Trong điều kiện làm việc bình thường của lưới điện, ta có thể phân phối đều phụ tải cho ba pha, lúc đó MBA làm việc với điện áp đối xứng và dòng điện trong các pha cũng đối xứng. Ta xét sự cân bằng năng lượng và sự làm việc của MBA trong điều kiện điện áp sơ cấp U1 = const, và tần số f = const.

Giản đồ năng lượng của MBA

Trong quá trình truyền tải năng lượng qua MBA, một phần công suất tác dụng và phản kháng bị tiêu hao trong máy. Xét MBA làm việc ở tải đối xứng, sự cân bằng năng lượng dựa trên sơ đồ thay thế chính xác hình 1.

sơ đồ thay thế MBA

 Hình 1: Sơ đồ thay thế MBA

Goi P1 là công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp MBA:

                                      P1= m1U1I1cosφ1                                                      

Một phần công suất này bù vào :

  • Tổn hao đồng trên điện trở của dây quấn sơ: pcu1= m1r1I21
  • Tổn hao sắt trong lõi thép MBA : pFe = m1rmIo2

Công suất còn lại gọi là công suất điện từ chuyển sang dây quấn thứ cấp:
Pđt = P1 – (pcu1+ pFe ) = m2E2I2cos Ψ2

Công suất ở đầu ra P2 của MBA sẽ nhỏ hơn công suất điện từ một lượng chính bằng tổn hao đồng trên điện trở của dây quấn thứ : pcu2= m2r2I22 =m1r’2I’22:

                                     P2 =  Pđt  –  pcu2  =  m2U2I2cosφ2   

Cũng tương tự như vậy, ta có công suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp:

                                     Q1= m1U1I1sinφ1                                                                       

Công suất này trừ đi công suất để tạo ra từ trường tản ở dây quấn sơ cấp q1= m1x1I21 và từ trường trong lõi thép qm = m1xmIo2, phần còn lại là công suất phản kháng chuyển sang dây quấn thứ cấp:

        Qđt = Q1 – (q+  qm ) =  m2E2I2sin Ψ2            

Công suất phản kháng đưa đến phụ tải:

Q2  =  Qđt – qm2U2I2sin φ2   

Trong đó q2= m2x2I22 để tạo ra từ trường tản ở dây quấn thứ.

Ta có tính chất điện cảm ( φ2 > 0) thì Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 va công suất phản kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp.

Ta có tính chất điện dung (φ2 < 0) thì Q2 < 0, nệu Q1 < 0, công suất phản kháng truyền từ dây quấn thứ sang dây quấn sơ hoặc Q1 > 0, toàn bộ công suất phản kháng từ phía thứ cấp va sơ cấp đều dùng để từ hóa MBA.

Sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trình bày trên hình 2.

giản đồ năng lượng MBA

Hình 2: Giản đồ năng lượng MBA

Độ thay đổi điện áp thứ cấp MBA

Độ thay đổi điện áp thứ cấp MBA ΔU là hiệu số số học giữa trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U20 (điều kiện U1 = U1đm) và lúc có tải U2.

xác định AU của MBA

Hình 3: Xác định ΔU của MBA

thay đổi điện áp thứ cấp MBAHình 4 cho biết các quan hệ ΔU = f(β) khi cosφ2 = Cte va ΔU = f(cosφ2) khi β = Cte.

Các phương pháp điều chỉnh điện áp của MBA

Ta thấy ΔU=f(β,cosφ2 ) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosφ2 , để giữ cho U2 = const khi tăng tải thì tỉ số biến áp không phải thay đổi, nghĩa là ta phải thay đổi số vòng dây N.

Một cuộn dây có hai đầu ra, ở giữa hoặc cuối cuộn dây ta đưa ra một số đầu dây ứng với các vòng dây khác nhau để thay đổi điện áp

Thay đổi số vòng dây khi máy ngừng làm việc

Dùng cho các máy biến áp hạ áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ tải hàng năm.

Đối với MBA công suất nhỏ: một pha có 3 đầu phân nhánh: ± 5%Uđm.

Đối với MBA công suất lớn: một pha có 5 đầu phân nhánh: ±2x 2.5%Uđm.

Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn giản, rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng.

Các đầu phân áp đưa ra cuối cuộn dây thì việc cách điện chúng dễ dàng hơn (hình 5a).

các kiểu điều chỉnh điện áp của MBA

Hình 5a

Các đầu phân áp đưa ra giữa cuộn dây thì lực điện từ đối xứng và từ trường tản phân bố sẽ đều (hình 5b).

các kiểu điều chỉnh điện áp của MBA

Hình 5b

Thay đổi số vòng dây khi máy đang làm việc (điều áp dưới tải)

Trong hệ thống điện lực công suất lớn, nhiều khi cần phải điều chỉnh điện áp khi máy biến áp đang làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống. Các MBA này có tên gọi là MBA điều chỉnh dưới tải. Điện áp thường được điều chỉnh từng 1% trong phạm vi ± 10%Uđm.

thiết bị đổi nối và quá trình điều chỉnh điện áp của MBA dưới tải

Hình 6: thiết bị đổi nối và quá trình điều chỉnh điện áp của MBA dưới tải

Việc đổi nối các đầu phân áp MBA điều chỉnh dưới tải phức tạp hơn và phải có cuộn kháng K (hình 6) để hạn chế dòng điện ngắn mạch của bộ phận dây quấn bị nối ngắn mạch khi thao tác đổi nổi. Hình 6 cũng trình bày quá trình thao tác đổi nối từ đầu nhánh X1 sang đầu nhánh X2, trong đó T1 , T2 là các tiếp xúc trước; C, C2 là công-tắc-tơ. Ớ vị trí (a và c) dòng qua cuộn kháng K theo hai chiều ngược nhau, nên từ thông trong lõi thép gần bằng không, điện kháng X của cuộn kháng rất bé. Trong vị trí trung gian (b) dòng ngắn mạch chạy qua K cùng chiều nên có từ thông Φ và X lớn, làm giảm dòng ngắn mạch In.

Công-tắc-tơ C1 , C2 đặt riêng trong thùng dầu phụ gắn vào vách thùng dầu, vì quá trình đóng cắt công-tắc-tơ làm bẩn dầu.

Hình 7 dưới đây trình bày sơ đồ nguyên lý của bộ điều áp dưới tải dùng điện trở R. Điện trở R làm chức năng hạn chế dòng điện ngắn mạch. 

nguyên lí điều áp dưới tải dùng điện trở R

Hình 7: Nguyên lí điều áp dưới tải dùng điện trở R

Hiệu suất của MBA

Hiệu suất của MBA là tỉ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P .

Hiệu suất MBA nhỏ hơn 1 vì quá trình truyền tải công suất qua MBA có tổn hao đồng và tổn hao sắt. Ngoài ra còn kể đến tổn hao do dòng điện xoáy trên vách thùng dầu và bu lông lắp ghép.

Thường thì các tổn hao rất nhỏ so với công suất truyền tải nên hiệu suất MBA rất cao. Đối với MBA dung lượng lớn, hiệu suất đạt tới trên 99%.

Hiệu suất MBA đạt giá trị cực đại khi tổn hao không đổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng.

MBA làm việc song song

Lý do nối MBA làm việc song song:

  • Cung cấp điện lực liên tục cho các phụ tải.
  • Vận hành MBA một cách kinh tế nhất.
  • Máy quá lớn thì việc chế tạo và vận chuyển sẽ khó khăn.

Thế nào là làm việc song song ?

Dây quấn sơ cấp các MBA nối chung vào một lưới điện và dây cuốn thứ cấp cùng cung cấp cho một phụ tải.

Điều kiện để nối MBA làm việc song song:

  • Cùng tỉ số biến áp.
  • Cùng tổ nối dây.
  • Cùng điện áp ngắn mạch.

Điều kiện cùng tổ nối dây

Cùng tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ trùng pha nhau. Khác tổ nối dây, điện áp thứ cấp sẽ lệch pha nhau, và sự lệch pha này phụ thuộc vào tổ nối dây.

sơ đồ ghép song song MBA

Hình 8: Sơ đồ ghép song song MBA

đồ thị vecto điện áp và dòng điện của các MBA có tổ nối dây khác nhau làm việc song song

Hình 9: Đồ thị vecto điện áp và dòng điện của các MBA có tổ nối dây khác nhau làm việc song song.

Điều kiện cùng tỉ số biến đổi điện áp

Nếu tỉ số biến đổi điện áp của hai máy khác nhau mà hai điều kiện còn lại thỏa mãn thì khi MBA làm việc song song, điện áp thứ cấp không tải sẽ bằng nhau (E2I = E2II ), trong mạch nối liền dây quấn thứ của MBA sẽ không có dòng điện chạy qua.

Đồ thị vectơ và sự phân phối tải của các MBA làm việc song song với K khác nhau

Chú ý: Cho phép K <= khác nhau 0.5% so với trị số trung bình của nó.

Điều kiện điện áp ngắn mạch bằng nhau

Trị số ngắn mạch của các máy bằng nhau thì phụ tải sẽ phân bố tỉ lệ với công suất của chúng. Thật vậy, xét 3 MBA làm việc song song có điện áp ngắn mạch unI,unII, unIII. Nếu bỏ qua dòng điện từ hóa thì mạch điện có dạng như hình 11.

mạch điện thay thế của MBA làm việc song song

Hình 11: Mạch điện thay thế của MBA làm việc song song.

Các MBA làm việc song song, có điện áp ngắn mạch un bằng nhau, tải sẽ phân bố tỉ lệ với công suất của máy. Nếu un khác nháu MBA nào có un lớn, β nhỏ còn un nhỏ,  β lớn. Khi máy có un nhỏ làm việc ở định mức thì MBA có un lớn sẽ hụt tải, kết quả là không tận dụng hết công suất thiết kế của mỗi máy.

Chú ý : Cho phép un khác nhau 10% và công suất MBA có tỉ lệ: 3:1.

Nâng cao thu nhập bằng cách làm chủ kiến thức? => Tham khảo ngay tại đây
Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !