Bài giảng Máy điện - Chương 4: Máy biến áp đặc biệt - Phạm Khánh Tùng

PHẦN 1 – MÁY BIẾN ÁP 
CHƯƠNG 4 
MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
1. MÁY BIẾN ÁP BA DÂY QUẤN 
Mba ba dây quấn là mba có một dây quấn sơ và hai dây quấn thứ, 
dùng để cung cấp điện cho các lưới điện có điện áp khác nhau, ứng 
với các tỉ số biến đổi : 
3
1
3
1
13
2
1
2
1
12
N
N
U
U
k;
N
N
U
U
k 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Ưu điểm của mba ba dây quấn so với mba hai dây quấn : 
1. Giá thành sản xuất rẻ hơn mba hai dây quấn. 
2. Mặt bằng chiếm chỗ bé hơn. 
3. Liên tục truyền tải năng lượng từ dây quấn sơ sang hai dây quấn 
thứ hoặc truyền từ dây quấn thứ nầy sang dây quấn thứ khác. 
4. Tổn thất năng lượng bé hơn mba 2 dây quấn khoảng chừng hai lần. 
Nhược điểm của mba ba dây quấn so với mba hai dây quấn : 
1. Độ tin cậy của mba 3 dây quấn bé hơn mba 2 dây quấn. 
2. Việc bố trí đầu ra của mba 3 dây quấn phức tạp hơn mba 2 dây 
quấn. 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Máy biến áp ba dây quấn được chế tạo theo kiểu tổ máy biến áp ba 
pha hoặc máy biến áp ba pha ba trụ, ở mỗi pha đặt ba dây quấn. 
Tiêu chuẩn tổ nối dây mba 3 dây quấn Y0/Y0/Δ -12-11 và tổ mba 3pha 
hay mba 3pha ba trụ Y0/Δ/Δ -11-11. 
Theo qui định tiêu chuẩn về công suất chế tạo mba 3 dây quấn: 
 S1đm/S1đm S2đm/S1đm S3đm/S1đm . 
 1 1 1 
 1 1 2/3 
 1 2/3 2/3 
 (1 2/3 1) 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
1.1. Phương trình cơ bản, sơ đồ thay thế, đồ thị vectơ 
 Quá trình điện từ trong mba 3 dây quấn được mô tả mhư mba 2 dây 
quấn, tất cả các đại lượng của hai dây quấn thứ cấp 2, 3 quy đổi về số 
vòng của dây quấn sơ cấp: 
Dòng từ hóa mba 3 dây quấn rất nhỏ được xác định: 
Sđđ hỗ cảm : 
 với 
3
1
3
'
3
2
1
2
'
2
1
3
3
'
3
1
2
2
'
2
N
N
UU;
N
N
UU;
N
N
II;
N
N
II 
0IIII 0
'
3
'
21 

0m21 IZEE
 mmm jxrZ 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Sđđ tản trong mỗi dây quấn: 
Dòng cân bằng hỗ cảm: 
Điện kháng : x1, x2’, x3’ - điện kháng tản tương đương của dây quấn, 
được tìm thấy khi có tính đến ảnh hưởng của các dây quấn khác. 
(Ngẫu hợp từ thông tản). 
101
'
1 IIII
 
'
3
'
33
'
2
'
22111 IjxE;IjxE;IjxE
 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Phương trình cân bằng điện áp của mba ba dây quấn: 
Sơ đồ thay thế: 
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
11111111
IZEIrEEU
IZEIrEEU
IZEIrEEU






CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Sơ đồ thí nghiệm xác định thông số và mạch điện thay thế: 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Tổng trở nhánh từ hoá Zm tìm được bằng tính toán hoặc thí nghiệm. 
 Các tổng trở Z1,Z’2,Z’3, được xác định từ thí nghiệm ngắn mạch: 
Giải hệ phương trình 
 xác định được Z1, Z2’, Z3’: 
23n23n
'
3
'
223n
13n13n
'
3113n
12n12n
'
2112n
jxrZZZ
jxrZZZ
jxrZZZ
)ZZZ(
2
1
Z
)ZZZ(
2
1
Z
)ZZZ(
2
1
Z
12n23n13n
'
3
13n23n12n
'
2
23n13n12n1
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Đồ thị véc tơ: 
Từ đồ thị ta thấy U’2 không những 
phụ thuộc vào I’2 mà còn phụ thuộc 
vào I’3. Và U’3 không những phụ 
thuộc vào I’3 mà còn phụ thuộc vào 
I’2. 
 Để giảm ảnh hưởng nầy ta cần 
giảm tổng trở Z1 bằng cách đặt 
cuộn dây 1 vào giữa 2 dây quấn 2 
và 3, lúc đó x1 có thể có giá trị âm. 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
1.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ba dây quấn. 
a. Dây quấn 1 và 2: 
Trong đó: 
3)3(*nx3)3(*nr212*nx212*nr
đm1
'
2đm1
12*
sinucosusinucosu 
U
UU
U
đm1
'
31
)3(*nx
đm1
'
31
)3(*nr
đm1
'
212n
12*nx
đm1
'
212n
12*nr
U
Ix
u;
U
Ir
u
U
Ix
u;
U
Ir
u
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
1.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp mba ba dây quấn. 
b. Dây quấn 1 và 3: 
Trong đó: 
2)2(*nx2)2(*nr313*nx313*nr
đm1
'
3đm1
13*
sinucosusinucosu 
U
UU
U
đm1
'
21
)2(*nx
đm1
'
21
)2(*nr
đm1
'
313n
13*nx
đm1
'
313n
13*nr
U
Ix
u;
U
Ir
u
U
Ix
u;
U
Ir
u
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
2. MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 
Mba tự ngẫu là loại mba mà ở đó 
ngoài sự liên hệ về từ còn có sự liên 
hệ trực tiếp với nhau về điện giữa 
dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ 
cấp. 
Mba từ ngẫu có hai kiểu nối dây: Nối 
thuận và nối ngược 
Nối thuận: 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Nối ngược: 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Công suất truyền tải của mba tự ngẫu gồm hai thành phần : 
1. Thông qua từ trường trong lõi thép. 
2. Truyền dẫn trực tiếp. 
Dung lượng thiết kế là dung lượng truyền dẫn nhờ từ trường: 
Dung lượng mba tự ngẫu truyền qua lúc vận hành thực tế: 
Tỉ số biến đổi điện áp của mba tự ngẫu: 
2211ke.t IEIES 
HAHACACAte.t IUIUS 
1
2
2
1
2
1
I
I
E
E
U
U
k 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Tỉ số biến đổi điện áp của lưới điện: (thường k < 2,5) 
Xét trường hợp nối thuận: 
k
1
1
S
S
IU
I)UU(
IU
IE
S
S
te.t
ke.t
CACA
CAHACA
CACA
22
te.t
ke.t
CA
HA
HA
CA
I
I
U
U
k 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Xét trường hợp nối ngược: 
Như vậy kiểu nối thuận có lợi hơn 
1kk)
k
1
1(
S
S
IU
I)UU(
IU
IE
S
S
te.t
ke.t
CACA
HAHACA
CACA
22
te.t
ke.t
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Công dụng của mba tự ngẫu: 
1. Mba tự ngẫu dùng để liên lạc giữa các hệ thống điện có các cấp 
điện áp khác nhau trong hệ thống điện như : 110-220; 220-500; 330-
750 kV. 
2. Mba tự ngẫu dùng để mở máy các động cơ không đồng bộ công 
suất lớn. 
3. Mba tự ngẫu dùng rộng rãi làm nguồn cho các thiết bị điện sinh 
hoạt. 
4. Mba tự ngẫu dùng ở các phòng thí nghiệm để thay đổi điện áp liên 
tục. 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Ưu nhược điểm của mba tự ngẫu : 
• Ưu điểm : 
1. Mba tự ngẫu chế tạo rẽ hơn mba 2 dây quấn cùng công suất. 
2. Lúc vận hành tổn hao trong mba tự ngẫu cũng nhỏ hơn: 
3. Điện áp un của mba tn nhỏ còn (1 – 1/k) so với mba 2 dây quấn 
cùng công suất. 
4. Sụt áp trong mba tự ngẫu nhỏ vì un nhỏ. 
)
k
1
1(
S
p
S
p
ke.ttai.t

CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Ưu nhược điểm của mba tự ngẫu : 
• Nhược điểm : 
1. Vì un nhỏ nên dòng điện ngắn mạch In tương đối lớn. 
2. Khi vận hành với lưới điện trung tính mba tự ngẫu phải nối đất nếu 
không sẽ không an toàn. 
3. Mba tự ngẫu yêu cầu cách điện cao hơn mba thường. 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
3. MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 
3.1. Máy biến điện áp 
Máy biến điện áp dùng để biến điện áp cao thành điện áp nhỏ để đo 
lường và điều khiển. Công suất máy biến điện áp 25÷1000VA. 
Máy biến điện áp có dây quấn sơ nối với lưới điện và dây quấn thứ 
nối với Vôn mét, cuộn dây áp của Watt kế, cuộn dây của các rơle bảo 
vệ, hoặc các thiếc bị điều khiển khác. Các loại dụng cụ nầy có tổng 
trở Z rất lớn nên máy biến điện áp xem như làm việc ở chế độ không 
tải, do đó sai số về trị số nhỏ và bằng : 
100
U
U
N
N
U
%U
1
1
1
2
2 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Sơ đồ nối máy biến điện áp và góc lệch 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Cấp chính xác và sai số máy biến điện áp: 
Chú ý : Khi sử dụng mbđa không được nối tắt mạch thứ cấp vì nối tắt 
mạch thứ cấp tương đương nối tắt mạch sơ cấp nghĩa là gây sự có 
ngắn mạch ở lưới điện. 
Cấp chính xác 
0,5 
1 
3 
Sai số ΔU 
± 0,5% ± 1,0 ± 3,0 
Sai số δU ± 20 ± 40 Không 
qui định 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
3.2. Máy biến dòng điện 
Máy biến dòng điện dùng để biến dòng điện lớn thành dòng điện nhỏ 
để đo lường bằng các dụng cụ đo tiêu chuẩn và điều khiển. 
Công suất Máy biến dòng điện : 5÷100VA. 
Máy biến dòng điện có dây quấn sơ gồm ít vòng dây mắc nối tiếp với 
mạch cần đo dòng và dây quấn thứ gồm nhiều vòng dây nối với ampe 
mét, cuộn dây dòng của Watt mét, cuộn dây của các rơle bảo vệ, 
hoặc các thiếc bị điều khiển khác. Các loại dụng cụ nầy có tổng trở Z 
rất bé nên máy biến dòng điện làm việc ở trạng thái ngắn mạch, khi 
đó lõi thép máy biến dòng điện không bão hòa và Φ = (0.8÷1)Wb, do 
đó sai số đo lường về trị số nhỏ và bằng : 
100
U
U
N
N
U
%U
1
1
1
2
2 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Sai số đo lường về trị số nhỏ: 
Sơ đồ nối dây biến dòng và góc lệch: 
100
I
U
N
N
I
%i
1
1
1
2
2 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Cấp chính xác và sai số máy biến dòng điện: 
Chú ý : Khi sử dụng máy biến dòng điện không được dể dây quấn 
thứ hở mạch vì như vậy dòng từ hóa I0 = I1 rất lớn và lõi thép bão 
hòa nghiêm trọng sẽ nóng lên làm cháy dây quấn, hơn nữa từ thông 
bằng đầu sẽ sinh ra sđđ nhọn đầu ở dây quấn thứ có thể xuất hiện 
điện áp cao hàng nghìn vôn làm cho dây quấn thứ và người sử dụng 
không an toàn. 
Cấp chính 
xác 
0,2 
0,5 
1 
3 
10 
Sai số ΔU 
± 0,2% ± 0,5% ± 1,0 ± 3,0 ± 10% 
Sai số δU ± 10 
± 40 ± 80 Không 
qui định 
Không 
qui định 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
4. MÁY BIẾN ÁP HÀN HỒ QUANG 
Máy được chế tạo có điện kháng tản lớn và cuộn dây thứ cấp nối với 
điện kháng ngoài K để hạn chế dòng điện hàn. Vì thế đường đặc tính 
hàn rất dốc, phù hợp với yêu cầu hàn điện. 
Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn dây thứ cấp một đầu nối 
với cuộn điện kháng K rồi nối tới que hàn, còn đầu kia nối với tấm kim 
loại cần hàn. 
CHƯƠNG 4: MÁY BIẾN ĐẶC BIỆT 
Máy biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch ngắn hạn dây quấn thứ 
cấp. 
Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường là 60 ÷70V. 
Khi dí que hàn vào tấm kim loại, sẽ có dòng điện lớn chạy qua làm 
nóng chỗ tiếp xúc. Khi nhấc que hàn cách tấm kim loại một khoảng 
nhỏ, vì cường độ điện trường lớn làm ion hóa chất khí, sinh hồ quang 
và tỏa nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. 
Để điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây của dây 
quấn thứ cấp máy biến áp hàn hoặc thay đổi điện kháng ngoài bằng 
cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép K.