Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 6: Máy biến áp

). Do vậy máy chỉ được chế tạo với hệ số biến áp nhỏ. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
10.2. Máy biến áp đo lường 
Máy biến áp đo lường được dùng để mở rộng thang đo của 
các dụng cụ đo lường xoay chiều (có thể đo được các đại 
lượng điện áp và dòng điện với trị số lớn chỉ dùng dụng cụ 
đo thông thường) 
Mạch sơ cấp của máy biến áp đo lường thường nối với lưới 
điện, mạch thứ cấp nối với dụng cụ đo, và thường được nối 
đất để tránh nguy hiểm cho người sử dụng khi rò điện từ 
cao áp sang. 
Máy biến áp đo lường gồm máy biến điện áp và máy biến 
dòng điện (biến dòng) 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
a) Máy biến điện áp 
Dùng biến đổi điện áp cao xuống điện 
áp thấp để có thể đo bằng các dụng cụ 
đo thông thường → w2 < w1 
Thông thường người ta thiết kế cuộn 
thứ cấp có điện áp U2đm = 100V 
Hệ số biến áp: 
2
1
2
1
u
U
U
w
w
k 
Cuộn w2 có thể nối với các dụng cụ đo: vôn mét, tần số kế 
(Hz), cuộn điện áp của Oátmét, cos mét, công tơ... 
Tổng trở dây quấn dụng cụ đo lớn nên trạng thái làm việc của 
máy biến điện áp gần không tải. 
Không để máy biến điện áp ngắn mạch thứ cấp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Máy biến dòng điện 
Dùng biến đổi dòng điện lớn xuống 
dòng điện nhỏ để đo lường. Vì dòng thứ 
cấp nhỏ hơn sơ cấp nên số vòng dây 
thứ cấp lớn hơn số vòng dây sơ cấp. 
Thường chế tạo thứ cấp có dòng định 
mức I2đm = 5A 
Tỷ số biến dòng: 
1
2
2
1
i
w
w
I
I
k 
Cuộn sơ cấp nối với mạch cần đo, cuộn thứ cấp nối với dụng cụ đo 
có tổng trở nhỏ nên máy biến dòng gần như ngắn mạch. 
Không để hở mạch thứ cấp máy biến dòng (điện áp cao) 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
10.3. Máy biến áp hàn 
Máy biến áp hàn loại máy biến áp đặc 
biệt dùng để hàn bằng phương pháp hồ 
quang điện. 
Máy biến áp hàn có điện kháng tản rất 
lớn và thêm cuộn điện kháng ngoài để 
cho dòng điện hàn không vươịt quá 2 
đến 3 lần dòng điện định mức. 
Đường đặc tính ngoài của máy biến áp 
hàn rất dốc phù hợp với yêu cầu hàn 
điện. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sơ đồ nguyên lý: 
Khi hàn, người ta đưa que hàn vào kim loại hàn, 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 hoá chất khí sinh hồ quang và toả ra 
nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. 
Cuộn dây sơ cấp được 
nối với nguồn điện, cuộn 
thứ cấp một đầu được 
nối với cuộn điện kháng 
và que hàn, đầu kia nối 
với kim loại hàn 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Muốn điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây cuộn 
thứ cấp của máy hoặc thay đổi điện kháng cuộn K bằng cách thay 
đổi khe hở không khí của lõi thép. 
Chế độ làm việc của máy biến áp hàn là ngắn mạch thứ cấp ngắn 
hạn lặp lại. 
Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường 60-75V 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
XI. Các ví dụ: 
Ví dụ 1: 
Máy biến áp một pha Sđm = 2500VA; U1đm = 220V; U2đm = 127V. 
Thí nghiệm không tải: U10 = 220V; I10 = 1,4A; P10 = 30W. Thí 
nghiệm ngắn mạch: I1n= I1đm = 11,35A; U1n = 8,8V; P1n = 80W. 
a) Tính các thông số sơ đồ thay thế 
b) Khi tải R, L có cos t = 0,8. Xác định hiệu suất và điện áp thứ 
cấp khi hệ số tải kt = 1; 0,5. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài giải: 
a) Thông số sơ đồ thay thế máy biến áp 
- Điện trở nhánh từ hóa 
)(3,15
4,1
30
I
P
R
22
01
01
0  
- Tổng trở nhánh từ hóa 
)(157
4,1
220
I
U
Z
01
01
0  
)(1493,15157RZX 2220
2
00  
- Điện kháng nhánh từ hóa 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở ngắn mạch 
- Tổng trở ngắn mạch 
- Điện kháng ngắn mạch 
)(621,0
35,11
80
I
P
R
22
n1
n1
n  
)(775,0
35,11
8,8
I
U
Z
n1
n1
n  
)(46,0621,0775,0RZX 222n
2
nn  
- Điện trở sơ cấp 
)(31,0
2
R
RR n'21  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở thứ cấp 
)(1,0
73,1
31,0
k
R
R
22
'
2
2  
- Điện kháng sơ cấp 
)(23,0
2
X
XX n'21  
- Điện kháng thứ cấp 
)(077,0
73,1
23,0
k
X
X
22
'
2
2  
- Hệ số biến áp 
73,1
127
220
U
U
k
2
1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Hiệu suất máy biến áp – độ lệch điện áp thứ cấp 
- Khi tải định mức: 
948,0
80308,0.2500
8,0.2500
PkPcosSk
cosSk
n
2
t0tđmt
tđmt 

- Khi tải kt = 0,5: 
952,0
80.5,0308,0.2500.5,0
8,0.2500.5,0
2
 
 Hiệu suất máy biến áp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
 Độ lệch điện áp thứ cấp 
4100
220
8,8
100
U
U
U
đm1
n
%n 
8,0
35,11.8,8
80
IU
P
cos
n1n1
n1
n 
6,08,01cos1sin 2n
2
n 
Điện áp ngắn mạch tác dụng 
Điện áp ngắn mạch phần trăm 
Hệ số công suất ngắn mạch 
2,38,0.4cosUU n%nR%n 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Điện áp ngắn mạch phản kháng 
4,26,0.4sinUU n%nX%n 
Điện áp thứ cấp 
 tX%ntR%n1%2 sinUcosUkU 
- Khi tải định mức: 
)V(1,5
100
127.4
100
UU
U đm2%22 
 46,0.4,28,0.2,3.1U %2 
)V(9,1211,5127UUU 2đm22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Khi tải kt = 0,5: 
)V(54,2
100
127.2
100
UU
U đm2%22 
 26,0.4,28,0.2,3.5,0U %2 
)V(46,12454,2127UUU 2đm22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ví dụ 2: 
Máy biến áp một pha 
Thông số định mức : Sđm = 2500 VA; U1đm = 220V; U2đm = 127 V; 
Thông số dây quấn R1 = 0,3; X1 = 0,25 ; R2 = 0,1 ; X2 = 0,083 
Thứ cấp nối với tải có tổng trở pha 
Dùng sơ đồ thay thế gần đúng (coi I0 0) xác định: 
- Công suất tác dụng P1, công suất phản kháng Q1, hệ số công 
suất cos 1 ở phía sơ cấp 
- Công suất tác dụng và phản kháng của tải, điện áp trên tải và độ 
biến thiên điện áp thứ cấp 
)(17,5j8,5Zt  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài giải: 
Thông số sơ đồ thay thế: 
Hệ số biến áp: 73,1
127
220
U
U
k
đm2
đm1 
Qui đổi đại lượng thức cấp về sơ cấp: 
3,01,0.73,1RkR 22
2'
2 
25,0083,0.73,1XkX 22
2'
2 
4,178,5.73,1RkR 2t
2'
t 
5,1517,5.73,1XkX 2t
2'
t 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Từ sơ đồ tính được dòng điện sơ cấp và thứ cấp qui đổi 
 2't'21
2'
t
'
21
đm1'
21
XXXRRR
U
II
)A(13,9
1618
220
II
22
'
21 
Hệ số công suất phía sơ cấp 
 08,20
18
XXXRRR
RRR
cos
2'
t
'
21
2'
t
'
21
'
t
'
21
1 
747,0cos 1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Công suất tác dụng phía sơ cấp 
1500747,0.13,9.220cosIUP 1111 
Công suất phản kháng phía sơ cấp 
4,1335747,01.13,9.220sinIUQ 21111 
Dòng điện thứ cấp chưa qui đổi 
A8,1513,9.73,1I.kI '22 
Tổng trở của tải 
)(77,717,58,5XRZ 222t
2
tt  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Điện áp trên tải (thứ cấp) 
)V(76,12277,7.8,15ZIUU t2t2 
Độ lệch điện áp thứ cấp 
38,3100
127
76,122127
100
U
UU
U
đm2
2đm2
%2 
Công suất của tải 
144708,5.8,15RIP 2t
2
2t 
129117,5.8,15XIQ 2t
2
2t 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ví dụ 3: 
Một máy biến áp ba pha nối Y/ có Sđm = 60 kVA; U1đm = 35 kV; 
U2đm = 400V; I0%=11; Un% = 4,55; P0 = 502 W; Pn = 1200 W. 
a) Tính dòng điện định mức, dòng điện không tải, hệ số công 
suất không tải, điện áp ngắn mạch Un, hệ số công suất ngắn 
mạch cos n 
b) Thông số sơ đồ thay thế. 
c) Tính hệ số tải khi hiệu suất cực đại. 
Máy làm việc với tải R, L có cos t = 0,9, hệ số tải kt = 0,5. 
d) Tính hiệu suất, công suất tác dụng và phản kháng, dòng điện, 
cos 1 ở phía sơ cấp. 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài giải: 
a) Tính I1đm, I2đm, I0, cosφ0, Un, cosφn 
- Dòng điện định mức, dòng điện không tải: 
A1
10.35.3
10.60
U3
S
I
3
3
đm1
đm
đm1 
A66,8
400.3
10.60
U3
S
I
3
đm2
đm
đm2 
A11,0
100
11.1
100
II
I %0đm10 
- Hệ số công suất không tải 
075,0
11.10.35.3
502
IU3
P
cos
3
0đm1
0
0 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện áp ngắn mạch dây Un 
V1592
100
55,4.10.35
100
UU
U
3
%nđm1
n 
- Điện áp ngắn mạch pha Unp (sơ cấp nối Y) 
V5,919
3
1592
3
U
U nnp 
- Hệ số công suất ngắn mạch 
435,0
1.1592.3
1200
IU3
P
cos
đm1n
n
n 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Thông số sơ đồ thay thế: 
- Điện trở nhánh từ hóa 
 k8,13
11,0.3
502
I.3
P
I
P
R
22
0
0
2
0
p0
th
- Tổng trở nhánh từ hóa 
 k7,183
11,0.3
10.35
I.3
U
I
U
Z
3
0
đm1
0
đmp1
th
- Điện kháng nhánh từ hóa 
 k2,183RZX 2th
2
thth
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở ngắn mạch 
 400
1.3
1200
I.3
P
I
P
R
22
đm1
n
2
đm1
np
n
- Tổng trở ngắn mạch 
 5,919
1.3
1592
I.3
U
I
U
Z
đm1
n
đm1
np
n
- Điện kháng ngắn mạch 
 828RZX 2n
2
nn
- Hệ số biến áp pha 
5,50
400.3
10.35
U.3
U
U
U
k
3
đm2
đm1
đmp2
đmp1
p 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở, điện kháng sơ cấp 
 200
2
400
2
R
RR n'21
- Điện trở, điện kháng thứ cấp 
 414
2
828
2
X
XX n'21
 078,0
5,50
200
k
R
R
22
p
'
2
2
 162,0
5,50
414
k
X
X
22
p
'
2
2
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
c) Tính hệ số tải khi hiệu suất cực đại 
647,0
1200
502
P
P
k
n
0
t 
d) Tính hiệu suất máy khi tải có cosφt = 0,9, hệ số tải kt =0,5 
n
2
t0tđmt
tđmt
PkPcosSk
cosSk

97,0
12005,05029,0.10.60.5,0
9,0.10.60.5,0
23
3
 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Công suất tác dụng phía sơ cấp 
n
2
t0tđmt1 PkPcosSkP 
)W(278021200.5,05029,0.10.60.5,0P 231 
- Công suất phản kháng phía sơ cấp (bỏ qua từ thông tản) 
0tđmttht1 sinUI3sinSkQQQ 
130769,01.10.60.5,0Q 23t 
6649075,01.11,0.10.35.3Q 22th 
19725664913076Q1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Công suất phản kháng (có tính từ thông tản) 
n
2
t0tđmttantht1 QksinUI3sinSkQQQQ 
2
nđm1nn 435,01.1.1592.3sinIU3Q 
2482Qn 
22207248219725Q1 
- Công suất toàn phần phía sơ cấp 
VA335031972527082QPS 2221
2
11 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Dòng điện sơ cấp I1 
A55,0
35000.3
33503
U3
S
I
1
1
1 
- Hệ số công suất sơ cấp cosφ1 
81,0
33503
27802
S
P
cos
1
1
1 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Ví dụ 4: 
Một máy biến áp ba pha đấu Y/Y cung cấp điện cho tải nối 
tam giác, điện trở mỗi pha tải R = 6. Máy biến áp có các số 
liệu sau: U1đm = 3000 V; U2đm = 230V. 
Thông số các dây quấn R1 = 2,4 ; X1 = 4,4 ; X2 = 0,026 ; 
R2 = 0,0142 . 
Tính điện áp đặt lên mỗi pha của tải và công suất tải tiêu thụ 
khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức 
Bài giải: 
Dây quấn máy biến áp ba pha đấu Y/Y , tải phải biến đổi Δ→Y 
)(2
3
R
RY  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Máy biến áp ba pha đấu Y/Y → hệ số biến áp 
04,13
230
3000
U
U
kk
đm2
đm1
pd 
Thông số thứ cấp, tải qui đổi về sơ cấp 
)(4,20142,0.04,13RkR 22
2
p
'
2  
)(3382.04,13RkR 2Y
2
p
'
Y  
)(4,4026,0.04,13XkX 22
2
p
'
2  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Theo sơ đồ thay thế gần đúng 
 2'21
2'
Y
'
21
p1
p2p1
XXRRR
U
II
A05,5
8,88,342.3
3000
II
22
p2p1 
Điệ áp pha trên tải nối Y 
V3,131
13
338.05,5
04,13
RI
k
U
U
'
Yp1
p
'
Yp
Yp 
Điện áp pha trên tải nối Δ 
V4,2273,131.3U3U Ypp 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Dòng điện pha trên tải nối Δ 
A9,3704,13
3
05,5
k
3
I
I p
Yp
p 
Công suất của tải 
2585933805,5.3R.I.3P 2Y
2
p2 
0Q 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài tập 
Bài số 6.1 
Một cuộn dây có lõi thép, mạch từ làm bằng thép kỹ thuật điện. 
Tiết diện lõi thép S = 24 cm2, hệ số ép chặt k = 0,93. 
Từ cảm trong lõi Bm = 1,2T 
Điện áp đặt vào cuộn dây u = 311sint ; f = 50Hz. 
Hãy xác định từ thông max, sức điện động e của cuộn dây 
Bài giải: 
Từ thông trong lõi thép: 
)Wb(10.78,2693,0.10.24.2,1k.S.B 44mm
 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Sức điện động trong dây quấn: 
 EEZIU
- Dây quấn không có điện trở được coi là phần tử thuần 
điện cảm. 
- Điện áp đặt vào có góc pha bằng 0o 
- Phương trình cân bằng điện áp dây quấn 
- Sđđ e có trị số hiệu dụng bằng trị số điện áp 
V220E 
- Góc pha của sđđ E , chậm pha hơn điện ápU là 180o 
 V180tsin2220e o 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài số 6.2 
Một máy biến áp một pha hai dây quấn có các thông số: 
Sđm = 20.000 VA; fđm = 50Hz; U1đm = 126,8 kV; U2đm = 11 kV, 
tiết diện lõi thép S=35,95 cm2 (hệ số ép chặt bằng k = 1) từ 
cảm trong lõi thép Bm = 1,55 T. 
Tính số vòng dây W1 và W2 
Bài giải: 
Từ thông trong lõi thép máy biến áp: 
)Wb(10.72,551.10.95,35.55,1k.S.B 44mm
 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Từ biểu thức trị số hiệu dụng của sđđ sơ cấp, thứ cấp (bỏ 
qua tổn hao trên tổng trở dây quấn): 
m
đm1
m
1
1
.f.44,4
U
.f.44,4
E
w


102502
10.72,55.50.44,4
10.8,126
w
4
3
1 
m
đm2
m
2
2
.f.44,4
U
.f.44,4
E
w


8892
10.72,55.50.44,4
10.11
w
4
3
2 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài số 6.3 
Máy biến áp một pha Sđm = 100kVA, U1đm= 2400 V; U2đm = 240 V; 
R1 =0,2 ; X1 = 0,45 ; R2 = 2 m; X2 = 4,5 m. 
a) Tính I1đm, I2đm, Rn, Xn. 
b) Tính Pn, P0 biết cos t = 0,8, kt = 1,  = 0,982 
Bài giải: 
a) Dòng điện định mức, thông số ngắn mạch 
A67,41
2400
10.100
U
S
I
3
đm1
đm
đm1 
A7,416
240
10.100
U
S
I
3
đm2
đm
đm2 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Hệ số biến áp 10
240
2400
U
U
k
đm2
đm1 
Điện trở, điện kháng ngắn mạch 
2
2
1
'
21n RkRRRR 
2
2
1
'
21n XkXXXX 
 4,010.2.102,0R 32n
 9,010.5,4.1045,0X 32n
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Tổn hao ngắn mạch và không tải 
6,6494,0.67,41RIP 2n
2
đm1n 
n
2
t0tđmt
tđmt
PkPcosSk
cosSk

Từ biểu thức hiệu suất máy biến áp 
n
2
ttđmt0 Pk1
1
cosSkP 

8166,649.11
982,0
1
8,0.10.100.1P 230 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Xác định tổ đấu dây của các máy biến áp ba pha có sơ đồ đấu 
dây như hình dưới đây 
Bài số 6.5. 
A 
B 
a 
b 
UAB 
Uab 
UAB 
Uab 
Y/Y - 12 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
A 
B 
a 
b 
UAB 
Uab 
UAB 
Uab 
Δ/Δ - 12 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
A 
B 
UAB 
UAB 
Uab 
a 
b 
Uab 
Y/Δ - 11 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Bài số 6.6. 
Một máy biến áp ba pha Sđm = 160 kVA; U1đm = 15 kV; U2đm = 400 V; 
P0 = 460 W; Pn = 2350 W; Un% = 4%; đấu Y/Y - 12. 
Biết R1 R’2, X1 X’2. 
a) Tính I1đm, I2đm, Rn, Xn, R1, R2, X1, X2. 
b) Tính  khi kt = 0,75, cos t = 0,8. 
c) Tính U2%, U2 khi kt = 1, cos t = 0,8 ( t >0) 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Dòng điện định mức: 
A16,6
10.15.3
10.160
U3
S
I
3
3
đm1
đm
đm1 
A231
400.3
10.160
U3
S
I
3
đm2
đm
đm2 
Bài giải: 
a) Tính I1đm, I2đm, Rn, Xn, R1, R2, X1, X2. 
- Điện trở ngắn mạch 
)(64,20
16,6.3
2350
I.3
P
I
P
R
22
đm1
n
2
đmp1
np
n  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Tổng trở ngắn mạch 
- Điện kháng ngắn mạch 
)(24,56
16,6.100.3
10.15.4
I.100.3
UU
I
U
Z
3
đm1
đm1%n
đmp1
np
n  
)(32,5264,2024,56RZX 222n
2
nn  
- Hệ số công suất ngắn mạch 
37,0
16,6.600.3
2350
IU3
P
cos
đm1n
n
n 
- Hệ số biến áp pha 
5,37
400
10.15
U
U
U
U
k
3
đm2
đm1
p.đm2
p.đm1
p 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
- Điện trở, điện kháng thứ cấp 
)(10.34,732,10
5,37
1
R
k
1
R 3
2
'
22
p
2  
)(10.6,1816,26
5,37
1
X
k
1
X 3
2
'
22
p
2  
)(16,26
2
X
XX n'21  
- Điện trở, điện kháng sơ cấp 
)(32,10
2
R
RR n'21  
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
b) Tính  khi kt = 0,75, cos t = 0,8. 
n
2
t0tđmt
tđmt
PkPcosSk
cosSk

98,0
2350.75,04608,0.10.160.75,0
8,0.10.160.75,0
23
3
 
c) Tính U2%, U2 khi kt = 1, cos t = 0,8 ( t >0) 
Điện áp ngắn mạch tác dụng và phản kháng 
32,137,0.4cosUU n%nR%n 
72,337,01.4sinUU 2n%nX%n 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
Độ lệch điện áp phần trăm ΔU2% 
 tX%ntR%nt%2 sinUcosUkU 
29,36,0.72,38,0.32,1U %2 
Độ lệch điện áp ΔU2 
16,13
100
400.29,3
100
UU
U đm2%22 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP 
CHƯƠNG VI : MÁY BIẾN ÁP