Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 2, Phần A: Máy biến áp - Văn Thị Kiều Nhi

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
Phần A: Máy biến áp một pha
I. Khái niệm.
II. Cấu tạo MBA 1 pha.
III. Nguyên lý hoạt động
IV. Sơ đồ tương đương.
V. Tính toán các thông số. 
Phần B: Máy biến áp ba pha
I. Khái niệm.
II. Cấu tạo MBA 3 pha.
III. Nguyên lý hoạt động
IV. Sơ đồ tương đương.
V. Tính toán các thông số. 
VI. Tổ đấu dây MBA 3 pha.
VII. Điều kiện các MBA 3 pha 
làm việc song song
HÌNH ẢNH ỨNG DỤNG VÀ BÀI TẬP
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
I. Khái niệm.
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên
nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi điện áp xoay
chiều 1 pha từ cấp điện áp này (U1)sang cấp điện áp khác
(U2)với tần số không đổi (f).
- Phần nối với nguồn gọi là sơ cấp, ký hiệu số 1: dòng điện sơ
cấp (I1), điện áp sơ cấp (U1), số vòng cuộn dây sơ cấp (n1)
- Phần nối với tải gọi là thứ cấp, ký hiệu số 2: dòng điện thứ
cấp (I2), điện áp thứ cấp (U2), số vòng cuộn dây thứ cấp (n2)
U1> U2 : Máy biến áp giảm áp.
U1 < U2 : Máy biến áp tăng áp.
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
II. Cấu tạo MBA 1 pha.
Máy biến áp gồm hai phần chính: Lõi thép và dây quấn
Có các phần khác như vỏ máy, cách điện, sứ đỡ, các thiết bị
làm mát, thùng giãn dầu, . . .
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core) các lá thép mỏng
ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và
loại bọc (shell type)
Dây quấn: dùng dây đồng tiết diện tròn hoặc tiết diện hình chữ
nhật
- Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
- Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
II. Cấu tạo MBA 1 pha.
Hình : Máy biến áp một pha loại trụ
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
II. Cấu tạo MBA 1 pha.
Hình : Máy biến áp một pha loại bọc
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
II. Cấu tạo MBA 1 pha.
Mạch từ hình xuyến
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
II. Cấu tạo MBA 1 pha.
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
III. Nguyên lý hoạt động.
u1 e1
i1 N1 N2
e2
i2
u2
Hình : Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp
u1, N1 
dt
dNe 11

dt
dNe 22

 (  = msinωt)
e1, e2 : sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp i1 
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
III. Nguyên lý hoạt động.
)
2
tsin(NtcosN
dt
)tsin(d
Ne m1m1
m
11
   

)
2
sin(22
  tNe m
m22
m1
m1
1
m11
m1m1m1
fN44,4E
fN44,4
2
N.f.2E
)2tsin(Ee
fN2NE
 
 
 
  
  
Tỉ số biến áp:
2
1
2
1
N
N
E
Ek 
2
1
1
2
2
1
N
N
I
I
U
Uk Hiệu suất MBA cao, tổn thất không đáng kể: 
U1 I1 = U2 I2 
Sức điện động sẽ chậm pha hơn so với từ thông  góc /2
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
Các đại lượng trên nhãn máy ( định mức )
- Điện áp định mức sơ cấp: U1đm (V, KV)
- Điện áp định mức thứ cấp: U2đm (V, KV) khi MBA không tải 
- Dòng điện định mức sơ cấp: I1đm (A, KA)
- Dòng điện định mức thứ cấp: I2đm (A, KA) 
Khi MBA đầy tải
- Công suất định mức : công suất biểu kiến phía thứ cấp của máy 
biến áp : Sđm (VA, KVA), Sđm = S2 = U2đm. I2đm
Hiệu suất MBA cao Sđm = S1 = U1đm. I1đm
Tần số định mức: fđm(Hz) 
Hiệu suất % 
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
IV. Sơ đồ tương đương MBA một pha.
Cuộn dây quấn trên lõi thép
r jx
Tổng trở cuộn dây quấn sơ cấp : z1 = r1 + jx1
Tổng trở z = r + jx z2 = r2 + x2
Tổng trở cuộn dây quấn thứ cấp : z2 = r2 + jx2
Tổng trở mạch từ : zm = rm + jxm
r1 jx1 r2 jx2
rm
jxm
ztảiU1 U2
I1 I2
E1 E2
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
IV. Sơ đồ tương đương MBA một pha.
Trong một sơ đồ có 2 cấp điện áp khác nhau, phải quy đổi về 
một cấp U1 hoặc U2 ( thông thường quy đổi về sơ cấp U1)
E’2 : sức điện động thứ cấp quy đổi về sơ cấp, nên E1 = E’2
21
2
1
2
1 .EkE
N
N
E
Ek E’2 = k. E2
U’2 : điện áp thứ cấp quy đổi về sơ cấp, 
I’2 : dòng điện thứ cấp quy đổi về sơ cấp, 
U’2 = k. U2
I’2 =I2 /k 
2
2
2 '
''
I
Uz 
z’2 : tổng trở cuộn dây thứ cấp quy đổi về sơ cấp, 
kI
Uk
/
.
2
2 
2
2
I
U
= k2 =k2.z2
z’2 = k2. z2
r’2 = k2. r2
x’2 = k2. x2
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
r1 jx1 r’2 jx’2
rm
jxm
z’tảiU1 U’2
I1 I’2
E1 E’2
Sơ đồ tương đương MBA một pha trước khi quy đổi:
r1 jx1 r2 jx2
rm
jxm
ztảiU1 U2
I1 I2
E1 E2
Sơ đồ tương đương MBA một pha sau khi quy đổi: r1 r’2 << rm
x1 x’2 << xm
BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI
CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP
PHẦN A: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
Tính toán các thông số r1 , x1 , r2(r’2), x2 (x’2), rm , xm.
Qua hai thí nghiệm:
- Thí nghiệm không tải MBA 1 pha.
- Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha.
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
1. Thí nghiệm không tải MBA 1 pha.
z Uo
Io r1 jx1 r’2 jx’2
rm
jxm
E1 E’2
U1đm V
A W
MBA thí nghiệm
Uo
Io Po
Sơ đồ tương đương MBA khi không tải
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
1. Thí nghiệm không tải MBA 1 pha.
r1 jx1
rm
jxm
z Uo
Io
E1 E’2
Sơ đồ tương đương MBA khi không tải
ro = r1 + rm
xo = x1 + xm
ro 
jxo
Uo
Io, Po
Tổng trở MBA không tải zo
Điện trở MBA không tải ro
Điện kháng MBA không tải xo
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
1. Thí nghiệm không tải MBA 1 pha ( Uo = U1đm ).
ro 
jxo
Uo
Io, Po Qua thí nghiệm có: Io , Po , Uo
o
o
o I
Uz 
2
0
0
0 I
Pr 
2
0
2
00 rZx 
Hệ số công suất MBA không tải:
r1 r’2 << rm
x1 x’2 << xm
ro = rm
xo = xm
0
0
0 z
rcos 
0o
0
I.U
P
tổn thất MBA không tải =
tổn hao mạch từ Po = PFe
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
2. Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha.
Un
In
U V
A1 W
MBA thí nghiệm
Un
In Pn
Sơ đồ tương đương MBA khi ngắn mạch
A2
Variac
=I1đm
I2đm
r1 jx1 r’2 jx’2
rm
jxm
E1 E’2
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
2. Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha.
Sơ đồ tương đương MBA khi ngắn mạch
Un
In r1 jx1 r’2 jx’2
rm
jxm
Un
In r1 jx1 r’2 jx’2
r1 r’2 << rm
x1 x’2 << xm
Do
r1 + r’2 = rn
x1 + x’2 = xn
Đặt
Un
In rn jxn r1 = r’2 = rn/ 2
x1 = x’2 = xn/ 2
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
2. Thí nghiệm ngắn mạch MBA 1 pha ( In = I1đm ).
Qua thí nghiệm có: In , Pn , Un
n
n
n I
Uz 
2
n
n
n I
Pr 
2
n
2
nn rZx 
Hệ số công suất MBA ngắn mạch
n
n
n z
rcos 
nn
n
I.U
P
Un
In , Pn rn jxn
r1 = r’2 = rn/ 2
x1 = x’2 = xn/ 2
r2 = r’2/ k2
x2 = x’2/ k2
tổn thất MBA ngắn mạch = tổn hao dây quấn Pn= PCu
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
3. Độ biến thiên điện áp thứ cấp 
222 UUU đm 
U2 : điện áp thứ cấp khi có tải.
Độ biến thiên điện áp thứ cấp: 
Độ biến thiên điện áp thứ cấp phần trăm: 
100100
1
11
2
22 
đm
đm
đm
đm
U
UU
U
UU%U
)sin%Ucos%U(%U nxnr 22  
Điện áp ngắn mạch Un (V) 
Điện áp ngắn mạch phần trăm Un (%) 100
1
đm
n
n U
)V(U(%)U
Điện áp ngắn mạch thành phần điện trở Unr (%), điện kháng Unx (%) 
nnnx
nnnr
x.I)V(U
r.I)V(U
100100
100100
 1 1
 1 1
x
U
x.Ix
U
)V(U(%)U
x
U
r.Ix
U
)V(U(%)U
đm
nn
đm
nx
nx
đm
nn
đm
nr
nr
nnnx
nnnr
sin.UU
cos.UU
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
3. Độ biến thiên điện áp thứ cấp 
+ Nếu tải trở : 2 Cos = 1,
+ Nếu tải cảm :
+ Nếu tải dung :
I trễ pha so với U, trễ2 Cos
I sớm pha so với U, sớm2 Cos
Sụt áp
Tăng áp
2 sin = 0,
2 Cos > 0, 2 sin > 0,
2 Cos > 0, 2 sin < 0,
là hệ số tải 
đmI
I
1
1 
đmI
I
2
2 
2 Cos : hệ số công suất của tải
V. Tính toán các thông số trên mạch tương đương MBA. 
4. Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp
+ Tổn hao MBA bao gồm :
100
P
P%
1
2 
Tổn hao dây quấn PCu: tổn hao đo được trong thí nghiệm ngắn
mạch Pn= PCu
Tổn hao mạch từ PFe: tổn hao đo được trong thí nghiệm không
tải Po= PFe
Tổng tổn hao MBA : P = P o + Pn
2
Công suất tác dụng phần sơ cấp và thứ cấp của MBA : P1, P2
P1 = P2 + P 
+ Hiệu suất MBA :
1002
02
2 x
PPcosS
cosS
nđm
đm
 
 
Bài 1 : Cuộn dây cao áp của một máy biến áp có điện áp định mức là
480 V và có 400 vòng. Cuộn hạ áp có bao nhiêu vòng nếu điện áp định
mức là 120 V.
Bài 2 : Một điện trở 5 ohm được nối vào cuộn thứ cấp 120 V của một
biến áp hạ áp. Nếu dòng điện cuộn sơ cấp là 6 A thì điện áp cuộn sơ cấp
là bao nhiêu?
Bài 3 : Một máy biến áp 1000 kVA; 24000/2400 V, hoạt động ở 40
V/vòng. Tìm số vòng mỗi cuộn dây và dòng định mức của mỗi cuộn.
Bài 4 : Một máy biến áp cung cấp một tải 30 A ở 240 V. Nếu điện áp
sơ cấp là 2400 V, tính dòng điện phía sơ cấp.