MẠCH ĐIỆN BA PHA
Chương 6. MÁY BIẾN ÁP
6.8.1. Cấu tạo của MBA 3 pha
Để biến đổi điện áp trong hệ thống mạch điện 3 pha, có thể sử dụng các MBA một pha. Hình 6-20 nêu lên sơ đồ nối dây 3 MBA một pha dùng trong mạng điện 3 pha.
Khi sử dụng MBA 1 pha, hệ thống 3 MBA có mạch từ độc lập với nhau, các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của 3 MBA được đấu ghép với nhau theo những quy tắc xác định để tạo ra hiệu ứng mạch 3 pha.
A X B Y C Z
a x b y c z
Hình 6-20. Nối 3 MBA 1 pha thành MBA 3 pha
Đối với MBA 3 pha được chế tạo có mạch từ chung (hình 6-20, b).
Mạch từ được cấu tạo từ 3 trụ từ trên đó quấn các cuộn dây pha. Dây quấn sơ cấp được ký hiệu bằng các chữ cái in hoa: AX, BY, CZ. Dây quấn thứ cấp được ký hiệu bằng các chữ cái thường: ax, by, cz.
TS. Lưu Thế Vinh
Dây quấn Pha Ký hiệu đầu
cuộn dây Ký hiệu cuối cuộn dây SƠ CẤP
A A X
B B Y
C C Z
THỨ CẤP
a a x
b b y
c c z
Hình 6-21. Cấu tạo MBA 3 pha 6.8.2. Các kiểu đấu dây của MBA 3 pha.
Các cuộn dây quấn sơ cấp và thứ cấp của MBA có thể đấu hình sao (Y) hoặc tam giác (Δ) (hình 6-22)
A B C
X Y Z
a b c
x y z
A B C
X Y Z
y a c
z b
x b
y z a
x
c
B
Y Z A
X
C
b
y z a
x
c
A B C
X Y Z
O
o o
a) Y/Y0-12 b) Δ/Δ-12 c)Δ/Y-11 d)Y0/Δ-12 Hình 6-22
Trên hình (6-22) ta có các kiểu đâùu dây sau đây:
KỸ THUẬT ĐIỆN 90
TS. Lưu Thế Vinh
a) Sơ cấp đấu sao, thứ cấp đấu sao có điểm trung tính: ký hiệu Y/Y0
b) Sơ cấp đấu tam giác, thứ cấp đấu tam giác: ký hiệu Δ/Δ c) Sơ cấp đấu tam giác, thứ cấp đấu hình sao: ký hiệu Δ/Y
d) Sơ cấp đấu sao có trung tính, thứ cấp đấu tam giác: ký hiệu Y0 /Δ Tùy thuộc vào cách đấu dây mà hệ số biến đổi điện áp của các sơ đồ sẽ khác nhau. Gọi W1 , W2 tương ứng là số vòng 1 pha sơ cấp và thứ cấp ta sẽ có:
+ Hệ số biến áp pha, ký hiệu là kp:
1 1
2 2
p p p
U W
k =U =W (6-52) + Hệ số biến áp dây, ký hiệu kd:
1 2 d d
d
k U
=U (6-53)
Giá trị của kd không những chỉ phụ thuộc vào tỷ số vòng dây mà còn phụ thuộc vào cách nối hình sao hay tam giác.
Ví dụ: a) Trên sơ đồ (6-22, a) nối Y/Y ta có:
1 1
2 2
p p p
U W
k =U =W
1 1 1
2 2 2
3 3
d p
d p
d p
U U W
k k
U U W
= = = =
b)Trên sơ đồ (6-22, b) nối Δ/Δ ta có:
1 1
2 2
p p p
U W
k =U =W
1 1 1
2 2 2
d p
d p
d p
U U W
k k
U W
= = = =
c) Trên sơ đồ (6-22, c) nối Δ/Y ta có:
1 1
2 2
p p p
U W
k =U =W
1 1 1
2 3 2 3 2 3
p p
d d
d p
U k
U W
k =U = U = W =
d) Trên sơ đồ (6-22, d) nối Y/Δ ta có:
TS. Lưu Thế Vinh
1 1
2 2
p p p
U W
k =U =W
1 1 1
2 2 2
3 p 3 3
d d p
d p
U U W
k k
U U W
= = = =
Trong thực tế làm việc, khi cần phải ghép song song các MBA với nhau, người ta cần phải chú ý tới một tham số nữa của MBA đó là góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp. Do vậy, ngoài ký hiệu tổ đấu dây của MBA (hình sao, tam giác), cần ghi thêm ký hiệu để chỉ góc lệch pha này. Góc lệch pha này phụ thuộc vào chiều quấn dây, cách đấu dây và nó không ghi trực tiếp bằng độ mà dùng ký hiệu tương tự giờ trên đồng hồ để tính. Cách ghi như sau: cho véc tơ điện áp dây sơ cấp trùng với vị trí kim phút của đồng hồ ở vị trí số 12, véc tơ điện áp dây thứ cấp ứng với kim giờ của đồng hồ. Vị trí kim giờ cho ký hiệu góc lệch pha tương ứng. Góc lệch giữa kim phút và kim giờ tính theo chiều kim đồng hồ chỉ góc lệch pha. Như vậy mỗi một khoảng 5’ trên đồng hồ sẽ ứng với 300.
Ví dụ. + Ký hiệu Y/ Y0 – 12 (sơ đồ 6-22, a) cho biết góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 12 x 300 = 3600.
+ Ký hiệu Y/Δ - 11 sơ đồ (6-22, c) cho biết góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp là 11 x 300 = 3300.
Hình 6-23
Đối với MBA một pha nếu chiều quấn sơ và thứ cấp như nhau, cách ký hiệu các đầu dây quấn khác nhau, thì điện áp dây sơ cấp và thứ cấp phải trùng pha nhau, lúc đó kim ngắn đồng hồ và kim dài phải trùng nhau ở vị trí 12, ta có tổ đấu dây 12 giờ (hình 6-23, b). Nếu chiều quấn sơ cấp và thứ cấp khác nhau thì điện áp thứ cấp ngược pha với điện áp sơ
KỸ THUẬT ĐIỆN 92
TS. Lưu Thế Vinh
cấp.
Để xác định tổ đấu dây và góc lệch pha ta thực hiện theo các bước sau:
– Vẽ đồ thị véc tơ điện áp dây sơ cấp và thứ cấp,
– Đưa véc tơ điện áp dây sơ cấp về vị trí kim phút ở 12 giơ, – Đưa véc tơ điện áp dây thứ cấp về vị trí kim giờ tương ứng, – Vị trí của kim giờ chỉ ký hiệu góc lệch pha tương ứng.
Hình 6-24
+ Ví dụ. Xét tổ đấu dây của MBA 3 pha có sơ đồ đấu dây Y/ Δ như hình (6-24, a), chiều quấn dây sơ cấp và thứ cấp giống nhau.
- Vẽ giãn đồ véc tơ điện áp dây sơ cấp và thứ cấp (hình 6-24, b, c) - Dịch chuyển véc tơ điện áp dây sơ cấp UAB về vị trí 12, véc tơ điện áp dây thứ cấp Uab về vị trí tương ứng ở 11 giờ (hình 6-24, d). Như vậy ta có tổ đấu dây: Y/Δ - 11. Góc lệch pha tương ứng là:
α = 11 x 300 = 3300
§ 6.9. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP Trong hệ thống điện năng, các MBA thường làm việc ở chế độ ghép song song với nhau. Dây quấn sơ cấp cùng nối tới một lưới điện chung, còn các dây quấn thứ cấp cũng đưa ra một hệ thống lưới điện chung (hình 6-25, a). Nhờ làm việc song song, công suất lưới điện lớn hơn nhiều lần công suất của mỗi máy, làm tăng hiệu năng sử dụng MBA và đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống, đảm bảo an toàn và sự liên tục cung cấp điện cho các phụ tải.
TS. Lưu Thế Vinh a)
Hình 6-25
a) Hai MBA 3 pha làm việc song song b) Sơ đồ thay thế tương đương
Các điều kiện để các MBA có thể làm việc song song với nhau:
1) Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp tương ứng phải bằng nhau, nghĩa là hệ số biến áp phải bằng nhau:
U1I = U1 II
U2I =U2II
Tức là 1 1 2 1
2 2
I II
I II
U U
k k
U U k
= = = = (6-54)
Trong thực tế cho phép hệ số biến áp k của các máy khác nhau không quá 0,5%.
2) Các máy phải có cùng tổ đấu dây.
Điều kiện thứ 2 này và điều kiện thứ nhất đảm bảo cho mức điện áp ở sơ cấp và thứ cấp của các máy phải bằng nhau về trị số và trùng pha với nhau.
3) Điện áp ngắn mạch của các MBA phải bằng nhau.
UnI% =UnII% =... (6-55) Điều kiện này đảm bảo để tải phân bố trên các máy tỷ lệ với công suất định mức của chúng.
Thực vậy. Ta gọi I1đm I, I1đm II tương ứng là dòng điện sơ cấp định mức của máy I và máy II. Ký hiệu I 1 I, I1 II tương ứng là dòng điện sơ cấp của máy I và máy II khi chúng làm việc song song với nhau. Sơ đồ thay thế tương đương của 2 MBA làm việc song song như hình 6-25, b.
KỸ THUẬT ĐIỆN 94
TS. Lưu Thế Vinh
Từ sơ đồ ta có:
1I ng II 1II ng I
I Z
I = Z (6-56)
Nếu 2 MBA có điện áp ngắn mạch bằng nhau thì:
1đm I ng I 1đm II ng II
I Z =I Z
1 1
đm I ng II đm II ng I
I Z
I = Z (6-57)
Nhân tử số và mẫu số vế trái biểu thức (6-57) với U1đm I và U1đm II (vì U1đm I = U1đm II ) ta có:
1 1
1 1
đm I đm I đm I ng II đm II đm II đm II ng I
U I S Z
U I = S = Z (6-58) So sánh (6-58) với (6-56) ta rút ra:
1 1
I đm I
II đm
I S
I = S
II
(6-59) Như vậy, khi điện áp ngắn mạch của các máy bằng nhau thì dòng điện phụ tải qua mỗi máy tỷ lệ với công suất định mức của chúng, điều này tránh được các sự cố do quá tải hoặc non tải của MBA.
§ 6.10. CÁC MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT 6.10.1. Máy biến áp tự ngẫu.
Hình 6-26
Máy biến áp tự ngẫu hay còn gọi là máy tự biến áp là MBA có công suất nhỏ thường được dùng trong các phòng thí nghiệm để làm nguồn có khả năng điều chỉnh mức điện áp lối ra liên tục theo yêu cầu. Máy tự biến áp 3 pha thường được dùng khi mở máy các động cơ điện xoay chiều 3 pha.
Khác với MBA thông thường, cấu tạo của máy tự biến áp có một phần chung giữa 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp, nhờ vậy giữa 2 cuộn dây quấn không chỉ có liên hệ về từ mà cả liên hệ về điện.
TS. Lưu Thế Vinh
Trên hình (6-26) là sơ đồ điện của một MBA tự ngẫu, trong đó cuộn dây sơ cấp AX có W1vòng dây nối với điện áp U1. Cuộn thứ cấp ax có số vòng W2 được lấy từ một phần của cuộn sơ cấp để lấy ra điện áp U2.
Ta có: 1 1
2 2
U W
U = W
hay: 1 2 1
2
U U W
= W
Khi thay đổi vị trí tiếp điểm trượt a ta sẽ thay đổi được số vòng dây W2 và do đó thay đổi được điện áp lấy ra U2. Do đó MBA tự ngẫu được dùng để điều chỉnh liên tục mức điện áp lối ra.
Đặc điểm cơ bản của MBA tự ngẫu là sự truyền tải năng lượng từ sơ cấp qua thứ cấp thực hiện qua 2 con đường: điện và từ.
- Liên hệ về từ qua mạch từ chung.
- Liên hệ trực tiếp về điện giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Do MBA tự ngẫu chỉ có một cuộn dây nên tiết kiệm được vật liệu và giảm tối đa tổn hao. So với một MBA thông thường có cùng công suất, tính toán lý thuyết cho thấy rằng lõi thép của MBA tự ngẫu nhỏ hơn (1-1/k) lần. Hoặc nếu 2 MBA cùng tiết diện lõi thép thì MBA tự ngẫu cho phép tăng công suất lên 10÷20%.
Nhược điểm cơ bản của MBA tự ngẫu là không an toàn về điện, do 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp chung nhau. Do vậy cần chú ý đặc biệt khi sử dụng.