+Pttn : công suất tiêu thụ nguồn của tải thứ n W , đây là công suất tiêu thụ điện năng từ nguồn thứ cấp để nuôi cho thiết bị điện hoạt động.. -Tuy nhiên, muốn có lõi tối u thì phải chủ đ
Trang 1Bài 1: Vẽ sơ đồ và tính toán thông số cho một máy biến áp 1 pha có số liệu sau:
Điện áp đầu vào có 2 đầu 220/110V Đầu ra cung cấp cho 1 cho một quạt bàn có công suất là P=20W, điện áp U=12V và một bóng đèn sợi tóc có công suất P=5W,
điện áp 6V.
- Máy biến áp (MBA) 1 pha cần thiết kế có các yêu cầu nh sau:
+ Điện áp đầu vào có 2 đầu 220V/110V
+ Đầu ra cung cấp cho 1 quạt bàn có P=20W, U=12V và một bóng đèn sợi tóc có P=5W, U=6V
- Vì MBA cần thiết kế có dung lợng nhỏ nên ta có thể thiết kế MBA theo các bớc sau: + Xây dựng sơ đồ và các tham số của MBA
+ Tính kích thớc lõi
+ Tính số vòng dây và cỡ dây quấn
+ Tính diện tích cửa sổ
B
ớc 1: X ây dựng sơ đồ và các tham số của MBA
- Sơ đồ biến áp đợc xây dựng dựa trên cơ sở thực tế của nguồn và tải, có xét các điều kiện cho phép về vật liệu ( cỡ dây quấn)
- Bởi MBA làm việc với 2 điện áp nguồn và 2 tải nên ta chọn sơ đồ MBA nh sau:
- Các tham số của MBA bao gồm có điện áp sơ cấp U1, điện áp thứ cấp U2, dòng điện sơ cấp I1, dòng điện thứ cấp I2, công suất toàn phần sơ cấp S1 và công suất toàn phần thứ cấp S2
Ta có : U1= Un=220V/110V ;
U2=Ut=12V/6V
+ Un- điện áp nguồn sơ cấp (V)
+ Ut- điện áp làm việc định mức của tải (V)
- Bởi MBA làm việc với hai tải nên S2 đợc tính theo công thức:
S2 S21S22
,
cos cos
2
n n
thn n
ttn n
P P
S
+) S2n : công suất biểu kiến ở ra tải thứ n ;
Búng đốn (6V-5W)
Quạt bàn (12V-20W)
1
Trang 2+)Pttn : công suất tiêu thụ nguồn của tải thứ n (W) , đây là công suất tiêu thụ điện năng từ nguồn thứ cấp để nuôi cho thiết bị điện hoạt động Nó công suất đầu vào của thiết bị nhận áp
+)Ptbn : công suất thiết bị của tải thứ n (w), đây là công suất sinh công hữu ích dới dạng năng lọng đã đợc chuyển đổi Nó là công suất đầu ra của thiết bị nhận áp
+)cos n: hệ số công suất của tải thứ n( tra bảng 3-1);
+) ncos n: tích số hiệu suất thiết bị và hệ số công suất của tải thứ n ( tra ở bảng 3-1) +)n = 1,2 : trong đó tải 1 là quạt bàn còn tải 2 là bóng đèn
Bảng 3-1: cos và cos của một số thiết bị điện
đền ống, tủ lạnh, điều hoà nhiệt độ
Quạt điện
Động cơ dới 20kW Thiết bị điện tử ( máy thu thanh, thu hình…))
Thiết bị thuần trở
0.6 0.6 – 0.8 0.8 0.8 – 0.9 1
0.4 – 0.6 0.5 – 0.6 0.7 – 0.8 0.7 – 0.8 1
- Xét tải 1: do tải là quạt điện nên ta chọn 1cos 1 0 , 5
=> 40 ( ).
5 , 0
20 cos 1
1
1
- Xát tải 2: do tải là bóng đèn đợc coi là thiết bị thuần trở nên ta chọn cos 1 1
=> S22 P tt2 5 (VA).
Vậy: S2 S21S22 40 5 45 (VA).
-Công suất toàn phần sơ cấp:
ba
2 1
S
+) ba: hiệu suất biến áp (tra ở bảng 3-2)
Bảng 3-2 Hiệu suất của một số loại biến áp
S2 (VA) Đến 10 10 - 30 30 - 50 50 - 100 100-150 Trên 150
ba
0.6-0.7 0.7-0.8 0.8-0.85 0.86-0.9 0.9 0.9-0.95
-Vì MBA có S2= 45 (w) nên ta chọn ba 0 , 818=> 55 ( )
818 , 0
45
- Dòng điện định mức phía sơ cấp và thứ cấp là:
Với điện áp vào 220V: 0 , 25
220
5 5 S
1
1
U
Với điện áp vào 110V: 0 , 5
0 11
5 5 S
2
1
U
2
Trang 3Với tải 1: 3 , 75
12
45 S
21
2
21
U
Với tải 2: 7 , 5
6
45
22
2
22
U
S
B
ớc 2 : Tính kích th ớc lõi :
Lõi thép kiểu EI
- Kiểu lõi biến áp mà ta chọn ở đây là kiểu lõi EI có các kích thớc quan hệ theo tỷ lệ nh sau:
b = 11,5a; h = 1,5a; c = 0,5a;
+) a- độ rộng bản (cm);
+) b- chiều dầy xếp tôn (cm);
+) c-độ rộng của sổ (cm) ;
+) h- chiều cao của sổ (cm) ;
+) a/2- độ rộng chữ I (cm);
-Các tỷ lệ trên sẽ cho một bộ lõi có kích thớc bé nhất và khối lợng dây quấn ít nhất theo yêu cầu đẻ ra về công suất Tức là cho một phơng án tối u về công suất và giá thành Với các bộ lõi đạt kích thớc tối u, nếu xác định đợc độ rộng bản a có thể suy ra các kích thớc còn lại
-Tuy nhiên, muốn có lõi tối u thì phải chủ động đợc khâu chế tạo lõi còn trên thị trờng thì không bao giờ chọn đợc lõi có kích thớc mong muốn nên khi tính toán đợc các kích thớc của lõi, ta cần so sánh các kích thớc này với kích thớc hiện có trên thị trờng để chọn
ra kích thớc phù hợp nhất
- Xác định tiết diện mặt cắt lõi thép là phần diện tích lõi thép biến áp nằm trong lòng ống dây Công suất của MBA nói chung và biến áp điện lực một pha nói riêng phụ thuộc vào tiết diện này và chất liệu của vật liệu sắt từ Tiết diện của mặt cắt mà lớn và độ từ thẩm của vật liệu sất từ mà cao thì công suất biến áp sẽ lớn và ngợc lại
- Tiết diện mặt cắt đợc xác định nh sau :
Aci =1,2Khc S1 ;
a
b h
c a/2
3
Trang 4Add =
td
ci
K
A
+) Aci-tiết diện có ích(cm2 ) : là phần diện tích lõi thép biến áp trong lòng ống dây tham gia hữu ích trong quá trình truyền tải năng lợng từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp, đậi lợng này không đo đợc bằng thớc
+) Add -tiết diện đo đạc(cm2 ) : là số đo diện tích thực tế của phần lõi thép biến áp trong lòng ống dây sau khi đợc ép chặt hết cỡ, đại lợng này có thể đo đợc bằng thớc
+) S1- công suất toàn phần sơ cấp(VA);
+) Khc -hệ số hiệu chỉnh tiết diện, ở đây ta chọn lõi làm bằng tôn silic thế hệ cũ chất l-ợng trung bình nên Khc=1;
+) Ktd -hệ số lấp đầy tiết diện, ở đây ta chọn đối với tôn dày 0,5 mm thì Ktd = 0,92
Tiết diện mặt cắt của BA
- Vậy :
Aci =1,2.1 55 8,9 (cm2);
Add =
92 , 0
9 , 8
9,67 (cm2)
- Tính độ rộng bản và chiều dày xếp tôn:
a=
5 , 1
1
dd
A
= 2 , 54 3 , 11
5 , 1 1
67 , 9
, ta chọn a= 2,76 (cm) ;
b=
a
A dd
76 , 2
67 , 9
3,5 (cm)
B
ớc 3 : Tính số vòng và cỡ dây quấn
* Tính số vòng dây :
- Ta tính số vòng dây qua một đại lợng trung gian là số vòng/ vôn, kí hiệu là: W W là số vòng phải quấn cho một vôn điện áp vào và một vôn điện áp ra (điện áp không tải) Nó phụ thuộc vào tiết diện mặt cắt và chất lợng của lõi thép biến áp W đợc xác định theo công thớc thực nghiệm:
W=
ci
A
N
a
4
Trang 5+) W- số vòng/ vôn (vg/V);
+) N- hệ số chất lợng lõi( lấy từ 4060 đối với nhóm tôn sillic thế hệ cũ )
- Trong trờng hợp này MBA của ta có bề dày lá thép cỡ 0,5mm nên chọn N= 50 Tuy nhiên, đối với các lõi đợc cắt dập gia công thờng có bavia và kích thớc các lá không
đồng đều Mặc dù vẫn là tôn silic có độ từ thẩm cao nhng do bavia và cong vênh lớn nên
ci
A bị nhỏ hơn A ci của những lõi có cùng A dd đợc cắt dập công nghiệp Muốn cho biến áp hoạt động không bị nóng và không có tiếng ù thì nên chọn N lớn hơn một cấp
Do đó ta chọn N = 60
=> W=
9 , 8
60
6,74 (vg/V);
- Khi đó số vòng dây cần phải quấn cho sơ cấp và thứ cấp của MBA cần thiết kế ( có 2 cấp điện áp vào và 2 cửa ra ) là:
n n=U1nW;
n n=KsanU2nW
+) n n- số vòng sơ cấp ở cấp điện áp vào thứ n (vg);
+) n n- số vòng thứ cấp ở cửa ra tải thứ n (vg);
+) U1- điện áp sơ cấp ở cấp thứ n (V);
+) U2 - điện áp thứ cấp ở cửa ra tải thứ n (V);
+) Ksan- hệ số sụt áp cho cửa ra tải thứ n(tra ở bảng 3-4 theo S n ở cửa đang tính)
+)n=1,2 – ứng với điện áp 220V,110V ở cửa vào sơ cấp và ứng với tải quạt bàn, bóng
đèn ở cửa ra
- Sở dĩ phải có thêm hệ số Ksa <1 ở công thức tính n2 là vì phải cộng thêm một lợng sụt
áp của cuộn thứ cấp khi mang tải Ksa có xu hớng giảm dần khi S2 tăng
Bảng 3-4: Hệ số sụt áp cho một số loại biến áp.
S2(VA) Ksa S2(VA) Ksa S2(VA) Ksa S2(VA) Ksa
5
10
25
50
1,20
1,17
1,15
1,12
75 100 150 200
1,10 1,09 1,08 1,075
300 400 500 700
1,07 1,06 1,05 1,04
1100 1300 1500
>1500
1,035 1,03 1,03 1,01-1,025
- Vậy:
+) Đối với điện áp vào U11= 220 (V) thì số vòng dây cần phải quấn là:
n11= U11W= 220.6,74 = 1484 (vòng)
+) Đối với điện áp vào U12= 110 (V) thì số vòng dây cần phải quấn là:
n12= U12W= 110.6,74 = 742 (vòng)
+) Số vòng dây phải quấn cho cuộn thứ cấp:
Với tải là quạt điện: S21= 40(VA) => Ksa1 =1,132
=> n21= Ksa1U21W = 1,132.12.6,74 = 92 (vòng)
Với tải là bóng đèn: S22= 5(VA) => Ksa2= 1,2
5
Trang 6=> n22= Ksa2U22W = 1,2.6.6,74 = 49 (vòng).
* Tính cỡ dây quấn:
- Cỡ dây quấn đợc tính dựa trên cơ sở dòng điện sơ cấp I1n và dòng điện thứ cấp I n hoặc công suất toàn phần sơ cấp S1và công suất biểu kiến thứ cấp S n nh sau:
+) Ta chọn dây quấn là dây có tiết diện tròn Do biến áp đợc quấn cho nhiều cấp điện áp
và nhiều cửa ra nên cỡ dây quấn đợc tính theo công thức sau :
d n=1,13
J
I n =1,13
J U
S
n
1 ;
d n=1,13
J
I n =1,13
J U
S
n
n
2
2
+) d n- đờng kính dây sơ cấp ở cấp điện áp thứ n (mm);
+) d n- đờng kính dây thứ cấp ở cửa ra tải thứ n (mm);
+) I n - dòng điện sơ cấp ở cấp điện áp thứ n (A);
+) I n - dòng điện thứ cấp ở cửa ra tải thứ n (A);
+) S1- công suất sơ cấp (VA);
+) S n - công suất biểu kiến thứ cấp ở cửa ra tải thứ n (VA)
+) J - mật độ dòng điện tra ở bảng 3-5 (A/mm2)
+)n=1,2 – ứng với điện áp 220V,110V ở cửa vào sơ cấp và ứng với tải quạt bàn, bóng
đèn ở cửa ra
Bảng 3-5 Mật độ dòng điện cho phép trên các cuộn dây BA
2) đối với Chế độ liên tục Chế độ gián đoạn
Đến 50
51-100
101-1000
1001-2000
2001-3000
>3000
4 3,5 3 2,5 2 1,5-1,9
4 4 3,5 3 2,5 2,0-2,4
- Vì S2 = 45 (VA) nên ta chọn J = 4 (A/mm2 ) (MBA làm việc ở chế độ liên tục) ;
d11=1,13
J U
S
11
4 220
55 0,28 (mm);
d12=1,13
J U
S
12
1
4 110
55 0,4 (mm);
6
Trang 7 d21=1,13
J U
S
21
4 12
40
1,03 (mm) ;
d22=1,13
J U
S
22
4 6
5
0,52 (mm)
- MBA của ta thiết kế có dây quấn phía thứ cấp nằm lớp phía trong còn dây quấn phía sơ cấp nằm bên ngoài Trong đó dây quấn sơ cấp đợc dùng cho cả hai cấp điện áp 220V/110V, đờng kính dây sơ cấp ta chọn là : 0,4 mm Dây thứ cấp đợc dùng cho cả 2 tải là quạt điện và bóng đèn, đờng kính dây thứ cấp ta chọn là : 1,03 mm Việc chọn này
là theo quan điểm phát nhiệt và tiết kiệm dây đồng hơn
B
ớc 4 : Tính diện tích của sổ :
Tiết diện quy vuông của dây quấn trong lòng cửa sổ
- Diện tích cửa sổ Dcs là phần diện tích mặt cắt trong lòng lõi thép dành để chứa một cạnh của ống dây
- Theo định nghĩa thì : Dcs =hc
+) Dcs-diện tích cửa sổ(cm2);
+) h- chiều cao cửa sổ(cm);
+) c-độ rộng cửa sổ(cm);
- Do: h = 1,5a = 1,5.2,76 = 4,14 (cm);
c = 0,5a = 0,5.2,76 = 1,38 (cm)
=> Dcs= 4,14.1,38 = 5,71 (cm2);
- mặc dù dây quấn biến áp có tiết diện tròn nhng trong lòng cửa sổ nó lại chiếm một diện tích hình vuông mà mỗi cạnh chính là đờng kính dây Ta hãy gọi diện tích này là diện tích quy vuông của mỗi vòng dây quấn
d
h
c
7
Trang 8- Khi đó:
D 1=d2
1 ;
Dd2=d2
2 +) D 1-tiết diện quy vuông của mỗi vòng dây sơ cấp (mm2);
+) Dd2-tiết diện quy vuông của mỗi vòng dây thứ cấp (mm2 );
+) d1,d2-đờng kính dây sơ cấp, thứ cấp (mm)
- Tổng diện tích quy vuông của cuộn sơ cấp:
D1=n1D 1=n1 2
1
d = 1484.0,42 = 237,44 (mm2)
- Tổng diện tích quy vuông của cuộn thứ cấp:
D2 =n2Dd2=n2d2
2= 92.1,032 = 97,6 (mm2)
- Tổng diện tích quy vuông của cả biến áp:
Dba=D1+D2 = 237,44 + 97,6 = 335,04 (mm2)
+) D1-tổng diện tích quy vuông của cuộn sơ cấp (mm2 );
+) D2 -tổng diện tích quy vuông của cuộn thứ cấp (mm2 );
+) Dba -tổng diện tích quy vuông của cả biến áp (mm2);
+) n1,n2 số vòng cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp (vg),
- Mặt khác, vì toàn bộ Dcs không phải đợc dành để chứa Dba mà quá nửa diện tích đó
đ-ợc dành cho bìa cách điện, sơn cách điện, dây cách điện và những khoảng trống không thể tránh khỏi giữa các vòng và các lớp dây Giữa 2 đại lợng này có quan hệ:
Dcs=
cs
ba
K
D
+) Kcs -hệ số lấp đầy cửa sổ (tra ở bảng 3-7)
Bảng hệ số lấp đầy cửa sổ của một số loại biến áp.
-Ta chọn dây emay quấn xếp lớp vuông thành và do S2 = 45 VA nên chọn
Kcs= 0,3 Khi đó:
Dcs= 11 , 168
100 3 , 0
04 , 335
- Vậy ta có bảng kích thớc lõi theo tính toán nh sau:
Nhóm tôn a (cm) Aci (cm2) Add (cm2) Dcs (cm2)
Tôn Liên Xô,
Trung Quốc,
chất lợng
trung bình
2,76 8,9 9,67 11,168
8
Trang 9- Ta thấy các kích thớc này (kiểu lõi tính toán) không có trên thị trờng Vì vậy ta phải tra bảng 3-9 (kích thớc tiêu chuẩn của một số lõi EI thông dụng) để chọn kiểu lõi thực tế hiện có trên thị trờng có a, Add và Dcs gần với tính toán nhất Tức là ta tra bảng 3-9, phải chọn kiểu lõi nào đó có Add và Dcs bằng hoặc lớn hơn tính toán một chút còn a thì chỉ nằm trong giới hạn tính toán để tiết kiệm đến mức tối đa khối lợng dây quấn
Do đó ta bảng 3-9, ta chọn đợc loại lõi 2945 có a = 2.9cm, b=4.5 cm, Aci = 11.7cm2, Add = 13.00cm2 và Dcs = 13.44 cm2 là phù hợp nhất
- Khi đó MBA có sơ đồ:
1 2 3 4 5 6
2,9cm 1,45cm
- Trong đó:
1- Lớp đồng thứ cấp bọc emay
2- Khoảng trống làm mát giữa sơ cấp và thứ cấp
3- Lớp đồng sơ cấp bọc emay
4- Sơn cách điện
5- Lớp giấy amiăng cách điện
6- Tiết diện lõi biến áp
Bài 2: Dựng sơ đồ dây quấn cho động cơ dị bộ 3 pha có các số liệu sau:
- Kiểu quấn xếp, 2 lớp, dây quấn bớc ngắn có = 1.
- Z = 12; m = 3; p = 1.
- Dựng hình sao sức điện động của nó.
a.Dựng sơ sơ đồ dây quấn
* Ta cú cỏc bước dựng sơ đồ dõy quấn:
- Số liệu cho trước :
9
Trang 10+) Z : số rónh.
+) m : số pha
+) p : số cặp cực
+) Số lớp và kiểu dõy quấn
- Bước 1 : Căn cứ vỏo số liệu đó cho để tớnh y1, ,q, d, c,y f
- Bước 2 : Kẻ cỏc đoạn thẳng song song tạo thành cỏc rónh, kớ hiệu nột liền là lớp trờn, nột đứt là lớp dưới Sau đú đỏnh thứ tự từ 1 đến Z
- Bước 3 : Mụ tả chiều sức điện động của cỏc mobin dõy ứng với số cặp cực p Sau đú chia vựng pha theo q
- Bước 4 : Căn cứ vào bước dõy quấn để nối mobin Nếu là dõy 2 lớp thỡ mỗi mobin cú một cạnh là lớp trờn ở cực này và một cạnh là lớp dưới ở cực tiếp theo
- Bước 5 : Cú thể lập sơ đồ biểu diễn hoặc tiến hành đấu nối tiếp cỏc mobin trong một vựng pha thành tổ nối dõy Sau đú đấu nối tiếp hoặc song song tổ nối dõy để thành dõy quấn một pha
- Bước 6 : Căn cứ vào y f để tớnh cỏc pha cũn lại
Như vậy theo cỏc bước trờn ta được cỏch làm như sau:
* Ta có các thông số:
- Do dây quấn lầ dây quấn bớc ngắn có =1 nên bớc dây quấn :
1 6 1 5
1 2
12 2
p
Z
12
1 360 360
Z
p
c
d
3 1 2
12
pm
Z m
- Bớc của dây quấn pha: 4
1 3
12
mp
Z
* Ta có sơ đồ:
Pha A: 1 – 6’ – 2 – 7’ (lùi) -> 1’ – 8 – 12’ – 7 – X
Pha B: 5 – 10’ – 6 – 11’ (lùi) -> 5’ – 12 – 4’ – 11 – Y
Pha C: 9 – 2’ – 10 – 3’ (lùi) -> 9’ – 4 – 8’ – 3 – Z
10
11
Trang 11Y A Z B X C
b.Dựng hình sao sức đ iện đ ộng
* Khái niệm:
- Trong một rãnh thì các dây dẫn có sức điện động bằng nhau về giá trị và trùng pha về thời gian Nhưng các sức điện động trong các rãnh khác nhau thì không bằng nhau về giá trị và lệch pha nhau một góc điện :
Z
p
d
.
2
Do đó tập hợp các véc tơ của tất các rãnh sẽ tạo nên một hình sao sức điện động
- Số tia (số véc tơ) ST Z p và có hai trường hợp xảy ra :
+) ST là một số nguyên thì các tia cách đều nhau : d Z Z
360 2
+) ST là một phân số thì xuất hiện hai thông số dặc trưng là d và t t Z t Z
Trong đó t là Ư.S.C.L.N của Z và p
d góc giữa hai tia của hai rãnh kế tiếp nhau
t giữa hai tia kề nhau bất kì
* Trình tự dựng sao sức điện động pha :
- Bước 1: Từ các số liệu Z, p, m tìm phân số ST Z p; d, t, q Từ đó dựng sao của các phần tử
- Bước 2: Đánh số tia sức điện động, xác định vùng pha q mp Z
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1
2 3
1
2
3
4
5
6
4 5 6
(N) (S)
12
