MBA làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây sơ cấp (có số vịng dây quấn n1) sẽ có dịng điện xoay chiều I1 chạy qua, tạo nên từ thông biến thiên trong lỏi thép.
Do mạch từ khép kín nên từ thơng này móc vịng qua hai cuộn dây tạo nên trong đó các sức điện động E1 và E2. Nếu bỏ qua điện trở của các bộ dây quấn và tổn hao ta có: U1 = E1 và U2 = E2 hay là: K n n E E U U 2 1 2 1 2 1
K>1 U1 < U2: Máy biến áp giảm áp. K<1 U1 > U2: Máy biến áp tăng áp.
K=1 U1 = U2 : Làm nguồn cách ly tăng tính an tồn.
Các đại lượng định mức của máy biến áp:
Các đại lượng định mức của máy biến áp cho biết tính năng kỹ thuật của máy, do nhà sản xuất qui định.
a. Dung lượng định mức (Sđm): là cơng suất tồn phần đưa ra phía thứ cấp máy biến áp ở trạng thái định mức
Sđm = U2đm I2đm; Sđm (tính bằng VA- KVA)
b. Điện áp sơ cấp định mức (U1đm): là điện áp cho phép đặt vào cuộn sơ cấp
MBA ở trạng thái làm việc bình thường. (tính bằng V- KV).
c. Điện áp thứ cấp định mức (U2đm ): là điện áp đo được ở thứ cấp khi không
tải và điện áp đưa vào sơ cấp là định mức (tính bằng V- KV).
d. Dịng điện định mức sơ cấp (I1đm) và thứ cấp (I2đm):
Là dòng điện cho phép chạy qua các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức của máy.
K: là tỉ số biến áp Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý biến áp một pha
I1
Bài tập:
Máy biến áp cảm ứng có n1= 220 vịng; n2 = 440 vịng, mắc vào U1đm= 110V. a. Tính điện áp thứ cấp U2đm.
b. Tính dung lượng định mức của máy? Biết rằng máy có khả năng cấp cho tải thuần trở R = 44.
c. Tính dịng điện định mức phía thứ cấp.
d. ở phía thứ cấp người ta trích ra một đầu dây, đo được điện áp là 24V. Tính số vịng dây quấn của đoạn trích này.
MBA tự ngẫu:
Là loại MBA mà cuộn dây thứ cấp là một phần của cuộn sơ cấp hoặc ngược lại. Nguyên lý của loại máy biến áp này hoàn toàn tương tự như MBA hai dây quấn.
3.4. Sử dụng:
- Trước khi sử dụng máy biến áp cần tìm hiểu kỹ các thơng số kỹ thuật của máy, các thông số này phải phù hợp với yêu cầu sử dụng.
- Trước khi đưa điện vào máy biến áp cần kiểm tra điện áp của nguồn. Điện áp nguồn không được lớn hơn điện áp định mức của máy.
- Trước khi đóng tải vào biến áp phải kiểm tra cơng suất của tải, tổng công suất của tải không được lớn hơn công suất định mức của biến áp.
- Biến áp được đặt ở nơi khơ ráo, thống để dễ làm mát máy, tránh môi trường ẩm ướt, hóa chất.
- Khi cần điều chỉnh điện áp ra phải ngắt hết tải ra khỏi máy, điều chỉnh xong mới lắp tải vào. Động tác này rất cần thiết để bảo vệ tải và tránh cháy các tiếp điểm của cái chuyển mạch.
- Đầu vào biến áp phải có cầu chì định mức bảo vệ, các đầu ra phải có cầu chì phù hợp với tải.
- Lau chùi sạch bụi ở lõi thép (khi ngắt điện) để tránh hút ẩm, làm giảm cách điện và dễ tỏa nhiệt làm mát máy.
- Không sử dụng một thời gian, muốn sử dụng lại phải kiểm tra rồi mới vận hành. Hình 3.3: Máy biến áp tự ngẫu loại giảm áp Hình 3.4: Máy biến áp tự ngẫu loại tăng áp
U1
U2
U2 U1
3.5. Hư hỏng thường gặp:
- Máy biến áp làm việc chập chờn lúc có điện lúc mất điện.
- Khi máy chạy có tiếng kêu rè rè.
- Rò điện ra vỏ máy.
- Nổ cầu chì đầu vào.
- Máy bị nóng q mức và có mùi khét.
- Khơng điều chỉnh được một số nấc ở chuyển mạch.
- Điện áp vượt quá định mức mà chuông không báo. 3.6. Sửa chữa:
Mỗi hư hỏng ở máy biến áp đều có nguyên nhân và biện pháp sửa chữa như sau:
TT Hiện tượng Nguyên nhân Biện pháp sửa chữa
1 Chập chờn lúc có điện lúc mất điện
- Do tiếp xúc khơng tốt ở phích cắm lấy điện vào
- Do tiếp xúc không tốt nơi chuyển mạch
- Do các đầu dây từ biến áp đưa ra bắt vào các chốt ở chuyển mạch bị lỏng
- Quan sát và đo kiểm tra.
2 Khi máy chạy có
tiếng kêu rè rè. - Do lỏi thép ghép chưa chặt
nên bị rung phát ra tiếng kêu - Xiết chặt các đai ốc gông lỏi thép.
3 Rò điện ra vỏ
máy - Chạm các dây quấn vào lỏi thép.
- Các đầu dây ra chưa được bọc cách điện và chạm lỏi thép hoặc vỏ máy.
- Do cuộn dây bị quá ẩm rò điện ra lỏi thép.
- Kiểm tra lại cách điện giữa dây quấn và lỏi thép.
4 Nổ cầu chì đầu
vào - Do ngắn mạch ở dầu vào hoặc đầu ra
- Do chạm ở chuyển mạch - Do ngắn mạch một số vòng trong bối dây
- Đo kiểm tra – Kiểm tra từ dễ đến khó, khả năng cuối cùng là nối tắt các vịng dây trong bối dây
5 Máy bị nóng quá mức và có mùi khét
- Do quá tải
- Do dây quấn bị nối tắt các vòng dây trong bối dây.
- Do chập ở cái chuyển mạch.
- Tháo tải để nguội và chạy thử không tải, quan sát. - Đo kiểm tra để phát hiện chập
6 Không điều chỉnh được một số nấc ở chuyển mạch
- Hỏng chuyển mạch, các tiếp
điểm bị cháy hoặc không tiếp xúc. - Tháo chuyển mạch ra để đo, kiểm tra.
7 Điện áp vượt quá định mức mà chuông không báo
- Do stắcte hỏng
- Do cuộn dây nam châm điện bị đứt hoặc bị cháy
- Do khe hở giữa thanh rung và nam châm điện lớn quá.
- Quan sát và đo kiểm tra, thay thử cái mới.
GIớI THIệU MộT Số máy biến áp gia dụng:
1. Máy biến áp nguồn:
Máy biến áp nguồn là loại máy biến áp dùng để cung cấp nguồn cho các thiết bị điện tử như Ti vi, đầu máy...
Vì những mạch điện tử cần có những nguồn điện áp khác nhau nên phần thứ cấp của máy biến áp này có nhiều cuộn dây khác nhau, mỗi cuộn sau khi nắn thành điện một chiều sẽ cung cấp cho những mạch khác nhau.
2. Survolteur:
Một trong những thiết bị điện gần gũi với chúng ta là Survolteur. Đúng ra phải gọi là máy tăng, giảm áp vì điện áp thứ cấp có thể tăng hoặc giảm so với điện sap sơ cấp.
Survolteur là một máy biến áp tự ngẫu, nghĩa là phần dây quấn sơ cấp và thứ cấp được nối liền với nhau về điện.
Điện áp đầu vào sau khi qua cầu chì bảo vệ được đưa đến 2 galết để điều chỉnh.
- Galết thứ nhất (K1) có 4 nấc để điều chỉnh điện áp ở đầu vào: 220V, 160V, 110V và 80V.
- Galết thứ hai (K2) có 9 nấc để điều chỉnh điện áp ở đầu vào: 220V, 160V, 110V và 80V.
Tùy theo nhà chế tạo mà đèn báo và đồng hồ vôn sử dụng trực tiếp điện áp 220V hay điện áp cảm ứng 6V.
Để bảo vệ quá áp có thể dùng một trong ba phương pháp sau đây: Hình 3.5: Sơ đồ dây quấn một biến áp nguồn
Điện áp vào 110V 5V AC 18V AC Hình 1.5: 12V AC Hình 1.5: 35V AC
- Dùng chuông để báo quá điện áp:
Chuông điện được mắc nối tiếp với một tắcte (thường được gọi là con chuột), khi điện áp vượt qua điện áp ngưỡng của stắcte thì tiếp điểm của nó đóng lại. Dịng điện đi qua mạch làm chng rung lên báo hiệu quá điện áp.
Mạch này có ưu điểm là đơn giản nhưng nếu ta để chuông reo quá lâu mà khơng điều chỉnh hạ bớt điện áp xuống kịp thì chng sẽ bị cháy và có thể hư hỏng các thiết bị đang sử dụng.
- Dùng rơle (relay) cắt sur để cắt điện khi điện áp cao:
Nếu thay chng báo bằng rơle cắt sur thì độ an tồn sẽ cao hơn.
Lõi thép đàn hồi
Lõi thép từ tính
Dây quấn trên lõi Lỗ bắt vào nền
Hình 3.6: Cấu tạo chng báo sur
Cuộn dây của rơle cắt sur được mắc nối tiếp với stắcte cịn tiếp điểm của nó được gắn ở mạch vào. Khi điện áp quá cao, cuộn dây rơle hút thanh gài. Dưới tác động của lò xo đẩy tiếp điểm làm cắt mạch. Sau khi giảm điện lại, ấn nút reset, tiếp điểm sẽ được gài nối mạch điện trở lại.
Phương pháp này có ưu điểm là tác động nhanh, bảo vệ an toàn cho thiết bị khi điện tăng đột ngột. Khuyết điểm của nó là phải ấn nút reset lại mới có điện và sau một thời gian sử dụng tiếp điểm bị hư phải thay cái mới.
- Dùng rơle có mạch điện tử điều khiển để cắt tải:
Phương pháp này có ưu điểm là khi điện áp giảm xuống, mạch tự động đóng lại. Khuyết điểm của nó là chỉ cắt mạch điện ra chứ khơng cắt mạch điện vào.
Mạch điện của nó gồm một cầu phân áp để làm mạch so sánh điện áp, một điốt zener 6V nối với cầu phân áp và cực B của hai transistor nối với một rơle. Khi điện áp cao, điện áp của cầu phân áp vượt quá ngưỡng của điốt zener, dòng điện đi qua cực B làm T1 dẫn kéo theo T2 dẫn. Rơle có điện cắt mạch tải ra. Khi điện áp xuống thấp, T1 và T2 ngắt, rơle mất điện đóng mạch tải lại.
R3 47K R2 47K R1 47K Q2 C1815 Q1 C1815 C 100mF
Hình 3.8: sơ đồ bảo vệ quá áp bằng mạch điện tử D1 1N4007 12VSPDT VR 10K DS 6V D2 1N4007 To Gallet To Output
Cách sử dụng survolteur:
Khi điện áp nguồn giảm, tăng núm điều chỉnh 2 từng bậc lên cho đến khi điện áp ra U2 đạt định mức.
Khi điện áp nguồn mạnh, trở lại điện áp bình thường, thì lúc đó điện áp ra U2 lại tăng lên quá điện áp định mức. Dĩ nhiên điện áp ở hai đầu stắcte cũng tương ứng tăng lên gần 100V, làm stắcte hoạt động, đóng mạch hệ chng báo, dẫn dịng điện qua chuông báo reo vang báo hiệu cho người sử dụng phải điều chỉnh lại núm 2 về cho đến bậc mà điện áp U2 đúng định mức, thì chng báo khơng reo nữa.
ở khu vực có nguồn điện tăng điện áp bất thường thì dùng máy biến áp một
phần cuộn dây để hiệu chỉnh điện áp ra U2 giảm xuống cho đúng định mức.
Hình 3.9: sơ đồ máy tăng giảm điện áp (Dạng 1)
a). Hình dạng bên ngồi. b). Sơ đồ nguyên lý. a) 7 5 3 6 9 8 4 2 1 0 V K b) Chuông Stắcte 110V 0 220V Nguồn ra 110V 0 220V Nguồn vào
Cụ thể hơn:
Trường hợp nguồn vào 220V:
- Đặt K1 ở vị trí 220V; K2 ở vị trí số 0 và cấp nguồn cho survolteur.
- Bật K2 tăng dần từ số 1 lên, quan sát đồng hồ nếu thấy chỉ 220V thì dừng lại.
- Nếu khi đã tăng K2 tối đa (số 9) mà điện áp ra vẫn cịn thấp (< 220V) thì tắt máy. Chuyển K2 về, sau đó chuyển K1 về vị trí 160V và cũng tăng K2 lên tương tự.
Trường hợp nguồn vào 110V:
- Đặt K1 ở vị trí 110V và kết hợp điều chỉnh K2 tương tự ở trên.
- Nếu nguồn bị sụt áp nhiều, thì chuyển K1 sang vị trí 80V và điều chỉnh lại K2 tương tự.
Trong quá trình sử dụng nếu nghe chng reo thì phải giảm K2 ngay để tránh hiện tượng điện áp đặt vào tải quá cao.
Phải thường xuyên kiểm tra tình trạng của máy, đặc biệt là kiểm tra cách điện. Hình 3.10: sơ đồ máy tăng giảm điện áp (Dạng 2)
a). Hình dạng bên ngồi. b). Sơ đồ nguyên lý. a) b) 7 110 220 5 3 6 9 160 8 80 4 2 1 0 V Nguồn vào 110V/220V A K1 K2 Chuông Stắcte 110V 0 220V Nguồn ra
1. ổn áp:
Nhìn chung các loại ổn áp trên thị trường rất đa dạng. Tuy nhiên ta có thể phân ra làm ba loại chính: ổn áp sắt từ, ổn áp sử dụng rơle, ổn áp sử dụng mạch servo để điều chỉnh điện áp. Do hai mạch sau có liên quan nhiều về những kiến thức điện tử nên
sẽ được xét ở môn Điện tử ứng dụng.
ở đây chỉ giới thiệu sơ bộ nguyên lý làm việc và sơ đồ khối của chúng.
a. Mạch ổn áp sắt từ:
Nguyên lý cơ bản của mạch này là lợi dụng đặc tính ổn định điện áp của mạch LC để tạo một điện áp ổn định ở đầu ra. Tiêu biểu cho loại này là ổn áp sắt từ 500W của Liên Xô rất thông dụng trên thị trường
Điện áp mào một đầu được nối với biến áp chính hình xuyến đồng thời nối với một cuộn kháng có lỏi sắt hình chữ U để tạo cảm ứng. Đầu giữa của cuộn kháng này được lấy làm ngỏ ra còn đầu kia được nối với một tụ điện khoảng 16mF. Đầu điện áp vào còn lại được đi qua cuộn kháng thứ hai trước khi vào biến áp chính hình xuyến. Một cuộn dây thứ ba quấn chung trên lỏi cuộn kháng thứ hai một đầu nối với đầu cuối của biến áp chính cịn đầu kia nối mới đầu cịn lại của tụ. (xem sơ đồ hình 3.11)
Hình 3.11: sơ đồ mạch ổn áp sắt từ liên xơ
Đèn báo Lõi sắt hình chữ U Lõi sắt hình xuyến Tụ điện 14mF Điện áp ra 220V 2% Điện áp vào 90V-240V Lõi sắt hình chữ U
Do tính chất bảo hịa từ của lỏi sắt và mạch LC, điện áp ở hai đầu ra hầu như không đổi trong khi điện áp đầu vào thay đổi rất nhiều. Sự chênh lệch giữa hai điện áp ra và vào nằm ở hai cuộn kháng trên.
Ưu điểm của loại ổn áp sắt từ là điện áp ra không dao động khi điện áp vào thay đổi, độ ổn định điện áp cao ( 5%) trong khi điện áp vào thay đổi đến 50%. Khuyết điểm của nó là lỏi sắt nóng vì chạy ở chế độ bảo hịa. Vì vậy chỉ nên sử dụng khi cơng suất trên 50% công suất định mức. Điều cần nhớ thứ hai là không nên để quá gần những thiết bị điện tử dễ bị ảnh hưởng của từ trường như TV, đầu máy VHS vì từ trường của ổn áp sắt từ rất mạnh.
b. ổn áp sử dụng rơ le:
ổn áp dùng rơ le có cấu tạo tương tự như survolteur chỉ khác ở chỗ là dùng rơle để chuyển đổi điện áp tự động ở cả hai đầu của biến áp. ở đây mạch điện tử đóng vai trị so sánh điện áp, giải mã tín hiệu và điều khiển rơle đóng mơ sao cho điện áp ra chỉ dao động trong một phạm vi nhỏ.
Trong sơ đồ, ta nhận thấy rằng tín hiệu điện áp vào được giảm áp và so sánh với các mức điện áp chuẩn. Sự sai lệch này sẽ được khuếch đại lên và đưa qua bộ giải mã để đóng các rơ le giữ cho điện áp ra ổn định.
ưu điểm của loại ổn áp này là có cấu tại tương đối đơn giản, giá thành hạ.
Khuyết điểm của nó là điện áp ra thay đổi trong một khoảng chứ không ổn định cao như trong trường hợp ổn áp dùng mạch servo, sau một thời gian sử dụng rơle thường bị hư hỏng mặt vít.
c. ổn áp dùng mạch servo:
Để khắc phục những khuyết điểm của mạch ổn áp dùng rơle, người ta chế tạo ổn áp dùng mạch servo. Cấu tạo mạch này gồm một cuộn dây có hai lớp được quấn trên một lỏi sắt hình xuyến. Lớp ngồi của cuộn dây được mài mịn lớp emay cách điện. Một giá than có gắn động cơ DC được điều khiển bởi một mạch servo. Mạch này có nhiệm vụ lấy điện áp chuẩn ở đầu ra để đem về so sánh và điều khiển động cơ DC quét trên cuộn dây để có được một điện áp ra không đổi.