Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Bài 4: Mạch từ tĩnh

Nội dung text: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Bài 4: Mạch từ tĩnh

1. 408001 Bi ến đổi n ăng l ượng điện c ơ Gi ảng viên: TS. Nguy ễn Quang Nam 2013 – 2014, HK2 Bài gi ảng 4 1 Máy bi ến áp công su ất
   Hai dây qu ấn trên m ột lõi t ừ, để gi ảm thi ểu t ừ thông rò.
   Dây qu ấn “sơ c ấp” (N 1 vòng) nối vào ngu ồn điện, dây qu ấn “th ứ cấp” (N 2 vòng) n ối vào m ạch tải.
   Slide ti ếp theo cho th ấy m ột s ố hình ảnh c ủa các máy bi ến áp l ực (tr ừ hình đầu tiên là máy bi ến áp điều khi ển). Bài gi ảng 4 2
2. Một s ố hình ảnh v ề máy bi ến áp Công su ất nh ỏ 3 pha nh ỏ Điều khi ển Lo ại khô 110 kV, ngâm d ầu 10 kV, ngâm d ầu 500 kV, ngâm d ầu Bài gi ảng 4 3 Máy bi ến áp công su ất (tt)
   Gi ả thi ết máy bi ến áp là lý tưởng: không có từ thông rò, b ỏ qua điện tr ở dây qu ấn, m ạch t ừ có độ th ẩm t ừ vô cùng l ớn, và không t ổn hao. ω
   Gọi v1(t) = V m1 cos t là điện áp đặt vào dây qu ấn s ơ c ấp, có th ể ch ứng minh được = π φ = φ Vm1 2 fN 1 max hay V1 4,44 fN 1 max Bài gi ảng 4 4
3. Ví dụ tại l ớp
   Vd. 3.8: Cho bi ết N 1, N 2, ti ết di ện lõi, chi ều dài trung bình lõi, đường cong B-H, và điện áp đặt vào. Tìm t ừ cảm c ực đại, và dòng điện t ừ hóa c ần thi ết. Dựa vào công th ức v ừa nêu = φ với = = = V1 4,44 fN 1 max V1 230 V, f 60 Hz, N1 200 Tính được 230 − φ = = 4,32×10 3 Wb max 4,44×60 × 200 Bài gi ảng 4 5 Ví dụ tại l ớp (tt)
   Vd. 3.8 (tt): Do đó, 4,32×10 −3 B = = ,0 864 Wb/m 2 m ,0 005 = × = Cần cóH m ,0 864 300 259 A/m , giá tr ị đỉnh c ủa dòng điện t ừ hóa là (259)(0,5)/200 = 0,6475 A . V ậy, Irms = 0,46 A là giá tr ị hi ệu d ụng c ủa dòng điện t ừ hóa phía s ơ c ấp. Bài gi ảng 4 6
4. Mạch t ươ ng đươ ng c ủa MBA v ới m ạch t ừ tuy ến tính
   Xét m ột MBA v ới t ừ thông rò và điện tr ở dây qu ấn. Mạch tươ ng đươ ng rút tr ực ti ếp t ừ mô hình v ật lý là đơn giản nh ưng không có ích l ắm. Các ph ươ ng trình phía th ứ cấp được nhân v ới a (= N 1/N 2) và i2 được thay th ế bởi i2/a , để rút ra m ột m ạch t ươ ng đươ ng có ích h ơn. 2 L1 – aM2 a L2 – aM R1 a R2 i1 i2 + + + + i 2 v R 1 i2/a a R 1 v2 L v1 aM av 2 L – – – – N1:N 2 Bài gi ảng 4 7 Mạch t ươ ng đươ ng c ủa MBA v ới m ạch t ừ tuy ến tính 2
   L1 – aM được g ọi là điện kháng t ản c ủa dây qu ấn 1 , a L2 – aM được g ọi là điện kháng t ản “quy đổi” của dây qu ấn 2 . aM là điện kháng t ừ hóa, và dòng điện đi cùng v ới nó được g ọi là dòng điện từ hóa.
   Tồn t ại t ổn hao công su ất trong lõi t ừ do t ừ tr ễ và dòng xoáy. Các t ổn hao này r ất khó tính toán b ằng gi ải tích. T ổng các t ổn hao này bi ểu di ễn t ổn hao t ổng trong m ạch t ừ của máy bi ến áp, và ch ỉ ph ụ thu ộc vào giá tr ị Bm. Chúng được g ọi là tổn hao (lõi) thép. Một điện tr ở có th ể được m ắc song song v ới điện kháng t ừ hóa aM để kể đến các t ổn hao này. Bài gi ảng 4 8
5. Mạch t ươ ng đươ ng c ủa MBA v ới m ạch t ừ tuy ến tính (tt)
   Khi có xét đến các t ổn hao công su ất, m ạch t ươ ng đươ ng của MBA nh ư sau 2 L1 – aM 2 a L2 – aM i1 R1 a R2 Ideal i2 + + + v R av v RL 1 c1 (aM) 1 2 2 – – – N1:N 2
   Tải th ực R L và điện áp/dòng điện đi cùng v ới nó có th ể có được b ằng cách quy đổi ng ược v ề phía th ứ cấp, qua m ột MBA lý t ưởng (như được th ể hi ện ở hình trên). Bài gi ảng 4 9 Máy bi ến áp v ận hành xác l ập hình sin
   Khi v ận hành xác l ập, các tr ở kháng và vectơ pha c ó th ể được dùng trong m ạch t ươ ng đươ ng. 2 jx l1 2 ja xl2 R1 a R2 I Ideal 2 + I1 I 2 a + + Z V1 R aV2 V L c1 jX m1 2 – – – N1:N 2 với ω( − ) = = Điện kháng t ản c ủa dây qu ấn 1 L1 aM xl1 ω() = = aM X m1 Điện kháng t ừ hóa quy đổi v ề dây qu ấn 1 ω()− = = L2 M a xl2 Điện kháng t ản c ủa dây qu ấn 2 ω()2 − = 2 = a L2 aM a xl2 Điện kháng t ản c ủa d/qu ấn 2 quy đổi v ề d/qu ấn 1 Bài gi ảng 4 10
6. Máy bi ến áp v ận hành xác l ập hình sin (tt)
   Tất c ả các đại l ượng có th ể được quy đổi v ề dây qu ấn 1 2 jx l1 2 ja xl2 R1 a R2 + I1 I 2 a + 2 V1 R a ZL aV2 c1 jX m1 – –
   Ho ặc có th ể quy đổi v ề dây qu ấn 2 2 2 jx l1/a jx l2 R1/a R2 + + Ia 1 I2 2 V a R /a 2 ZL V 1 c1 jX m1 /a 2 – – Bài gi ảng 4 11 Mạch t ươ ng đươ ng g ần đúng
   Nhánh t ừ hóa khi ến vi ệc tính toán khá khó khăn , do đó nhánh này được chuy ển lên phía đầu dây qu ấn 1, t ạo thành một mạch t ươ ng đươ ng g ần đúng , v ới sai s ố không đ áng k ể. 2 jx l1 2 ja xl2 R1 a R2 + + I1 I2 a 2 V R a ZL aV2 1 c1 jX m1 – – jx 1eq R1eq + + 2 I1 I2 a = + R1eq R1 a R2 a2Z aV V1 R jX L 2 c1 m1 x = x + a 2 x – – 1eq l1 l 2 Bài gi ảng 4 12
7. Thí nghi ệm h ở mạch và ng ắn mạch c ủa MBA
   Các thông s ố trong m ạch t ươ ng đươ ng có th ể được xác định nh ờ hai thí nghi ệm đơ n gi ản: thí nghi ệm h ở mạch and thí nghi ệm ng ắn m ạch .
   Trong các MBA công su ất, các dây qu ấn còn được g ọi là dây qu ấn cao áp (HV) và dây qu ấn h ạ áp (LV). Các tên g ọi này được dùng trong các thí nghi ệm h ở mạch và ng ắn mạch. Bài gi ảng 4 13 Thí nghi ệm h ở mạch
   Thí nghi ệm được th ực hi ện v ới t ất c ả dụng c ụ đo ở phía h ạ áp còn phía cao áp được h ở mạch. Đặt điện áp định m ức vào phía h ạ áp. Đo được Voc , Ioc , và Poc bằng các d ụng c ụ đo . I oc A W Voc Voc I R I X X V Rc m LV HV Thí nghi ệm h ở mạch Mạch t ươ ng đươ ng Bài gi ảng 4 14
8. Thí nghi ệm h ở mạch (tt)
   Lần l ượt tính toán nh ư sau 2 V Voc = oc R = I R I = I + I c R oc R X Poc c I Vậy, oc 2 2 V = − oc I R I X I X I oc I R R Xm V c X = oc m I X Mạch t ươ ng đươ ng
   Rc và Xm là các giá tr ị quy đổi v ề phía h ạ áp. Bài gi ảng 4 15 Thí nghi ệm ng ắn mạch
   Tất c ả dụng c ụ đo nằm ở phía cao áp. C ấp dòng điện định m ức vào phía cao áp. Đo được Vsc , Isc , và Psc bằng các dụng c ụ đo . X Req eq A W I sc Vsc Vsc V HV LV P V = sc = sc = 2 − 2 Req 2 Z eq X eq Z eq Req I sc I sc
   Req và Xeq được quy đổi v ề phía cao áp. Bài gi ảng 4 16
9. Ví dụ tại l ớp
   Vd. 3.9: Cho bi ết các giá tr ị đo đạc t ừ thí nghi ệm h ở mạch và ng ắn m ạch. Tìm các thông s ố mạch t ươ ng đươ ng quy v ề phía cao áp. Từ thí nghi ệm h ở mạch (220 )2 220 R = = 968 Ω I = = ,0 227 A c 50 R 968 220 I = 12 − (),0 227 2 = ,0 974 A X = = 225 9, Ω X m ,0 974 Bài gi ảng 4 17 Ví dụ tại l ớp (tt)
   Vd. 3.9 (tt): Từ thí nghi ệm ng ắn m ạch 60 15 R = = ,0 2076 Ω Z = = ,0 882 Ω eq ()17 2 eq 17 = 2 − 2 = Ω X eq ,0 882 ,0 2076 ,0 8576 Bài gi ảng 4 18
10. Hi ệu su ất
    Hi ệu su ất được định ngh ĩa là tỷ số gi ữa công su ất ngõ ra và công su ất ngõ vào. P P P η = out = out ×100 % = out ×100 % + + + Pin Pout losses Pout Pc Pi Các t ổn hao ( losses ) bao g ồm t ổn hao đồng Pc và tổn hao sắt (thép) Pi.
    Cách khác, n ếu đã bi ết công su ất vào, P − P − P η = in c i ×100 % Pin Bài gi ảng 4 19 Độ ổn định điện áp
    Độ ổn định điện áp được định ngh ĩa là V – điện áp không t ải V −V no load %∆V = no load load ×100 % Vload – điện áp khi có tải Vload
    Độ ổn định được hi ểu theo ngh ĩa: giá tr ị %∆V càng nh ỏ thì điện áp càng ổn định, khi t ải thay đổi.
    Th ảo lu ận: Độ ổn định điện áp có ph ụ thu ộc vào tính ch ất cảm kháng hay dung kháng c ủa t ải hay không? Bài gi ảng 4 20