Tính toán và thi công cuốn dây máy biến áp

 Riêng kích thước b được xác định gián tính bằng cách đo trực tiếp chiều dày của mỗi 1 lá thép E, I sau đó đếm tổng số l  thép E, I rồi xác định bề dày b theo công thức: b = bề dày của

Tài liệu:

TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG QUẤN DÂY

MÁY BIẾN ÁP

TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP

PHẦN I TÍNH TOÁN LÍ THUYẾT MÁY BIẾN ÁP

BƯỚC 1 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC TIÊU CHUẨN CỦA LÁ THÉP CHỮ

E, I

Hình 1: Hình dạng của các lá thép

Ký hiệu và tên gọi các kích thước cơ bản của khung thép:

 a: bề rộng trụ giữa của lõi thép

 b: bề dày của khung thép máy biến áp

 c: bề rộng cửa sổ khung thép

 h: bề cao cửa sổ lỏi thép

Lưu ý:

Các kích thước trên có thể được tính theo đơn vị (mm) hoặc (cm)

 Các kích thước a, c, h được đo trực tiếp tên mỗi 1 lá thép E, I

 Riêng kích thước b được xác định gián tính bằng cách đo trực tiếp chiều dày của mỗi 1

lá thép E, I sau đó đếm tổng số l

 thép E, I rồi xác định bề dày b theo công thức:

b = bề dày của 1 lá thép*tổng số lá thép

 Chú ý với lá thép kỹ thuật điện tiêu chuẩn thuộc dạng tôn cán nóng hoặc cán lạnh vận hành tại tần số lưới điện f=50 Hz, thì bề dày tiêu chuẩn của lá thép thường là 0.35 hoặc 0.5 mm

Hình 2: Kích thước tổng quát của lá thép

Sau khi xác định được toàn bộ kích thước của khung thép tiêu chuẩn ta có thể xác định được khối lượng của lõi thép máy biến áp

Gọi W fer là khối lượng của khung thép biến áp; với giá trị khối lượng riêng của lõi thép

là 7,8kg/dm3 ta xác định khối lượng khung thép theo công thức sau:

W fer = 46,8.a 2 b

Với: Wfer tính theo đơn vị (kg)

a, b theo đơn vị (dm)

Tiết diện từ thông móc vòng xuyên qua các dây quấn được tính theo công thức:

A t = a.b

Trong đó At: là tiết diện trụ giữa lõi thép (đơn vị cm2 )

a, b: các kích thước của khung thép (đơn vị cm)

Công suất máy biến áp:

 Công suất của máy biến áp kiểu bọc (dây quấn chỉ đặt ở trụ giữa hình chữ E, I)

P =

 Công suất của máy biến áp kiểu lõi (dây quấn được quấn trên 2 trụ của lõi thép hình chữ U)

P =

BƯỚC 2 XÁC ĐỊNH nV (SỐ VÒNG DÂY QUẤN TẠO RA 1 VOLT SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG)

Trong bước này chúng ta cần thực hiện 2 thao tác là:

1 Chọn mật độ từ thông (hay từ cảm) B để tính toán lõi thép

2 Áp dụng công thức tính sức điện động tạo ra trong dây quấn máy biến áp để tính nV

Trong đó: nV (vòng/volt) ; B (T) ; At (cm2)

Chú ý:

 Ở đây 45 là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tần số và chất lượng lõi thép

 Với là thép kỹ thuật điện có chiều dày tiêu chuẩn từ 0,35mm đến 0,5 mm, lá thép thuộc dạng tôn cán nóng có hàm lượng silic từ 2% đến 4% chúng ta chọn giá trị từ thông B=1T đến B=1,2T (hàm lượng silic thấp dẫn đến từ cảm thấp); đây là lá thép kỹ thuật điện thuộc dạng dẫn từ đẳng hướng

 Với là thép kỹ thuật điện có chiều dày tiêu chuẩn từ 0,35mm đến 0,5 mm, lá thép thuộc dạng tôn cán lạnh có hàm lượng silic khoảng 4% chúng ta chọn giá trị từ thông

B=1,4T đến B=1,6T ; đây là lá thép kỹ thuật điện thuộc dạng dẫn từ định hướng với các lá thép có hình dạng đặc biệt như hình xuyến…vv và không thuộc hình dạng chữ

E, I

BƯỚC 3: XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ TÍNH TOÁN SỐ VÒNG DÂY QUẤ N CỦA MÁY BIẾN ÁP

định theo sức điện động cảm ứng trong các bộ dây sơ cấp và thứ cấp

Gọi U1 và U2 lần lượt là điện áp ở các đầu sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp chúng ta

có thể tính toán số vòng dây quấn máy biến áp theo quan hệ:

N 1 = n V U 1

N 2 =(1,05÷1,1) n V U 2

Hình 3 Sơ đồ nguyên lí máy biến áp

Trong đó:

N1 và N2 lần lượt là số vòng dây quấn ở cuôn sơ cấp và thứ cấp

Khoảng giá trị 1,05÷1,1 được coi như tỉ số chênh lệch giữa sức điện động tại dây quấn sơ cấp so với điện áp định mức tại thứ cấp lúc đầy tải

BƯỚC 4: CHỌN MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN (J) , ƯỚC LƯỢNG HIỆU SUẤT ( ) , CHỌN GIÁ TRỊ HỆ SỐ LẤP ĐẨY (K LĐ ) VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH DÂY QUẤN SƠ CẤP VÀ THỨ CẤP.

 Muốn chọn được giá trị mật độ chính xác, chúng ta phải dựa vào công suất của máy biến áp Ta có số liệu tham khảo của 1 số máy biến áp sau:

 Với J = 4 (A/mm2) - Công suất từ (0 - 50 VA)

 Với J = 3,5 (A/mm2) - Công suất từ ( 50 - 100VA)

 Với J = 3 (A/mm2) - Công suất từ (100 - 200VA)

 Với J = 2,5 (A/mm2

) - Công suất từ ( 200 - 250VA)

 Với J = 2 (A/mm2) - Công suất từ ( 500 - 1000VA)

 Với biến áp công suất thấp ta có thể chọn J = 5 - 10 (A/mm2)

 Gọi là hiệu suất của máy biến áp, ta có công thức tính hiệu suất của máy biến áp 1 pha như sau:

Trong đó:

S1 , S2 lần lượt là công suất biểu kiến cung cấp vào phía sơ cấp và thứ cấp

Từ công thức tính hiệu suất ta suy ra được quan hệ sau:

=

 Với mật độ dòng điện J đã chọn ở trên, chúng ta suy ra được tỉ số tiết diện (s) của dây quấn sơ cấp và thứ cấp theo quan hệ sau:

s = =

Gọi s1, s2 lần lượt là tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp

d1, d2 là đường kính dây trần phía sơ cấp và thứ cấp

Suy ra:

Tóm lại ta có quan hệ sau:

hay =

Lưu ý:

Với dây quấn sơ cấp và thứ cấp là dây điện từ tiết diện tròn tráng men, thì đường kính dây có tính lớp men bọc (dtm) và đường kính dây trần (ddt) có mối quan hệ sau:

d tm [mm] = d dt [mm] + 0.05[mm] & = 1,1÷1,44

Trong quá trình tính ước lượng sơ bộ, chúng ta có thể thiết lập quan hệ sau đây để loại

bỏ ảnh hưởng chênh lệch giá trị giữa &

 Gọi Klđ là hệ số lấp đầy cửa sổ lõi thép; Klđ được tính như sau:

K lđ =

Thông thường chọn = 0,36

 Gọi Acs là tiết diện cửa sổ lõi thép

A cs = c.h [mm 2 ]

Trong đó:

Acs có đơn vị là mm2

a, b tính bằng mm

Lưu ý: đối với lá thép tiêu chuẩn ta có

c = ; h [mm]

Suy ra:

A cs = = 0,75a 2 [mm 2 ]

Kết hợp với các công thức ra ta suy ra được:

Chọn giá trị = 0,46, ta xác định được tiết diện dây quấn có lớp tráng men ở cuộn

sơ cấp và thứ cấp theo quan hệ:

Giải hệ các phương trình trên, ta suy ra được tiết diện dây quấn có tính lớp tráng men của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: đường kính có cách điện và đường kính dây trần của phía dây sơ cấp và thứ cấp

BƯỚC 5: ƯỚC LƯỢNG CÔNG SUẤT BIỂU KIẾN BÊN PHÍA SƠ CẤP

Dựa vào tiết diện dây trần bên phía sơ cấp và thứ cấp cùng với giá trị mật độ dòng điện (J) đã tính ở bước 4, chúng ta tính được dòng điện định mức qua dây quấn khi mang đầy tải (tải đúng định mức) theo công thức sau:

Căn cứ vào giá trị dòng điện tính được chúng ta xác định được công suất biểu kiến cung cấp từ cuộn thứ cấp đến tải là:

BƯỚC 6: TÍNH TOÁN SỐ VÒNG DÂY QUẤN 1 LỚP, SỐ LỚP CẦN QUẤN CỦA BỘ DÂY SƠ CẤP VÀ THỨ CẤP

 Kích thước và vật liệu làm khuôn dây quấn

 Bề dầy giấy cách điện giữa các lớp quấn

Phần này sẽ tính toán cụ thể ở phần tính toán số liệu chính xác cho máy biến áp thi công

PHẦN II TÍNH TOÁN SỐ LIỆU MÁY BIẾN ÁP

Ở phần này chúng ta sẽ tính toán các số liệu ở các bước phần I

Kích thước trên là kích thước khung chuẩn của máy biến áp có bán trên thị trường để thi công

a = 26mm; b= 0,05 x 70=35mm; c = = 13 mm; h = = 39 mm

Với các kích thước trên ta tính được:

 KL lõi thép Wfer = 46,8.a2.b = 46,8.0,262.0,35 1.1(kg)

 Tiếp diện trụ giữa lõi thép At = a.b = 2,6.3,5= 9,1(cm2 )

 Công suất máy biến áp: P = (At/1.2)2 = (9.1/1.2)2 = 57 VA

 Số vòng trên volt nV = = = 4,1

 Vì theo yêu cầu quấn máy biến áp sẽ cho ra 2 mức điện áp là 9v và 12v nên ta có số vòng quấn ở cuộc sơ cấp và thứ vấp như sau:

Số vòng dây quấn ở cuộn sơ cấp:

N1 = nV.U1 = 4.220 = 880 vòng

Số vòng dây quấn tạo ra điện áp 9v ở cuộn thứ cấp là:

N2 = 1,1.nV.U2 = 1,1.4.9= 39.6 vòng

Số vòng dây quấn tạo ra điện áp 12v ở cuộn thứ cấp là:

N2 = 1,1.nV.U2 = 1,1.4.12 = 52,8 vòng

 Tính toán tiết diện dây quấn

 Vì công suất máy biến áp đạt P = 57 VA so sánh với các số liệu cung cấp ở Bước 4 suy ra mật đô dòng điện J= 3,5 [A/mm2] Thông thường chúng ta sẽ chọn hệ số lấp đầy của máy biến áp Klđ =0,46

 Hiệu suất ( ) của máy biến áp sẽ dao động từ 0,7 tùy thuộc vào kĩ thuật chế tạo máy biến áp ở đây do quá trình quấn dây là thủ công sẽ có rất nhiều khe hở dẫn đến giảm hiệu suất máy biến áp, vì vậy chúng ta chọn = 0,80

 Diện tích cửa sổ lõi thép Acs = c.h = 13.39 = 481 [mm2]

 Xác định thiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp theo hệ phương trình sau:

Với

N1 = 880 (vòng) số vòng quấn ở cuộn sơ cấp

Đầu ra thứ cấp 9v:

N2 = 40 (vòng) số vòng quấn ở cuộn thứ cấp

Đầu ra thứ cấp 12v:

N2 = 53 (vòng) số vòng quấn ở cuộn thứ cấp

Giải hệ phương trình trên ta suy ra được:

 Đầu ra thứ cấp 9v:

= 20

s1 tm = 0,12 mm d1= = 0,39 mm

s2 tm = 2,52 mm d2= = 1,7 mm

 Đầu ra thứ cấp 12v:

=

s1 tm = 0,15 mm d1= = 0.40 mm

s2 tm = 2,25 mm d2= = 1,6 mm

Chú ý:

Tuy là tạo ra 2 mức điện áp khác nhau, nhưng do cùng quấn trong trong 1 máy biến áp (cùng kích thước khung, hệ số lấp đầy …) nên sẽ chọn cùng tiết diện ở đầu sơ cấp và thứ cấp ở 2 mức điện áp 9v & 12v và sẽ chỉnh tròn số các giá trị được tính được theo các kích thước có sẵn, do các nhà sản xuất quy định

Sau khi xem xét thực tế nên sẽ chỉnh lại các giá trị

d 1 = 0.35mm, d 2 = 1,15 mm

 Công suất biểu kiến

Dựa vào tiết diện dây trần ở cuộn sơ cấp và thứ cấp, giá trị mật độ dòng điện đã chọn, chúng ta tính dòng điện định mức qua dây quấn khi đầu tải

I 1 = J.s 1 dt = 3,5.0,3 = 1,05A

I 2 = J.s 2 dt = 3,5.1,1 = 3,85A

Suy ra:

Công suất biểu kiến bên phía thứ cấp của máy biến áp là

Với đầu ra 9V

S2= U2.I2 dt = 9.3,85 = 34,65 (W)

Với đầu ra 12V

S2= U2.I2 dt = 12.3,85 = 46,20 (W)

 Số vòng quấn 1 lớp và số lớp quấn ở cuộn sơ cấp và thứ cấp

Kích thức lòng của khung quấn dây

Cuộn sơ cấp

trên 1 lớp = = 100

Số vòng

vòng/lớp

Số lớp quấn = = 8,8

Cuộn thứ cấp

số vòng trên 1 lớp = vòng/lớp

số lớp quấn tạo ra 9v = = 1,3 lớp lớp

số lớp quấn tạo ra 12v = = 1,7 lớp 2 lớp

Các thông số của máy biến áp đã tính toán

Thứ cấp

Đường kính dây

có lớp tráng men

[mm]

Đường kính dây

Số vòng dây

Số vòng trên lớp

Công suất của

máy biến áp

[VA]

57 VA

Công suất biểu

PHẦN III: THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP

1 Khung quấn dây bẳng nhựa có bán trên thị trường

Lưu ý:

Khi tính toán số vòng lớp dây quấn, bề cao quấn dây xác định theo kích thước đã trừ

đi bề dầy của khung quấn (phần khung quấn che phía trên mặt của bộ dây) Gọi bề cao dùng quấn là bề cao hiệu dụng Hhd, ta có công thức tính Hhd như sau:

Hhd = h - 2*(bề dày khung quấn dây)

2 Khung quấn dây bằng giấy cách điện

Trong hình trên trình bày phương pháp quấn dây có khung quấn bằng giấy cách điện