Biến áp BÀI 3 MÁY BIẾN ÁP I.Mục đích yêu cầu - Trong các hệ thống Viễn thông và Công nghiệp luôn có biến thế để cung cấp nguồn cho mạch điện tử. Nếu nguồn không ổn định thì hệ thống không hoạt động được. - Sinh viên ngành Điện tử - Viễn thông cần phải hiểu rỏ về biến thế để sử dụng và chế tạo ra nó để cung cấp nguồn cho các mạch điện tử. I.Nội dung 1.1. CẤU TẠO: 1.1.1. Mạch từ : Được ghép bởi các lá sắt mỏng, có chứa lượng silili từ 1% ( 4% và có bề dày từ 0,35 ( 0,5 mm, nhằm mục đích giảm tổn hao điện năng do dòng FU - CO và hiện töôïng từ trể. Có hai loại mạch từ : - Mạch từ có dạng EI. Dùng cho máy biến áp một pha công suất nhỏ. - Mạch từ có dạng U.Gồm nhiều lá sắt hình chữ I ghép lại với nhau, dùng cho máy biến áp 1 pha và 3 pha công suất trung bình. - Mạch từ hình chữ X, đạt hiệu suất cao hơn nhưng gia công khó. 1.1.2. Cuộn dây quấn: Dây quấn có nhiệm vụ tăng áp và hạ áp, gồm có cuộn sơ cấp và thứ cấp. Dây quấn phải là dây đồng điện phân hoặc nhôm, có bọc lớp ê-may hoặc coton để cách điện. Máy biến áp nhỏ dùng dây tròn. Đối với dây chịu dòng lớn thì dùng dây dẹp. 1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở cảm ứng điện từ. - Khi cuộn thứ cấp W1 để hở, dòng điện sơ cấp I1 = I0 vào cuộn sơ cấp W1, tạo ra sức từ động F0 gây ra từ thôngĠ lưu thông trong mạch từ thông qua cuộn dây W1, W2 làm phát sinh ra các sức điện động E1 và E2 trong hai cuộn sơ cấp và thứ cấp. - Nếu nối cuộn thứ cấp với tải thì dòng điện thứ cấp xuất hiện. Khi tải tăng thì I2 tăng, làm cho I1 tăng tương ứng để giữ từ thông không đổi. 1.3. PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP: Có nhiều cách phân loại máy biến áp. Ở đây ta chỉ dựa vào cơ cấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp mà phân thành hai dạng máy biến áp: - Máy biến áp thường, có cuộn sơ cấp và thứ cấp biệt lập nhau. - Máy biến áp tự ngẫu, có các cuộn sơ cấp và thứ cấp dùng quấn chung một cuộn, do chúng có cùng một mạch. • Máy biến áp tự ngẫu có khối lượng dây đồng và mạch từ giảm, hiệu suất cao hơn biến áp thường. Nhưng lại gây guy hiểm cho người sử dụng nên ít được sử dụng. 1.4. MỘT SỐ MÁY BIẾN ÁP GIA DỤNG. Thực tập cơ sở Trang 18 Biến áp 1.4.1. Máy biến áp gia dụng một pha: Sơ đồ hình 2.1 trình bày máy biến áp tăng giảm áp sử dụng thông thường trong gia đình, nơi có nguồn điện không ổn định. Ở phần sơ cấp có hai công tắc chuyễn mạch điện. Công tắc trên chọn điện áp phù hợp với điện áp nguồn. Công tắc dưới hiệu chỉnh tinh điện áp ra đạt định mức 110V hoặc 220V. 1.4.2. Ổn áp. Thiết bị tự động ổn định điện áp ở ngõ ra khi điện áp nguồn thay đổi. Cấu tạo máy ổn áp gồm 1 biến thế tự ngẫu và một mạch điện tử tự động điều chỉnh để ổn định điện áp ngõ ra T1 1 5 6 4 8 Rv 2 0 Q1 VCC D1 . C2 - VCC- VCC 0 Rv 3 R2 - VCC . Q2 Q4 - + 2 1 3 4 VCC VCC Rv 1 R1A Q3 R3 C1 0 MG1 MOTOR DC 1 2 1.5. QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA: 1.5.1. Xác định số liệu dây quấn máy biến áp một pha: Thực tập cơ sở Trang 19 220V0V110V220V80V V 220V 160V 120V 80V 5 4 3 2 1 0 Ngoí ra Ngoí vaìo Chuäng Biến áp a. xác định tiết diện thực của lỏi sắt (S0 ): Cn cứ vào kích thước lỏi saĩt a, b xác đònh tiêt din lỏi saĩt nơi quân dađy. S 0 = ( 0,9 ÷ 0,93)S(cm 2 ) Chọn K= 0,9 nếu bề dày lá sắt efe = 0,35mm K= 0,93 nếu bề dày lá sắt efe = 0,50mm K= 0,8 (0,85 nếu lá sắt bị rỉ, lồi lõm. Với S = a.b (cm2 ). Kiểm tra cơng suất dự tính Pdt đối với mạch từ. P dt = U 2 .I 2 (VA) P mt = 2 0 2,1 S (AV) Cơng suất dự tính khơng lớn hơn cơng suất mạch từ là được. b. Tính số vòng dây mỗi Vơn: Từ cơng thức E= 4,44.f.BS0.W, với E = 1v, f = 50Hz. Ta có:ĉ. Rút gọn lại: ( ) vonvong S K W / . 0 1 = . K : Hằng số phụ thuộc theo B(weber/m2 ). S0 : Tiết diện thực của lỏi sắt (cm2) *. Chọn hệ số K theo mật độ từ B. Mật độ từ B 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5wb/mm 2 Hệ số K 64 56 50 45 41 37,5 34,5 32,4 30 c. Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp W1 : W1 = W.U1 (vòng/vơn). d. Tính số vòng dây của cuộn thứ cấp W2 : Thực tập cơ sở Trang 20 a b a b Hình 2.1 Biến áp Khi số vòng dây của cuộn thứ cấp, cần phải dự trù tăng thêm một số vòng dây, để bù trừ sự sụt áp do trở kháng của cuộn thứ cấp. W2 =W.(U1+ U2) (vòng/vôn); Độ dự trù điện áp ?U2 được chọn theo bảng sau: P(V.A) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500 ( ) % 2 U ∆ 4,5 4 3,9 3 2,5 2,5 2,5 2,5 2,0 g. Tính tiết diện dây sơ cấp và thứ cấp: Khi tính tiết diện dây nên căn cứ vào điều kiện làm việc của máy biến áp mà chon mật độ dòng j cho phù hợp. Nhiệt độ làm việc của máy biến áp không lớn hơn 800c. Bảng mật độ dòng j khi máy biến áp làm việc 24/24. P(V.A) 0 – 50 50 – 100 100 – 200 200 – 250 500 - 1000 J(A/mm 2 ) 4 3,5 3 2,5 2 Tiết diện dây sơ cấp xác địng theo mật độ dòng J: ( ) 2 1 2 1 mm JU p s η = . Với: (:Hiệu suất máy biến áp khoảng 0,85 ( 0,90. U1: Điện áp nguồn. Tiết diện dây thứ cấp: ( ) 2 2 2 mm J I s = Xác định đường kính dây d1, d2 . s s d 13,1 14,3 2 == . Vậy ĉ 22 13,1 sd = e. Kiểm tra khoảng trống chứa dây: Số vòng dây cho một lớp dây với d1cd = d1 + ecd. 1 1 1 −= cd l d L W với : - dây tráng ê- may: ecd = 0,03-0,08mm - dây bọc coton :ecd = 0,15 – 0,40mm - Số lớp ở cuộn thứ cấp: L l W W N 1 1 1 = - Bề dày của cuộn sơ cấp W1 : ( ) lcd Nd 111 . = ε Thực tập cơ sở Trang 21 Biến áp - Bề dày của cuộn sơ cấp W2 : ( ) lcd Nd 222 . = ε Bề dày của cả cuộn dây: ( )( ) 21 25,11,1 εεε +÷= t . So sánh bề dày của cuộn dây so với bề rộng của cửa sổ nếu nhỏ hơn thì ta tiến hành quấn dây. 1.5.2. Tính tóan số lệu của máy biến áp tự ngẫu. Đôi với máy biên áp tự ngẫu cần chú ý. - Cường độ dòng điện của cuộn dây chung cho hai dòng điện I 1 ,I 2 là I thì. I = I 1 – I 2 - Công suất biểu kiến của máy biên áp. cao thapcao dma U UU PP − = Tính số liệu dây quấn cũng tương tự như trên. 1.5.3. kỹ thuật quấn dây máy biến áp: a. Khuông cách điện: Khuông cách điện nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây và mạch từ, còn làm sườn cứng để định hình cuộn dây. b. Kỹ thuật quấn dây: Trước khi quấn dây phải vẽ sơ đồ bố trí dây ra ở thực tế để sau khi nối mạch không bị vướng và deê phân biệt. Thực tập cơ sở Trang 22 . . . . . . I 1 I 2 U 1 U 2 U 1 U 2 I 1 I 2 I 1 -I 2 Bieán aùp Bieán aùp töï Biến áp Khi quấn dây phải cố định đầu dây khởi đầu. Trong lúc quấn dây, dây phải thẳng và song song với nhau. Hết một lớp dây phải lót dấy cách điện. Đối với dây (d<0,15mm) thì chỉ lót giấy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp. Khi quấn nữa chừng muốn đưa dây ra ngoài thì phải gấp dây lại và thông qua ống gaine. Khi nối dây nữa chừng thì cũng đưa ra ngoài cuộn dây để nối. Khi sắp hoàn tất việc quấn dây, phải đặt đai vải hoặc giấy sau này quấn đề chồng lên băng vải, để cuối cùng lòn dây qua và rút chặt băng vải giữa cho chắc. c. Cách ráp lá sắt mạch từ: Ráp mạch từ hình chữ E vào trước theo hai chiều ngược nhau, rồi mới ráp mạch từ hình chữ I vào khe trống. 1.6. CÁC PAN THÔNG THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP: 1.6.1. Pan chạm masse: Trường hợp này gây hiện tượng giật điện, nổ cầu chì, bốc khói nhẹ là do sự chạm masse đã làm chập mạch cuộn dây. - Có thể do bị chạm giữa các cọc nối với vỏ sắt hoặc có sự cố nối tắt giữa các cọc điện. Dùng đồng hồ ôm kế kiểm tra giữa cuộn dây, cọc nối với võ. Kiểm tra các cọc đảo điện. Trường hợp nếu biến áp hoạt động bình thường, thì nơi bị chạm chỉ là một chỗ, có thể dây ra tróc lớp cách điện chạm vào võ bọc máy biến thế hoặc cọc nối bị lỏng lẻo chạm võ bọc hoặc masse. Nếu quan sát không thấy chổ chạm masse thì phải tháo cả mạch từ ra để cách điện. - Nếu biến áp hoạt động bình thường nhưng hơi giật nhẹ thì do biến áp bị ẩm. 1.6.2. Nếu biến áp đang hoạt động bị nổ cầu chì - Thay cầu chì đúng cở và cho biến áp vận hành không tải mà vẫn bình thường thì do biến áp làm việc quá tải. - Nếu máy biến áp vận hành không tải vẫn bị nỗ cầu chì thì do cuộn dây bị chập cần quấn lại. 1.6.3. Máy biến áp vận hành rung lên kềm theo phát nhiệt. - Do biến áp quá tải. Thực tập cơ sở Trang 23 Sơ cấp Thứ cấp Biến áp - Do mắc không đúng với điện áp nguồn. - Do mạch từ ghép không chặt. Cần phải siết chặt lại và tẩm verni giữa các cuộn dây và khe hở để chằn cứng lá sắt lại. - Do lá sắt từ kém phẩm chất hoặc thiếu vòng dây. 1.6.4. Máy biến áp không hoạt động. Kiểm tra các tiếp điểm, kiểm tra các cuộn dây. II.Phần thực tập cụ thể - Tính toán biến thế có điện áp ngõ vào 220V, điện áp ngõ ra 5V, 12V, dòng 1A. - Tiến hành quấn biến thế. - Cấp nguồn cho biến thế và kiểm tra điện áp thứ cấp. * Yêu cầu: Các dây quấn phải song song và sát nhau. Khi sử dụng dòng cao nhất thì biến thế không phát âm và nóng. Điện áp ngõ ra ổn định. Thực tập cơ sở Trang 24 . đổi. 1.3. PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP: Có nhiều cách phân loại máy biến áp. Ở đây ta chỉ dựa vào cơ cấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp mà phân thành hai dạng máy biến áp: - Máy biến áp thường, có cuộn. do biến áp làm việc quá tải. - Nếu máy biến áp vận hành không tải vẫn bị nỗ cầu chì thì do cuộn dây bị chập cần quấn lại. 1.6.3. Máy biến áp vận hành rung lên kềm theo phát nhiệt. - Do biến áp. cứ vào điều kiện làm việc của máy biến áp mà chon mật độ dòng j cho phù hợp. Nhiệt độ làm việc của máy biến áp không lớn hơn 800c. Bảng mật độ dòng j khi máy biến áp làm việc 24/24. P(V.A) 0 –