81
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC Ở TẢI XÁC LẬP ĐỐI
XỨNG
Mục tiêu: Sau khi học xong chương này SV phải :
 Hiểu được quá trình năng lượng trong máy thông qua giản đồ năng lượng.
 với các thành phần công suất và công suất tổn hao qua các bộ phận của
máy.
 Biết tính hiệu suất MBA.
 Giải thích được nguyên nhân gây sụt áp khi MBA có tải và tính được độ
sụt áp của máy khi thay đổi phụ tải.
 Chứng minh được sự cần thiết phải đáp ứng các điều kiện khi ghép MBA
làm việc song song .
 Biết vận dụng các điều kiện ghép MBA làm việc song song để chọn máy
trong những trường hợp cụ thể.
 Giải được các bài toán về tính hệ số tải thực tế, tính phụ tải cho phép khi
ghép nhiều máy song song, tính các tổn hao trong máy.
Nội dung:

I. QUÁ TRÌNH NĂNG LƯNG TRONG MBA
Khi điện áp các pha của MBA là đối xứng và tải ở chế độ xác lập đối xứng thì
dòng điện ở các pha bằng nhau. Do đó, ta có thể xét riêng đối với một pha.
1. CÔNG SUẤT TÁC DỤNG
Công suất đưa vào một pha của MBA (
1111
cos
I
U
P

) sẽ bò tiêu hao trên điện trở

22.cu
rIP 
) và phần còn lại là công suất đầu ra ở thứ cấp MBA

2222.Cudt2
cos
I
U
P
P
P

2. CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Công suất đưa vào
1111
sin
I
U
Q

sẽ tiêu hao một phần để tạo từ trường tản của
dây quấn sơ cấp
1
2
11
xIq 
và từ trường trong lõi thép
m
2
0m

Q


Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

82
Khi tải có tính chất cảm (
0
2
 ) thì Q
2
> 0. Lúc đó Q
1
> 0 và công suất phản
kháng truyền từ sơ cấp sang thứ cấp.
Khi tải có tính chất dung (
0
2

) thì Q
2
< 0, do vậy:

Nếu Q
1
< 0: thì công
suất phản kháng truyền từ thứ
cấp sang sơ cấp

U
U



=
U
20
-U
2
'
U
20
'
=
U
1đm
-U
2
'
U 1đm

Có thể dựa vào phương trình, đồ thò vecctơ mạch điện thay thế đơn giản
( hình 4.2
)
để tính độ thay đổi áp như sau:
Phương trình MBA U
1
= -U
2

); với 
n
= BAD là góc
tổng trở ngắn mạch;

t
=
2
= DAC là góc tải, có thể tính theo :
t
= arctg(x
t
/r
t
)
Triển khai theo hệ thức lượng giác, ta có:
U
=I
1
z
n
cos(
n
-
t
) = I
1

1
/1
1đm
là hệ số tải MBA, ta được:
P
Fe


jq
m

P
1
 jQ
1
P
2
 jQ
2

P
đt


jQ
đt

P
cu2

I
1
r
n

0

A

B
C
I
1
z
n

U
1


n

D
I
2

1đm
z
n
sin
n
sin
t
);
vì I
1đm
z
n
cos
n
= U
nr
; I
1đm
z
n
sin
n
=U
nx

nên: U
=
k
t
(U

f(I), với I là dòng tải, k
t

là hệ số
tải MBA như trên hình 4.3
Đặc tính ngoài có thể xây
dựng bằng thực nghiệm hoặc tính
toán theo mạch điện thay thế
MBA.

3. Cách điều chỉnh điện áp

Để giữ cho điện áp ra của máy không đổi khi tải và tính chất của tải thay đổi,
phải tiến hành điều chỉnh số vòng dây quấn. Thường tiến hành điều chỉnh số vòng
dây cuộn cao áp vì dòng điện trong cuộn cao áp nhỏ hơn so với dòng điện trong
cuộn hạ áp nên thiết bò điều chỉnh đơn giản hơn. Có những cách điều chỉnh sau:
Điều chỉnh khi máy ngừng làm việc: thường được thực hiện khi điều chỉnh điện
áp thứ cấp theo đồ thò tải hàng năm. Phạm vi điều chỉnh
dm
U
%
5
,
2
 và
dm
U
%
5
 .

Trong đó:
P

là tổng tổn hao trong MBA, bao gồm:
-P
Cu
: Tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Tổn hao do dòng điện xoáy trên vách thùng dầu và các bulong ghép
-P
Fe
: Do dòng điện xoáy và từ trễ trong MBA

100.
PPP
PP
1100.
P
P
1%
FeCu2
FeCu
1









Tải L
Tải R
Tải C

Hình 4
.3.
a,b. Đặc tính ngoài
MBA

a)

U% =f(k
t
)
b
)

U
2
=
f(k
t
)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

n
2
2
dm2
2
n
2
dm2n
2
2Cu
P.
I
I
r.Ir.Ip 










Công suất :
2222
cos
I
U
P

02dm
n
2
0














Nếu
const
cos
2

thì hiệu suất phụ thuộc hệ số tải

và hiệu suất có giá trò cực
đại ở hệ số tải nào đó ứng với điều kiện:

n
2

người ta thiết kế để hiệu suất
đạt giá trò lớn nhất ở trong giới
hạn của

. Muốn vậy cấu tạo
MBA phải đảm bảo sao cho
5,025,0
P
P
n
0
IV. MÁY BIẾN ÁP LÀM
VIỆC SONG SONG
Khi ghép các MBA làm việc song song, máy sẽ làm việc tốt nhất nếu điện áp
thứ cấp bằng nhau về trò số và trùng pha nhau về góc pha và tải phân phối theo tỉ lệ
công suất máy giống nhau (hay hệ số tải bằng nhau). Muốn vậy phải có các điều
Máy phát điện
MBA I MBA II
Nguồn điện

Hình 4.4
MBA làm việc song song

Phụ tải

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -

2

-U’
2

Hình 45.Mạch thay thế MBA làm việc song song
kiện: cùng tổ nối dây, tỉ số biến đổi bằng nhau, trò số điện áp ngắn mạch bằng
nhau. Nếu các điều kiện không được đảm bảo sẽ làm ảnh hưởng đến sự làm việc
song song của máy. Ta xét ảnh hưởng của từng điều kiện như sau:
1.ĐIỀU KIỆN CÙNG TỔ NỐI DÂY.
Khi MBA làm việc song song có các tổ nối dây không giống nhau thì giữa các
điện áp thứ cấp có góc lệch pha.
VD: Máy I có tổ nối dây
11/


Y
, máy II có tổ nối dây Y/Y –12
Điện áp thứ cấp của hai máy lệch nhau 30
0
nên trong mạch nối liền thứ cấp hai
máy có sđđ:
2
0
E.518,015sinE2E 

Như vậy khi không tải trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy có dòng điện

nIInI
cb


E
2II
, trong dây quấn thứ cấp các
máy có dòng điện caân bằng , sinh ra
bởi
II2I2
E
E
E

. Dòng điện này chạy
trong dây quấn của các MBA theo
chiều ngược nhau và tồn tại ngay khi
không tải. Vì trong dây quấn điện
kháng rất lớn so với điện trở nên dòng
điện cân bằng chậm sau sđđ
E

góc
90
0
. Điện áp rơi trên dây quấn MBA do
dòng điện cân bằng sinh ra sẽ bù trừ
với các điện áp E
2I
và E
2II
. Kết quả là
trên mạch thứ cấp sẽ có điện áp thống

, I
đmIII
).
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

86
Với cách trên, hệ số tải của từng máy được xác đònh như sau:



i.n
đmi
ni
i
U
S
U
S =
Ii
I
đmi

=
S
i

dm2
2

thì máy có
U
n
lớn làm việc non tải hay không sử dụng hết công suất thiết kế của máy.
Thường máy có dung lượng nhỏ thì U
n
nhỏ và dung lượng lớn thì U
n
lớn nên
dung lượng các máy không nên khác nhau quá nhiều. Qui đònh U
n
không quá
%10


và tỉ lệ dung lượng máy khoảng 3:1.

*****

CHỦ ĐỀ GI Ý THẢO LUẬN

1.
Biểu diễn quá trình chuyển đổi năng lượng thành giản đồ.
2.
Nguyên nhân gây tổn hao đồng và tổn hao sắt.
3. Dạng thể hiện của tổn hao đồng và tổn hao sắt.
4.

đổi của các máy khác nhau bao nhiêu.
16. Chứng minh điều kiện điện áp ngắn mạch bằng nhau. Sự liên quan giữa Un
và dung lượng của máy. Thực tế thường xét điều kiện này trên cơ sở thông số
nào.
17.
Chứng minh điều kiện cùng tổ nối dây
18.
Cho 2 máy có công suất 180 kVA và 1000 kVA, các điều kiện khác thỏa mãn,
có thể ghép hai máy song song được không.
19.
Cho 2 máy có cùng tổ nối dây, cùng tỉ số biến đổi k, công suất máy 1 : 320
kVA, máy 2 : 1000 kVA. Có thể ghép 2 máy song song được không.
20. Hai máy có tổ nối dây, cùng tỉ số biến đổi k, máy 1 có Un% = 6,6 máy 2 có
Un% = 5,4 . Có thể ghép song song được không.
21. Có thể ghép song song các máy sau không : 3 máy cùng tổ nối dây, cùng điện
áp ngắn mạch phần trăm, tỉ số biến đổi của các máy là : k1=15 ; k2 = 15,1
; k3 = 14,9

BÀI TẬP ỨNG DỤNG
BÀI TẬP 1
Máy biến áp 1 pha có các số liệu sau: S
đm
= 2500 VA, U
1đm
= 220 V, U
2đm
=
127 V, thông số các dây quấn r
1
= 0,3

tải và độ biến thiên điện áp thứ cấp.
Gợi ý
Các thông số của máy biến áp quan hệ như sau:
U
1đm
,U
2đm
: giá trò điện áp dây đònh mức.
r
1
, x
1
, r
2
, x
2
: nội trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp do vật liệu dây quấn ảnh
hưởng.
Nội trở dây quấn sơ cấp (r
1
, x
1
) và thứ cấp (r
2
, x
2
). Sơ đồ thay thế gần đúng
máy biến áp:
2
o

1
. sin
1

.
Công suất tác dụng thứ cấp bằng công suất tải tiêu thụ:
P
t
= r
t
.
2
2
I
(W).
Công suất phản kháng thứ cấp:
Q
t
= x
t
.
2
2
I
(VAr).
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

88

,
2
r
= r
2
. k
2
= 0,1 . 1,73
2
= 0,3 (

).

,
2
x
= x
2
. k
2
= 0,083 . 1,73
2
= 0,25 (

).

,
t
r
= r

,
t
,
21
2
,
t
,
21
1
)xxx()rrr(
U


=
08,24
220
= 9,13 (A).
Hệ số công suất phía sơ cấp cos
1

:
cos
1

=
2
,
t
,

. cos
1

= 220.9,13. 0,747 =1500,5 (W).
Công suất phản kháng phía sơ cấp Q
1
:
Q
1
= U
1đm
. I
1
. sin
1

= 220.9,13.
747,01
= 1335,4
(Var).
Dòng điện thứ cấp chưa qui đổi:
I
1
= k .
,
2
I
= 1,73. 9,13 = 15,8 (A).
Tổng trở tải:
Z

U
đm2
2đm2

=
%100.
127
76,122127

= 3,38 %
Công suất tác dụng của tải:
P
t
= r
t
.
2
2
I
= 5,8 .15,8
2
= 1448 (W).
Công suất phản kháng của tải:
Q
t
= x
t
.
2
2

n
% có liên quan trực tiếp đến sự phân
bố tải giữa các máy biến áp làm việc song song. Do đó cần tính hệ số tải của
từng máy và so sánh thông qua hệ số tải

:


=
ni
đmi
n
u
S
.u
S


Trong đó i là số thứ tự máy biến áp thứ i.
Nếu điện áp ngắn mạch u
n
% nhỏ thì hệ số tải

lớn, máy biến áp bò quá tải
và ngược lại nếu u
n
% lớn thì hệ số tải

nhỏ, máy biến áp bò non tải. Kết quả
không sử dụng hết công suất các máy nên thường các máy biến áp làm việc song

320
6
240
4,5
180

= 121,8
Công thức tính hệ số tải của máy biến áp:


=
ni
đmi
n
u
S
.u
S


Máy I:

I

=
8,121.4,5
740
= 1,125; suy ra S
I
= 1,125.180 = 202,5 (kVA).


I

=
8,121.4,5
S
= 1
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

90
Do đó: S = 657,72 (kVA).
Vì vậy công suất đặt của các máy biến áp không được tận dụng (vô ích) là:
740 – 658 = 82 (kVA). BÀI TẬP TỰ GIẢI
Bài 1
Máy biến áp ba pha có S
đm
= 1000 kVA, U
1
/ U
2
= 10/0,4 kV, đấu Y/Y
o
, P
n
=

2đm
= 10 kV, P
n
=
53,5 kW, P
o
= 17 kW, U
n
= 8 %, I
o
% = 3 %. Hãy xác đònh:
a/ Hệ số biến đổi của máy biến áp,
b/ Dòng điện đònh mức cuộn dây sơ và thứ cấp.
c/ Điện áp thứ cấp U
2
của máy biến áp khi hệ số tải

= ½ và cos
t

= 0,8.
Cho rằng phụ tải có tính chất điện cảm.
d/ Hiệu suất máy biến áp khi hệ số tải

= ¾ và cos
t

= 0,9.
e/ Hiệu suất hàng năm của máy biến áp bao nhiêu nếu làm việc với t = 7000
giờ, phụ tải đònh mức và cos

P
o
= 460 W, U
n
% = 4 %, dây quấn đấu Y/Y_12. Cho biết r
1
=
,
2
r
, x
1
=
,
2
x
.
a/ Tính I
1đm
, I
2đm
, r
n
, x
n
, r
1
, r
2
, x

= 230,95 A; r
n
= 20,64

; x
n
= 52,31

;
r
1
= 10,32

; x
1
= 26,15

; r
2
= 7,34 m

; x
2
= 18,6 m

.
b/

= 0,98.
c/

U
2đm
(k
V
)

U
n

%

Tổ nối dây

I

1000

35

6,3

6,25

Y/

_11

II

1800

nhiêu ?
ĐS: a/ S
1
= 928 kVA; S
2
= 1582 kVA; S
3
= 1990 kVA.
b/ 4548 kVA.
c/ 5817 kVA. *****
U%
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM