Dây quấn gồm nhiều vòng dây quấn quanh trụ từ. Giữa các 
vòng dây, giữa các dây quấn được cách điện với nhau và cách 
điện với lõi thép. 
Máy biến áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn. 
Dây quấn nhận điện áp vào → sơ cấp 
Dây quấn đưa điện áp ra → thứ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ký hiệu dây quấn sơ cấp, thứ cấp: 
Các đại lượng ứng với dây quấn sơ cấp trong ký hiệu có ghi 
chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện 
sơ cấp I1, công suất vào P1 ... 
Các đại lượng ứng với dây quấn thứ cấp trong ký hiệu có ghi 
chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp W2, điện áp thứ cấp U2, dòng 
điện thứ cấp I2, công suất đưa ra P2. 
Thường trong các máy biến áp có một cuộn sơ cấp, nhưng có 
thể có một hay nhiều cuộn thứ cấp. Lúc này trong ký hiệu còn 
ghi thêm số cuộn. Ví dụ W21, W22; U21,.. ;I21, I22... 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Khi các dây quấn đặt trên 
cùng một trụ: 
Dây quấn điện áp thấp đặt sát 
trụ từ. 
Dây quấn cao áp đặt lồng ra 
ngoài. 
Làm như vậy sẽ giảm được 
vật liệu cách điện 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
1.3. Các phần phụ khác 
Hệ thống làm mát: Nhiệt lượng sinh ra trong dây quấn và lõi 
thép của máy biến áp cầ được thải ra môi trường xung quanh 
nhằm tránh hiện tượng tăng nhiệt độ làm hỏng máy. 
- Làm mát khô: Làm mát bằng không khí, có loại không cưỡng 
bức và cưỡng bức 
- Làm mát ướt: Đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa 
dầu máy biến áp và hệ thống tản nhiệt (đối với các máy công 
suất lớn). 
Ngoài ra, còn có các sứ xuyên ra để đấu dây quấn ra ngoài, 
có bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơle để bảo 
vệ máy, bình dãn dầu, thiết bị chống ẩm 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Các lượng định mức 
Thông số định mức: 
- Dung lượng định mức Sđm (VA, kVA, MVA) đó là công suất 
toàn phần mà máy có thể cung cấp 
- Điện áp sơ cấp và thứ cấp định mức: U1đm, U2đm (V, kV) 
- Dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức: I1đm, I2đm, (A, kA) 
- Ngoài ra trên biển máy còn ghi tần số định mức fđm, số pha, 
dòng điện không tải phần trăm, i0%, điện áp ngắn mạch phần 
trăm Un%, tổ nối dây 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
II. Nguyên lý làm việc của máy biến áp 
Để nghiên cứu nguyên lý làm việc của máy biến áp ta xét máy 
biến áp một pha hai dây quấn 
Dây quấn sơ cấp có W1 
vòng, dây quấn thứ cấp 
có W2 vòng. 
Cấp điện xoay chiều, 
điện áp U1 vào dây 
quấn sơ cấp, sẽ có 
dòng điện sơ cấp i1. 
Dây quấn thứ cấp nối 
với tải. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Dòng i1 sinh ra từ thông  biến thiên chạy trong lõi thép có 
chiều như hình vẽ (chiều của  thep quy tắc vặn nút chai), 
xuyên qua cả 2 dây quấn sơ cấp W1 và thứ cấp W2 và là từ 
thông chính của máy 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Dòng điện i1 biến thiên theo qui luật hàm sin → từ thông  biến 
thiên → theo định luật cảm ứng điện từ, ở các dây quấn có sức 
điện động cảm ứng. 
tsinm  
Dây quấn sơ cấp → sức điện động e1 
Dây quấn thứ cấp → sức điện động e2 
Từ thông  biến thiên theo qui luật hàm sin 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sức điện động dây quấn sơ cấp e1 
dt
)tsin(d
w
dt
d
we m111


)90tsin(w.f2tcoswe om1m11    
)90tsin(2.fw44,4e om11  
Trị hiệu dụng của sđđ sơ cấp 
m11 .fw44,4E  
)90tsin(E2e o11 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sức điện động dây quấn thứ cấp e2 
dt
)tsin(d
w
dt
d
we m222


)90tsin(w.f2tcoswe om2m22    
)90tsin(2.fw44,4e om22  
Trị hiệu dụng của sđđ thứ cấp: 
m22 .fw44,4E  
)90tsin(E2e o22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sức điện động sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số f nhưng 
trị hiệu dụng khác nhau 
Tỉ số trị hiệu dụng sức điện động sơ cấp và thứ cấp 
k
w
w
E
E
2
1
2
1 
k – hệ số biến áp 
Bỏ qua tổn thất điện áp trên các dây quấn w1 và w2 
→ U1 E1 ; U2 E2 
k
w
w
E
E
U
U
2
1
2
1
2
1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Tỷ số điện áp vào (sơ cấp) và điện áp ra (thứ cấp) đúng 
bằng tỷ số vòng dây tương ứng 
k > 1 : máy biến áp hạ áp 
k < 1 : máy biến áp tăng áp 
Bỏ qua tổn hao trong máy, có thể coi gần đúng 
2211 IUIU 
k
I
I
U
U
1
2
2
1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
III. Phương trình đặc trưng của máy biến áp 
Xác định chiều của các đại lượng: Chiều dòng điện i1 → chiều từ 
thông  → Chiều sđđ e1, e2 → Chiều điện áp u2 và dòng điện i2 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ngoài từ thông chính , trong máy còn có từ thông tản. Từ thông 
này móc vòng lấy các dây quấn và tản ra ngoài không khí . 
Từ thông tản sơ cấp móc vòng dây quấn sơ cấp, và được đặc 
trưng bởi điện cảm tản L1 
1
1t
1
1
1
1
i
d
w
i
d
L


Từ thông tản thứ cấp móc vòng dây quấn thứ cấp, và được đặc 
trưng bởi điện cảm tản L2 
2
2t
2
2
2
2
i
d
w
i
d
L


III. Phương trình đặc trưng của máy biến áp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
3.1. Phương trình điện áp sơ cấp 
Mạch sơ cấp gồm nguồn điện 
áp u1, sức điện động e1 , điện 
trở dây quấn sơ cấp R1, điện 
cảm tản sơ cấp L1. 
Để mô hình hóa các mạch 
điện sơ cấp ta chú ý đến 
chiều của các đại lượng sđđ, 
điện áp và dòng điện cùng 
các phần tử điện trở và điện 
cảm tản. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Theo định luật Kiếchốp 2, ta có 
phương trình điện áp sơ cấp: 
11
1
111 eu
dt
di
LRi 
1
1
1111 e
dt
di
LRiu 
Dạng phức: 111111 EXIjRIU
1111 EZIU
111 jXRZ 
11 LX  Điện kháng tản sơ cấp 
Tổng trở phức sơ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Mạch thứ cấp gồm sức điện 
động e1 , điện áp u2, điện 
trở dây quấn thứ cấp R2, 
điện cảm tản thứ cấp L2. 
Để mô hình hóa các mạch 
điện sơ cấp ta chú ý đến 
chiều của các đại lượng 
sđđ, điện áp và dòng điện 
cùng các phần tử điện trở 
và điện cảm tản. 
3.2. Phương trình điện áp thứ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Theo định luật Kiếchốp 2, ta có 
phương trình điện áp sơ cấp: 
22
2
222 eu
dt
di
LRi 
dt
di
LRieu 222222 
Dạng phức: )XIjRI(EU 222222
2222 ZIEU
222 jXRZ 
22 LX  
Tổng trở phức thứ cấp 
Điện kháng tản thứ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
3.3. Phương trình cân bằng sức từ động 
Trong phương trình điện áp sơ cấp điện áp rơi trên dây 
quấn I1Z1 thường rất nhỏ nên có thể gần đúng U1 = E1. 
Do điện áp đặt vào biến áp U1 không đổi nên E1= 
4,44fW1max cũng không đổi vậy max cũng không đổi 
Chế độ không tải (I2=0), dòng sơ cấp lúc này là dòng 
không tải I0 nên sức từ động sơ cấp là i0 W1 sinh ra từ 
thông chính. 
Khi máy biến áp mang tải (I2 0), lúc này sức từ động của 
máy là i1W1 + i2W2 sinh ra từ thông chính của máy. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Do từ thông chính max không đổi nên sức từ động lúc không tải 
bằng sức từ động của máy lúc có tải: 
22111o wiwiwi 
2
1
21
1
2
21o
w
w
1
ii
w
w
iii 
'
2121o ii
k
1
iii 
Dạng phức: 
'
210 III
I2’ Dòng điện thứ cấp qui đổi về sơ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Hệ phương trình đặc trưng cho máy biến áp (phương trình 
cân bằng điện áp sơ cấp, thứ cấp và phương trình cân bằng 
từ trong lõi thép 
'
210
2222
1111
III
ZIEU
EZIU
Từ hệ phương trình đặc trưng, xây dựng mô hình toán học, 
còn được gọi là sơ đồ thay thế của máy biến áp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
IV. Mạch điện thay thế máy biến áp 
4.1. Quy đổi các đại lượng thứ cấp về sơ cấp 
Do dây quấn sơ cấp và thứ cấp liên hệ với nhau qua mạch từ, 
phải thực hiện phép quy đổi từ phía thứ cấp về sơ cấp để có 
liên hệ trực tiếp về điện 
22
2
22222 I
k
1
ZkEkZIkEkUk
Các đại lượng thứ cấp qui đổi về sơ cấp: 
2
'
2 UkU
 2
'
2 EkE
 2
2'
2 ZkZ 2
'
2 I
k
1
I
2
2'
2 RkR 2
2'
2 XkX 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp: 
'
2
'
2
'
2
'
2 ZIEU
Phương trình này thỏa mãn điều kiện biến đổi tương đương: 
quá trình năng lượng không đổi. 
Công suất trước và sau qui đổi: 
2222
'
2
'
2 IEI
k
1
EkIE
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
4.2. Thiết lập sơ đồ thay thế máy biến áp 
Trong hệ phương trình đặc trưng, (-E1) chính là điện áp 
rơi trên tổng trở Zth đặc trưng cho từ thông chính và tổn 
hao sắt từ. 
Từ thông chính do dòng điện không tải I0 sinh ra nên: 
th0thth01 ZI)jXR(IE
Tổng trở từ hóa gồm hai thành phần: 
Rth là điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt từ 
Xth là điện kháng từ hoá đặc trưng cho từ thông chính  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Thay giá trị tổng trở từ hóa vào hệ phương trình: 
'
210
'
2
'
2
'
2
'
2
1111
III
ZIEU
EZIU
'
210
'
2
'
2th0
'
2
th0111
III
ZIZIU
ZIZIU
Theo định luật Kiếchốp 1 và 2 thì hệ ba phương trình này 
chính là viết cho mạch điện có 2 nút và 3 nhánh (hoặc 2 vòng) 
bởi vì có 1 phương trình theo định luật 1 và 2 phương trình 
theo định luật 2 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Tổng trở từ hóa Zth rất lớn so với các tổng trở dây quấn sơ cấp Z1 
và thứ cấp Z2, nên có thể đơn giản hóa sơ đồ thay thế: 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Các tổng trở dây quấn sơ cấp Z1 và thứ cấp qui đổi về sơ cấp Z2
’ 
nối tiếp trên nhánh nên có thể biến đổi tương đương: 
Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp 
Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp 
IV. Mạch điện thay thế máy biến áp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
V. Chế độ không tải - thí nghiệm không tải 
5.1. Chế độ không tải 
Chế độ không tải của máy biến áp là chế độ phia thứ cấp hở 
mạch (I2 = 0) phía sơ cấp được đặt vào điện áp U1 
Phương trình cân bằng điện áp 
)ZZ(IZIZIEZIU th10th0101101 
)ZZ(Z th10 
Tổng trở không tải của máy biến áp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Đặc điểm chế độ không tải: 
- Dòng điện không tải I0 
 2th1
2
th1
1
0
1
0
XXRR
U
Z
U
I
Tổng trở Z0 rất lớn nên dòng điện không tải chỉ 
bẳng (2% ÷ 10%) dòng điện định mức 
- Công suất không tải P0 0
2
0th1
2
00 RIRRIP 
Công suất P0 do tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp 
 PR1(tổn hao đồng dây quấn sơ cấp lúc không tải) và 
tổn hao sắt từ Pst. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với P0 
Điện trở từ hóa rất lớn so với điện trở dây quấn sơ cấp nên P0 
chính là tổn hao sắt từ Pst. 
st0 PP 
- Hệ số công suất không tải cosφ0 
3,01,0
XR
R
cos
2
0
2
0
0
0  
Hệ số công suất lúc không tải nhỏ, do đó không nên để máy 
biến áp chạy không tải hoặc non tải, ảnh hưởng xấu đến hệ số 
công suất của hệ thống điện 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
5.2. Thí nghiệm không tải 
Thí nghiệm không tải xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ 
và các thông số không tải của máy 
Sơ đồ thí nghiệm: V1, V2 đo điện áp sơ cấp và thứ cấp; A đo 
dòng điện không tải; W đo công suất tác dụng không tải. 
Điện áp đặt vào máy là điện áp định mức U1đm. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Thông số tính được từ kết quả thí nghiệm: 
- Hệ số biến áp: 
2
1
2
1
U
U
w
w
k 
- Dòng điện không tải (dạng phần trăm): 
 103100
I
I
%I
đm1
0
0  
- Điện trở không tải: 
2
0
0
0
I
P
R 
Do R0 = R1 + Rth và Rth » R1 0th RR 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Tổng trở không tải: 
0
đm1
0
I
U
Z 
0th ZZ 
- Điện kháng không tải: 
2
0
2
00 RZX 0th XX 
- Hệ số công suất không tải: 
0đm1
0
0
IU
P
cos 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
VI. Chế độ ngắn mạch - thí nghiệm ngắn mạch 
6.1. Chế độ ngắn mạch 
Máy biến áp đang làm việc, đột nhiên phía thứ cấp bị nối 
tắt lại trong khi phía sơ cấp vẫn nối với điện áp nguồn 
gọi là chế độ ngắn mạch 
Tổng trở nhánh từ hóa rất lớn hơn tổng trở dây quấn thứ 
cấp qui đổi về sơ cấp nên có thể bỏ nhánh từ hóa (dòng 
điện nhánh rất nhỏ). 
Sơ đồ thay thế của máy biến áp chỉ còn tổng trở ngắn 
mạch. 
Dòng điện sơ cấp được gọi là dòng ngắn mạch In 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Dòng điện ngắn mạch In 
2
n
2
n
1
n
1
n
XR
U
Z
U
I
- Phương trình điện áp 
 nn'21n1 ZIZZIU
Tổng trở ngắn mạch rất nhỏ nên dòng điện ngắn mạch thường 
lớn gấp 1025 lần dòng điện định mức. 
Điều này rất nguy hiểm với các máy biến áp đang vận hành đột 
nhiên bị ngắn mạch phía thứ cấp. 
Để tránh điều này người ta phải dùng các máy tự động cắt 
mạch ở cả 2 phía sơ cấp khi bị sự cố ngắn mạch, quá tải ... 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
6.2. Thí nghiệm ngắn mạch 
Thí nghiệm ngắn mạch xác định tổn hao trên các điện trở dây 
quấn sơ cấp và thứ cấp, các thông số ngắn mạch của máy 
Để tránh chế độ ngắn mạch, trong thí nghiệm ngắn mạch ta phải 
đưa vào điện áp ngắn mạch Un bằng cách tăng bộ phận điều chỉnh 
điện áp từ 0 đến khi dòng điện ở dây quấn sơ cấp bằng dòng định 
mức. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Các dụng cụ đo: A1, A2 đo dòng điện sơ cấp và thứ cấp; V đo 
điện áp ngắn mạchi; W đo công suất tác dụng ngắn mạch. 
Điện áp Un nhỏ, từ thông trong mạch từ nhỏ, có thể bỏ qua 
tổn hao sắt từ. 
Công suất đo được ở thí nghiệm ngắn mạch Pn chính là tổn 
hao trong điện trở 2 dây quấn sơ cấp và thứ cấp (điện trở ngắn 
mạch). 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Thông số tính được từ kết quả thí nghiệm: 
- Điện trở ngắn mạch: 
2
đm1
n
n
I
P
R 
- Tổng trở ngắn mạch: 
đm1
n
n
I
U
Z 
- Điện kháng ngắn mạch: 
2
n
2
nn RZX 
- Thông số sơ đồ thay thế: 
2
R
RR n'21 
2
X
XX n'21 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Thông số dây quấn thứ cấp: 
2
'
2
2
k
R
R 
2
'
2
2
k
X
X 
- Hệ số công suất ngắn mạch: 
đm1n
n
nn
n
n
IU
P
IU
P
cos 
Điện áp ngắn mạch có thể phân thành 2 thành phần: 
Thành phần trên điện trở ngắn mạch Rn gọi là điện áp ngắn 
mạch tác dụng (ký hiệu UnR), 
Thành phần trên điện kháng ngắn mạch Xn gọi là điện áp ngắn 
mạch phản kháng (ký hiệu là UnX). 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Quan hệ giữa 2 thành phần điện áp ngắn mạch biểu diễn bằng 
tam giác tương tự với tam giác tổng trở ngắn mạch. 
đm1nnR IRU đm1nnX IXU đm1nn IZU 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Điện áp ngắn mạch (dạng phần trăm %) có thể tính theo các 
đại lượng Zn, Rn, Xn, Sđm, U1đm, I1đm: 
100
U
SZ
100
U
IZ
U
2
đm1
đmn
đm1
đm1n
%n 
100
U
SR
100
U
IR
cosUU
2
đm1
đmn
đm1
đm1n
n%n%nR 
100
U
SX
100
U
IX
sinUU
2
đm1
đmn
đm1
đm1n
n%n%nX 
Có thể tính Zn, Rn, Xn theo Un%, UnR%, UnX% thường được ghi 
trong lí lịch máy. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
VII. Máy biến áp mang  ... h li cùng công suất (1 – 1/ka) → lõi thép có tiế diện 
nhỏ hơn tương ứng. 
- Nếu có cùng tiết diện lõi thép thì máy biến áp tự ngẫu có công 
suất lớn hơn 10 – 20%. 
- Máy biến áp tự ngẫu có liên hệ trực tiếp về điện cao áp và hạ 
áp nên nguy hiểm (nếu độ chênh lệch điện áp cao áp và hạ áp 
lớn). Do vậy máy chỉ được chế tạo với hệ số biến áp nhỏ. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
10.2. Máy biến áp đo lường 
Máy biến áp đo lường được dùng để mở rộng thang đo của 
các dụng cụ đo lường xoay chiều (có thể đo được các đại 
lượng điện áp và dòng điện với trị số lớn chỉ dùng dụng cụ 
đo thông thường) 
Mạch sơ cấp của máy biến áp đo lường thường nối với lưới 
điện, mạch thứ cấp nối với dụng cụ đo, và thường được nối 
đất để tránh nguy hiểm cho người sử dụng khi rò điện từ 
cao áp sang. 
Máy biến áp đo lường gồm máy biến điện áp và máy biến 
dòng điện (biến dòng) 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
a) Máy biến điện áp 
Dùng biến đổi điện áp cao xuống điện 
áp thấp để có thể đo bằng các dụng cụ 
đo thông thường → w2 < w1 
Thông thường người ta thiết kế cuộn 
thứ cấp có điện áp U2đm = 100V 
Hệ số biến áp: 
2
1
2
1
u
U
U
w
w
k 
Cuộn w2 có thể nối với các dụng cụ đo: vôn mét, tần số kế 
(Hz), cuộn điện áp của Oátmét, cos mét, công tơ... 
Tổng trở dây quấn dụng cụ đo lớn nên trạng thái làm việc của 
máy biến điện áp gần không tải. 
Không để máy biến điện áp ngắn mạch thứ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Máy biến dòng điện 
Dùng biến đổi dòng điện lớn xuống 
dòng điện nhỏ để đo lường. Vì dòng thứ 
cấp nhỏ hơn sơ cấp nên số vòng dây 
thứ cấp lớn hơn số vòng dây sơ cấp. 
Thường chế tạo thứ cấp có dòng định 
mức I2đm = 5A 
Tỷ số biến dòng: 
1
2
2
1
i
w
w
I
I
k 
Cuộn sơ cấp nối với mạch cần đo, cuộn thứ cấp nối với dụng cụ đo 
có tổng trở nhỏ nên máy biến dòng gần như ngắn mạch. 
Không để hở mạch thứ cấp máy biến dòng (điện áp cao) 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
10.3. Máy biến áp hàn 
Máy biến áp hàn loại máy biến áp đặc 
biệt dùng để hàn bằng phương pháp hồ 
quang điện. 
Máy biến áp hàn có điện kháng tản rất 
lớn và thêm cuộn điện kháng ngoài để 
cho dòng điện hàn không vươịt quá 2 
đến 3 lần dòng điện định mức. 
Đường đặc tính ngoài của máy biến áp 
hàn rất dốc phù hợp với yêu cầu hàn 
điện. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sơ đồ nguyên lý: 
Khi hàn, người ta đưa que hàn vào kim loại hàn, sẽ có dòng 
điện lớn chạy qua, làm nóng chỗ tiếp xúc. 
Khi nhấc que hàn cách tấm kim loại một khoảng nhỏ vì cường 
độ điện trường lớn làm ion hoá chất khí sinh hồ quang và toả ra 
nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. 
Cuộn dây sơ cấp được 
nối với nguồn điện, cuộn 
thứ cấp một đầu được 
nối với cuộn điện kháng 
và que hàn, đầu kia nối 
với kim loại hàn 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Muốn điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây cuộn 
thứ cấp của máy hoặc thay đổi điện kháng cuộn K bằng cách thay 
đổi khe hở không khí của lõi thép. 
Chế độ làm việc của máy biến áp hàn là ngắn mạch thứ cấp ngắn 
hạn lặp lại. 
Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường 60-75V 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
XI. Các ví dụ: 
Ví dụ 1: 
Máy biến áp một pha Sđm = 2500VA; U1đm = 220V; U2đm = 127V. 
Thí nghiệm không tải: U10 = 220V; I10 = 1,4A; P10 = 30W. Thí 
nghiệm ngắn mạch: I1n= I1đm = 11,35A; U1n = 8,8V; P1n = 80W. 
a) Tính các thông số sơ đồ thay thế 
b) Khi tải R, L có cos t = 0,8. Xác định hiệu suất và điện áp thứ 
cấp khi hệ số tải kt = 1; 0,5. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài giải: 
a) Thông số sơ đồ thay thế máy biến áp 
- Điện trở nhánh từ hóa 
)(3,15
4,1
30
I
P
R
22
01
01
0  
- Tổng trở nhánh từ hóa 
)(157
4,1
220
I
U
Z
01
01
0  
)(1493,15157RZX 2220
2
00  
- Điện kháng nhánh từ hóa 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở ngắn mạch 
- Tổng trở ngắn mạch 
- Điện kháng ngắn mạch 
)(621,0
35,11
80
I
P
R
22
n1
n1
n  
)(775,0
35,11
8,8
I
U
Z
n1
n1
n  
)(46,0621,0775,0RZX 222n
2
nn  
- Điện trở sơ cấp 
)(31,0
2
R
RR n'21  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở thứ cấp 
)(1,0
73,1
31,0
k
R
R
22
'
2
2  
- Điện kháng sơ cấp 
)(23,0
2
X
XX n'21  
- Điện kháng thứ cấp 
)(077,0
73,1
23,0
k
X
X
22
'
2
2  
- Hệ số biến áp 
73,1
127
220
U
U
k
2
1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Hiệu suất máy biến áp – độ lệch điện áp thứ cấp 
- Khi tải định mức: 
948,0
80308,0.2500
8,0.2500
PkPcosSk
cosSk
n
2
t0tđmt
tđmt 

- Khi tải kt = 0,5: 
952,0
80.5,0308,0.2500.5,0
8,0.2500.5,0
2
 
 Hiệu suất máy biến áp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
 Độ lệch điện áp thứ cấp 
4100
220
8,8
100
U
U
U
đm1
n
%n 
8,0
35,11.8,8
80
IU
P
cos
n1n1
n1
n 
6,08,01cos1sin 2n
2
n 
Điện áp ngắn mạch tác dụng 
Điện áp ngắn mạch phần trăm 
Hệ số công suất ngắn mạch 
2,38,0.4cosUU n%nR%n 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Điện áp ngắn mạch phản kháng 
4,26,0.4sinUU n%nX%n 
Điện áp thứ cấp 
 tX%ntR%n1%2 sinUcosUkU 
- Khi tải định mức: 
)V(1,5
100
127.4
100
UU
U đm2%22 
 46,0.4,28,0.2,3.1U %2 
)V(9,1211,5127UUU 2đm22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Khi tải kt = 0,5: 
)V(54,2
100
127.2
100
UU
U đm2%22 
 26,0.4,28,0.2,3.5,0U %2 
)V(46,12454,2127UUU 2đm22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ví dụ 2: 
Máy biến áp một pha 
Thông số định mức : Sđm = 2500 VA; U1đm = 220V; U2đm = 127 V; 
Thông số dây quấn R1 = 0,3; X1 = 0,25 ; R2 = 0,1 ; X2 = 0,083 
Thứ cấp nối với tải có tổng trở pha 
Dùng sơ đồ thay thế gần đúng (coi I0 0) xác định: 
- Công suất tác dụng P1, công suất phản kháng Q1, hệ số công 
suất cos 1 ở phía sơ cấp 
- Công suất tác dụng và phản kháng của tải, điện áp trên tải và độ 
biến thiên điện áp thứ cấp 
)(17,5j8,5Zt  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài giải: 
Thông số sơ đồ thay thế: 
Hệ số biến áp: 73,1
127
220
U
U
k
đm2
đm1 
Qui đổi đại lượng thức cấp về sơ cấp: 
3,01,0.73,1RkR 22
2'
2 
25,0083,0.73,1XkX 22
2'
2 
4,178,5.73,1RkR 2t
2'
t 
5,1517,5.73,1XkX 2t
2'
t 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Từ sơ đồ tính được dòng điện sơ cấp và thứ cấp qui đổi 
 2't'21
2'
t
'
21
đm1'
21
XXXRRR
U
II
)A(13,9
1618
220
II
22
'
21 
Hệ số công suất phía sơ cấp 
 08,20
18
XXXRRR
RRR
cos
2'
t
'
21
2'
t
'
21
'
t
'
21
1 
747,0cos 1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Công suất tác dụng phía sơ cấp 
1500747,0.13,9.220cosIUP 1111 
Công suất phản kháng phía sơ cấp 
4,1335747,01.13,9.220sinIUQ 21111 
Dòng điện thứ cấp chưa qui đổi 
A8,1513,9.73,1I.kI '22 
Tổng trở của tải 
)(77,717,58,5XRZ 222t
2
tt  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Điện áp trên tải (thứ cấp) 
)V(76,12277,7.8,15ZIUU t2t2 
Độ lệch điện áp thứ cấp 
38,3100
127
76,122127
100
U
UU
U
đm2
2đm2
%2 
Công suất của tải 
144708,5.8,15RIP 2t
2
2t 
129117,5.8,15XIQ 2t
2
2t 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ví dụ 3: 
Một máy biến áp ba pha nối Y/ có Sđm = 60 kVA; U1đm = 35 kV; 
U2đm = 400V; I0%=11; Un% = 4,55; P0 = 502 W; Pn = 1200 W. 
a) Tính dòng điện định mức, dòng điện không tải, hệ số công 
suất không tải, điện áp ngắn mạch Un, hệ số công suất ngắn 
mạch cos n 
b) Thông số sơ đồ thay thế. 
c) Tính hệ số tải khi hiệu suất cực đại. 
Máy làm việc với tải R, L có cos t = 0,9, hệ số tải kt = 0,5. 
d) Tính hiệu suất, công suất tác dụng và phản kháng, dòng điện, 
cos 1 ở phía sơ cấp. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài giải: 
a) Tính I1đm, I2đm, I0, cosφ0, Un, cosφn 
- Dòng điện định mức, dòng điện không tải: 
A1
10.35.3
10.60
U3
S
I
3
3
đm1
đm
đm1 
A66,8
400.3
10.60
U3
S
I
3
đm2
đm
đm2 
A11,0
100
11.1
100
II
I %0đm10 
- Hệ số công suất không tải 
075,0
11.10.35.3
502
IU3
P
cos
3
0đm1
0
0 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện áp ngắn mạch dây Un 
V1592
100
55,4.10.35
100
UU
U
3
%nđm1
n 
- Điện áp ngắn mạch pha Unp (sơ cấp nối Y) 
V5,919
3
1592
3
U
U nnp 
- Hệ số công suất ngắn mạch 
435,0
1.1592.3
1200
IU3
P
cos
đm1n
n
n 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Thông số sơ đồ thay thế: 
- Điện trở nhánh từ hóa 
 k8,13
11,0.3
502
I.3
P
I
P
R
22
0
0
2
0
p0
th
- Tổng trở nhánh từ hóa 
 k7,183
11,0.3
10.35
I.3
U
I
U
Z
3
0
đm1
0
đmp1
th
- Điện kháng nhánh từ hóa 
 k2,183RZX 2th
2
thth
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở ngắn mạch 
 400
1.3
1200
I.3
P
I
P
R
22
đm1
n
2
đm1
np
n
- Tổng trở ngắn mạch 
 5,919
1.3
1592
I.3
U
I
U
Z
đm1
n
đm1
np
n
- Điện kháng ngắn mạch 
 828RZX 2n
2
nn
- Hệ số biến áp pha 
5,50
400.3
10.35
U.3
U
U
U
k
3
đm2
đm1
đmp2
đmp1
p 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở, điện kháng sơ cấp 
 200
2
400
2
R
RR n'21
- Điện trở, điện kháng thứ cấp 
 414
2
828
2
X
XX n'21
 078,0
5,50
200
k
R
R
22
p
'
2
2
 162,0
5,50
414
k
X
X
22
p
'
2
2
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
c) Tính hệ số tải khi hiệu suất cực đại 
647,0
1200
502
P
P
k
n
0
t 
d) Tính hiệu suất máy khi tải có cosφt = 0,9, hệ số tải kt =0,5 
n
2
t0tđmt
tđmt
PkPcosSk
cosSk

97,0
12005,05029,0.10.60.5,0
9,0.10.60.5,0
23
3
 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Công suất tác dụng phía sơ cấp 
n
2
t0tđmt1 PkPcosSkP 
)W(278021200.5,05029,0.10.60.5,0P 231 
- Công suất phản kháng phía sơ cấp (bỏ qua từ thông tản) 
0tđmttht1 sinUI3sinSkQQQ 
130769,01.10.60.5,0Q 23t 
6649075,01.11,0.10.35.3Q 22th 
19725664913076Q1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Công suất phản kháng (có tính từ thông tản) 
n
2
t0tđmttantht1 QksinUI3sinSkQQQQ 
2
nđm1nn 435,01.1.1592.3sinIU3Q 
2482Qn 
22207248219725Q1 
- Công suất toàn phần phía sơ cấp 
VA335031972527082QPS 2221
2
11 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Dòng điện sơ cấp I1 
A55,0
35000.3
33503
U3
S
I
1
1
1 
- Hệ số công suất sơ cấp cosφ1 
81,0
33503
27802
S
P
cos
1
1
1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ví dụ 4: 
Một máy biến áp ba pha đấu Y/Y cung cấp điện cho tải nối 
tam giác, điện trở mỗi pha tải R = 6. Máy biến áp có các số 
liệu sau: U1đm = 3000 V; U2đm = 230V. 
Thông số các dây quấn R1 = 2,4 ; X1 = 4,4 ; X2 = 0,026 ; 
R2 = 0,0142 . 
Tính điện áp đặt lên mỗi pha của tải và công suất tải tiêu thụ 
khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức 
Bài giải: 
Dây quấn máy biến áp ba pha đấu Y/Y , tải phải biến đổi Δ→Y 
)(2
3
R
RY  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Máy biến áp ba pha đấu Y/Y → hệ số biến áp 
04,13
230
3000
U
U
kk
đm2
đm1
pd 
Thông số thứ cấp, tải qui đổi về sơ cấp 
)(4,20142,0.04,13RkR 22
2
p
'
2  
)(3382.04,13RkR 2Y
2
p
'
Y  
)(4,4026,0.04,13XkX 22
2
p
'
2  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Theo sơ đồ thay thế gần đúng 
 2'21
2'
Y
'
21
p1
p2p1
XXRRR
U
II
A05,5
8,88,342.3
3000
II
22
p2p1 
Điệ áp pha trên tải nối Y 
V3,131
13
338.05,5
04,13
RI
k
U
U
'
Yp1
p
'
Yp
Yp 
Điện áp pha trên tải nối Δ 
V4,2273,131.3U3U Ypp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Dòng điện pha trên tải nối Δ 
A9,3704,13
3
05,5
k
3
I
I p
Yp
p 
Công suất của tải 
2585933805,5.3R.I.3P 2Y
2
p2 
0Q 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài tập 
Bài số 6.1 
Một cuộn dây có lõi thép, mạch từ làm bằng thép kỹ thuật điện. 
Tiết diện lõi thép S = 24 cm2, hệ số ép chặt k = 0,93. 
Từ cảm trong lõi Bm = 1,2T 
Điện áp đặt vào cuộn dây u = 311sint ; f = 50Hz. 
Hãy xác định từ thông max, sức điện động e của cuộn dây 
Bài giải: 
Từ thông trong lõi thép: 
)Wb(10.78,2693,0.10.24.2,1k.S.B 44mm
 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sức điện động trong dây quấn: 
 EEZIU
- Dây quấn không có điện trở được coi là phần tử thuần 
điện cảm. 
- Điện áp đặt vào có góc pha bằng 0o 
- Phương trình cân bằng điện áp dây quấn 
- Sđđ e có trị số hiệu dụng bằng trị số điện áp 
V220E 
- Góc pha của sđđ E , chậm pha hơn điện ápU là 180o 
 V180tsin2220e o 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài số 6.2 
Một máy biến áp một pha hai dây quấn có các thông số: 
Sđm = 20.000 VA; fđm = 50Hz; U1đm = 126,8 kV; U2đm = 11 kV, 
tiết diện lõi thép S=35,95 cm2 (hệ số ép chặt bằng k = 1) từ 
cảm trong lõi thép Bm = 1,55 T. 
Tính số vòng dây W1 và W2 
Bài giải: 
Từ thông trong lõi thép máy biến áp: 
)Wb(10.72,551.10.95,35.55,1k.S.B 44mm
 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Từ biểu thức trị số hiệu dụng của sđđ sơ cấp, thứ cấp (bỏ 
qua tổn hao trên tổng trở dây quấn): 
m
đm1
m
1
1
.f.44,4
U
.f.44,4
E
w


102502
10.72,55.50.44,4
10.8,126
w
4
3
1 
m
đm2
m
2
2
.f.44,4
U
.f.44,4
E
w


8892
10.72,55.50.44,4
10.11
w
4
3
2 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài số 6.3 
Máy biến áp một pha Sđm = 100kVA, U1đm= 2400 V; U2đm = 240 V; 
R1 =0,2 ; X1 = 0,45 ; R2 = 2 m; X2 = 4,5 m. 
a) Tính I1đm, I2đm, Rn, Xn. 
b) Tính Pn, P0 biết cos t = 0,8, kt = 1,  = 0,982 
Bài giải: 
a) Dòng điện định mức, thông số ngắn mạch 
A67,41
2400
10.100
U
S
I
3
đm1
đm
đm1 
A7,416
240
10.100
U
S
I
3
đm2
đm
đm2 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Hệ số biến áp 10
240
2400
U
U
k
đm2
đm1 
Điện trở, điện kháng ngắn mạch 
2
2
1
'
21n RkRRRR 
2
2
1
'
21n XkXXXX 
 4,010.2.102,0R 32n
 9,010.5,4.1045,0X 32n
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Tổn hao ngắn mạch và không tải 
6,6494,0.67,41RIP 2n
2
đm1n 
n
2
t0tđmt
tđmt
PkPcosSk
cosSk

Từ biểu thức hiệu suất máy biến áp 
n
2
ttđmt0 Pk1
1
cosSkP 

8166,649.11
982,0
1
8,0.10.100.1P 230 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Xác định tổ đấu dây của các máy biến áp ba pha có sơ đồ đấu 
dây như hình dưới đây 
Bài số 6.5. 
A 
B 
a 
b 
UAB 
Uab 
UAB 
Uab 
Y/Y - 12 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
A 
B 
a 
b 
UAB 
Uab 
UAB 
Uab 
Δ/Δ - 12 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
A 
B 
UAB 
UAB 
Uab 
a 
b 
Uab 
Y/Δ - 11 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài số 6.6. 
Một máy biến áp ba pha Sđm = 160 kVA; U1đm = 15 kV; U2đm = 400 V; 
P0 = 460 W; Pn = 2350 W; Un% = 4%; đấu Y/Y - 12. 
Biết R1 R’2, X1 X’2. 
a) Tính I1đm, I2đm, Rn, Xn, R1, R2, X1, X2. 
b) Tính  khi kt = 0,75, cos t = 0,8. 
c) Tính U2%, U2 khi kt = 1, cos t = 0,8 ( t >0) 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Dòng điện định mức: 
A16,6
10.15.3
10.160
U3
S
I
3
3
đm1
đm
đm1 
A231
400.3
10.160
U3
S
I
3
đm2
đm
đm2 
Bài giải: 
a) Tính I1đm, I2đm, Rn, Xn, R1, R2, X1, X2. 
- Điện trở ngắn mạch 
)(64,20
16,6.3
2350
I.3
P
I
P
R
22
đm1
n
2
đmp1
np
n  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Tổng trở ngắn mạch 
- Điện kháng ngắn mạch 
)(24,56
16,6.100.3
10.15.4
I.100.3
UU
I
U
Z
3
đm1
đm1%n
đmp1
np
n  
)(32,5264,2024,56RZX 222n
2
nn  
- Hệ số công suất ngắn mạch 
37,0
16,6.600.3
2350
IU3
P
cos
đm1n
n
n 
- Hệ số biến áp pha 
5,37
400
10.15
U
U
U
U
k
3
đm2
đm1
p.đm2
p.đm1
p 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở, điện kháng thứ cấp 
)(10.34,732,10
5,37
1
R
k
1
R 3
2
'
22
p
2  
)(10.6,1816,26
5,37
1
X
k
1
X 3
2
'
22
p
2  
)(16,26
2
X
XX n'21  
- Điện trở, điện kháng sơ cấp 
)(32,10
2
R
RR n'21  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Tính  khi kt = 0,75, cos t = 0,8. 
n
2
t0tđmt
tđmt
PkPcosSk
cosSk

98,0
2350.75,04608,0.10.160.75,0
8,0.10.160.75,0
23
3
 
c) Tính U2%, U2 khi kt = 1, cos t = 0,8 ( t >0) 
Điện áp ngắn mạch tác dụng và phản kháng 
32,137,0.4cosUU n%nR%n 
72,337,01.4sinUU 2n%nX%n 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Độ lệch điện áp phần trăm ΔU2% 
 tX%ntR%nt%2 sinUcosUkU 
29,36,0.72,38,0.32,1U %2 
Độ lệch điện áp ΔU2 
16,13
100
400.29,3
100
UU
U đm2%22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP