QUẤN dây máy BIẾN áp

Số vòng quấn cho cuộn thứ cấp: Khi máy biến áp mang tải thì điện áp trên tải sẽ sụt giảm một lợng so với lúc không tải.. Phơng pháp tính toán máy biến áp cảm ứng: Máy biến áp cảm ứng ha

QUấN DÂY máy biến apMục tiêu thực hiện:

Học xong bài này, học viên có năng lực:

thuật, theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện

theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện

Nội dung chính:

 Dụng cụ - Thiết bị:

- Đồ nghề điện, cơ khí cầm tay.

- Bàn quấn dây.

- Máy đo VOM, Ampe kìm, Megom kế.

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

- Dây điện từ 10%; 25%; 70%.100%.140%

- Gen cách điện các loại.

- Giấy cách điện 2 zem;Giấy dầu.

- Phụ kiện lắp ráp Adaptuer; Survoltuer.

- Vecni cách điện và dung môi.

4.1 Quấn máy biến áp theo số liệu có sẵn.

Là dạng bài toán mà ngời thợ đã có trớc một lõi thép nào đó Từ lõi thép có sẵn này kếthợp với các yêu cầu cần có khác (thông thờng là điện áp U2 và U1) sẽ tiến hành xác định cácthông số còn lại sao cho phù hợp với lõi thép đã có

Có thể tóm tắt bài toán nh sau:

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

3 Vẽ lại sơ đồ hoàn chỉnh MBA:

4 Tính số vòng dây quấn cho mỗi vôn:

B A

[VA]

I2 = 2

2

U

S

[A]

t

m A B

.44,41

nv 

Nếu tiết diện lõi thép đợc tính bằng cm 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 lợng so với lúc không tải

Để đảm bảo đủ điện áp cung cấp cho khi máy vận hành thì phải trừ hao lợng sụt áp này khitính 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 đờng kính dây quấn:

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

(4.8)

(4.9)

2



U S

C: Bề rộng cửa sổ c =

2

a

 Tính bề dày cuộn dây

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

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

(4.11)Trong đó:

hK: Chiều dài h của khuôn quấn

d/ : Đờng kính dây kể cả cách điện

(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/

i

9 Tính khối lợng dây quấn (W)

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

Khối lợng của từng cuộn dây đợc tính theo biểu thức

(4.14)

Trong đó:

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

4.2 Tính toán quấn mới máy biến áp.

Laứ daùng baứi toaựn maứ ngửụứi thụù nhaọn ủửụùc nhửừng yeõu caàu kyừ thuaọt caàn coự cho moọtmaựy bieỏn aựp cuù theồ tửứ khaựch haứng nhử ủieọn aựp nguoàn vaứo; ủieọn aựp ra caàn coự; coõng suaỏtngoỷ ra; muùc ủớch sửỷ duùng Vụựi daùng baứi toaựn naứy chuựng ta phaỷi xaực ủũnh ủửụùc tieỏt

-dieọn loừi theựp; soỏ voứng daõy quaỏn sụ caỏp, thửự caỏp vaứ ủửụứng kớnh daõy quaỏn sụ caỏp, thửựcaỏp

Coự theồ toựm taột baứi toaựn nhử sau:

Bieỏt trửụực: SLOếI; U2; U1

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

4.2.1 Phơng pháp tính toán máy biến áp cảm ứng:

Máy biến áp cảm ứng hay còn gọi là máy biến áp hai dây quấn, là loại máy biến áp có

Trình tự tính toán dây quấn và chọn kích thớc lõi thép đợc tiến hành theo các bớc sau:

Bớc 1: Xác định các số liệu yêu cầu:

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

-Điện áp định mức phía thứ cấp U2 [ V ]

-Dòng điện định mức phía thứ cấp I2 [ V ]

Trờng hợp nếu không biết rõ giá trị I2, ta cần xác định đợc công suất biểu kiến phía thứcấp S2 :

-Tần số f nguồn điện

-Chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn

Bớc 2: Xác định tiết diện tính toán cần dùng cho lõi sắt (A t ):

(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 lợng silic nhiều hay ít

mà chọn Bm cao hay thấp Cũng tùy theo loại lá thép đợc chế tạo theo dạng dẫn từ có định

A 1,423 2

Bớc 3: Chọn kích thớc cho lõi thép, khối lợng lõi thép.

 Kích thớc cho lõi thép:

Gọi Ag là tiết diện tính từ kích thớc 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

Nh vậy giữa Ag và At chênh lệch nhau do:

thép trong lõi)

(4.18)

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

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

Hình 4.2 : Lõi thép dạng E,I Hình 4.3 : Lõi thép dạng U,I

f

t K

0,80,85

 Chú ý:

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

At = Ag

Dựa vào giá trị Ag, ta chọn đợc kích thớc a, b của lõi thép

Để dễ dàng trong thi công quấn dây, thờng giữa a và b có mối quan hệ về kích thớc nhsau:

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 trớc giá trị Ag, ta có thể xác định dãy giá trị a để chọn, bằng cách tínhsau:

a a

5 ,

1 và

với

Gäi  lµ khèi lîng riªng cña thÐp kü thuËt ®iÖn  = 7,8 kg/dm3.

Suy ra khèi lîng lâi thÐp lµ :

h) c 7,8.2ab(a

Wth 

h) c (a 2ab

b46,8a

th 

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

Thể tích lõi thép đã trừ đi cửa sổ là:

2 = 5A

At = 1,423(1  1,2)

m B

S2

= 1,423(1  1,2)

2 , 1

32,1227,

= 10,81 cm2  12,97 cm2

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

5,1

81,105

,1

min  A g 

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

10,81

12,97 10,81 12,97 10,81 12,97

b (cm) 4  4,8cm 3,86  4,63 3,6  4,32 3,37  4,05 3,18  3,81 3,09  3,77 3  3,6

W th (kg) 1,36  1,64 1,42  1,7 1,52  1,82 1,62  1,94 1,72  2,06 1,77 2,12 1,82  2,18

Bảng giá trị này cho ta các kích thớc lõi thép có thể tạo biến thế đúng theo yêu cầu trên,

ta có thể chọn một trong các kích thớc này tính toán sơ bộ, sau đó nếu cần ta sẽ hiệu chỉnhtrong các bớc tính sau

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 thớc lõi thép cần dùng (để tạo ra S2 = 75VA)

B A f

n

44,4

1



m t v

B A f

n

44,4

104



m t

n

045,45



t v A

Xác định độ sụt áp phía thứ cấp lúc mang tải định mức.

Ta luôn luôn có U20 > U2

Trong đó:

U20: là điện áp thứ cấp khi không tải

U2: là điện áp thứ cấp khi tải định mức

Thờng ta đặt tham số U% với định nghĩa:

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

Bớc 6:

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

(4.36)(4.37)

Bớc 4:

100.1100

U%

2

20 2

2 20

U U

h 0 2

2 h

20 C U

v 20

2 U n

N 

v 1

1 U n

N 

áp dụng (4.13) hay (4.18) tại tần số f = 50Hz:

nv=

t A

54,37

= 336,10

54,37

Ước lợng 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 thểtham khảo một số bảng sau:

 Theo Robert Kuhn:

Chọn J để xác định đờng kính dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố:

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

(hoặc cấp cách điện thấp)

Trờng hợp vật liệu cách điện cấp A (nhiệt độ tối đa ở điểm nóng nhất cho phép là

1050C), máy làm việc ngắn hạn, ta có thể chọn J cao hơn giá trị bảng trên từ (1,2  1,5)lần

J (A/mm2)với độ gianhiệt 600C

At (cm2)

J (A/mm2)với độ gianhiệt 400C

J (A/mm2)với độ gianhiệt 600C

(ứng với S2 = 75), suy ra đờng kính dây quấn sơ và thứ cấp nh sau:

d1 = 1,13

5 , 5

775 , 0

d2 = 1,13

5,5

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 thờng 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

A

775,0110.88,0

75

Hình 4.10: Chọn kích th ớc cách điện làm khuôn quấn dây

Bớc 10:

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

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

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

đồng trục), ta xác định bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp nh sau:

BD2 là bề dầy cuộn dây thứ cấp

BD là bề dầy tổng của cả bộ dây

Ta có:

Bề dầy cách điện giữa

2 lớp liên tiếp nhau

[mm]

Hiệu điện thế giữa hai lớp [V]

1000

= 1,4

K.d

SV1

V n

SV2

) e (d SL

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

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

Chú ý:

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

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

BD2  2 2cd  cd2

cd3 c 2

1 BD e e BD

10001,4

Tiết diện cửa sổ lõi thép

h c

S N S

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, bềdài trung bình Ltb1 và Ltb2 cho bộ dây sơ và thứ cấp xác định nh sau (xem hình 4.12).

+ Với dây bọc cotton: Kdp = 1,2  1,3

Tơng tự, khối dây quấn thứ cấp đợc tính:

(4.60)

Thí dụ 4:

8,9.10 4

.d.L k

=

1 dp 1



10 8,9 4

.d.L K

=

2 dq 2



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

/ / tb2 2(a b ) 2BD e BD

.L N

L1  1 tb1

.L N

L2  2 tb2

Xác định khối lợng sử dụng cho bộ dây biến thế đã tính trong các thí dụ 1, 2, 3.

S1cđ =

4

5,0

04,1.60.2,0.400





= 0,185Với Klđ tính đợc quá thấp so với tiêu chuẩn cho phép (0,7  0,8) ta có thể điều chỉnhgiảm kích thớc lõi thép, để giảm khối lợng dây Tuy nhiên muốn duy trì các tham số kháckhông đổi ta phải giữ tiết diện lõi thép nh lúc đầu đã tính

Ta thử xét phơng án điều chỉnh nh sau:

 Chọn Klđ tăng lên khoảng 0,36 và giả sử số liệu dây quấn sơ và thứ cấp không đổi

là:cửa sổ là:

Scs =

36,0

4,142

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

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

Ag = 10,88cm2 để có At = 10,336cm2

4,2

88,10



a

A g

= 4,5cm

Tóm lại, ta điều chỉnh lại kích thớc lõi thép để giảm khối lợng thép và khối lợng dây

đồng, đồng thời nâng cao Klđ, lợi dụng tối đa khoảng trống cửa sổ lõi thép

33

hd K d

H

vòng / lớp

15,1

33



Bớc 11:

Số lớp của cuộn dây sơ và thứ cấp:

Hình 4.13: Kích th ớc lõi thép cần dùng sau khi điều chỉnh

24mm

45mm

SL1 = 6,48 7

62

4021

KiÓm tra l¹i hÖ sè lÊp ®Çy theo bÒ dÇy cöa sæ bÞ cho¸n chç

Kl® =

c

BD

= 12

8,9 = 0,816

Chó ý: NÕu c¸ch ®iÖn líp chän theo tiªu chuÈn kü thuËt nh trªn ta cã thÓ gi¶m bÒ dÇy

c¸ch ®iÖn tÝnh theo c«ng thøc (4.31), (4.32), (4.33), (4.37) xuèng 0,5 lÇn

Víi thÝ dô tÝnh to¸n trªn nÕu hiÖu chØnh:

BÒ dµi trung b×nh cña mét vßng d©y quÊn thø cÊp:

Ltb2= 2(a’+b’) +  [2(BD1+ec®3) + BD2] = 185,74 mmChän Ltb2= 186 mm = 1,86 dm

Tæng bÒ dµi cuén d©y quÊn s¬ cÊp:

L1= N1.Ltb1= 402.1,592 = 640 dmTæng bÒ dµi cuén d©y quÊn thø cÊp:

L2= N2.Ltb2= 60.1,86 = 111,6 dm = 112 dm

Bíc 14:

Khèi lîng bé d©y quÊn s¬ cÊp:

W1= 1,1 640

4

45,0

 10-4.8,9

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

W2= 1,1.112

4

1,1



10-4.8,9

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

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 Phơng 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 trờng hợp

 Gọi SBA là dung lợng của biến áp trong cả 2 trờng hợp

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

2 = 5A

550.U1 

550.U1 

S BA

b Qui trình quấn dây Adaptuer và Survoltuer:

 Làm khuôn

Xác định kích thớc khuôn quấn; kỹ thuật làm khuôn; bọc cách điện khuôn thực hiện tơng

tự hoàn toàn nh trờng hợp 4.2.1

- Bớc 4: Tiến hành quấn dây

6

94,5

127,5

5

369160

880

4

210

V

0220

 Xỏ ống gen 1mm vào đầu dây ra.

khóa vòng dây cuối cùng

- Hai đầu dây ra phải đợc cách điện bằng gen và phải bó trí ở mặt a của khuôn quấn

- Phải hạn chế tối đa các mối dây bị cốc khi vuốt sửa dây

- Chú ý không để một vòng dây nào nằm ngoài giấy cách điện

- Trớc khi quấn phải quan sát vị trí các gallett G1 và G2 trên vỏ hộp để chọn hớng ra các

đầu dây phù hợp

- Các mối nối, nếu có thì cũng phải đa ra để sử lý hàn nối bên ngoài

- Các đầu dây ra phải đủ dài để đa từ vị trí lõi thép đến các gallett mà không phải nối dây

- Các đầu dây ra phải có gen cách điện, đặc biệt là phần nằm trong khuôn quấn Nênsắp xếp đúng thứ tự để thuận tiện trong việc lắp ráp

- Khi quấn xong phải bọc cách điện bên ngoài bằng giấy cách điện dày từ 1 đến 2 lớp.Sau đó quấn cuộn cảm ứng bên ngoài để thuận tiện cho việc chỉnh đồng hồ

- Đối với adaptuer do ở cuộn sơ cấp dùng dây rất nhỏ nên không cần quấn xếp lớp, nhngcũng phải rải cho tơng đối đều bề mặt ở cuộn thứ cấp thì quấn tơng tự nh survoltuer

 Lắp ráp

- Tháo khuôn quấn ra khỏi cuộn dây Xử lý các mối nối, cách điện cẩn thận; sau đó kiểmtra lại các lớp bọc cách điện

- Lồng xen kẻ các lá thép vào lòng cuộn dây

- Cạo sạch các đầu dây ra, đa vào nguồn cho máy vận hành thử đo kiểm lại các cấp điện

- Đặt G1 ở vị trí 220V; G2 ở vị trí số 1 cấp nguồn 220V cho máy

vòng quấn của cuộn cảm ứng (Nếu đồng hồ chỉ cao hơn thì giảm bớt số vòng quấn của cuộncảm ứng và ngợc lại)

Chỉnh chuông:

- Chấm đầu dây C trong mạch chuông điện vào các đầu từ số 9 về số 1 sẽ cónhứng vị trí chuông reo

không còn reo, thì hàn đầu dây C vào điểm đó

điện áp thấp hơn (dời về hớng có số cao hơn trên gallett G2)

 Đối với Adaptuer:

4.2.3 Phơng pháp tính toán máy biến áp dùng cho bộ nạp ắc quy:

a Tính dòng điện và điện áp cần nạp cho ắc qui

 Trờng hợp nạp nối tiếp: Inạp không đổi; Unạptăng lên

Ví dụ: Xác định các thông số của MBA dùng cho bộ nạp ắc qui Biết rằng phụ tải là

một bình ắc qui có dung lợng 45Ah; Ubình = 12V

Giải:

Inạp =

t Q

I2 = 1,11 Inạp; U2 = 1,11 Unạp

I2 = 0,785 Inạp; U2 = 1,11 UnạpUnạp = ( 1,15  1,25 )Ubình

Inạp =

t

Q

= 10

45 = 4,5A (chọn t = 10h)Unạp = (1,15 – 1,25) Ubình = 1,15.12 = 13,8 V; chọn Unạp = 15V

I2 = 1,11 Inạp = 1,11 4,5 = 4,995A  5A;

U2 = 1,11 Unạp = 1,11 15 = 16,65V  17V;

Vậy dung lợng biến áp trong trờng hợp này là SBA = U2 I2 = 17 5 = 85VA

I2 =0,785 Inạp = 0,785 4,5 = 3,5A;

U2 = 1,11 Unạp = 1,11 15 = 16,65V  17V;

Vậy dung lợng biến áp trong trờng hợp này là SBA = 2U2.I2 = 2.17 3,5 = 119VA

 Giới thiệu một số sơ đồ nạp điện cho ắc quy:

4.2.4 Kỹ thuật quấn dây máy biến áp:

a Làm khuôn cách điện:

Khuôn cách điện nhằm mục đích cách điện giữa cuộn dây và mạch từ, còn làm sờn cứng

nh giấy cách điện presspahn, phíp (fibre) hoặc bằng chất dẻo chịu nhiệt

Có 2 dạng khuôn:

Hình 4.19: Mạch nạp acquy 6V/ 12V/ 24V _ DC;

Ngỏ vào 220V điều chỉnh đ ợc

+

DC G

2