Giáo trình điện - Chương 9: Tổ nối dây và mạch từ của M.B.A

Chia sẻ: Nguyenvan Do | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

297
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình điện - chương 9: tổ nối dây và mạch từ của m.b.a', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình điện - Chương 9: Tổ nối dây và mạch từ của M.B.A

Ch−¬ng 9 tæ nèi d©y vµ m¹ch tõ cña m.b.a 9-1. tæ nèi d©y cña m.b.a §Ó m.b.a ba pha cã thÓ lµm viÖc ®−îc, c¸c d©y quÊn pha s¬ cÊp vµ thø cÊp ph¶i ®−îc nèi víi nhau theo mét qui luËt nhÊt ®Þnh. Ngoµi ra, sù phèi hîp kiÓu nèi d©y quÊn s¬ cÊp víi kiÓu nèi d©y quÊn thø cÊp còng h×nh thµnh c¸c tæ nèi d©y quÊn kh¸c nhau. H¬n n÷a khi thiÕt kÕ, viÖc quyÕt ®Þnh dïng tæ nèi d©y quÊn nµo còng ph¶i thÝch øng víi kiÓu kÕt cÊu cña m¹ch tõ ®Ó tr¸nh nh÷ng hiÖn t−îng kh«ng tèt nh−: s.®.®. pha kh«ng sin, tæn hao phô t¨ng v.v... 9.1.1. C¸ch ký hiÖu c¸c ®Çu d©y C¸c ®Çu tËn cïng cña d©y quÊn m.b.a, mét ®Çu gäi lµ ®Çu ®Çu, ®Çu kia gäi lµ ®Çu cuèi. §èi víi d©y quÊn mét pha cã thÓ chän tuú ý ®Çu ®Çu vµ ®Çu cuèi. §èi víi d©y quÊn ba pha, c¸c ®Çu ®Çu vµ ®Çu cuèi ph¶i chän mét c¸ch thèng nhÊt: gi¶ sö d©y quÊn pha A ®· chän ®Çu ®Çu ®Õn ®Çu cuèi ®i theo chiÒu kim ®ång hå (h×nh 9-1a) th× d©y quÊn c¸c pha B, C cßn l¹i còng ph¶i chän nh− vËy (h×nh 9-1b vµ h×nh 9-1c). §iÒu nµy rÊt cÇn thiÕt, bëi v× nÕu mét pha d©y quÊn ký hiÖu ng−îc l¹i th× ®iÖn ¸p d©y lÊy ra sÏ mÊt ®èi xøng (h×nh 9-1d). A -UAB A C B B UCA X Y Z UBC B C a) d) b) c) H×nh 9-1. C¸ch quy −íc c¸c ®Çu ®Çu vµ ®Çu cuèi cña d©y quÊn ba pha (a, b, c) vµ ®iÖn ¸p d©y kh«ng ®èi xøng khi ký hiÖu ng−îc hay ®Êu ng−îc mét pha (d) §Ó ®¬n gi¶n vµ thuËn tiÖn cho viÖc nghiªn cøu, c¸c ®Çu ®Çu vµ ®Çu cuèi trªn s¬ ®å ký hiÖu d©y quÊn cña m.b.a th−êng ®−îc ®¸nh dÊu theo quy −íc sau ®©y: D©y quÊn D©y quÊn C¸c ®Çu tËn cïng S¬ ®å ký hiÖu d©y quÊn h¹ ¸p (HA) cao ¸p (CA) a b c A B C §Çu ®Çu A, B, C a, b, c §Çu cuèi X, Y, Z x, y, z §Çu trung tÝnh 0 O x y z X Y Z Víi m.b.a ba pha ba d©y quÊn, ngoµi hai d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp cßn cã d©y quÊn ®iÖn ¸p trung (ký hiÖu TA). D©y quÊn nµy ®−îc ký hiÖu nh− sau: ®Çu ®Çu b»ng c¸c ch÷ Am, Bm vµ Cm; ®Çu cuèi b»ng c¸c ch÷ Xm , Ym , Zm; ®Çu trung tÝnh b»ng ch÷ 0m. 86
9.1.2. C¸c kiÓu ®Êu d©y quÊn A B C A B C A B C D©y quÊn cña m.b.a cã thÓ nèi h×nh sao (ký hiÖu b»ng dÊu “Y ”) hoÆc h×nh tam gi¸c (ký hiÖu b»ng dÊu “∆”). §Êu sao th× ba ®Çu X, Y, X Y Z X Y Z Z nèi l¹i víi nhau, cßn ba ®Çu A, B, X Y Z C ®Ó tù do (h×nh 9-2a). NÕu nèi c) a) b) h×nh sao cã d©y trung tÝnh th× ký hiÖu b»ng dÊu “Y0”. §Êu tam gi¸c H×nh 9-2. C¸c kiÓu ®Êu d©y quÊn m.b.a th× ®Çu cuèi cña pha nµy nèi víi ®Çu ®Çu cña pha kia (h×nh 9-2b, c). C¸ch ®Êu d©y quÊn CA vµ HA trong m.b.a th−êng ®−îc ký hiÖu nh− sau: vÝ dô m.b.a ®Êu Y/∆ cã nghÜa lµ d©y quÊn CA ®Êu Y, cßn d©y quÊn HA ®Êu ∆. ë c¸c m.b.a lùc, d©y quÊn cao ¸p CA th−êng ®−îc nèi h×nh “Y” cßn d©y quÊn h¹ ¸p HA nèi h×nh “∆” v× khi nèi nh− vËy th× ë phÝa cao ¸p, ®iÖn ¸p pha nhá ®i 3 lÇn so víi ®iÖn ¸p d©y ( U p = 1 U d ), do ®ã cã thÓ gi¶m bít ®−îc 3 A B C B chi phÝ vµ ®iÒu kiÖn c¸ch ®iÖn; phÝa h¹ ¸p th× dßng ®iÖn pha nhá ®i 3 lÇn so víi 1 dßng ®iÖn d©y ( I p = I d ), do ®ã cã thÓ 3 A X Y Z chän ®−îc tiÕt diÖn d©y quÊn nhá h¬n, thuËn tiÖn cho viÖc chÕ t¹o vµ kinh tÕ. C¸ch C nèi h×nh “∆” ®−îc dïng nhiÒu khi kh«ng cÇn ®iÖn ¸p pha. D©y quÊn “Y0” ®−îc dïng ë c¸c m.b.a cung cÊp cho t¶i hçn hîp võa H×nh 9-3. C¸c kiÓu ®Êu zic-z¨c dïng ®iÖn ¸p d©y (cung cÊp cho c¸c ®éng c¬ kh«ng ®ång bé) võa dïng ®iÖn ¸p pha (®Ó cung cÊp cho chiÕu s¸ng vµ sinh ho¹t). Ngoµi hai kiÓu nèi d©y chñ yÕu trªn, d©y quÊn m.b.a cßn cã thÓ nèi theo kiÓu zic- z¨c (ký hiÖu b»ng dÊu “Z”). Khi ®ã mçi pha d©y quÊn gåm hai nöa cuén d©y ë trªn hai trô kh¸c nhau nèi nèi tiÕp vµ m¾c ng−îc nhau (h×nh 9-3). KiÓu ®Êu d©y nµy Ýt dïng v× tèn nhiÒu ®ång h¬n vµ chØ gÆp trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l−u hoÆc trong m¸y biÕn ¸p ®o l−êng ®Ó hiÖu chØnh sai sè vÒ gãc lÖch pha. 9.1.3. Tæ nèi d©y cña m.b.a Tæ nèi d©y cña m.b.a ®−îc h×nh thµnh do sù phèi hîp kiÓu ®Êu d©y s¬ cÊp so víi kiÓu ®Êu d©y thø cÊp. Nã biÓu thÞ gãc lÖch pha gi÷a c¸c s.®.®. d©y cña d©y quÊn s¬ cÊp vµ s.®.®. d©y cña d©y quÊn thø cÊp t−¬ng øng. Gãc lÖch pha nµy phô thuéc vµo chiÒu quÊn d©y, c¸ch ký hiÖu c¸c ®Çu d©y vµ kiÓu ®Êu d©y quÊn ë s¬ cÊp vµ thø cÊp. ThËt vËy, ta h·y xÐt m.b.a mét pha cã hai d©y quÊn s¬ cÊp AX vµ thø cÊp ax sau ®©y. NÕu hai d©y quÊn quÊn cïng chiÒu trªn trô thÐp, ký hiÖu c¸c ®Çu d©y nh− nhau, thÝ dô A vµ a ë phÝa trªn , X vµ x ë phÝa d−íi (h×nh 9-4a) th× khi cã tõ th«ng biÕn thiªn trong lâi thÐp, s.®.®. c¶m øng trong chóng hoµn toµn trïng pha nhau: hoÆc tõ ®Çu ®Çu ®Õn ®Çu cuèi, hoÆc tõ ®Çu cuèi ®Õn ®Çu ®Çu - ch¼ng h¹n tõ ®Çu cuèi ®Õn ®Çu ®Çu d©y quÊn (h×nh 9-4a), gãc lÖch pha gi÷a chóng lµ 360o. 87
A A A A A A a X X X X 1800 X a x xx 1800 a x x 3600 a x a x a b) a) c) H×nh 9-4. Tæ nèi d©y cña m.b.a mét pha Khi ®æi chiÒu quÊn d©y cña mét trong hai d©y quÊn, thÝ dô cña d©y quÊn thø cÊp (h×nh 9-4b) hoÆc ®æi ký hiÖu ®Çu d©y cña mét d©y quÊn, thÝ dô còng cña d©y quÊn thø cÊp (h×nh 9-4c) th× c¸c s.®.®. trong hai d©y quÊn sÏ ng−îc pha nhau, gãc lÖch pha gi÷a chóng lµ 180o. ë m.b.a ba pha, do c¸ch ®Êu d©y quÊn h×nh Y hay h×nh ∆ víi nh÷ng thø tù kh¸c nhau mµ gãc lÖch pha gi÷a c¸c s.®.®. d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp cã thÓ lµ 30o, 60o, ..., 360o . Trong thùc tÕ, ®Ó thuËn tiÖn, ng−êi ta kh«ng 12 dïng ”®é“ ®Ó chØ gãc lÖch pha ®ã mµ dïng 11 1 ph−¬ng ph¸p kim ®ång hå ®Ó biÓu thÞ vµ gäi tªn tæ 1 2 nèi d©y cña m.b.a. Theo ph−¬ng ph¸p nµy, kim dµi cña ®ång hå chØ s.®.®. d©y s¬ cÊp ®Æt cè ®Þnh ë con 9 3 sè 12, kim ng¾n chØ s.®.®. d©y thø cÊp t−¬ng øng 4 ®Æt ë sè 1, 2, ..., 12 tuú theo gãc lÖch pha gi÷a 8 chóng lµ 30o, 60o,..., 360o (h×nh 9-5). Víi c¸ch biÓu 5 7 thÞ nµy, ®èi víi m.b.a mét pha trong vÝ dô trªn, ë 6 tr−êng hîp cña h×nh 9-4a, m.b.a thuéc tæ nèi d©y H×nh 9-5. Ph−¬ng ph¸p ký hiÖu I/I-12, v× gãc lÖch pha gi÷a hai s.®.®. lµ 360o; cßn tæ nèi d©y b»ng kim ®ång hå hai tr−êng hîp ë h×nh 9-4b vµ 9-4c, c¸c m.b.a cã tæ nèi d©y I/I-6, v× gãc lÖch pha lµ 180o (ký hiÖu I dïng cho m.b.a mét pha). §èi víi m.b.a ba pha sÏ cã 12 tæ nèi d©y. VÝ dô mét m.b.a ba pha cã hai d©y quÊn nèi h×nh Y, cïng chiÒu quÊn d©y vµ cïng ký hiÖu ®Çu d©y (h×nh 9-6) th× c¸c h×nh sao s.®.®. pha cña hai d©y quÊn s¬ cÊp vµ B thø cÊp hoµn toµn trïng nhau vµ gãc A BC & E AB lÖch pha gi÷a hai ®iÖn ¸p d©y t−¬ng & & øng b»ng 0o (hay 360o). Ta nãi m.b.a E AB Z X E ab C thuéc tæ nèi d©y 12 vµ ký hiÖu lµ Y X YZ Y/Y-12. NÕu ®æi chiÒu quÊn d©y A a b c hoÆc ®æi ký hiÖu ®Çu d©y cña d©y b quÊn thø cÊp, ta cã tæ nèi d©y Y/Y-6. & E ab 360o Ho¸n vÞ thø tù c¸c pha cña d©y quÊn x c xy thø cÊp ta sÏ cã c¸c tæ nèi d©y ch½n x y z 2, 4, 8 vµ 10. a Còng m.b.a trªn, khi c¸c d©y H×nh 9-6. Tæ nèi d©y Y/Y-12 quÊn nèi theo s¬ ®å Y/∆ (h×nh 9-7) th× gãc lÖch pha gi÷a ®iÖn ¸p d©y s¬ 88
cÊp vµ thø cÊp t−¬ng øng lµ 330o - A B C m.b.a thuéc tæ nèi d©y Y/∆-11. Thay B & & ®æi chiÒu quÊn d©y hay ®æi ký hiÖu E AB E AB ZX C ®Çu d©y cña d©y quÊn thø cÊp ta cã & Y tæ nèi d©y Y/∆ -5. Ho¸n vÞ c¸c pha E ab X Y Z cña d©y quÊn thø cÊp ta sÏ cã tæ nèi a b c A d©y lÎ 1, 3, 7, vµ 9. b,z x,c Trong thùc tÕ ë n−íc ta, ®Ó thuËn & Eab tiÖn cho viÖc chÕ t¹o vµ sö dông, 330o x yz ng−êi ta chØ s¶n xuÊt c¸c m.b.a ®iÖn a,y lùc cã tæ ®Êu d©y sau: m.b.a mét pha H×nh 9-7. Tæ nèi d©y Y/∆-11 cã tæ ®Êu d©y I/I-12, m.b.a ba pha cã c¸c tæ nèi d©y Y/Y0-12, Y/∆-11 vµ Y0/∆-11. Ph¹m vi øng dông cña chóng ®−îc ghi trong b¶ng d−íi ®©y: §iÖn ¸p Tæ nèi d©y Dung l−îng cña m.b.a (kVA) CA (kV) HA (V) ≤ 35 ≤ 560 Y/Y0-12 230 ≤ 1800 400 Y/∆-11 ≤ 35 ≤ 1800 525 ≤ 5600 > 525 Y/∆-11 ≥ 110 ≥ 3150 ≥ 3200 Y0/∆-11 ≥ 6,3 ≥ 3300 ≥ 7500 9-2. m¹ch tõ cña M.b.a 9.2.1. C¸c d¹ng m¹ch tõ §èi víi m.b.a mét pha cã thÓ cã hai lo¹i kÕt cÊu m¹ch tõ: m¹ch tõ kiÓu lâi vµ m¹ch tõ kiÓu bäc (môc 8-3). §èi víi m.b.a ba pha, dùa vµo sù kh«ng liªn quan hay cã liªn quan cña c¸c m¹ch tõ gi÷a c¸c pha ng−êi ta chia ra: m.b.a cã hÖ thèng m¹ch tõ riªng vµ m.b.a cã hÖ thèng m¹ch tõ chung. HÖ thèng m¹ch tõ riªng lµ hÖ thèng m¹ch tõ trong ®ã tõ th«ng cña ba pha ®éc lËp ®èi víi nhau nh− ë trong tr−êng hîp m.b.a ba pha ghÐp tõ ba m.b.a mét pha, gäi t¾t lµ tæ m.b.a ba pha (h×nh 9-8). HÖ thèng m¹ch tõ chung lµ hÖ thèng m¹ch tõ trong ®ã tõ th«ng ba pha cã liªn quan víi nhau nh− ë m.b.a ba pha ba trô (h×nh 9-9). Thùc ra kÕt cÊu cña lo¹i sau lµ ®i tõ lo¹i ®Çu mµ ra. Thùc vËy khi ®em ghÐp ba m.b.a mét pha l¹i (tøc ghÐp ba m.b.a cã m¹ch tõ riªng nh− ë h×nh 9-10a), nÕu ®iÖn ¸p ®Æt vµo ba pha lµ ®èi xøng, nghÜa lµ & & & U A + U B + U C = 0 th× tæng tõ th«ng t−¬ng øng cña ba pha còng b»ng kh«ng, tøc lµ & & & & Φ A + Φ B + Φ C = ΣΦ = 0 . Nh− vËy trô thÐp chung c¶ ba pha tõ th«ng kh«ng tån t¹i ë mäi thêi ®iÓm, do ®ã cã thÓ c¾t bá trô thÐp chung råi rót ng¾n trô gi÷a l¹i sao cho c¶ ba trô cïng n»m trong mét mÆt ph¼ng (h×nh 9-10b) mµ vÉn kh«ng ¶nh h−ëng g× ®Õn t×nh 89
A aB bC c 0 Z Y X x y z a) b) H×nh 9-8. M¸y biÕn ¸p ba pha cã hÖ thèng m¹ch tõ riªng a) S¬ ®å nèi d©y; b) L¾p ®Æt trong thùc tÕ. tr¹ng lµm viÖc b×nh th−êng cña m.b.a, do ®ã m.b.a ba A B C pha ba trô mang h×nh d¸ng nh− ®· nãi ë trªn. Râ rµng kÕt cÊu lâi s¾t trong tr−êng hîp nµy râ rµng lµ kh«ng ®èi xøng, ë trô gi÷a m¹ch tõ ng¾n h¬n, do ®ã dßng ®iÖn tõ ho¸ cña ba pha còng kh«ng ®èi xøng: IOA ≈ IOC = (1,2 ÷1,5) IOB. Tuy nhiªn sù kh«ng ®èi xøng nµy kh«ng ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn sù lµm viÖc b×nh th−êng cña m.b.a, v× b¶n th©n dßng ®iÖn tõ ho¸ rÊt bÐ so víi dßng ®iÖn ®Þnh møc, nªn cã thÓ xem nh− kh«ng ®¸ng kÓ. Trong thùc tÕ, m.b.a ba pha ba trô ®−îc dïng rÊt phæ biÕn víi c¸c cì dung l−îng nhá vµ trung b×nh v× lo¹i nµy a b c cã h×nh d¸ng gän, nhá, Ýt tèn nguyªn liÖu vµ rÎ h¬n so víi dïng tæ m.b.a ba pha cã dung l−îng t−¬ng øng. Lo¹i H×nh 9-9. M.b.a ba pha tæ m.b.a ba pha chØ dïng cho c¸c m¸y cì lín (dung ba cã m¹ch tõ chung l−îng tõ 36.000 kVA trë lªn) v× vËy cã thÓ dÔ dµng vËn chuyÓn tõng pha mét c¸ch dÔ dµng vµ thuËn lîi. a) b) H×nh 9-10. C¸ch t¹o nªn m.b.a ba pha ba trô tõ ba m.b.a mét pha 90
9.2.2. Nh÷ng hiÖn t−îng xuÊt hiÖn khi tõ ho¸ lâi thÐp m.b.a Khi tõ ho¸ lâi thÐp m.b.a, do m¹ch tõ b·o hoµ sÏ lµm xuÊt hiÖn nh÷ng hiÖn t−îng mµ trong mét sè tr−êng hîp nh÷ng hiÖn t−îng Êy cã thÓ ¶nh h−ëng xÊu ®Õn sù lµm viÖc cña m.b.a. Sau ®©y ta sÏ xÐt ®Õn nh÷ng ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®ã khi m.b.a kh«ng t¶i. 1. M.b.a mét pha §Æt ®iÖn ¸p vµo d©y quÊn s¬ cÊp, trong nã sÏ cã dßng ®iÖn kh«ng t¶i i0, dßng i0 sinh ra tõ th«ng Φ ch¹y trong lâi thÐp (xem môc 8-2). Nh− ta ®· biÕt, nÕu ®iÖn ¸p ®Æt vµo d©y quÊn s¬ cÊp cña m.b.a biÕn thiªn h×nh sin theo thêi gian u = Um sinωt vµ bá qua ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë d©y quÊn th×: dΦ u = −e = w dt nghÜa lµ tõ th«ng sinh ra trong m¹ch tõ còng biÕn thiªn h×nh sin theo thêi gian: π Φ = Φmsin(ωt- ) 2 NÕu kh«ng kÓ ®Õn tæn hao trong lâi thÐp th× dßng ®iÖn kh«ng t¶i i0 thuÇn tuý lµ dßng ®iÖn ph¶n kh¸ng dïng ®Ó tõ ho¸ lâi thÐp i0 = i0x. Do ®ã quan hÖ gi÷a Φ = f(i0) còng chÝnh lµ quan hÖ tõ ho¸ B = f(H). Theo lý thuyÕt c¬ së kü thuËt ®iÖn ta ®· biÕt, do hiÖn t−îng b·o hoµ cña lâi thÐp, nÕu Φ lµ h×nh sin, i0 sÏ kh«ng sin mµ cã d¹ng nhän ®Çu trïng pha víi Φ, nghÜa lµ dßng ®iÖn i0 ngoµi thµnh phÇn sãng c¬ b¶n i01 cßn cã c¸c thµnh phÇn sãng bËc cao: bËc 3 - i03, bËc 5 - i05, bËc 7 - i07,..., trong ®ã thµnh phÇn i03 lín nhÊt vµ ®¸ng kÓ h¬n c¶, cßn c¸c thµnh phÇn kh¸c rÊt bÐ cã thÓ bá qua. Ta cã thÓ xem nh− chÝnh thµnh phÇn i03 cã t¸c dông lµm cho dßng tõ ho¸ nhän ®Çu. Còng tõ lý luËn ®ã ta thÊy, nÕu m¹ch tõ cµng b·o hoµ, i0 cµng nhän ®Çu, nghÜa lµ thµnh phÇn i03 cµng lín. B,φ Φ,i0 & U1 i0 & Φ I0 & I t 0r & Φm 0 0 & H(i0) I 0x α H×nh 9-11. ¶nh h−ëng cña tõ trÔ H×nh 9-12. Dßng ®iÖn tõ ho¸ ®Õn ®−êng cong dßng ®iÖn víi c¸c thµnh phÇn cña nã Khi cã kÓ ®Õn tæn hao trong lâi thÐp th× quan hÖ Φ(i0) lµ quan hÖ trÔ B(H). Tõ quan hÖ Φ(i0) vµ Φ(t) ta cã thÓ vÏ ®−îc ®−êng biÓu diÔn quan hÖ i0(t) nh− h×nh 9-11. §−êng cong i0(t) cho thÊy nÕu Φ lµ h×nh sin th× i0 cã d¹ng nhän ®Çu nh−ng v−ît pha víi Φ mét gãc α nµo ®ã. Gãc α lín hay bÐ tuú thuéc vµo møc ®é trÔ cña B ®èi víi H nhiÒu hay Ýt, nghÜa lµ tæn hao tõ trÔ trong lâi thÐp nhiÒu hay Ýt. V× thÕ gãc α ®−îc gäi lµ gãc tæn hao tõ trÔ. H×nh 9-12 biÓu diÔn vect¬ dßng ®iÖn I0 vµ tõ th«ng Φm khi kÓ ®Õn tæn hao trong lâi thÐp. Còng cÇn chó ý r»ng, v× dßng ®iÖn i0 lµ kh«ng h×nh sin nªn trªn ®å thÞ vÐct¬ 91
chØ vÏ gÇn ®óng víi thµnh phÇn bËc 1 cña i0, hoÆc lµ ph¶i thay i0 b»ng mét dßng ®iÖn h×nh sin ®¼ng trÞ cã trÞ sè hiÖu dông b»ng trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn i0 thùc. Ta thÊy dßng ®iÖn kh«ng t¶i I0 gåm hai thµnh phÇn: thµnh phÇn ph¶n kh¸ng I0x lµ dßng ®iÖn tõ ho¸ lâi thÐp, t¹o nªn tõ th«ng vµ cïng chiÒu víi tõ th«ng; thµnh phÇn t¸c dông I0r vu«ng gãc víi thµnh phÇn trªn, lµ dßng ®iÖn g©y nªn tæn hao s¾t tõ trong lâi thÐp: I 0 = I 02r + I 02x (9-1) Trªn thùc tÕ I0r < 10%I0, nghÜa lµ gãc α rÊt bÐ, nªn dßng ®iÖn I0r thùc ra kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn dßng ®iÖn tõ ho¸ bao nhiªu vµ ta coi I0x ≈ I0. 2. M.b.a ba pha Khi m.b.a kh«ng t¶i, nÕu xÐt tõng pha riªng lÎ th× dßng ®iÖn bËc 3 trong c¸c pha nh− sau: i03A= I03msin3ωt, (9-2a) i03B= I03msin3(ωt-120o) = I03msin3ωt, (9-2b) i03C= I03msin3(ωt -240o)= I03msin3ωt. (9-2c) Nh− vËy chóng trïng pha nhau vÒ thêi gian, nghÜa lµ t¹i mäi thêi ®iÓm chóng cã chiÒu nh− nhau trong c¶ ba pha. Song chóng cã tån t¹i hay kh«ng vµ d¹ng sãng nh− thÕ nµo cßn phô thuéc vµo kÕt cÊu m¹ch tõ vµ c¸ch ®Êu d©y quÊn n÷a. a. Tr−êng hîp m¸y biÕn ¸p nèi Y/Y φ1 V× d©y quÊn s¬ cÊp nèi Y nªn φ thµnh phÇn dßng ®iÖn bËc 3 (i03) kh«ng φ tån t¹i, do ®ã dßng ®iÖn tõ ho¸ i0 cã d¹ng h×nh sin vµ tõ th«ng Φ do nã sinh φ3 ra cã d¹ng v¹t ®Çu (®−êng ®Ëm nÐt trªn h×nh 9-13a). Nh− vËy cã thÓ xem tõ t a) th«ng tæng Φ gåm sãng c¬ b¶n Φ1 vµ c¸c sãng ®iÒu hoµ bËc cao Φ3, Φ5, ... trong ®ã cã thÓ bá qua c¸c thµnh phÇn bËc cao h¬n 3 v× chóng cã trÞ sè rÊt e e nhá. Trªn h×nh 9-13a ta chØ vÏ c¸c tõ th«ng Φ1vµ Φ3. §èi víi tæ m.b.a ba e1 pha, v× m¹ch tõ cña c¶ ba pha riªng rÏ, tõ th«ng Φ3 cña c¶ ba pha cïng chiÒu e3 víi nhau t¹i mäi thêi ®iÓm, dÔ dµng t b) khÐp kÝn trong tõng lâi thÐp cña tõng pha nh− Φ1 (h×nh 9-14a). Do tõ trë cña lâi thÐp rÊt bÐ, nªn Φ3 cã trÞ sè kh¸ lín, cã thÓ ®¹t tíi (15÷20)% Φ1. KÕt qu¶ lµ trong d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp, ngoµi s.®.®. c¬ b¶n e1 do Φ1 c¶m øng nªn (chËm pha sau Φ1 90o) cßn cã s.®.®. H×nh 9-13. §−êng biÓu diÔn tõ th«ng (a) vµ bËc ba e3 kh¸ lín, cã thÓ ®¹t ®Õn trÞ sè s.®.® (b) cña tæ m¸y biÕn ¸p ba pha nèi Y/Y E3 = (45 ÷ 60)%E1, do tõ th«ng Φ3 t¹o 92
nªn vµ chËm sau Φ3 mét gãc 900, do ®ã s.®.®. tæng trong tõng pha e = e1 + e3 sÏ cã d¹ng nhän ®Çu (h×nh 9-13b), nghÜa lµ biªn ®é cña s.®.®. pha t¨ng lªn râ rÖt. Sù t¨ng vät cña s.®.® nh− vËy hoµn toµn kh«ng cã lîi, trong nhiÒu tr−êng hîp rÊt nguy hiÓm nh− cã thÓ lµm chäc thñng c¸ch ®iÖn cña d©y quÊn, lµm h− háng thiÕt bÞ ®o l−êng vµ g©y ¶nh h−ëng ®Õn c¸c ®−êng d©y th«ng tin nÕu trung tÝnh cã nèi ®Êt. Bëi nh÷ng lý do trªn, trong thùc tÕ ng−êi ta kh«ng dïng kiÓu ®Êu Y/Y cho tæ m.b.a ba pha. Còng cÇn nãi thªm r»ng, dï s.®.®. pha cã trÞ sè vµ h×nh d¸ng biÕn ®æi nhiÒu nh−ng c¸c s.®.®. d©y vÉn lu«n lu«n lµ h×nh sin, v× d©y quÊn nèi Y th× s.®.®. d©y kh«ng cã thµnh phÇn bËc 3. Nh÷ng hiÖn t−îng xuÊt hiÖn trong m.b.a ba pha n¨m trô còng t−¬ng tù nh− vËy, do ®ã c¸c m.b.a nµy còng kh«ng dïng kiÓu nèi Y/Y. a) b) H×nh 9-14. Tõ th«ng φ3 trong tæ m.b.a ba pha (a) vµ trong m.b.a ba pha ba trô (b) Trong c¸c m.b.a ba pha ba trô, c¸c tõ th«ng Φ3 b»ng nhau vµ cïng chiÒu trong ba trô thÐp t¹i mäi thêi ®iÓm, nªn chóng kh«ng thÓ khÐp m¹ch tõ trô nµy qua trô kh¸c mµ bÞ ®Èy ra ngoµi vµ khÐp m¹ch qua kh«ng khÝ hoÆc dÇu (h×nh 9-14b) lµ nh÷ng m«i tr−êng cã tõ trë lín. V× vËy Φ3 kh«ng lín l¾m vµ cã thÓ xem tõ th«ng tæng vµ do ®ã s.®.®. pha lµ h×nh sin. Tuy nhiªn cÇn nhí r»ng tõ th«ng Φ3 ®Ëp m¹ch víi tÇn sè 3f qua v¸ch thïng vµ c¸c bu l«ng ghÐp v.v... sÏ g©y nªn tæn hao phô lµm cho hiÖu suÊt cña m.b.a gi¶m. Do ®ã ph−¬ng ph¸p nèi Y/Y ®èi víi m.b.a ba pha ba trô còng chØ ¸p dông cho c¸c m.b.a víi dung l−îng tõ 5600 kVA trë xuèng. b. Tr−êng hîp m.b.a nèi ∆/Y (h×nh 9-15) D©y quÊn s¬ cÊp nèi tam gi¸c nªn B b dßng ®iÖn i03 sÏ khÐp kÝn trong tam i03 gi¸c ®ã, nh− vËy dßng ®iÖn tõ ho¸ i0 v× i03 A chøa thµnh phÇn bËc ba, nªn cã d¹ng nhän ®Çu, tõ th«ng tæng vµ c¸c s.®.®. c i03 a cña c¸c d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp ®Òu cã d¹ng h×nh sin. Do ®ã sÏ kh«ng cã C nh÷ng hiÖn t−îng bÊt lîi nh− tr−êng H×nh 9-15. Dßng ®iÖn ®iÒu hoµ hîp trªn. bËc ba trong m.b.a nèi ∆/Y c. Tr−êng hîp m.b.a nèi Y/∆ Trªn h×nh 9-16a, do d©y quÊn s¬ cÊp ®Êu Y nªn dßng ®iÖn tõ ho¸ trong ®ã kh«ng cã thµnh phÇn ®iÒu hoµ bËc 3 nªn i0 cã d¹ng h×nh sin, Φ cã d¹ng v¹t ®Çu vµ cã thµnh phÇn bËc 3 - Φ3Y. Tõ th«ng Φ3Y c¶m øng sang d©y quÊn thø cÊp s.®.®. bËc 3 - e23 chËm sau Φ3Y mét gãc gÇn 90o (h×nh 9-16b). §Õn l−ît e23 g©y nªn trong m¹ch vßng thø cÊp nèi h×nh ∆ dßng ®iªn i23 chËm sau e23 mét gãc gÇn 90o (v× ®iÖn kh¸ng cña d©y quÊn rÊt 93
lín). Dßng ®iÖn i23 sÏ sinh ra tõ th«ng Φ3∆ coi nh− trïng pha víi i23, nghÜa lµ gÇn nh− ng−îc pha víi Φ3Y. Do ®ã tõ th«ng tæng bËc ba trong lâi thÐp Φ3 = Φ3Y + Φ3∆ gÇn nh− bÞ triÖt tiªu. ¶nh h−ëng cña tõ th«ng bËc 3 trong m¹ch tõ kh«ng ®¸ng kÓ n÷a, kÕt qu¶ lµ s.®.®. pha sÏ gÇn h×nh sin. Tãm l¹i, khi m.b.a lµm viÖc kh«ng t¶i, c¸c c¸ch nèi d©y ∆/Y hay Y/∆ ®Òu tr¸nh ®−îc t¸c h¹i cña tõ th«ng vµ s.®.®. ®iÒu hoµ bËc 3. & φ 3Y B b i03 & & φ3 i03 E 23 c A C i03 a && I 23 (φ 3∆ ) a) b) H×nh 9-16: a) Dßng ®iÖn ®iÒu hoµ bËc ba trong m.b.a nèi Y/∆ ; b) T¸c dông cña dßng i23 khi d©y quÊn ®Êu Y/∆. 9.2.3. TÝnh to¸n m¹ch tõ m.b.a Môc ®Ých cña tÝnh to¸n m¹ch tõ m.b.a lµ x¸c ®Þnh dßng ®iÖn cÇn thiÕt ®Ó tõ ho¸ lâi thÐp vµ tæn hao trong m¹ch tõ. §iÒu nµy rÊt cÇn thiÕt khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ m.b.a. 1. Thµnh phÇn dßng ®iÖn t¸c dông i0r Nh− ®· biÕt, dßng ®iÖn t¸c dông phô thuéc vµo tæn hao s¾t tõ trong lâi thÐp. Tæn hao nµy cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo biÓu thøc: 1, 3 [ ] ⎛f⎞ p Fe = p1 / 50 Bt2 Gt + B g G g .⎜ ⎟ 2 (9-3) W ⎝ 50 ⎠ trong ®ã: p1/50 - suÊt tæn hao trong thÐp khi c−êng ®é tõ c¶m lµ 1 tesla (T) vµ tÇn sè lµ 50 Hz; Bt vµ Bg - c−êng ®é tõ c¶m trong trô vµ trong g«ng (T); Gt vµ Gg - träng l−îng trô vµ g«ng tÝnh theo kÝch th−íc h×nh häc cña lâi thÐp (kg). Thµnh phÇn t¸c dông cña dßng ®iÖn tõ ho¸: p Fe i0 r = (9-4) A m.U trong ®ã m lµ sè pha. 2. Thµnh phÇn dßng ®iÖn ph¶n kh¸ng i0x Dßng ®iÖn ph¶n kh¸ng cã thÓ tÝnh ®−îc theo hai ph−¬ng ph¸p. Ph−¬ng ph¸p thø nhÊt: Dùa trªn quan ®iÓm cña ®Þnh luËt toµn dßng ®iÖn tÝnh to¸n m¹ch tõ m.b.a: 2 I 0 x .w = F = ΣHl (9-5) §èi víi m.b.a mét pha (h×nh 9-17a), søc tõ ®éng (viÕt t¾t lµ s.t.®): 94
Bt .δ F = 2 H t lt + 2 H g l g + nk (9-6) µ0 trong ®ã: Ht vµ Hg - c−êng ®é tõ tr−êng trong trô vµ g«ng, x¸c ®Þnh theo ®−êng cong tõ ho¸ t−¬ng øng víi c−êng ®é c¶m øng tõ Bt vµ Bg, A.cm; lt vµ lg – chiÒu dµi trung b×nh cña c¸c ®o¹n m¹ch tõ t−¬ng øng víi trô vµ g«ng, cm; δ - chiÒu dµi cña khe hë kh«ng khÝ gi÷a trô vµ g«ng, cm; nk - sè khe hë kh«ng khÝ, ®èi víi m.b.a mét pha nk = 4. lg lg ltt ltt ltt ltt ltt δ δ lg lg a) b) H×nh 9-17. M¹ch tõ cña m.b.a mét pha (a) vµ ba pha (b) §èi víi m.b.a ba pha ba trô, do m¹ch tõ kh«ng ®èi xøng (h×nh 9-17b) nªn s.t.®. ph¶i tÝnh theo trÞ sè trung b×nh: NÕu ghÐp c¸c l¸ thÐp xen kÏ theo h×nh 8-7 th× ë hai pha thuéc hai trô ngoµi cïng: Bt δ F , = H t lt + H g l g + nk (9-7a) µ0 trong ®ã nk = 3 lµ sè khe hë gi÷a trô vµ g«ng, cßn pha thuéc trô gi÷a: Bt δ F ,, = H t l t + n k (9-7b) µ0 nh−ng nk = 1. Do ®ã s.t.® trung b×nh: 2 F , + F ,, 2 ,B = H t lt + H g l g + nk t δ F= (9-8) µ0 3 3 7 trong ®ã n,k = gäi lµ hÖ sè khe hë tÝnh to¸n gi÷a trô vµ g«ng. 3 BiÓu thøc (9-8) còng dïng ®Ó tÝnh to¸n cho c¶ tr−êng hîp lâi thÐp ghÐp nèi (h×nh 9- 17b) nh−ng trong ®ã n,k = 2. Tõ ®ã ta cã thÓ tÝnh ®−îc thµnh phÇn ph¶n kh¸ng cña dßng ®iÖn tõ ho¸: F I0x = (9-9) 2 .w 95
Ph−¬ng ph¸p thø hai: Dùa vµo viÖc tÝnh to¸n n¨ng l−îng tõ tr−êng hay c«ng suÊt tõ ho¸ (cßn gäi lµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng) cña m¹ch tõ. Ta biÕt r»ng n¨ng l−îng tõ tr−êng cùc ®¹i trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch (gäi lµ mËt ®é n¨ng l−îng) cña tr−êng biÕn thiªn h×nh sin theo thêi gian lµ: BH Wmax = , 2 C«ng suÊt ph¶n kh¸ng cho mét ®¬n vÞ thÓ tÝch lµ: Q , = ωWmax = πf .BH , do ®ã c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña lâi thÐp cã thÓ tÝch V hay träng l−îng G lµ: πf .BH Q ,G Q = Q .V = = .G = qt .G , (9-10) γ γ trong ®ã: γ - träng l−îng riªng cña thÐp. πf .BH πf .B 2 qt = = - c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trªn mét ®¬n vÞ träng l−îng cña thÐp, γ µ 0γ gäi lµ suÊt tõ ho¸. §èi víi khe hë kh«ng khÝ th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®−îc tÝnh theo biÓu thøc: Q = qnkδ.S = nk.qδ.S (9-11) trong ®ã: S - diÖn tÝch cña khe hë kh«ng khÝ, nk - sè khe hë trªn toµn bé lâi thÐp, q - c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch khe hë, qδ = q.δ - c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch khe hë. C¨n cø vµo c−êng ®é tõ c¶m B cña mçi lo¹i thÐp ®· cho cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc qt vµ qδ theo c¸c ®−êng cong qt = f(B) vµ qδ = f(B). V× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng dïng ®Ó tõ ho¸ m.b.a lµ: Q0 = mU1I0x do ®ã dßng ®iÖn ph¶n kh¸ng: qt .t Gt + qt . g G g + nqδ S Q0 I 0x = = (9-12) mU 1 mU 1 trong ®ã: qt.t vµ qt.g - suÊt tõ ho¸ trong trô vµ g«ng; Gt vµ Gg - träng l−îng trô vµ g«ng. Cuèi cïng dßng ®iÖn tõ ho¸ toµn phÇn: I 0 = I 02r + I 02x (9-13) 96
Dßng ®iÖn I0 trong m.b.a ®iÖn lùc th−êng rÊt nhá, lóc ®iÖn ¸p ®Þnh møc, trÞ sè phÇn tr¨m cña nã so víi dßng ®iÖn ®Þnh møc th−êng vµo kho¶ng 2 ÷ 10, trong ®ã trÞ sè sau dïng cho m.b.a dung l−îng bÐ. I0 I0 % = .100 (9-14) I dm C©u hái 1. Tæ nèi d©y cña m.b.a lµ g×? T¹i sao ph¶i x¸c ®Þnh tæ nèi d©y cña m.b.a? 2. VÏ s¬ ®å nèi d©y cña c¸c m.b.a øng víi c¸c tæ nèi d©y Y/Y-2, 4, 8, 10 vµ Y/∆-1, 3 7, 9. 3. Dßng ®iÖn tõ ho¸ cña m.b.a lín hay bÐ, nã phô thuéc vµo nh÷ng yÕu tè nµo? 4. KÕt cÊu m¹ch tõ kh¸c nhau vµ c¸ch ®Êu d©y quÊn kh¸c nhau ¶nh h−ëng nh− thÕ nµo ®èi víi dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p lóc kh«ng t¶i cña m.b.a ba pha? 5. TÝnh to¸n m¹ch tõ m.b.a nh»m môc ®Ých g×? C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh? 97