Vận hành máy biến áp cho tải hoạt động, cảm ứng và điện dung

Máy biến áp là một loại máy điện biến đổi dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế này thành dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế khác. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Các mạng truyền tải điện đầu tiên sử dụng dòng điện một chiều. Điện áp trong mạng phụ thuộc vào khả năng cách điện của vật liệu được sử dụng và thường là 110 V.

Với sự gia tăng công suất truyền tải của các mạng, cần phải tăng tiết diện của dây dẫn để tổn thất điện áp nằm trong giới hạn cho phép.

Và chỉ có việc phát minh ra máy biến áp mới có thể tạo ra năng lượng điện một cách tiết kiệm trong các nhà máy điện lớn, truyền tải nó ở điện áp cao trên một khoảng cách xa, sau đó giảm điện áp xuống giá trị an toàn trước khi cung cấp điện cho người tiêu dùng.

Không có máy biến áp, cấu trúc lưới điện ngày nay với các cấp điện áp cao và cực cao, trung bình và hạ thế sẽ không thể thực hiện được. Máy biến áp được sử dụng trong cả mạng điện một pha và ba pha.

Hoạt động của máy biến áp điện ba pha thay đổi rất nhiều đối với tải mà nó đang vận hành—hoạt động, cảm ứng hoặc điện dung. Trong điều kiện thực tế, tải máy biến áp là tải cảm ứng.

Hình 1 - Máy biến áp điện lực ba pha

1. Chế độ tải tích cực

Ở chế độ này, điện áp cuộn sơ cấp gần với giá trị danh định U1 = U1nom, dòng điện cuộn sơ cấp I1 được xác định bởi tải máy biến áp và dòng điện thứ cấp được xác định bởi dòng điện danh định I2nom = P2 / U2nom.

Theo dữ liệu đo lường, hiệu suất của máy biến áp được xác định bằng phương pháp phân tích:

Hiệu quả = P2 / P1,

trong đó P1 là công suất tác dụng của cuộn sơ cấp máy biến áp, P2 là công suất cung cấp cho mạch nguồn bởi cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Sự phụ thuộc của hiệu suất của máy biến áp vào dòng điện tương đối của cuộn sơ cấp được thể hiện trên hình 2.

Hình 2 - Sự phụ thuộc của hiệu suất máy biến áp vào dòng điện tương đối của cuộn sơ cấp

Ở chế độ tải chủ động, vectơ dòng điện cuộn thứ cấp cùng giãn với vectơ điện áp cuộn thứ cấp, do đó, dòng tải tăng sẽ làm giảm điện áp ở các đầu của cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Sơ đồ véc tơ đơn giản hóa của dòng điện và điện áp cho loại tải máy biến áp này được thể hiện trong Hình 3.

Hình 3 - Biểu đồ vectơ đơn giản hóa của dòng điện và điện áp tải tác dụng của máy biến áp

2. Chế độ vận hành cho tải cảm ứng

Ở chế độ tải cảm ứng, vectơ dòng điện cuộn thứ cấp trễ hơn vectơ điện áp cuộn thứ cấp 90 độ. Giảm giá trị của điện cảm được kết nối với cuộn thứ cấp của máy biến áp làm cho dòng tải tăng lên, dẫn đến giảm điện áp thứ cấp.

Biểu đồ véc tơ đơn giản hóa của dòng điện và điện áp cho loại tải máy biến áp này được thể hiện trong Hình 4.

Hình 4 - Sơ đồ véc tơ đơn giản hóa của dòng điện và điện áp máy biến áp ở chế độ tải điện cảm

3. Chế độ hoạt động với tải dung

Ở chế độ tải điện dung, vectơ dòng điện của cuộn thứ cấp lệch trước vectơ điện áp của cuộn thứ cấp một góc 90 độ. Sự gia tăng điện dung kết nối với cuộn dây thứ cấp của máy biến áp làm tăng dòng tải, dẫn đến tăng điện áp thứ cấp.

Sơ đồ véc tơ đơn giản hóa của dòng điện và điện áp cho loại tải máy biến áp này được thể hiện trong Hình 5.

Hình 5 - Biểu đồ vectơ đơn giản hóa của dòng điện và điện áp ở chế độ tải điện dung của máy biến áp