BÀI 3 : QUẤN DÂY BIẾN ÁP 1PHA CÁCH LY CÔNG SUẤT NHỎ
1. TÍNH TỐN SỐ LIỆU DÂYQUẤN MÁY BIẾN Á P1 PHA
1.2. Tính tốn số liệu dâyquấn máy tự biến thế ( biến áp tự ngẫu)
a/ Đại cương
Tự biến thế là loại biến thế có 1 số vòng chung giữa sơ cấp và thứ cấp. Đặc điểm của tự biến thế so với biến thế 2 dây quấn cùng 1 cấp cơng suất biểu kiến có thể nêu ra nhƣ sau:
Hình 3.5. Sơ đồ dây quấn MBA tăng, giảm áp
- Lõi thép của tự biến thế nhỏ hơn biến thế 2 dây quấn.
- Số vòng dây dùng cho tự biến thế ít hơn so với biến thế 2 dây quấn. - Đƣờng kính dây quấn dùng cho tự biến thế có thể nhỏ hơn so với biến thế 2 dây quấn.
32
Tóm lại: Về mặt cơng nghệ chế tạo trên quan điểm kinh tế tự biến thế dễ chế tạo, tiết kiệm vật tƣ hơn so với biến thế 2 dây quấn. Tuy nhiên, tự biến thế cũng có 1 vài khuyết điểm về sự an tồn điện khi vận hành so với biến thế 2 dây quấn.
Các dạng sơ đồ của bộ tăng giảm thế thơng dụng:
Hình 3.6. Một số dạng sơ đồ dâyquấn MBA tự ngẫu
b/Trình tự tính tốn máy tự biến thế thơng dụng * Bước 1: Xác định các số liệu ban đầu:
- Điện áp sơ cấp U1. - Điện thế thứ cấp U2.
- Dòng điện thứ cấp I2 hoặc công suất biểu kiến S2 (S2 = U2 . I2).
Vì năng lƣợng điện chuyển từ sơ cấp sang thứ cấp đến phụ tải bằng 2 con đƣờng:
- Năn lƣợng điện qua bộ dây chung.
- Biến điện năn từ sơ cấp qua thứ cấp thông qua môi trƣờng từ của lõi thép.
33
Nhƣ vậ kích thƣớc chỉ cần nhỏ đủ để chuyển một phần năng lƣợng của sơ cấp sang thứ cấp.
Gọi Sth là công suất biểu kiến chuển từ sơ cấp sang thứ cấp nhờ lõi thép. Ta có quan hệ sau:
Trong đó UC l hiện thế cao, Uth l hiện thế thấp.
- Trƣờng hợp tự biên thế giảm áp U2< U1:
- Trƣờng hợp tự biên thế tăng áp U2> U1:
* Bước 2: Xác định tiết diện tính tóan At cho lõi thép:
√ (cm2
)
Các bƣớc tính tóan cịn lại giống nhƣ ở biến thế 2 dây quấn. Tuy nhiên ta cần chú ý thm 1 số các đặc điểm sau:
Khi định ∆U% trong tự biến thế, ta có thể tham khảo bảng ∆U% cho theo biến thế 2 dây quấn rồi chuyển sang cho tự biến thế theo công thức qui đổi sau đây:
∆U% tự biến thế = ∆U% biến thế 2 dây quấn .. Kbđ Với hệ số biến đổi Kbđ đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Hiện thế cao - Hiện thế thấp
đ ê ê ê ê â ê ê
a. Khi xác định dòng điện qua các phần tử dây quấn, ta chú ý đến hƣớng đi và các thành phần dòng điện qua mỗi bộ dây tùy theo tự biến thế trong trong trang thái tăng hay giảm áp.
34
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý MBA tăng, giảm áp
I2: Dòng qua tải từ thứ cấp và không qua bất cứ phần nào của bộ dây.
I1: Dòng từ nguồn vào dây quấn từ a đến b. I2>I1 do U2>U1.
IC l dòng điện qua phần dây chung từ c đến b. Áp dụng định luật Kirchhoff tại nút b ta có: I1 + IC = I2.
Ta suy ra: IC = I2 – I1.
Nhƣ vậy tiết diện dây quấn từ a đến b do I1 quyết định. Tiết diện dây
quấn từ b đến c do IC quyết định.
+ Trƣờng hợp tự biến thế tăng thế: (xem hình máy biến thế tăng thế) I2: dòng điện qua phụ tải cũng chính là dịng điện qua phần dây quấn từ b đến a.
I1: dòng điện đi từ nguồn vào phần sơ cấp, nhƣng không đi qua bất kỳ đọan dây quấn nào trong tự biến thế.
IC: là dòng điện qua phần dây chung từ b đến c. IC = I1 – I2.
Ví dụ:
Xác định bộ tăng giảm điện thơng dụng với các đặc tính kỹ thuật sau: + Cấp điện thế nhập danh định: 110 VAC – 220VAC.
+ Cấp điện thế ra danh định: 110 VAC – 220VAC.
+ Dòng điện định mức tại ngõ ra phụ tải là 25A trên ngõ ra 110VAC. + Máy có 11 cấp điều chỉnh (ứng với 10 khỏang điều chỉnh) mỗi cấp điều chỉnh từ 5 đến 10 vơn.
35
+ Điện áp vào tại cấp 110V có giá trị cao nhất là 130V và thấp nhất là 75V.
+ Điện áp vào tại cấp 220V có giá trị cao nhất là 240V và thấp nhất là 185V.
Hãy xác định:
Hình 3.8. Sơ đồ máy biến áp tăng áp
a. Tiết diện cần dùng cho lõi thép, nếu là lõi loại Ɜ13 có mật độ từ dùng để tính tốn là Bm = 0,8T.
b. Xác định số vòng dây quấn cho từng phần bộ dây.
c. Xác định đƣờng kính dây quấn, nếu dùng loại dây cơtton ta chọn mật độ dịng điện khoảng 3A/mm2
. Giải
Chọn sơ đồ bố trí dây quấn nhƣ hình vẽ: - Chọn điện thế chuẩn 0V ở nấc số 3.
- Mỗi khoản điều chỉnh là 5 volt từ nấc 3 đến nấc 11. Theo yêu cầu ta có:
Khi U2= 110V và I2 = 25A Vậy ta có:
S2 = U2 . I2 = 110 . 25 = 2750VA
* Bước 2: Vì máy có khả năng vận hành trong 4 trạng thái:
+ Trạng thi 1: U1 = 75V đến 130V khi U2 = 110V
+ Trạng thi 2: U1 = 75V đến 130V khi U2 = 220V
36
+ Trạng thi 4: U1 = 185V đến 240V khi U2 = 220V Áp dụng cơng thức để tính Sth:
Trƣờng hợp 1: U1 = 75V ; U2 = 110V: máy biến áp đang là tăng áp:
Tƣơng tự ta tính cho các trƣờng hợp cịn lại. Lập bảng để xác định Sth cho các trƣờng hợp trên: Bảng 3.9. Bảng xác định Sth Trƣờng hợp U1 (V) U2 (V) Kbđ Sth (VA) 1 75 110 0,318 875 2 130 110 0,182 423 3 75 220 0,659 1812,5 4 130 220 0,409 1124,75 5 185 110 0,405 1113,75 6 240 110 0,542 1490,50 7 185 220 0,159 437,25 8 240 220 0,08 229
Trong trƣờng hợp 3 thì máy sẽ lm việc với công suất là lớn nhất nên ta chọn và tính cho trƣờng hợp này. Đây là trƣờng hợp tăng thế U1=75V v U2=
220V v Sth= 1815VA (làm trịn).
* Bước 3: Tính tiết diện lõi thép:
√ √ (cm2) Suy ra: (chọn Kf = 0,9) √ √
37 √ √
Chọn a = 7,2cm phù hợp với kích thƣớc trên thị trên thị trƣờng. Tính b: chọn b = 11,7cm
Từ đây ta xác định lại Ag= a . b = 7,2 . 11.7 = 84,2cm2; At= 75,78cm2. Tính khối lƣợng thép: Wth = 46,8a2b = 46,8 . 7,22 . 11,7= 28,38kg.
* Bước 4: Tính số vịng/volt:
vòng/volt
Phân bố vòng dây cho mỗi phần dây quấn:
Vì chọn mỗi khoảng điều chỉnh là 5 volt từ nấc 3 đến nấc 11 nên: Ntừ nấc 3đến 11= 5 . 0,743 = 3,715 vòng. Làm tròn = 4 vòng. (Dƣ 1/3 vòng) Nđến nấc 75V = 75 . 0,743 = 55,72 vòng. Làm tròn = 56 vòng. (Dƣ 1/3 vòng) Nđến nấc 110V = 110 . 0,743 = 81,73 vòng. Làm tròn = 82 vòng. (Dƣ 1/3 vòng) Ntừ nấc 3 về nấc 1= 10 . 0,743 = 7,43 vòng. Làm tròn = 8 vòng. (Dƣ 1/2 vòng)
Với các sai số khi làm trịn ta có thể phân bố lại nhƣ sau:
Hình 3.9. Sơ đồ số liệu dây quấn khi đã làm tròn
* Bước 5: Xác định dòng điện qua mỗi phần dây quấn:
Trƣờng hợp 1: Khi U1 = 75V ; U2= 220V:
38 IC = I1 – I2 = 45,83 – 12,5 = 33,33A
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý dây quấn MBA tự ngẫu để tính dịng IC
Trƣờng hợp 2: Khi U1 = 185V; U2 = 110V:
Ta có I2 = 25A theo đề bài..
IC = I2 – I1 = 25 – 18,56 = 6,44A
Lập bảng khảo sát các trƣờng hợp nguy hiểm nhất:
Bảng 3.9. Bảng khảo sát trường hợp nguy hiểm nhất đặt trên phần tử dây quấn
Trƣờng hợp Phần dây từ nấc 1 đến nấc 11 Phần dây từ nấc 11 đến 110V Phần dây từ 110V đến 220V 1 2 12,5 A 25 A 33,33 A 6,44 A 45,83 A 18,58 A
Để dễ thi công ta chọn 2 cỡ dây cho 2 cấp dịng điện (thay vì phải chọn là 3 cỡ).
- Từ nấc 1 đến cấp điện áp 110V: chọn dây dẫn tƣơng ứng với dòng điện 33,33A.
- Từ cấp điện áp 110V đến 220V: chọn cỡ dây tƣơn ứng với dòng điện 45,83A.
* Bước 6: Xác định đường kính dây quấn:
- Từ nấc 1 đến cấp điện áp 110V: chọn dây dẫn tƣơng ứng với dòng điện 33,33A.
39
√ √
Chọn d1= 3,8 suy ra d1cđ = 3,8 + 0,3 = 4,1mm
- Từ cấp điện áp 110V đến 220V: chọn cỡ dây tƣơn ứng với dòng điện 18,58A.
√ √
Chọn d2= 4,5mm suy ra d2cđ = 4,5 + 0,3 = 4,8mm