Tìm hiểu máy biến áp trong truyền tải và phân phối điện năng

Luận văn Tìm hiểu máy biến ápMỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điện từ dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong dây quấn thực hiện bằng phương pháp điện. Mặt khác máy biến áp nó còn có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển. Máy biến áp được sử dụng quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa. Ngoài ra còn có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp trong nhà hay các cục biến thế, cục xạc… dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (220V sang 24V, 12V, 3V,…) Trong quá trình làm đề tài môn học không tránh khỏi thiếu xót, mong các thầy cô và bạn bè nhận xét để đồ án môn học này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn cô đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho bọn em để hoàn thành tốt đề tài này và cho em học hỏi nhiều vẫn đề về máy biến áp trong thời gian làm đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày ….. tháng ….. năm 2012 PHẦN I: VAI TRÒ CỦA MBA TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG 1. VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP. Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật. Hình 1: Sơ đồ truyền tải điện năng. Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện ấy nhỏ đi. do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện cao áp, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35, 110, 220, và 500 kv. Trên thực tế các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21 kv, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên, mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127v, 500v hay cùng lắm đến 6 kv, do đó thường khi sử dụng điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thu gọi là các máy biến áp ( MBA). Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tất cả các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực, hay máy biến áp công suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng lượng. Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thết kế chế tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thước máy. ` Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng 630000kV với điện áp 110kV. 2. ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp. Đầu ra của máy biến áp được nối với tải gọi là thứ cấp, khi điện áp đầu ra thứ cấp lớn hơn điện áp đầu vào sơ cấp ta có MBA tăng áp. Khi điện áp đầu ra thứ cấp nhỏ hơn điện áp đầu vào ta có MB hạ áp. Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp. 2.1 Công dụng của máy biến áp. Máy biến áp được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống. Ở mỗi lĩnh vực, mục đích sử dụng của máy biến áp khác nhau dẫn đến kết cấu của máy biến áp cũng khác nhau. Trong truyền tải và phân phối điện năng, để dẫn điện từ nhà máy đến nơi tiêu thụ phải có đường dây tải điện. Khoảng cách từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ thương rất lớn, do việc truyền tải điện năng phải được tính toán sao cho kinh tế. Cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu tăng được điện áp thì dòng điện đến tải sẽ giảm xuống, từ đó có thể giảm tiết diện và trọng lượng dây dẫn, dẫn đến hạ đường dây truyền tải, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng tốn. Vì vậy muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao. 2.2 Phân loại máy biến áp. Có nhiều loại máy biến áp và nhiều cách phân loại khác nhau: 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 công suất nhỏ ( phổ biến trong các gia đình ) có khả năng điều chỉnh 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 làm nguồn cho lò luyện kim hoặc dùng chỉnh lưu, điện phân, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng 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. Theo 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) 3. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 3.1 Cấu tạo máy biến áp. Máy biến áp gồm ba bộ phận chính: lõi thép ( bộ phận 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 lá thép kỹ thuật điện, được cán thành các lá thép dày 0,3; 0,35; 0,5 mm, hai mặt có phủ cách điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy ( dòng Phucô). Thép kỹ thuật là thép hợp kim silic, tính chất của thép kỹ thuật điện thay đổi tùy theo hàm lượng silic. Nếu hàm lượng silic càng nhiều thì tổn thất càng ít nhưng giòn, cứng khó gia công. Theo hình dáng, lõi thép máy biến áp thường được chia làm hai loại: kiểu lõi (kiểu trụ) và kiểu bọc ( kiểu vỏ). Ngoài ra lõi thép còn có một số kiểu khác. 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 kính mạch từ. 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. b) Dây quấn Dây quấn mày biến áp thường được làm bằng đồng hoặc băng nhôm, có tiết diện hình tròn hay hình chữ nhật, xung quanh dây dẫn có bọc cách điện bằng emay hoặc sợi amiang hay cotông. 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. Ở các máy biến áp lực dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp (CA), dây quấn có điện áp thấp gọi là dây quấn hạ áp (HA). Ngoài ra, ở các máy biến áp có dây quấn thứ ba có cấp điện áp trung gian giữa CA và HA gọi là dây quấn trung áp ( TA). 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. Nếu máy biến áp có hai dây quấn nối điện với nhau và có phần chung gọi là máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp tự ngẫu có phần dây quấn nối chung nên tiết kiệm được lõi thép, dây quấn và tổn hao công suất nhỏ hơn máy biến áp phân ly( có cùng công suất thiết kế). Nhưng máy biến áp tự ngẫu có nhược điểm là hai dây quấn nối điện với nhau nên ít an toàn. Hình 2: Cấu tạo máy biến áp, có một cuộn dây sơ cấp,cuộn dây thứ cấp và lõi thép. + Thứ nhất: Nó có một cuộn dây sơ cấp, đây là cuộn dây đầu vào. Điện áp đầu vào được đưa vào cuộn dây này. + Thứ hai: Cuộn dây sơ cấp, đây là cuộn dây đầu ra. Điện áp đầu ra được lấy từ cuộn dây này. + Thứ ba: Lõi sắt, đây cũng là gông đỡ cho biến áp và là phần cảm ứng giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp. 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, tùy 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… 3.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp. Máy biến áp làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Xét máy biến áp một pha hai dây quấn, 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. Do mạch từ khép kín nên 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 E1và E2 Nên 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 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 sơ cấp ( còn 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 chính 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. Nếu bỏ qua tổn thất điện áp trong các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ( thường tổn hao này rất nhỏ) thì ta có: U1≈E1 và U2≈E2 Trong đó: E1= 4,44fW1m là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp; E2=4,44 fW2 m là trị số hiệu dụng của sức điện động thứ cấp; U1 và 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. do đó ta có: ≈==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. Công suất máy biến áp nhận từ nguồn là S1 =U1.I1 Công suất máy biến áp cấp cho phụ tải là S2 = U2.I2 S1,S2 là công suất toàn phần (công suất biểu kiến) của máy biến áp đơn vị là voltampe (VA). Nếu bỏ qua tổn hao công suất trong máy biến áp thì S1 = S2. và ta có: U1.I1 = U2.I2 hay ==k Tức là tăng điện áp k lần thì đồng thời giảm dòng điện k lần. Ngược lại, máy biến áp giảm k lần thì dòng điện tăng k lần. 3.3. Các số liệu định mức của máy biến áp Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo quy định và thường được ghi trên nhãn máy biến áp. Dung lượng hay công suất định mức Sđm: là công suất toàn phần( hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp, tính bằng kilo voltampe (KVA) hay volt ampe (VA) Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng kilo volt (KV) hay volt (V). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh. Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm : là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, tính bằng kilo volt (KV) hay volt (V) Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm: là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng kilo ampe (KA) hay ampe (A) Tần số định mức fđm: tính bằng Hz, thường máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp là 50Hz hay 60 Hz. Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi những số liệu khác nhau: như số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch un% chế độ làm việc ( dài hạn hay ngắn hạn). PHẦN II: TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP. Để máy biến áp có thể làm việc được các dây quấn pha sơ cấp và thứ cấp phải được nối với nhau theo một qui luật xác định. Ngoài ra, sự phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp và thứ cấp cũng hình thành vác tổ nối dây quấn khác nhau. Hơn nữa, khi thiết kế máy biến áp, việc qui định tổ nôi dây quẫn cũng phải thích ứng với kết cấu mạch từ để tránh những hiện tượng không tốt như sức điện động pha không sin, tổn hao phụ tăng… Trước khi nghiên cứu tổ nối dây của máy biến áp ta xét cách ký hiệu đầu dây và cách đấu các dây quấn pha với nhau. 1. CÁC KÝ HIỆU ĐẦU DÂY. Các đầu tận cùng của dây quấn máy biến áp, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối. Đối với máy biến áp một pha có thể tùy chọn đầu đầu và đầu cuối. Đối với máy biến áp ba pha, các đầu đầu và đầu cuối phải chọn một cách thống nhất: giả sử dây quấn pha A đã chọn đầu đầu đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ thì dây quấn pha B và C còn lại cũng phải chọn như vậy. Điều này rất cần thiết, bởi vì nếu một pha ký hiệu ngược thì điện áp dây lấy ra sẽ mất tính đối xứng. Hình 3: Cách qui ước các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn máy biến áp. Điện áp dây không đối xứng khi ký hiệu ngược. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu người ta thường đánh dấu lên sơ đồ dây quấn của máy biến áp với quy ước như sau. Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp(CA) Dây quấn hạ áp(HA) Đầu đầu Đầu cuối Đầu dây trung tính A, B, C X, Y, Z O hay N a, b, c x, y, z o hay n Đối với máy biến áp ba dây quấn ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây quấn điện áp trung. Dây quấn này được ký hiệu như sau: đầu đầu bằng các chữ Am, Bm, Cm; đầu cuối bằng các chữ Xm, Ym, Zm và đầu trung tính bằng chữ Om. 1.1 Các kiểu đấu nối dây. Dây quấn máy biến áp có thể đấu sao ( ký hiệu bằng dấu "Y" ) hay hình tam giác ( ký hiệu bằng dấu "D" hay ). Đấu sao thì ba đầu X, Y, Z nối lại với nhau, còn ba đầu A, B,C để tự do. Nếu đấu sao có dây trung tính thì ký hiệu bằng dấu "Y0". Đấu tam giác thì đầu cuối của pha này nối với đầu đầu của pha kia hoặc theo theo thứ tự AX-BY-CZ -A hoặc theo thứ tự AX-CZ-BY-A. Các máy biến áp công suất, thường dây quấn cao áp được đấu Y, còn dây quấn hạ áp đấu tam giác, bởi vì làm như vậy thì phía cao áp, thì điện áp pha nhỏ đi lần so với điện áp dây, do đó giảm được chi phí và điều kiện cách điện; phía hạ áp thì dòng điện pha nhỏ đi lần so với dòng điện dây, do đó có thể làm nhỏ dây dẫn thuận tiện cho việc chế tạo. Ngoài hai kiểu đấu dây trên, dây quấn máy biến áp có thể đấu theo kiểu zic-zắc ( ký hiệu chữ Z) lúc đó mỗi pha gồm hai nửa cuộn dây trên hai trụ khác nhau nối tiếp và mắc ngược nhau. Kiểu đấu này thường rất ít dùng vì tốn đồng hơn. 1.2 Tổ nối dây của máy biến áp. Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành so sự phối hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sức điện động dây quấn sơ cấp và đây quấn thứ cấp máy biến áp. Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau. - Chiều quấn dây. - Cách ký hiệu các đầu dây. - Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp Để thuận tiện người ta không dùng "độ" để chỉ góc lệch pha đó mà dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi là tổ nối dây của máy biến áp. Cách biểu thị đó như sau: kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ cấp đặt cố định ở con số 12, kim ngắn chỉ sức điện động dây thứ cấp đặt tương ứng với các con số 1, 2, …. 12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là 30, 60,… 360. Như vậy theo cách ký hiệu này thì máy biến áp ba pha sẽ có 12 tổ nối dây. Trong thực tế sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác nhau rất bất tiện cho việc vận hành và chế tạo, vì thế ở nước ta chỉ sản xuất máy biến áp điện lực có tổ nối dây như sau. Đối với máy biến áp một pha có tổ I/I-12, đối với máy biến áp ba pha có các tổ nối dây Y/Yo-12, Y/d-11/ Yo/d-11. 1.3 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép. Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện tượng mà trong số trường hợp những hiện tượng ấy có thể ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của máy biến áp. Khi máy biến áp làm việc không tải ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa mạch từ lớn nhất. Nghĩa là khi đặt vào dây quấn sơ cấp sơ cấp điện áp hình sin, còn dây quấn thứ cấp hở mạch. Sự ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa mạch từ với máy biến áp một pha và ba pha có sự khác nhau. Đối với máy biến áp ba pha ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa mạch từ còn phụ thuộc vào kiểu dáng mạch từ và tổ nối dây của máy biến áp. 2. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP 2.1 Máy biến áp một pha. Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện không tải I0 chạy trong nó, dòng điện không tải I0 sinh ra từ thông chạy trong lõi thép máy biến áp. Giả sử điện áp đặt vào hai đầu đoạn dây sơ cấp có dạng U=U m Sin h t và bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dây quấn, thì u = -e = w nghĩa là từ thông sinh ra cũng biến thiên hình sin theo thời gian. = m sin(wt-) Nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện không tải I0 chỉ thuần túy là thành phần dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép i0 = i0x Do đó những quan hệ =f(i0) cũng chính là quan hệ từ hóa B = F (h) Theo lý thuyết cơ sở kỹ thuật điện thì do hiện tượng bão hòa mạch từ, nếu là hình sin, i0 sẽ không sin mà có dạng nhọn đầu và trùng pha với , nghĩa dòng điện i0 ngoài thành phần sóng cơ bản i01 còn có các thành phần sóng điện hòa bậc cao: bậc 3.5.7 …, trong đó thành phần sóng bậc 3, i03 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác không đáng kể có thể bỏ qua. Nếu mạch từ càng bão hòa thì i0 càng nhọn đầu do đó thành phần sóng bậc cao càng lớn đặc biệt là thành phần sóng bậc ba. Khi có kể đến tổn hao trong lõi thép thì quan hệ = f(i0) là quan hệ từ trễ B(H). Khi đó dòng điện từ hóa gồm hai thành phần, tác dụng và phản kháng, i0 có dạng nhọn đầu và vượt trước một góc nào đó. Góc lớn hay bé tùy thuộc mức độ trễ của B đối với H nhiều hay ít, nghĩa là tổn hao từ trễ trong lõi thép nhiều hay ít, vì thế được gọi là góc tổn hao từ trễ. Trên thực tế I0r <10%I0, nên dòng điện I0r thực ra không ảnh hưởng đến dòng điện từ hóa nhiều và có thể coi I0x ≈ I0. 2.2 Máy biến áp ba pha Khi không tải nếu xét từng pha riêng lẻ thì dòng điện bậc ba trong các pha i03a = I03m sin 3wt i03b = I03msin 3(wt -120) = I03m sin 3wt i03c = I03msin 3(wt -240) =io3m sin 3wt trùng pha nhau về thời gian, nghĩa là tại thời điểm chiều của dòng điện trong cả ba pha hoặc hướng từ đầu đến cuối dây quấn hoặc ngược lại. Song chúng có tồn tại hay không và dạng sóng như thế nào còn phụ thuộc vào kết cấu mạch từ và cách đấu dây quấn nữa. a) Trường hợp máy biến áp nối Y/Y Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần dòng điện bậc ba không tồn tại, do đó dòng điện từ hóa i0 có dạng hình sin và từ thông do nó sinh ra sẽ có dạng vạt đâu. Như vậy có thể xem từ thông tổng gồm sóng cơ bản và các sóng điều hòa bậc cao, ,….Vì các thành phần từ thông bậc cao hơn 3 rất nhỏ có thể bỏ qua. Đối với tổ máy biến áp ba pha, vì mạch từ của cả ba pha riêng rẽ, từ thông của cả ba pha cùng chiều tồn tại mọi thời điểm sẽ dễ dàng khép kín trong từng lõi thép như từ thông . Do từ trở của lõi thép rất nhỏ,nên có trị số khá lớn. Kết quả là trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp , ngoài sức điện động cơ bản e1 do từ thông tạo ra, còn có các sức điện động bậc 3 do tạo ra khá lớn E3 = (45-60)%E1. Do đó sức điện động tổng trong pha e = e1 + e3 +… sẽ có dạng nhọn đầu, nghĩa là biên độ sức điện động pha tăng lên rõ rệt, như vậy hoàn toàn không có lợi cho sự làm việc của máy biến áp và trong nhiều trương hợp rất nguy hiểm, như chọc thủng cách điện của dây quấn, làm hư hỏng các thiết bị điện đo lường và nếu trung tính nối dòng điện bậc 3 sẽ gây ảnh hưởng đến đường dây thông tin. Bởi những lý do dó, trên thực tế người ta không dùng kiểu nối Y/Y cho tổ máy ba pha đối với máy biến áp ba pha 5 trụ thành phần từ thông bậc cao cũng dễ dàng khép mạch trong lõi thép nên những hiện tượng xuất hiện cũng tương tụ tổ máy biến áp ba pha. Đối với máy biến áp ba pha trụ vì thuộc hệ thống mạch từ chung nên hiện tượng sẽ khác đi. Từ thông bằng nhau và cùng chiều trong ba trụ thép tại mọi thời điểm, nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác mà bị đẩy ra ngoài và khép mạch từ gông này đến gông kia qua không khi hoặc dầu là môi trường có từ trở lớn. Vì thế không lớn lắm và có thể coi từ thông trong mạch từ là hình sin, nghĩa là sức điện động pha thực tế là hình sin. Nhưng do từ thông bậc 3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, các bu lông ghép vv…sẽ gây nên những tổn hao phụ làm hiệu suất giảm xuống. Do đó phương phá đấu Y/Y đối với máy biến áp 3 pha ba trụ cũng chỉ dùng cho máy biến áp công suất hạn chế từ 5600kVA trở xuống. 2.3 Sử dụng, bảo dưỡng máy biến áp Khi sử dụng máy biến áp cần đọc kỹ các số liệu ghi trên thẻ máy, đó là các đặc trưng cho tính năng kỹ thuật của máy mà nhà chế tạo đã ghi lại nhằm thông báo cho người sử dụng. Nếu sử dụng máy biến áp đúng tính năng kỹ thuật của nó và bảo quản tốt thì sử dụng được lâu (kéo dài tuổi thọ), nếu không tuổi thọ của máy sẽ giảm hoặc hỏng tức thời. Khi lắp đặt, sử dụng máy biến áp cần lưu ý các điểm sau: 1. Công suất tiêu thụ của phụ tải không được lớn hơn công suất định mức của máy biến áp. Ngoài ra khi điện áp nguồn giảm quá thấp máy dễ bị quá tải ( quá dòng), nếu thấy máy nóng cần giảm bớt phụ tải. Nếu công suất phụ tải lớn hơn công suất MBA, máy phải làm việc quá tải, dòng điện tăng cao, nếu sự quá tải thường xuyên, máy bị phát nóng nhiều, cách điện bị già hóa dẫn đến tuổi thọ của máy giảm, thậm chí gây cháy máy. Nếu công suất phụ tải thường xuyên nhỏ hơn công suất máy biến áp, máy làm việc non tải, trường hợp này cũng không có lợi vì tổn hao vốn đầu tư ban đầu. Tốt nhất là công suất phụ tải xấp xỉ hoặc bằng công suất định mức của máy biến áp. 2. Điện áp nguồn đưa vào máy không được lớn hơn điện áp sơ cấp định mức ghi trên thẻ máy. Điện áp thứ cấp phải thích ứng với nhu cầu của phụ tải, khi đóng điện cần lưu ý nấc đặt của chuyển mạch. 3. Phía sơ cấp của máy biến áp phải được nối với các thiết bị bảo vệ, đơn giản là dùng cầu chì, cầu dao hoặc áptômát. 4. Chỗ đặt máy biến áp phải khô ráo, thoáng, ít bụi, xa nơi có hóa chất, không có vật nặng đè lên máy, không đặt máy biến áp gần các thiết bị vô tuyến vì máy sẽ gây nhiễu cho các thiết bị đó. 5. Trong quá trình vận hành phải thường xuyên theo rõi sự làm việc của máy như nhiệt độ của máy, tiếng kêu…, nếu thấy hiện tượng lạ phải kiểm tra xem máy có bị quá tải hoặc hư hỏng gì không. 6. Chỉ được phép thay đổi nấc điện áp, lau chùi máy khi chắc chắn đã ngắt điện vào máy. 7. Định kì sau một thời gian sử dụng máy biến áp phải làm vệ sinh cho máy, công việc bao gồm: lau chùi bụi bẩn bằng cách dùng cọ mềm quét sạch bụi bám trên vỏ máy, dây quấn, lõi thép và các chi tiết khác. Có thể dùng quạt hay gió để làm sạch bụi. Không được dùng vật cứng để cạo bụi bám trên dây quấn hay dùng vải tẩm xăng để lau dây quấn vì như thế sẽ làm hỏng cách điện. Kiểm tra lại các chi tiết, các chỗ tiếp xúc. Sự tiếp xúc ở các mối nối phải chắc chắn, nếu không sẽ phát nóng hoặc phóng điện gây chạm chập làm hỏng máy. Phải kiểm tra điện trở cách điện, nếu điện trở cách điện giảm (Rcđ< 0,5M) thì phải đem máy đi sấy hoặc tìm chỗ bị rò dể thay cách điện mới. 8. Phải chú ý đến vẫn đề an toàn điện. Nếu máy biến áp bị chạm vỏ, các cọc nối điện bị cháy, hỏng thì phải thay thế, sửa chữa ngay, không được tiếp tục sử dụng. Dây dẫn điện vào máy hoặc dẫn điện từ máy ra phụ tải phải được lắp đặt đúng quy cách, an toàn. Không đặt máy biến áp ở nơi mà trẻ em có thể sờ mó vào hoặc nơi mà làm việc có thể vô ý đụng chạm vào. Cần đặt bảo vệ chống dòng điện rò. 3. NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ. a. Máy biến áp không hoạt động +) Nguyên nhân: - Không có nguồn mất nguồn - Hở mạch phía sơ cấp: cầu dao, ổ cắm điện không tiếp xúc, dây nối máy biến áp vào nguồn bị đứt cuộn dây sơ cấp. +) Xử lý: - Dùng vôn mét kiểm tra nguồn cung cấp tại cầu dao hay ổ điện. Nếu có điện thì tiếp tục kiểm tra tại các cọc tiếp điện trên vỏ máy, nếu trên các cọc tiếp điện không có nguồn thì đường đây cấp điện cho máy bị đứt. Cắt cầu dao, tháo dây tiếp điện ra khỏi nguồn để kiểm tra xác định chỗ đứt, nối lại hoặc thay dây mới. - Nếu trên các cọc tiếp điện có nguồn mà biến áp không hoạt động thì cuộn dây sơ cấp bị hở mạch, có thể dây dẫn bên trong bị gẫy, các mối nối không tiếp xúc, các công tắc chuyển mạch bị cháy hư, không tiếp xúc… Phải tháo vỏ máy để kiểm tra bên trong. Dùng ôm mét đặt một que đo cố định ở một cọc tiếp điện, que còn lại lần lượt đo ở các đầu dây ra để phát hiện chỗ hở mạch. Trường hợp dây sơ cấp bị đứt ở bên trong thì phải tháo mạch từ, quấn lại cuộn dây. - Ở máy biến áp tự ngẫu, khi có nguồn ở các cọc tiếp điện của máy nhưng máy không hoạt động (không có hiện tượng rung nhẹ ở mạch từ), do điện áp thứ cấp thấy bằng điện áp nguồn thì đoạn dây chung giữa sơ cấp và thứ cấp bị hở. b. Nối điện vào máy biến áp cầu chì bảo vệ đứt (U1=U1đm) +) Nguyên nhân: - Cuộn dây của máy biến áp bị cháy gây ngắn mạch; - Các cọc nối dây chạm vào nhau hoặc đồng thời chạm vào vỏ máy do cách điện bị hỏng, dẫn đến ngắn mạch; - Các mỗi nối dây chạm vào nhau do hỏng lớp bọc cách điện dẫn đến ngắn mạch. - Cách điện của cuộn dây bị hỏng do quá điện áp, quá nhiệt dẫn đến chạm chập. +) Xử lí: - Tất cả các trường hợp trên đều phải tháo vỏ máy để quan sát tìm, điểm chạm chập. Nếu quan sát mà không tìm ra điểm ngắn mạch thì dùng ôm mét để đo điện trở các cuộn dây, nếu cuộn dây bị cháy hoặc chập bên trong thì điện trở rất bé hoặc bằng 0 ôm. - Nếu cầu chì đứt sau khi nối điện vào máy một thời gian, máy phát nóng nhiêu, có mùi khét thì do ngắn mạch một số vòng dây, do cách điện của dây quấn bị hỏng gây chạm lẫn nhau hoặc cuộn dây bị chạm vào mạch từ ở nhiều điểm. - Nếu máy biến áp đang mang tải thì có thể do tải quá lớn, máy bị quá tải, kiểm tra lại phụ tải và cắt bớt tải. c. Sờ vào vỏ bị giật +) Nguyên nhân: - Chạm vỏ một điểm tại các cọc tiếp điện, các đầu nối. - Chạm vào mạch từ ở bên trong cuộn dây do cách điện bị hỏng; +) Xử lí: - Kiểm tra tất cả các cọc tiếp điện, các đầu nối để xác định điểm chạm vỏ và thực hiện cách điện lại cẩn thận. Trường hợp chạm vỏ do bên trong cuộn dây chạm với mạch từ thì phải tháo lõi thép ra khỏi cuộn dây và thay cách điện mới. d. Máy vận hành phát ra tiếng kêu "rè rè" và nóng +) Nguyên nhân: - Nếu máy đang làm việc bình thường bỗng nhiên phát ra tiếng kêu rè rè thì do máy bị quá tải. - Nếu tiếng rè rè phát ra thường xuyên và máy không bị quá tải thì do các lá thép của mạch từ không được ghép chặt, khi máy hoạt động các lá thép rung và đập vào nhau phát ra tiếng rè rè. - Khi điện áp nguồn đặt vào cuộn sơ cấp vượt quá trị số định mức cũng gây ra tiếng kêu. Nếu là máy mới quấn, có thể do quấn thiếu vòng dây, mạch từ kém chất lượng. +) Xử lí: - Cắt bớt phụ tải nếu máy quá tải. - Xiết ép lại mạch từ. - Kiểm tra điện áp nguồn cung cấp. - Tính và quấn lại cuộn dây. e. Máy biến áp phát nóng nhiều ( nhiệt độ quá trị số cho phép) +) Nguyên nhân: - Quá tải. - Điện áp đặt vào sơ cấp lớn hơn định mức - Cách điện giữa các lá thép bị hỏng. +) Xử lí: - Giảm bớt tải. - Kiểm tra lại điện áp nguồn và vị trí công tắc xoay điều chỉnh điện áp - Sơn cách điện lại bề mặt các lá thép hoặc thay mới. f. Điện áp phía thứ cấp bằng phía sơ cấp, công tắc xoay không có tác dụng +) Nguyên nhân: - Đoạn dây chung của sơ cấp và thứ cấp bị hở mạch. +) Xử lí: - Dùng ôm mét để kiểm tra từng đoạn, nhất là các mỗi nối từ các đầu dây lên công tắc điều chỉnh. Nếu hở mạch bên trong phải quấn lại g. Điện áp ra không ổn định, lúc có lúc không +) Nguyên nhân: - Tiếp xúc xấu tại các cọc nối và công tắc điều chỉnh. - Các mỗi nối không chắc chắn nên lúc tiếp xúc, lúc không. +) Xử lí: - Kiểm tra lại các cọc nối, các chỗ tiếp xúc. Nếu bị bụi bẩn bám vào hoặc muội than thì dùng giấy nhám đánh sạch. Nếu cháy rỗ nhiều thì phải thay tiếp xúc mới. - Sửa chữa các mỗi nối, chúng phải được hàn. h. Điện áp ra tăng quá định mức, chuông báo quá áp không kêu +) Nguyên nhân: - Cuộn dây chuông bị cháy - Xtacte bị hỏng - Mạch chuông bị kẹt. - Ráp mạch chuông không đúng. +) Xử lí: - Thay cuộn dây chuông mới - Thay xtacte mới - Kiểm tra lại chuông, nối lại mạch chuông và thử lại KẾT LUẬN Hiện nay trên thị trường Việt Nam cũng như trên thế giới đã có rất nhiều hãng MBA khác nhau với chất lượng và mẫu mã khác nhau. Nhưng quá trình vận hành và sản xuất vẫn phải tuân thủ theo 1 quy định sản xuất nhất định để đảm bảo chất lượng cho MBA tốt nhất. Vì vậy sau một thời gian tích cực thực hiện và tìm hiểu về MBA với sự nỗ lực của nhóm cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo PGS. TS Văn Đình Sơn Thọ, đến nay bản đồ án với đề tài “tìm hiểu về MBA’’ của chúng em đã hoàn chỉnh. Với tất cả những gì đã trình bày ở trên tuy không hoàn toàn đầy đủ nhưng cũng giúp chúng em hiểu được những điều cơ bản nhất về MBA. Về cách thức đấu nối, kiểm tra hư hỏng hay lựa chọn MBA cho phụ tải sử dụng. Trong quá trình làm đề tài môn học không tránh khỏi thiếu xót, mong các thầy cô và bạn bè nhận xét để đồ án môn học này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS. TS Văn Đình Sơn Thọ đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho bọn em để hoàn thành tốt đề tài này và cho chúng em học hỏi nhiều vấn đề về MBA trong thời gian làm đề tài. Xin chân thành cảm ơn!