Bài giảng Giải tích máy điện nâng cao - Chương mở đầu: Giới thiệu môn học - Nguyễn Ngọc Tú

h: điện áp thứ cấp được đặt bằng 0 
-Điều kiện không tải: thực tế dòng thứ cấp bằng 0, suy ra 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Mô hình MBA 1 pha tuyến tính 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Mô phỏng MBA có xét bão hòa 
Một số phương pháp được dùng để kết hợp hiệu ứng bão hòa từ vào 
mô hình mô phỏng: 
-Dùng giá trị hỗ cảm bão hòa thích hợp ở mỗi bước thời gian 
-Xấp xỉ dòng từ hóa bằng hàm giải tích của từ thông móc vòng bão 
hòa 
-Dùng quan hệ giữa các giá trị bão hòa và không bão hòa của từ 
thông móc vòng tương hỗ 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Mô phỏng MBA có xét bão hòa 
1
1
1
sat
m
l
i
x
 

'
' 2
2 '
2
sat
m
l
i
x
 

'
1 2
'
1 2 1
sat
m M unsat
l l m
x
x x x
  

 
   
 
'
1 1 2
1 1 1
1/ M unsat
m l l
x
x x x
  Trong đó 
'
1 2
'
1 1 2
unsat sat sat
m m m
unsat
m l lx x x
     
 
unsat sat
m m   
Δψ được xác định dựa vào quan hệ hàm số giữa nó và ψm
sat 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Mô hình MBA có xét bão hòa 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Điện áp và tần số 
Điện áp định mức: a) để bảo vệ cách điện cuộn dây khỏi bị đánh thủng; b) 
quan hệ tới dòng từ hóa của MBA (quan trọng) 
Nếu điện áp xác lập có dạng 
( ) sinMv t V t
được cấp vào cuộn sơ cấp, từ 
thông trong mạch từ sẽ là 
1
( ) ( ) cosM
p p
V
t v t dt t
N N
 

  
Điện áp tăng sẽ dẫn tới việc tăng 
tuyến tính của từ thông. Tuy nhiên, 
khi đạt tới một điểm nào đó (trong 
vùng bão hòa), từ thông tăng sẽ 
cần tới một dòng từ hóa rất lớn! 
Từ 
thông 
Dòng từ hóa 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Điện áp và tần số 
Do đó, giá trị cực đại của điện áp cung cấp (điện áp định mức) được đặt ra 
tương ứng với dòng điện từ hóa cực đại mà lõi thép chấp nhận được. 
Ta có quan hệ giữa biên độ từ thông và tần số: 
max
max
p
V
N



Để biên độ từ thông không đổi, khi thay đổi tần số làm việc thì điện áp cực đại 
cho phép cần phải thay đổi tương ứng để tránh làm hư hỏng cách điện. 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng từ hóa trong MBA 
Khi MBA chạy không tải, dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp bao gồm: 
1. Dòng từ hóa im để tạo ra từ thông trong lõi; 
2. Dòng tổn hao lõi ih+e (tổn hao từ trễ và dòng xoáy). 
Từ thông và dòng từ hóa 
tương ứng 
Đường cong từ hóa 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng từ hóa trong MBA 
Dòng tổn hao lõi 
Dòng tổn hao lõi: 
Dòng không tải của MBA 
1. Phi tuyến do tác động phi tuyến của hiện tượng từ trễ; 
2. Cùng pha với điện áp. 
0 m h ei i i  
(4.25.1) 
Dòng không tải: 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng từ hóa và điện áp kích thích 
Điện áp 
kích thích 
Dòng từ hóa 
Đặc tính B-H 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng từ hóa và điện áp kích thích 
125 
1.5 
Cuộn dây có 100 vòng quấn trên một 
lõi tiết diện đều 0.25m2 và chiều dài 
trung bình là 4m. Lõi có đặc tính từ 
hóa tại 60Hz như hình bên. Tìm điện 
áp dạng sin cần thiết để kích từ cho 
lõi đến điểm có tọa độ như hình và 
tìm dòng từ hóa đỉnh? 
Năng lượng cung cấp cho cuộn dây: 
Biết diện tích của vòng từ trễ ~ 225. Ước lượng 
tổn hao từ trễ tính bằng Watt của lõi? 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng xung kích (Inrush Current) 
Giả sử rằng điện áp v(t) có dạng sau tại thời điểm cấp nguồn cho MBA: 
 ( ) sinMv t V t  
Từ thông cực đại đạt trong nửa chu kỳ đầu phụ thuộc vào pha của điện áp tại 
thời điểm cấp nguồn. Nếu điện áp ban đầu có dạng 
 ( ) sin 90 cosM Mv t V t V t    
và từ thông ban đầu trong lõi bằng 0, từ thông cực đại trong nửa chu kỳ đầu 
tiên sẽ bằng từ thông cực đại khi xác lập: 
max
M
p
V
N



Tuy nhiên, nếu pha của điện áp ban đầu bằng 0 
 ( ) sinMv t V t
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng xung kích (Current inrush) 
Từ thông cực đại trong nửa chu kỳ đầu tiên sẽ là 
   max
0 0
21
sin cosM MM
p p p
V V
V t dt t
N N N
 
 
  
 
   
Gấp 2 lần so với từ thông xác lập bình thường 
Biên độ từ thông tăng gấp 2 trong lõi sẽ 
gây ra bão hòa và dẫn tới sự tăng vọt 
của dòng từ hóa! 
Thông thường, pha điện áp không thể 
điều khiển được. Kết quả là dòng xung 
kích có thể rất lớn trong vài chu kỳ đầu 
tiên sau khi kích hoạt MBA. 
MBA và hệ thống điện phải có thể chịu 
đựng được các giá trị xung kích lớn này. 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Dòng xung kích 
Exciting current inrush 
Nếu từ dư cùng chiều 
offset với từ thông 
trong lõi  dòng rất 
lớn so với trường hợp 
không có từ dư 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Review test 
 Phân tích và bình luận về dạng sóng của từ thông ψm 
và dòng điện i1 trong các trường hợp: 
• Ngắn mạch cuộn thứ cấp (2 trường hợp điện áp v1 bằng giá trị 
đỉnh và 0 tại t=0) 
• Hở mạch cuộn thứ cấp (2 trường hợp điện áp v1 bằng giá trị 
đỉnh và 0 tại t=0) 
 Giải thích tại sao khi tải tăng thì dòng i1 càng gần 
dạng sin? 
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Ngắn mạch: θ=0 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
1
 i
n
 V
primary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-1
0
1
v
2
' 
in
 V
secondary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-100
0
100
200
p
s
im
 i
n
 W
b
/s
e
c
mutual flux
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-500
0
500
i1
 i
n
 A
primary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-500
0
500
i2
' 
in
 A
Time in sec
secondary current
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Ngắn mạch: θ=π/2 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
1
 i
n
 V
primary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-1
0
1
v
2
' 
in
 V
secondary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-100
0
100
p
s
im
 i
n
 W
b
/s
e
c
mutual flux
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-500
0
500
i1
 i
n
 A
primary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-500
0
500
i2
' 
in
 A
Time in sec
secondary current
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Hở mạch: θ=0 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
1
 i
n
 V
primary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
2
' 
in
 V
secondary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
400
p
s
im
 i
n
 W
b
/s
e
c
mutual flux
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-50
0
50
i1
 i
n
 A
primary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-0.2
0
0.2
i2
' 
in
 A
Time in sec
secondary current
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
Hở mạch: θ=π/2 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
1
 i
n
 V
primary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
2
' 
in
 V
secondary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
p
s
im
 i
n
 W
b
/s
e
c
mutual flux
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-5
0
5
i1
 i
n
 A
primary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-0.2
0
0.2
i2
' 
in
 A
Time in sec
secondary current
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
In rush current 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-10
0
10
20
30
40
Time trace of i
1
time in sec
i 1
0 50 100 150 200 250 300 350 400
1
2
3
4
frequency in Hz
F
o
u
ri
e
r 
tr
a
n
s
fo
rm
/N
Discrete transform of i
1
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
DC bias 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
1
 i
n
 V
primary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
2
' 
in
 V
secondary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
400
p
s
im
 i
n
 W
b
/s
e
c
mutual flux
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-50
0
50
i1
 i
n
 A
primary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-1
0
1
i2
' 
in
 A
Time in sec
secondary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-20
0
20
40
60
Time trace of i
1
time in sec
i 1
0 50 100 150 200 250 300 350 400
5
10
15
20
frequency in Hz
F
o
u
ri
e
r 
tr
a
n
s
fo
rm
/N
Discrete transform of i
1
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
DC bias 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
1
 i
n
 V
primary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
v
2
' 
in
 V
secondary voltage
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-500
0
500
p
s
im
 i
n
 W
b
/s
e
c
mutual flux
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-100
0
100
i1
 i
n
 A
primary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-20
0
20
i2
' 
in
 A
Time in sec
secondary current
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-20
0
20
40
60
Time trace of 1
1
time in sec
1
1
0 50 100 150 200 250 300 350 400
5
10
15
20
25
30
frequency in Hz
F
o
u
ri
e
r 
tr
a
n
s
fo
rm
/N
Discrete transform of 1
1
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
MBA 3 pha 
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-200
0
200
v
A
B
 i
n
 V
primary line voltage
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-1000
0
1000
v
a
b
 i
n
 V
secondary line voltage
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-20
0
20
iA
 i
n
 A
primary line current
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-5
0
5
ia
 i
n
 A
secondary line current
GTMĐ – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện 
MBA ba pha 
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-2
0
2
(i
A
B
+
iB
C
+
iC
A
)/
3
 i
n
 A
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-0.01
0
0.01
(i
a
+
ib
+
ic
)/
3
 i
n
 A
1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21
-1
0
1
v
n
G
 i
n
 V
Secondary neutral to ground voltage
Time in sec