QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP potx

QUẤN DÂY MÁY BIẾN APMục tiêu thực hiện: Học xong bài này, học viên có năng lực:  Quấn lại máy biến áp theo số liệu có sẵn, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật,theo tiêu chu

QUẤN DÂY MÁY BIẾN AP

Mục tiêu thực hiện:

Học xong bài này, học viên có năng lực:

 Quấn lại máy biến áp theo số liệu có sẵn, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật,theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện

 Tính toán quấn mới máy biến áp, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật, theo tiêuchuẩn kỹ thuật điện

Nội dung chính:

 Dụng cụ - Thiết bị:

- Lõi thép máy biến áp cách ly 50VA; Lõi thép survoltuer (5  20).

4.1 Quấn máy biến áp theo số liệu có sẵn.

Là dạng bài toán mà người thợ đã có trước một lõi thép nào đó Từ lõi thép có sẵn này kết hợpvới các yêu cầu cần có khác (thông thường là điện áp U2 và U1) sẽ tiến hành xác định các thông số cònlại sao cho phù hợp với lõi thép đã có

Có thể tóm tắt bài toán như sau:

Biết trước: Tiết diện lõi thép At; U2; U1.Cần tìm: SBA  I2  I1; n1; n2; d1; d2

Các bước tiến hành như sau:

1 Từ tiết diện lõi thép đã có tiến hành xác định dung lượng SBA theo biểu thức:

B A

[VA]

I2 = 2

2

U S

[A]

3 Vẽ lại sơ đồ hoàn chỉnh MBA:

4 Tính số vòng dây quấn cho mỗi vôn:

(4.3)

Trong đó:

Tiết diện lõi thép được tính bằng m2

Nếu tiết diện lõi thép được tính bằng cm2 và f = 50Hz thì biểu thức trên trở thành

(4.4)

5 Tính số vòng quấn cho cuộn sơ cấp và thứ cấp:

a Số vòng quấn cho cuộn sơ cấp:

(4.5)

b Số vòng quấn cho cuộn thứ cấp:

Khi máy biến áp mang tải thì điện áp trên tải sẽ sụt giảm một lượng so với lúc không tải Đểđảm bảo đủ điện áp cung cấp cho khi máy vận hành thì phải trừ hao lượng sụt áp này khi tính toán từ(5  15)%

(4.6)

6 Tính dòng điện phía sơ cấp:

Tra bảng chọn hiệu suất của MBA và tính ra dòng điện phía sơ cấp

(4.7)

7 Tính đường kính dây quấn:

Chọn mật độ dòng điện thích hợp và tính đường kính dây quấn

2



U S

1

nv 

n1 = nV U1

Với J là mật độ dòng điện (A / mm2); Chọn tùy vào chế độ làm việc của MBA

 MBA làm việc liên tục J = (2,5  5) A/mm2

 MBA làm việc ít J có thể chọn đến 7A/mm2

 Tính bề dày cuộn dây

- Cuộn sơ cấp có bề dày BD1 được tính từ số vòng quấn n1

- Cuộn thứ cấp có bề dày BD2 được tính từ số vòng quấn n2

- Bề dày cả cuộn dây BD = BD1 + BD2 + (1  2)mm

 Số vòng dây quấn cho 1 lớp:

(4.11)Trong đó:

hK: Chiều dài h của khuôn quấn

d/ : Đường kính dây kể cả cách điện

 Số lớp dây quấn:

(4.12)

Trong đó:

n: Số vòng dây của từng cuộn (sơ hoặc thứ cấp)

nVL: Số vòng dây quấn cho 1 lớp

 Bề dày cuộn dây sơ hoặc thứ BD1(2) = nL1(2) d/

nL 

9 Tính khối lượng dây quấn (W)

(4.13)Với: W1; W2 là khối lượng của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Khối lượng của từng cuộn dây được tính theo biểu thức

(4.14)

Trong đĩ:

LTB: Là chiều dài trung bình của một vịng dây (tính bằng dm)

n: Số vịng quấn của cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp

d: Đường kính dây quấn ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp (tính bằng mm2)

W: Là khối lượng (tính bằng Kg)

4.2 Tính tốn quấn mới máy biến áp.

Laứ dáng baứi toaựn maứ ngửụứi thụù nhaọn ủửụùc nhửừng yẽu cầu kyừ thuaọt cần coự chomoọt maựy bieỏn aựp cú theồ tửứ khaựch haứng nhử ủieọn aựp nguồn vaứo; ủieọn aựp ra cần coự;cõng suaỏt ngoỷ ra; múc ủớch sửỷ dúng Vụựi dáng baứi toaựn naứy chuựng ta phaỷi xaực ủũnhủửụùc tieỏt dieọn loừi theựp; soỏ voứng dãy quaỏn sụ caỏp, thửự caỏp vaứ ủửụứng kớnh dãy quaỏn

sụ caỏp, thửự caỏp

Coự theồ toựm taột baứi toaựn nhử sau:

Bieỏt trửụực: SLOếI; U2; U1

Cần tỡm: SBA  I2  I1; n1; n2; d1; d2

4.2.1 Phương pháp tính tốn máy biến áp cảm ứng:

Máy biến áp cảm ứng hay cịn gọi là máy biến áp hai dây quấn, là loại máy biến áp cĩ dây quấn

sơ cấp và thứ cấp cách ly nhau Ký hiệu máy biến áp hai dây quấn như hình 4.1 Trình tự tính tốn dâyquấn và chọn kích thước lõi thép được tiến hành theo các bước sau:

Bước 1: Xác định các số liệu yêu cầu:

-Điện áp định mức phía sơ cấp U1 [ V ]

-Chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn

Bước 2: Xác định tiết diện tính toán cần dùng cho lõi sắt (At ):

(4.16)

Trong đó:

At: là tiết diện tính toán của lõi thép [cm2]

S2: là công suất biểu kiến cung cấp tại phía thứ cấp biến áp [ VA ]

K: là hệ số hình dáng lõi thép

Khi lá thép dạng EI (hình 4.2) ta có K = 1  1,2 Khi lá thép dạng UI (hình 4.3) ta có K = 0.75  0,85

Bm: là mật độ từ thông sử dụng trong lõi thép Tùy theo hàm lượng silic nhiều hay ít màchọn Bm cao hay thấp Cũng tùy theo loại lá thép được chế tạo theo dạng dẫn từ có định hướng hoặckhông định hướng mà chọn Bm cao hay thấp

Đối với lá thép dẫn từ không định hướng: Bm = (0,8  1,2)T

Đối với là thép có dẫn từ định hướng: Bm = (1,2  1,6)T

m t

B

S K

Bước 3: Chọn kích thước cho lõi thép, khối lượng lõi thép.

 Kích thước cho lõi thép:

Gọi Ag là tiết diện tính từ kích thước thực sự của lõi thép, ta có:

(4.17)Trong đó:

a: là bề rộng lá thép cm

b: là bề dày lõi thép cm

Như vậy giữa Ag và At chênh lệch nhau do:

Hình 4.2 : Lõi thép dạng E,I Hình 4.3) 8,9 L : Lõi thép dạng U,I

Hình 4.5: Cách đo lấy kích

thước lõi thép dạng U I

b a

A g 

 Bề dầy cách điện tráng trên lá thép (để giảm nhỏ dòng điện Foucault chạy qua các lá thép tronglõi).

(4.18)

 Độ ba vớ có trên lá thép do công nghệ dập định hình lá thép gây nên

Độ chênh lệch này được xác định bằng hệ số ghép Kf, ta có:

Trong thiết kế tính toán, tham khảo giá trị Kf theo bảng sau:

Bề dầy lá thép

(mm)

Kf

Lá thép ít ba vớ Lá thép nhiều ba vớ0,35

0,5

0,920,95

0,80,85

 Chú ý:

Nếu đo được bề dầy mỗi lá thép và biết chính xác số lá thép ta tính được At và có thể xem At =

Ag

Dựa vào giá trị Ag, ta chọn được kích thước a, b của lõi thép

Để dễ dàng trong thi công quấn dây, thường giữa a và b có mối quan hệ về kích thước như sau:

Từ đó, ta có quan hệ sau :

Ag = a.b = a2 (khi chọn a = b)

Ag = a.b = a.1,5a = 1,5a2 (khi chọn b = 1,5a)

Tóm lại: Khi biết trước giá trị Ag, ta có thể xác định dãy giá trị a để chọn, bằng cách tính sau:

a a

5 ,

1 vµ víi

 Khối lượng lõi thép:

Gọi  là khối lượng riêng của thép kỹ thuật điện  = 7,8 kg/dm3

Suy ra khối lượng lõi thép là :

h) c 7,8.2ab(a

Wth 

h) c (a 2ab

b46,8a

th 

 Trường hợp kết cấu lõi thép dạng UI : (hình 4.7)

Thể tích lõi thép đã trừ đi cửa sổ là:

2 = 5A

Tham số tại thứ cấp gồm:U2 = 15V; I2 = 5A

75 = 10,269 cm2  12,32 cm2

32 , 12 27 ,

= 10,81 cm2  12,97 cm2Xác định amin và amax theo khoảng Ag = 10,81 cm2  12,97 cm2

5 , 1

81 , 10 5

, 1min  Ag 

amax  Ag  12 , 97  3 , 6cmTóm lại, để thực hiện biến thế có công suất 75VA ta chọn a trong khoảng từ 2,7cm đến 3,6cm

Giả sử trong thí dụ này ta chọn:

a = 3,2cm; b = 3,4cm; Wth = 1,63Kg

Ag = 10,88 cm2; At = 10,336 cm2 (Kf = 0,95)

Khi dùng lá thép E, I đúng tiêu chuẩn, kích thước lõi thép cần dùng (để tạo ra S2 = 75VA) như

m t

n

44,41



U20: là điện áp thứ cấp khi không tải.

U2: là điện áp thứ cấp khi tải định mức

Thường ta đặt tham số U% với định nghĩa:

n

44,4

104



m t

n

045,45



t v

U%

2

20 2

2 20

U U

h 0 2

2 h

20 C U

U% 20 17 15 12 10 9 8 7,5 7 Hoặc tham khảo bảng dùng cho phụ tải thuần trở (hệ số cos = 1)

5060708090100120150

1,121.111,101,091,0851,081,0751,065

180200250300350400500600

1,0601,0581,0521,0481,0451,0421,0381,035

7008009001000150020003000

1,0321,0301,0281,0251,0201,0161,009

Bước 6:

Xác định số vòng dây quấn tại sơ cấp và thứ cấp:

(4.36)(4.37)

54 , 37 =3,6319  3,632 vòng/vôn

2 U n

N 

v 1

1 U n

N 

N1 = U1.nv = 110 3,632 = 399,52 vòng  400 vòng

N2 = U20 nv = 16,5 3,632 = 59,928 vòng  60 vòng

Bước 7:

Ước lượng hiệu suất  của máy biến thế, xác định dòng điện phía sơ cấp I1

Trong thiết kế sơ bộ, hoặc đơn giản hóa, hiệu suất  có thể tra bảng theo S2 Có thể tham khảomột số bảng sau:

 Theo Robert Kuhn:

Sau khi tra bảng, chọn được  % cho biến thế, từ đó xác định được dòng điện phía sơ cấp:

- Điều kiện giải nhiệt dây quấn

- Chế độ làm viện (dài hạn hay ngắn hạn)

Ta có thể tham khảo các bảng giá trị cho phép của J như sau:

Bảng quan hệ giữa J theo S2, khi biến thế vận hành liên tục, điều kiện giải nhiệt kém (hoặc cấpcách điện thấp)

J (A/mm2)với độ gianhiệt 600C

At (cm2)

J (A/mm2)với độ gia nhiệt

400C

J (A/mm2)với độ gia nhiệt

(4.39)

1

2 1

% U

S I

Giả sử biến thế vận hành 10 giờ/ngày, cách điện sử dụng cấp A, chọn J = 5,5 A/mm2 (ứng với S2

= 75), suy ra đường kính dây quấn sơ và thứ cấp như sau:

d1 = 1,13

5 , 5

775 , 0 = 0,424 mm, chọn d1 = 0,45 mm

d2 = 1,13

5 , 5

5 = 1,07mm, chọn d2 = 1,1mmChọn dây emay có đường kính dây kể cả cách điện là:

d1cđ = 0,5mm

d2cđ = 1,15mm

Bước 9:

Chọn bề dầy cách điện làm khuôn quấn dây (ec) và bề cao hiệu dụng quấn dây (Hhd)

Để dễ thi công quấn dây, thông thường ta chọn:

ak = a + (1  2)mm

bk = a + (1  2)mm

Hhd = H - [2ec + (1  2)mm]

Trong đó:

Hhd: là bề cao hiệu dụng để quấn dây

ec: là bề dày bìa cách điện, chọn theo cấp công suất của biến áp

75

Hình 4.10: Chọn kích thước cách điện làm khuôn quấn dây

Để đảm bảo độ bền cơ học chọn ec theo c p công su t c a bi n th nh b ng sau: ấp công suất của biến thế như bảng sau: ấp công suất của biến thế như bảng sau: ủa bộ chỉnh lưu): ến thế nguồn của bộ chỉnh lưu): ến thế nguồn của bộ chỉnh lưu): ư ảng sau

S2 (VA) 1  10 10  200 200 500 500  1000 1000  3000

Bước 10:

Xác định số vòng cho một lớp dây quấn sơ và thứ cấp

Gọi: SV1 là số vòng một lớp dây quấn sơ cấp

SV2 là số vòng một lớp dây quấn thứ cấp

Ta có:

(4.41)(4.42)

Trong đó:

Kq: là hệ số quấn dây

+ Với dây đồng bọc cotton: Kq = 0,9  0,93

+ Với dây đồng tráng emay: Kq = 0,9  0,93

Bước 11:

Xác định số lớp cho mỗi phần dây quấn sơ và thứ cấp

(4.43)(4.44)

Trong (4.43) và (4.44) làm tròn số, sau đó xác định bề dày cách điện giữa mỗi lớp dây quấn bên

sơ và thứ cấp, sau cùng xác định cách điện giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Ta có công thức tổng quát:

(4.45)

Từ công thức tổng quát (4.45) ta viết lại cách tính cho ecđ1 và ecđ2:

Bề dầy cách điện giữa

2 lớp liên tiếp nhau

[mm]

Hiệu điện thế giữa hai lớp

[V]

1000

= 1,4

K.d

SV N



Xác định bề dày mỗi phần dây quấn.

Khi biến áp có lõi thép E I, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp quấn trên một trục lõi (bố trí đồngtrục), ta xác định bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp như sau:

Gọi: BD1 là bề dầy cuộn dây sơ cấp

BD2 là bề dầy cuộn dây thứ cấp

BD là bề dầy tổng của cả bộ dây

Ta có:

(4.48)(4.49)(4.50)

Nếu Klđ1 tính thỏa mãn giá trị nói trên thì ta tính tiếp các bước còn lại

Nếu không thỏa mãn giá trị nói trên ta phải tính lại, điều chỉnh lại kết cấu để bỏ lọt dây quấn

Chú ý:

Cũng có thể kiểm tra bằng cách tính khác (ngay sau bước 8)

V n

SV1

cd1 0,0624

V n

SV2

cd2 0,0624

) e (d SL

BD1 1 1cd  cd1

) e (d SL

BD2  2 2cd  cd2

cd3 c 2

1 BD e e BD

10001,4

Kld1

Gọi kld2 là hệ số lấp đầy, tính theo tiết diện choán chỗ của dây quấn so với tiết diện cửa sổ mạch

h c

S N S

Sơ cấp Thứ cấp

Hình 4.11: Một số cách bố trí dây quấn đối với biến thế hai dây quấn

Giả sử kết cấu dây quấn sơ cấp bố trí bên trong và thứ cấp bao bọc quanh sơ cấp, bề dài trungbình Ltb1 và Ltb2 cho bộ dây sơ và thứ cấp xác định như sau (xem hình 4.12).

.d.L k

=

1 dp 1



Hình 4.12: Cách bố trí dây quấn sơ cấp bên trong

và thứ cấp bên ngoài bao bọc quanh sơ cấp

1 /

/ tb1 2(a b ) BD

 1 cd 2/

/

.L N

L1  1 tb1

.L N

L2  2 tb2

Trong đó:

Kdp: là hệ số dự phòng do sai số trong thi công thực tế so với tính toán

+ Với dây emay: Kdp = 1,1  1,15

+ Với dây bọc cotton: Kdp = 1,2  1,3

Tương tự, khối dây quấn thứ cấp được tính:

S1cđ =

4

5 , 0 2



= 1,038 mm2  1,04mm2Diện tích cửa sổ lõi thép:

Scs = c.h = 16 48 = 768mm2

Klđ =

768

4 , 142 768

04 , 1 60 2 , 0 400





= 0,185Với Klđ tính được quá thấp so với tiêu chuẩn cho phép (0,7  0,8) ta có thể điều chỉnh giảm kíchthước lõi thép, để giảm khối lượng dây Tuy nhiên muốn duy trì các tham số khác không đổi ta phảigiữ tiết diện lõi thép như lúc đầu đã tính

Ta thử xét phương án điều chỉnh như sau:

 Chọn Klđ tăng lên khoảng 0,36 và giả sử số liệu dây quấn sơ và thứ cấp không đổi Tổngdiện tích choán chỗ của bộ dây không đổi, vẫn bằng 142,4mm2 Suy ra diện tích cửa sổ là:cửa sổ là:

Scs =

36 , 0

4 , 142 = 395,55mm2Căn cứ theo Scs tính ra a:

10 8,9 4

.d.L K

=

2 dq 2



Đối chiếu theo thí dụ 1 ta có thể chọn a tại mức thấp nhất là a = 24mm

 Nếu duy trì số vòng như cũ, theo thí dụ 2 ta cần duy trì:

Ag = 10,88cm2 để có At = 10,336cm2Muốn vậy: b =

4 , 2

88 , 10



a

Ag

= 4,5cmTóm lại, ta điều chỉnh lại kích thước lõi thép để giảm khối lượng thép và khối lượng dây đồng,đồng thời nâng cao Klđ, lợi dụng tối đa khoảng trống cửa sổ lõi thép

Ta chọn:

a = 2,4cm; b = 4,5cm; Wth = 46,8a2b = 1,21kg  1,2kg

(Xem hình 4.13)

Như vậy, kết cấu mới được điều chỉnh lại có số liệu như sau:

Hình 4.13) 8,9 L: Kích thước lõi thép cần dùng sau khi điều

chỉnh

24mm

45mm

12mm 3) 8,9 L6mm

Hệ số lấp đầy rãnh (tính theo tiết diện) là Klđ = 0,53

Căn cứ vào số liệu mới, tính lại các bước từ bước 9 đến bước 14

Bước 9:

Bề dầy khuôn quấn dây: ec = 1mm

Kích thước khuôn giấy:

33

hd K d

H

vòng / lớp

SV2 = 0 , 95 27 , 26 27

15 , 1

SV

N

lớpXác định bề dầy cách điện giữa các lớp sơ cấp với nhau:

62 0,25mm chọn ecđ1 = 0,25mmXác định bề dầy cách điện giữa các lớp thứ cấp với nhau:

ecđ2 = 0,0624 

66 , 3

27 0,169mm chọn ecđ2 = 0,2mm

Kiểm tra lại hệ số lấp đầy theo bề dầy cửa sổ bị choán chỗ

Klđ =

c

BD

= 12

8 , 9 = 0,816

Chú ý: Nếu cách điện lớp chọn theo tiêu chuẩn kỹ thuật như trên ta có thể giảm bề dầy cách điện

tính theo công thức (4.31), (4.32), (4.33), (4.37) xuống 0,5 lần

Với thí dụ tính toán trên nếu hiệu chỉnh:

Bề dài trung bình của một vòng dây quấn thứ cấp:

Ltb2= 2(a’+b’) + .[2(BD1+ecđ3) + BD2] = 185,74 mmChọn Ltb2= 186 mm = 1,86 dm

Tổng bề dài cuộn dây quấn sơ cấp:

L1= N1.Ltb1= 402.1,592 = 640 dmTổng bề dài cuộn dây quấn thứ cấp:

 10-4.8,9

W1= 0,0996 kg  0,1 kg Khối lượng bộ dây quấn thứ cấp:

W2= 1,1.112

4

1 , 1 2



10-4.8,9

W2= 0,1042 kg  0,11 kg Tổng khối lượng bộ dây quấn:

W= W1 + W2 = 0,1 + 0,11 = 0,21 kg

 TÓM TẮT KẾT QUẢ NHƯ SAU :

 Kích thước mạch từ:

Hệ số lấp đầy: Llđ = 0,33 (tính theo thiết diện choán chỗ)

Llđ = 0,68 (tính theo bề dày choán chỗ)

Bề dày cách điện giữa các lớp sơ cấp và thứ cấp:

ecđ1 = ecđ2 = 0,1 mm

Bề dày cách điện khuôn: ec = 1 mm

Bề dày cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp: ecđ3 = 0,25 mm

4.2.2 Phương pháp tính toán máy biến áp tự ngẫu:

a Trình tự tính toán máy biến áp tự ngẫu:

Đối với MBA tự ngẫu 1 ngỏ vào và 1 ngỏ ra thì 2 ngỏ này có thể hoán đổi cho nhau khi sử dụng,

do đó khi tính toán phải đảm bảo cả 2 trường hợp

 Gọi SBA là dung lượng của biến áp trong cả 2 trường hợp

 Căn cứ vào U1, U2 đã có suy ra I1, I2 Sau đó căn cứ vào sơ đồ sẽ tính ra được dòngđiện chạy trong đoạn dây chung IC

 Tiếp theo sử dụng các biểu thức ở phần 4.2.1 để tìm các thông số còn lại

I2

I1

IC

 Gọi Iđm là dòng điện ứng với điện áp thấp của máy

 Khi ngỏ ra là 110V

- Chọn hiệu suất  = 90% thì I1 được tính

- Tính dòng điện trong đoạn dây chung

 Khi ngỏ ra là 220V:

- Chọn hiệu suất  = 90% thì I1 được tính

- Tính dòng điện trong đoạn dây chung:

- Tóm lại ta có :

I1 =

220.9,0

550.U1 

550.U1 

S BA

 = 5,6A = 1,1 Iđm

 Tính toán theo sơ đồ

Dựa vào sơ đồ nguyên lý, tính toán các thông số của adaptuer hoặc survoltuer theo trình tự bàitoán ngược

a Đối với adaptuer: Phía thứ cấp có nhiều ngỏ ra Cần chú ý giá trị điện áp của từng ngỏ đểtính số vòng quấn cho chính xác

0

11 0 22 0

0 3) 8,9 L 6 9

4, 5

1 2

C +

7

11 0

22 0

5 3) 8,9 L 6 9

16 0

8

8 0

4

2 1 0

V

0

22 0

11 0

C Đ S

A

G 1

G

RA TẢINGUỒN VÀO