cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp – Tài liệu text
cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (519.56 KB, 12 trang )
NHÓM 2: Nguyễn Xuân Nguyên
Lưu Mạnh Tuấn
Trần Xuân Vũ
Nguễn Văn Trãi
Đề tài: Hãy tìm hiểu về 1 loại máy điện mà em yêu thích
1. KHÁI NIỆM CHUNG
MÁY BIẾN ÁP
1.1. Định nghĩa
• Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện
từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này
sang điện áp khác mà vẫn giữ nguyên tần số.
• Máy biến đổi tăng điện áp được gọi là máy biến áp tăng áp.
• Máy biến đổi giảm điện áp được gọi là máy biến áp giảm áp.
1.2. Công dụng của máy biến áp
Trong hệ thống điện lực, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối
điện năng. Để dẫn điện từ nhà máy đến nơi tiêu thụ cần phải có đường dây tải
điện (hình 1). Máy biến áp có nhiệm vụ tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện
(đầu đường dây) và giảm điện áp khi đến nơi tiêu thụ.
Trong kĩ thuật điện tử, sử dụng máy biến áp để thực hiện chức năng ghép nối
tín hiệu giữa các tầng, thực hiện kĩ thuật khuếch đại tín hiệu …
Ngoài ra, trong thực tế còn gặp nhiều loại máy biến áp khác được chế tạo theo
yêu cầu sử dụng như: máy biến áp điều chỉnh, máy biến tự ngẫu, máy biến áp
chỉnh lưu, máy biến áp hàn …
Đường dây truyền tải
~
MFĐ
Hộ tiêu thụ
MBA tăng áp
MBA giảm áp
Hình 1. Hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng
1.3. Phân loại máy biến áp
Theo công dụng, máy biến áp gồm những loại chính sau:
– Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối điện năng;
– Máy biến áp điều chỉnh loại công suất nhỏ dùng trong các gia đình để giữ cho
điện áp thứ cấp phù hợp với đồ dùng điện khi điện áp sơ cấp thay đổi.
– Máy biến áp công suất nhỏ dùng cho các thiết bị đóng cắt, các thiết bị điện tử và
trong gia đình.
– Các máy biến áp đặc biệt: Máy biến áp đo lường; máy biến áp dùng cho lò luyện
kim hoặc dùng chỉnh lưu, điện phân; máy biến áp hàn điện; máy biến áp dùng
để thí nghiệm …
Theo số pha của dòng điện được biến đổi, máy biến áp được chia thành loại
một pha và loại ba pha.
Theo vật liệu làm lõi, người ta chia ra máy biến áp lõi thép và máy biến áp lõi
không khí.
Thep phương pháp làm mát, người ta chia ra máy biến áp làm mát bằng dầu,
máy biến áp làm mát bằng không khí (biến áp khô).
Hình 2. Hình ảnh một số loại máy biến áp
2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.1. Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp gồm ba bộ phận chính: lõi thép (bộ
phần dẫn từ), dây quấn (bộ phận dẫn điện) và vỏ
máy. Ngoài ra máy còn có các bộ phận khác như:
cách điện, đồng hồ đo, bộ phận điều chỉnh, bảo vệ …
a) Lõi thép
Lõi thép được làm từ thép kĩ thuật điện, được cán
thành các lá thép dày 0,3; 0,35; 0,5 mm, hai mặt có
phủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điện
xoáy (dòng Phucô).
Lõi thép gồm hai phần: trụ và gông.
– Trụ là phần trên đó có quấn dây quấn,
– Gông là phần lõi thép nối các trụ với nhau để khép
kín mạch từ (hình 3 c và d).
Tiết diện ngang của trụ có thể là hình vuông, hình
chữ nhật, hay hình tròn có bậc. Loại hình tròn có
bậc thường dùng cho máy biến áp công suất lớn.
Tiết diện ngang của gông có thể là hình chữ nhật,
hình chữ thập hay hình chữ T (hình 4).
a)
b)
Gông
Trụ
c)
d)
Hình 3. một số dạng lõi thép máy biến áp:
a) Lõi thép dạng U, I; b) Lõi thép dạng E, I;
c) máy biến áp một pha; d) Máy biến áp ba pha
a)
b)
Hình 4. Tiết diện ngang của trụ (a) và của gông (b)
b) Dây quấn
• Dây quấn máy biến áp thường được làm bằng đồng hoặc làm bằng nhôm,
có tiết diện hình tròn hay hình chữ nhật, xung quanh dây dẫn có bọc cách
điện bằng êmay hoặc sợi amiăng hay côtông.
• Dây quấn máy biến áp gồm dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp:
• Dây quấn nối với nguồn nhận năng lượng từ nguồn vào gọi là dây quấn sơ
cấp.
• Dây quấn nối với phụ tải, cung cấp điện cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp.
• Dây quấn sơ cấp và thứ cấp thường không nối điện với nhau, máy biến áp
có hai như vậy gọi là máy biến áp phân ly hay máy biến áp cảm ứng (hình
5a).
• Nếu máy biến áp có hai dây quấn nối điện với nhau và có phần chung gọi là
máy biến áp tự ngẫu (hình 5b).
U1
W1
W2
a)
U2
Zt
U1
W1
W2
U2
Zt
b)
Hình 5. Máy biến áp phân li (a); máy biến áp tự ngẫu (b)
c) Vỏ máy
• Vỏ máy được làm bằng thép, dùng để bảo vệ máy. Với các máy biến
áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng, vỏ máy gồm hai bộ
phận: thùng và nắp thùng.
• Thùng máy làm bằng thép, tuỳ theo công suất mà hình dáng và kết
cấu vỏ máy có khác nhau, có loại thùng phẳng, có loại thùng có ống
hoặc cánh tản nhiệt.
• Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng
của máy như: các sứ đầu ra của dây quấn cao áp và hạ áp, bình
giãn dầu, ống bảo hiểm, bộ phận truyền động của bộ điều chỉnh
điện áp…
• Hình 3-6 giới thiệu hình dạng bên ngoài của một số loại máy biến
áp.
a)
c)
b)
d)
Hình 6. Hình dáng bên ngoài của một số loại máy biến áp.
a, b) Vỏ có cánh tản nhiệt; c, d) Vỏ thúng phẳng
2.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
•
•
Máy biến áp làm việc dựa vào hiện
tượng cảm ứng điện từ.
Máy biến áp một pha hai dây quấn như
hình 7
Dây quấn sơ cấp 1 có W1 vòng dây,
dây quấn thứ cấp 2 có W2 vòng dây.
Hai dây quấn được quấn trên lõi thép
3.
Đặt vào dây quấn sơ cấp một điện áp
xoay chiều hình sin U1, trong cuộn dây
sơ cấp có dòng điện xoay chiều I1.
Dòng I1 sinh ra trong lõi thép từ thông
biến thiên Φ. Từ thông này móc vòng
qua cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp,
cảm ứng nên trong chúng các sức
điện động cảm ứng E1 và E2. Nếu máy
biến áp không tải (thứ cấp hở mạch)
thì điện áp tại hai đầu cuộn thứ cấp
bằng sức điện động E2:
U20 = E2
Hình 7. Nguyên lý làm việc của MBA
Nếu thứ cấp được nối với phụ tải Zt, trong cuộn dây thứ cấp có dòng điện I2,
dòng I2 lại sinh ra từ thông thứ cấp chạy trong mạch từ, từ thông này có
khuynh hướng chống lại từ thông do dòng sơ cấp tạo nên, làm cho từ
thông trong lõi thép (gọi là từ thông chính) giảm biên độ. Để giữ cho từ
thông chính không đổi, dòng sơ cấp phải tăng lên một lượng khá lớn để từ
thông tăng thêm bù vào sự suy giảm do từ thông thứ cấp gây nên. Điện áp
thứ cấp khi máy có tải là U2
Như vậy năng lượng điện đã được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp.
Bỏ qua sụt áp trong máy biến áp ta có:
U1 ≈ E1 và U2 ≈ E2
Trong đó:
E1 = 4,44fW1Φ m là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp;
E2 = 4,44fW2Φ 2 là trị số hiệu dụng của sức điện động thứ cấp;
U1, U2 là trị số hiệu dụng của điện áp sơ cấp và thứ cấp máy biến áp (V, kV);
f – tần số của điện áp đặt vào cuộn sơ cấp;
W1 và W2 – là số vòng của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp;
Φ m – biên độ từ thông chính trong lõi thép.
Từ đó ta có: E1/E2 ≈ U1/U2 = W1/W2 = k
k – gọi là tỉ số biến đổi của máy biến áp (tỉ số biến áp).
Máy biến áp có k > 1 (U1 > U2) gọi là máy biến áp giảm áp.
Máy biến áp có k < 1 (U1 < U2) gọi là máy biến áp tăng áp.
Nếu bỏ qua tổn hao công suất trong máy biến áp thì S 1 = S2, và ta có:
U1.I1 = U2.I2
và
U1/U2 = I2/I1 = k
2.3. Các số liệu định mức của máy biến áp
Trên biển máy biến áp thường ghi các trị số định mức sau:
1. Điện áp sơ cấp định mức U 1đm, là điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp khi máy làm
việc bình thường, tính bằng vôn (V) hoặc kilôvôn (kV).
Nếu là máy biến áp ba pha thì U 1đm là điện áp dây.
2. Điện áp thứ cấp định mức U 2đm (v, kV): là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy
biến áp không tải và điện áp đặt vào cuộn sơ cấp là định mức.
3. Dòng điện sơ cấp định mức I1đm: là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp khi dòng
điện trong cuộn thứ cấp là định mức, đơn vị là ampe (A).
4. Dòng điện thứ cấp định mức I2đm: là dòng điện trong cuộn dây thứ cấp khi điện
áp thức cấp là U2đm và phụ tải là định mức, đơn vị : A
5. Công suất định mức Sđm: là công suất toàn phần (công suất biểu kiến) đưa ra ở
dây quấn thứ cấp máy biến áp, nó đặc trưng cho khả năng chuyển tải năng
lượng của máy, đơn vị là vôn-ampe (VA) hoặc kilôvôn-ampe (kVA).
•
Đối với máy biến áp một pha:
Sđm = U2đm.I2đm
• Đối với máy biến áp ba pha:
Sđm = √3.U2đm.I2đm
trong đó: U2đm và I2đm là điện áp dây và dòng điện dây.
6. Tần số định mức fđm (Hz). Đây là tần số của nguồn điện đặt vào cuộn sơ cấp.
• Ngoài các đại lượng định mức trên, trên thẻ máy còn ghi: số pha m, tổ đấu dây,
điện áp ngắn mạch un%, chế độ làm việc …
Hộ tiêu thụMBA tăng ápMBA giảm ápHình 1. Hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng1. 3. Phân loại máy biến áp Theo tác dụng, máy biến áp gồm những loại chính sau : – Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối điện năng ; – Máy biến áp kiểm soát và điều chỉnh loại hiệu suất nhỏ dùng trong những mái ấm gia đình để giữ chođiện áp thứ cấp tương thích với vật dụng điện khi điện áp sơ cấp đổi khác. – Máy biến áp hiệu suất nhỏ dùng cho những thiết bị đóng cắt, những thiết bị điện tử vàtrong mái ấm gia đình. – Các máy biến áp đặc biệt quan trọng : Máy biến áp giám sát ; máy biến áp dùng cho lò luyệnkim hoặc dùng chỉnh lưu, điện phân ; máy biến áp hàn điện ; máy biến áp dùngđể thí nghiệm … Theo số pha của dòng điện được biến hóa, máy biến áp được chia thành loạimột pha và loại ba pha. Theo vật tư làm lõi, người ta chia ra máy biến áp lõi thép và máy biến áp lõikhông khí. Thep chiêu thức làm mát, người ta chia ra máy biến áp làm mát bằng dầu, máy biến áp làm mát bằng không khí ( biến áp khô ). Hình 2. Hình ảnh một số ít loại máy biến áp2 : CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP2. 1. Cấu tạo máy biến ápMáy biến áp gồm ba bộ phận chính : lõi thép ( bộphần dẫn từ ), dây quấn ( bộ phận dẫn điện ) và vỏmáy. Ngoài ra máy còn có những bộ phận khác như : cách điện, đồng hồ đeo tay đo, bộ phận kiểm soát và điều chỉnh, bảo vệ … a ) Lõi thépLõi thép được làm từ thép kĩ thuật điện, được cánthành những lá thép dày 0,3 ; 0,35 ; 0,5 mm, hai mặt cóphủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điệnxoáy ( dòng Phucô ). Lõi thép gồm hai phần : trụ và gông. – Trụ là phần trên đó có quấn dây quấn, – Gông là phần lõi thép nối những trụ với nhau để khépkín mạch từ ( hình 3 c và d ). Tiết diện ngang của trụ hoàn toàn có thể là hình vuông vắn, hìnhchữ nhật, hay hình tròn trụ có bậc. Loại hình tròn cóbậc thường dùng cho máy biến áp hiệu suất lớn. Tiết diện ngang của gông hoàn toàn có thể là hình chữ nhật, hình chữ thập hay hình chữ T ( hình 4 ). a ) b ) GôngTrục ) d ) Hình 3. 1 số ít dạng lõi thép máy biến áp : a ) Lõi thép dạng U, I ; b ) Lõi thép dạng E, I ; c ) máy biến áp một pha ; d ) Máy biến áp ba phaa ) b ) Hình 4. Tiết diện ngang của trụ ( a ) và của gông ( b ) b ) Dây quấn • Dây quấn máy biến áp thường được làm bằng đồng hoặc làm bằng nhôm, có tiết diện hình tròn trụ hay hình chữ nhật, xung quanh dây dẫn có bọc cáchđiện bằng êmay hoặc sợi amiăng hay côtông. • Dây quấn máy biến áp gồm dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp : • Dây quấn nối với nguồn nhận nguồn năng lượng từ nguồn vào gọi là dây quấn sơcấp. • Dây quấn nối với phụ tải, phân phối điện cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp. • Dây quấn sơ cấp và thứ cấp thường không nối điện với nhau, máy biến ápcó hai như vậy gọi là máy biến áp phân ly hay máy biến áp cảm ứng ( hình5a ). • Nếu máy biến áp có hai dây quấn nối điện với nhau và có phần chung gọi làmáy biến áp tự ngẫu ( hình 5 b ). U1W1W2a ) U2ZtU1W1W2U2Ztb ) Hình 5. Máy biến áp phân li ( a ) ; máy biến áp tự ngẫu ( b ) c ) Vỏ máy • Vỏ máy được làm bằng thép, dùng để bảo vệ máy. Với những máy biếnáp dùng để truyền tải và phân phối điện năng, vỏ máy gồm hai bộphận : thùng và nắp thùng. • Thùng máy làm bằng thép, tuỳ theo hiệu suất mà hình dáng và kếtcấu vỏ máy có khác nhau, có loại thùng phẳng, có loại thùng có ốnghoặc cánh tản nhiệt. • Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt những cụ thể quan trọngcủa máy như : những sứ đầu ra của dây quấn cao áp và hạ áp, bìnhgiãn dầu, ống bảo hiểm, bộ phận truyền động của bộ điều chỉnhđiện áp … • Hình 3-6 ra mắt hình dạng bên ngoài của một số ít loại máy biếnáp. a ) c ) b ) d ) Hình 6. Hình dáng bên ngoài của một số ít loại máy biến áp. a, b ) Vỏ có cánh tản nhiệt ; c, d ) Vỏ thúng phẳng2. 2 Nguyên lý làm việc của máy biến ápMáy biến áp làm việc dựa vào hiệntượng cảm ứng điện từ. Máy biến áp một pha hai dây quấn nhưhình 7D ây quấn sơ cấp 1 có W1 vòng dây, dây quấn thứ cấp 2 có W2 vòng dây. Hai dây quấn được quấn trên lõi thép3. Đặt vào dây quấn sơ cấp một điện ápxoay chiều hình sin U1, trong cuộn dâysơ cấp có dòng điện xoay chiều I1. Dòng I1 sinh ra trong lõi thép từ thôngbiến thiên Φ. Từ thông này móc vòngqua cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng nên trong chúng những sứcđiện động cảm ứng E1 và E2. Nếu máybiến áp không tải ( thứ cấp hở mạch ) thì điện áp tại hai đầu cuộn thứ cấpbằng sức điện động E2 : U20 = E2Hình 7. Nguyên lý làm việc của MBANếu thứ cấp được nối với phụ tải Zt, trong cuộn dây thứ cấp có dòng điện I2, dòng I2 lại sinh ra từ thông thứ cấp chạy trong mạch từ, từ thông này cókhuynh hướng chống lại từ thông do dòng sơ cấp tạo nên, làm cho từthông trong lõi thép ( gọi là từ thông chính ) giảm biên độ. Để giữ cho từthông chính không đổi, dòng sơ cấp phải tăng lên một lượng khá lớn để từthông tăng thêm bù vào sự suy giảm do từ thông thứ cấp gây nên. Điện ápthứ cấp khi máy có tải là U2Như vậy nguồn năng lượng điện đã được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp. Bỏ qua sụt áp trong máy biến áp ta có : U1 ≈ E1 và U2 ≈ E2Trong đó : E1 = 4,44 fW1Φ m là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp ; E2 = 4,44 fW2Φ 2 là trị số hiệu dụng của sức điện động thứ cấp ; U1, U2 là trị số hiệu dụng của điện áp sơ cấp và thứ cấp máy biến áp ( V, kV ) ; f – tần số của điện áp đặt vào cuộn sơ cấp ; W1 và W2 – là số vòng của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ; Φ m – biên độ từ thông chính trong lõi thép. Từ đó ta có : E1 / E2 ≈ U1 / U2 = W1 / W2 = kk – gọi là tỉ số biến hóa của máy biến áp ( tỉ số biến áp ). Máy biến áp có k > 1 ( U1 > U2 ) gọi là máy biến áp giảm áp. Máy biến áp có k < 1 ( U1 < U2 ) gọi là máy biến áp tăng áp. Nếu bỏ lỡ tổn hao hiệu suất trong máy biến áp thì S 1 = S2, và ta có : U1. I1 = U2. I2vàU1 / U2 = I2 / I1 = k2. 3. Các số liệu định mức của máy biến ápTrên biển máy biến áp thường ghi những trị số định mức sau : 1. Điện áp sơ cấp định mức U 1 đm, là điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp khi máy làmviệc thông thường, tính bằng vôn ( V ) hoặc kilôvôn ( kV ). Nếu là máy biến áp ba pha thì U 1 đm là điện áp dây. 2. Điện áp thứ cấp định mức U 2 đm ( v, kV ) : là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máybiến áp không tải và điện áp đặt vào cuộn sơ cấp là định mức. 3. Dòng điện sơ cấp định mức I1đm : là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp khi dòngđiện trong cuộn thứ cấp là định mức, đơn vị chức năng là ampe ( A ). 4. Dòng điện thứ cấp định mức I2đm : là dòng điện trong cuộn dây thứ cấp khi điệnáp thức cấp là U2đm và phụ tải là định mức, đơn vị chức năng : A5. Công suất định mức Sđm : là hiệu suất toàn phần ( hiệu suất biểu kiến ) đưa ra ởdây quấn thứ cấp máy biến áp, nó đặc trưng cho năng lực chuyển tải nănglượng của máy, đơn vị chức năng là vôn-ampe ( VA ) hoặc kilôvôn-ampe ( kVA ). Đối với máy biến áp một pha : Sđm = U2đm. I2đm • Đối với máy biến áp ba pha : Sđm = √ 3. U2đm. I2đmtrong đó : U2đm và I2đm là điện áp dây và dòng điện dây. 6. Tần số định mức fđm ( Hz ). Đây là tần số của nguồn điện đặt vào cuộn sơ cấp. • Ngoài những đại lượng định mức trên, trên thẻ máy còn ghi : số pha m, tổ đấu dây, điện áp ngắn mạch un %, chính sách làm việc …
Source: https://thevesta.vn
Category: Bản Tin
