Biến đổi năng lượng
điện cơ
-Máy biến áp

Biến đổi năng lượng điện cơ

Bộ môn Thiết bị điện


Giới thiệu
 Biến đổi năng lượng điện từ mạch điện này sang mạch điện khác
thông qua từ trường biến thiên.
 Ứng dụng: trong cả lĩnh vực điện và thông tin.
 Trong truyền tải, phân phối và ứng dụng năng lượng điện: tăng áp
hay giảm áp với tần số không đổi (50/60Hz), từ vài trăm W tới hàng
trăm MW.
 Trong thông tin, MBA có thể được dùng để phối hợp trở kháng, cách
ly DC, thay đổi mức điện áp tại công suất nhỏ với dải tần số rộng.
 Nội dung môn học chỉ đề cập đến máy biến áp (MBA) công suất.
Biến đổi năng lượng điện cơ

Bộ môn Thiết bị điện


MBA lý tưởng
 Xét một lõi thép có quấn 2 cuộn dây như
hình vẽ. Bỏ qua các tổn hao, và từ thông tản.



i1


mmf  N1i1  N 2 i2  R  0

i1 t 
N2
1



i2 t 
N1
a
Biến đổi năng lượng điện cơ

Bộ môn Thiết bị điện

v2
–


MBA lý tưởng (tt)
v1 N1

a
v2 N 2

i1

i1
N2



i2 N 1 a

v1 t i1 t   v2 t i2 t 

Ideal

+

v1

v2

–

–
N1:N2

Biến đổi năng lượng điện cơ



i2

+

 Với MBA lý tưởng

L2


 N2 
v1
2
 RL
 a R L  
i1
 N1 

Lý tưởng i2
+

v1

v2

–

–
N1:N2

 Mở rộng cho trường hợp tải tổng quát
2

2

V1  N 2  V2  N 2 

 Z L  a 2 Z L
 



MBA công suất
 Hai cuộn dây được quấn trên một lõi
từ, để cực tiểu từ thông tản.
Cuộn sơ cấp có N1 vòng được nối với
nguồn điện, cuộn thứ cấp có N2 vòng nối
với tải.
 Trường hợp MBA lý tưởng: không có từ thông tản, bỏ qua điện trở
cuộn dây, lõi từ có độ thẩm từ bằng vô cùng, không có tổn hao.
 Cho v1(t) = Vm1cost là điện áp đưa và cuộn sơ cấp, ta được

Vm1  2fN 1 max
Biến đổi năng lượng điện cơ

hay

V1  4.44 fN 1 max
Bộ môn Thiết bị điện


Một số hình ảnh MBA

MBA loại nhỏ
Điều khiển

10 kV, MBA dầu
Biến đổi năng lượng điện cơ

3 pha loại nhỏ

10
Suy ra,
Bm 
 0.864 webers/m 2
0.005
Ta được H m  0.864  300  259 At/m , giá trị đỉnh của dòng từ hóa

là (259)(0.5)/200 = 0.6475 A. Dó đó, Irms = 0.46 A là dòng từ hóa ở phía
sơ cấp.
Biến đổi năng lượng điện cơ

Bộ môn Thiết bị điện


Mạch điện tương đương của MBA có lõi tuyến tính
 Trường hợp MBA có xét từ thông tản và điện trở các cuộn dây. Thông
số phía thứ cấp được nhân với hệ số a (= N1/N2) và i2 được thay bởi i2/a,
Mạch tương đương của MBA,
i1

R1

i2
+

+
v1

v2


cuộn 2 qui về phía cuộn 1.. aM là điện cảm từ hóa, dòng điện qua nó được gọi là
dòng từ hóa.
Biến đổi năng lượng điện cơ

Bộ môn Thiết bị điện


Mạch điện tương đương của MBA có lõi tuyến tính (tt)
 Tổn hao trong lõi từ gây ra bởi hiện tượng từ trễ và dòng điện xóay.
Những tổn hao này rất khó để phân tích tính toán, chúng phụ thuộc vào
giá trị của Bm. Một điện trở đặt song song với điện cảm từ hóa aM để đại
diện cho tổn hao này.
i1 R1

L1 – aM

2
a2R2 a L2 – aM

+
v1

Ideal

+
Rc1

–

(aM)1

V1

a2R2

I1

I2 a

Rc1

–

jXm1

ja2xl2
+

I2
+

aV 2

V2

–

–

Ideal


I2 a

Rc1

V1

ja2xl2

a2R2

a 2 ZL

jXm1

–

aV 2

–

 Hoặc chúng có thể được qui đổi về phía cuộn 2
jxl1/a2

R1/a2
+
V1 a

–
Biến đổi năng lượng điện cơ



a2R2

I1

a 2ZL

jXm1

–

I1

–
Biến đổi năng lượng điện cơ

aV2

–
R1eq

V1 Rc1

+

I2 a

V1 Rc1

+

W

Voc

Voc
V

Rc
LV

Thí nghiệm không tải
Biến đổi năng lượng điện cơ

IR

IX
Xm

HV

Mạch tương đương không tải
Bộ môn Thiết bị điện


Thí nghiệm không tải
 Thiết bị đo đặt phía hạ áp, cuộn cao áp hở mạch. Điện áp định mức
được cấp cho cuộn hạ áp. Đo Voc, Ioc, và Poc.

Voc2
Rc 

Thí nghiệm ngắn mạch
 Thiết bị đo đặt phía cao áp. Dòng định mức được cấp cho cuộn cao
áp. Đo Vsc, Isc, và Psc.
A

I sc

W

Req

Xeq

Vsc

Vsc
V
HV

Psc
Req  2
I sc

Z eq

LV

Vsc

I sc

968
220
Xm 
 225.9 
0.974

Từ thí nghiệm ngắn mạch

60
Req 
 0.2076 
2
17 
15
Z eq 
 0.882 
17
X eq  0.882 2  0.2076 2  0.8576 
Biến đổi năng lượng điện cơ

Bộ môn Thiết bị điện


Hiệu suất và độ thay đổi điện áp
 Hiệu suất được định nghĩa là tỉ số giữa công suất ra với công suất vào

Pout
Pout
Pout
