Chương 5
MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT
5.1. MBA BA DÂY QUẤN
MBA ba dây quấn là MBA có một dây quấn sơ và hai dây quấn thứ, dùng để
cung cấp điện cho các lưới điện có điện áp khác nhau, ứng với các tỉ số biến đổi :

2
1
2
1
12
N
N
U
U
a
==
;
3
1
3
1
13
N
N
U
U
a
==
(5.1)
Ưu điểm của MBA ba dây quấn so với MBA hai dây quấn :

1. Giá thành sản xuất rẻ hơn MBA hai dây quấn.
2. Mặt bằng chiếm chỗ bé hơn.
3. Liên tục truyền tải năng lượng từ dây quấn sơ sang hai dây quấn thứ hoặc
truyền từ dây quấn thứ nầy sang dây quấn thứ khác.
4. Tổn thất năng lượng bé hơn MBA hai dây quấn khoảng chừng hai lần.
Khuyết điểm của MBA ba dây quấn so với MBA hai dây quấn :
1. Độ tin cậy của MBA ba dây quấn bé hơn MBA hai dây quấn vì sự cố trong
MBA thì phía thứ cấp của hai lưới sẽ mất điện.
2. Việc bố trí đầu ra của MBA ba dây quấn phức tạp hơn MBA hai dây quấn.
Cũng như máy biến áp hai dây quấn, người ta chế tạo máy biến áp ba dây
quấn theo kiểu tổ máy biến áp ba pha hoặc máy biến áp ba pha ba trụ, ở mỗi pha đặt
ba dây quấn như hình 5.1. Tiêu chuẩn tổ nối dây MBA ba dây quấn Y
0
/Y
0
/∆-12-11 và
tổ MBA ba pha hay MBA ba pha ba trụ Y
0
/∆/∆-11-11.
Theo qui định tiêu chuẩn về công suất chế tạo MBA ba dây quấn:
102
3
1 2
2 1 3
2
U

1
U


3
U

2
I

1
I

3
I

Hình 5.1 MBA ba dây quấn
T
S
1đm
/S
1đm
S
2đm
/S
1đm
S
3đm
/S
1đm
.
1 1 1
1 1 2/3
1 2/3 2/3

(1 2/3 1)
5.1.1. Phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ thị vectơ của MBA 3 dây quấn.
Quá trình điện từ trong MBA ba dây quấn được mô tả mhư MBA hai dây quấn,
tất cả các đại lượng của hai dây quấn thứ 2, 3 quy đổi về số vòng của dây quấn sơ:
1
2
2
'
2
N
N
II
=
;
1
3
3
'
3
N
N
II
=
;
2
1
2
'
2
N

N
UU
=
;
3
1
3
'
3
N
N
UU
=
Cũng như MBA hai dây quấn, dòng từ hóa MBA ba dây quấn rất nhỏ được xác
định :
0IIII
0
'
3
'
21
≈=−−

(5.2)
Sđđ hổ cảm :
m
o
'
21
Y

I
EE


==
với Y
m
= G
fe
- jB
m

Điện kháng tản trong mỗi dây quấn:
1t1
LX
ω=
;
2t2
LX
ω=
;
3t3
LX
ω=
.
Điện kháng tản: X
1
, X
2
, X

3
là điện kháng tản tương đương của dây quấn, được
tìm thấy khi có tính đến ảnh hưởng của các dây quấn khác. (Ngẫu hợp từ thông tản).
Phương trình cân bằng điện áp của MBA ba dây quấn :
111111111
IZEIRjXIEU

+=++=
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
IZEIRjXIEU

−=−−=
. (5.3)

'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
'
3
IZEIRjXIEU

−=−−=
.
Tổng trở nhánh từ hoá Z
m
tìm được bằng tính toán hoặc thí nghiệm.
Các tổng trở Z
1
,Z’
2
,Z’

3
, được xác định từ thí nghiệm ngắn mạch (hình 5.3) như:
Z
n12
= Z
1
+ Z’
2
= r
n12
+ jx
n12

Z
n13
= Z
1
+ Z’
3
= r
n13
+ jx
n13
(5.4)
Z
n23
= Z’
2
+ Z’
3

= r
n23
+ jx
n23
.
Giải hệ phương trình ta tìm được :Z
1
, Z’
2
, Z’
3
.
103
Hình 5.2 Sơ đồ thay thế MBA 3 dây quấn
1
U

2
U

3
U

Z
1
Z
2
’
Z
m

Z
3
’
1
I

0
I

'
I
2

'
I
3

Z
1
=
2
1
(Z
n12
+ Z
n13
- Z
n23
);
Z’

2
=
2
1
(Z
n12
+ Z
n23
- Z
n13
); (5.5)
Z’
3
=
2
1
(Z
n13
+ Z
n23
- Z
n12
).
Từ đồ thị vectơ của MBA ba dây
quấn (hình 5-4), ta thấy U’
2
không
những phụ thuộc vào I’
2
mà còn phụ

thuộc vào I’
3
. Và U’
3
không những
phụ thuộc vào I’
3
mà còn phụ thuộc
vào I’
2
.
Để giảm ảnh hưởng nầy ta cần
giảm tổng trở Z
1
bằng cách đặt cuộn
dây 1 vào giữa 2 dây quấn 2 và 3, lúc
đó x
1
có thể có giá trị âm.
5.1.2. Độ thay đổi điện áp thứ cấp MBA ba dây quấn.
Dây quấn 1 và 2 :
dm
'
dm
*
U
UU
U
1
21

12
−
=∆
.
= u
nr*12
cosϕ
2
+ u
nx*12
sinϕ
2
+ u
nr*(3)
cosϕ
3
+ u
nx*(3)
sinϕ
3
(5.6)
Trong đó:

dm1
'
212n
12*nr
U
IR
u

=
;
dm1
'
212n
12*nx
U
IX
u
=
;
dm1
'
31
)3(*nr
U
IR
u
=
;
dm1
'
31
)3(*nx
U
IX
u
=
;
Dây quấn 1 và 3 :

104
U
n
Z
1
Z
3
’
Z
2
’
U
n
Z
1
Z
3
’
Z
2
’
U
n
Z
1
Z
3
’
Z
2

’
U
n
U
n
U
n
1
1
2
3
2
3










3
1
2
3
Hình 5.3 Sơ đồ và mạch điện thay thế khi thí nghiệm
ngắn mạch MBA ba dây quấn
Hình 5-4 Đồ thị vectơ MBA 3 dây quấn

jx
1
I
1
jx’
2
I’
2
E’
2
r’
2
I’
2
U’
2
I’
3
I’
2
I
1
I
0
U’
3
φ
dm
'
dm

*
U
UU
U
1
31
13
−
=∆
.
= u
nr*13
cosϕ
3
+ u
nx*13
sinϕ
3
+ u
nr*(2)
cosϕ
2
+ u
nx*(2)
sinϕ
2
.(5.7)
Trong đó:

dm1

'
313n
13*nr
U
IR
u
=
;
dm1
'
313n
13*nx
U
IX
u
=
;
dm1
'
21
)2(*nr
U
IR
u
=
;
dm1
'
21
)2(*nx

U
IX
u
=
;
I
2
, I
3
: dòng điện tải.
cosϕ
2
,cosϕ
3
: hệ số công suất.
5.2. MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU.
MBA tự ngẫu là loại MBA mà ở đó ngoài sự liên hệ về từ còn có sự liên hệ trực
tiếp với nhau về điện giữa dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.
Về cấu tạo và nguyên lý làm việc của MBA tự ngẫu tương tự MBA thông
thường, chỉ khác cách đấu dây giữa hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Trên hinh 5-3a,
trình bày một MBA tự ngẫu có một cuộn dây với một đầu rẽ (có thể nhiều đầu). Nếu
MBA tự ngẫu vận hành giảm áp thì dây quấn thứ là bộ phận của dây quấn sơ, còn
tăng áp thì dây quấn sơ là bộ phận của dây quấn thứ; trên hình 5-3b, ta nối MBA tự
ngẫu vận hành giảm áp như như vậy dây quấn thứ cấp là một phần của dây quấn sơ
cấp, và ta gọi:
N
CA
= số vòng dây phía điện áp cao
N
CA

= số vòng dây phía điện áp thấp
Tỉ số biến áp là:
HA
CA
HA
CA
N
N
U
U
=
hay là
CA
HA
CAHA
N
N
UU
=
Ở MBA tự ngẫu, ta thay đổi vị trí tiếp điểm trượt, sẽ thay đổi được số vòng dây
N
HA
và do đó thay đổi được điện áp U
HA
. Vì thế máy biến áp tự ngẫu dùng để điều
chỉnh điện áp ra liên tục.
MBA tự ngẫu một pha công suất nhỏ được dùng trong các phòng thí nghiệm và
trong các thiết bị điện có yêu cầu điều chỉnh điện áp ra liên tục. MBA tự ngẫu ba pha
thường dùng để điều chỉnh điện áp khi mở máy các động cơ điện không đồng bộ ba
pha công suất lớn nhằm giảm dòng điện mở máy và dùng để liên lạc trong hệ thống

điện có các cấp điện áp gần nhau như : 110-220; 220-500; 330-750 kV. Ngoài ra
MBA tự ngẫu dùng rộng rãi làm nguồn cho các thiết bị điện sinh hoạt.
105
Hình 5-5 Máy biến áp tự ngẫu một pha
(a) mạch điện cơ bản; (b) nối để vận hành giảm áp
Tải
~
N
CA
N
HA
(a)
(b)
Còn khuyết điểm của MBA tự ngẫu là dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp không
được cách ly về điện nên độ an toàn thấp. Chẳng hạn, nếu máy tự biến áp bị sự cố
trên đoạn AX ở hình 5.3a, đoạn nầy bị đứt như vậy gần như tải chịu toàn bộ điện áp
cao áp, rất nguy hiểm, nên khi vận hành với lưới điện trung tính MBA tự ngẫu phải
nối đất nếu không sẽ không an toàn; vì điện áp u
n
nhỏ nên dòng điện I
n
tương đối lớn;
MBA tự ngẫu yêu cầu cách điện cao hơn MBA thường.
Trên hình 5-6a trình bày MBA hai dây quấn, dây quấn sơ cấp có 80 vòng được nối
với nguồn có điện áp 240V và dây quấn thứ cấp có 20 vòng được nối với tải có điện
trở 1Ω. Điện áp và dòng điện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp như trình bày trên hình
5-6a, còn tỉ số biến áp xác định từ:
106
~
Tải

15A
60A
N
A
N
B
=20vg
(a)
240V
N
A
=80vg
N
B