Bài giảng Máy biến áp gia dụng

CHƯƠNG 3MÁY BIẾN ÁP GIA DỤNG3-1. KHÁI NIỆM CHUNG3.1.1. Định nghĩaMáy 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.3.1.2. Công dụng của máy biến ápTrong 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 3-1). 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  3.1.3. Phân loại máy biến ápTheo 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).~MFĐMBA tăng ápĐường dây truyền tảiMBA giảm ápHộ tiêu thụHình 3-1. Hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện năngHình 3-2. Hình ảnh một số loại máy biến áp3-2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 3.2.1. 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 3-3 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 3-4). Hình 3-3. một số dạng lõi thép máy biến áp: 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)d)TrụGôngc)b) Dây quấnDây 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 3-5a).Nếu máy biến áp có hai dây quấn nối điện với nhau và có phần chung gọi là máy biến áp tự ngẫu (hình 3-5b). a)b)Hình 3-4. Tiết diện ngang của trụ (a) và của gông (b)c) Vỏ máyVỏ 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 ápHình 3-6 giới thiệu hình dạng bên ngoài của một số loại máy biến áp.U2ZtW2W1U1b)U1U2ZtW2W1a)Hình 3-5. Máy biến áp phân li (a); máy biến áp tự ngẫu (b)a)b)c)d)Hình 3-6. Hình dáng bên ngoài của một số loại máy biến áp. a, b) Vỏ có cánh tản nhiệt; c, d) Vỏ thúng phẳng 3.2.2. Nguyên lý làm việc của máy biến ápMáy biến áp làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy biến áp một pha hai dây quấn như hình 3-7. 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 . 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 3-7. 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 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 ≈ E2Trong đó: E1 = 4,44fW1m là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp; E2 = 4,44fW­2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; 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 S1 = S2, và ta có: U1.I1 = U2.I2 và U1/U2 = I2/I1 = k 3.2.3. Các số liệu định mức của máy biến ápTrên biển máy biến áp thường ghi các trị số định mức sau:Điện áp sơ cấp định mức U1đm, 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 U1đm là điện áp dây.2. Điện áp thứ cấp định mức U2đm (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 : A5. 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.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 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