BÀI 3: QUẤN DÂY BIẾN ÁP 1 PHA CÁCH LY CÔNG SUẤT NHỎ
1. TÍNH TOÁN SỐ LIỆU DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 1 PHA
1.2. Tính toán số liệu dây quấn máy tự biến thế ( biến áp tự ngẫu)
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 công suất biểu kiến có thể nêu ra nhƣ sau:
Hình 3.5. Sơ đồ dây quấn MBA tăng, giảm áp - Lừi thộp của tự biến thế nhỏ hơn biến thế 2 dõy quấn.
- Số vòng dây dùng cho tự biến thế ít hơn so với biến thế 2 dây quấn.
- Đường kính dây quấn dùng cho tự biến thế có thể nhỏ hơn so với biến thế 2 dây quấn.
32
Tóm lại: Về mặt công 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 toàn điện khi vận hành so với biến thế 2 dây quấn.
Các dạng sơ đồ của bộ tăng giảm thế thông dụng:
Hình 3.6. Một số dạng sơ đồ dâyquấn MBA tự ngẫu b/Trình tự tính toán máy tự biến thế thông 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 đường:
-Năn lƣợng điện qua bộ dây chung.
-Biến điện năn từ sơ cấp qua thứ cấp thụng qua mụi trường từ của lừi thép.
33
Như vậ kích thước chỉ cần nhỏ đủ để chuyển một phần năng lượng của sơ cấp sang thứ cấp.
Gọi Sth là cụng suất biểu kiến chuển từ sơ cấp sang thứ cấp nhờ lừi thép. Ta có quan hệ sau:
Trong đó UC l hiện thế cao, Uth l hiện thế thấp.
-Trường hợp tự biên thế giảm áp U2< U1:
- Trường hợp tự biên thế tăng áp U2> U1:
* Bước 2: Xỏc định tiết diện tớnh túan At cho lừi thộp:
√ (cm2)
Các bước tính tóan cịn lại giống như 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 hướng đi và các thành phần dòng điện qua mỗi bộ dây tùy theo tự biến thế trong trong trang thái tăng hay giảm áp.
+ Trường hợi tự biến thế là giảm thế:
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.
+ Trường hợp tự biến thế tăng thế: (xem hình máy biến thế tăng thế) I2: dòng điện qua phụ tải cũng chính là dòng 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 thông 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.
+ Dũng điện định mức tại ngừ ra phụ tải là 25A trờn ngừ ra 110VAC.
+ Máy có 11 cấp điều chỉnh (ứng với 10 khỏang điều chỉnh) mỗi cấp điều chỉnh từ 5 đến 10 vôn.
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 dựng cho lừi thộp, nếu là lừi loại 13 cú mật độ từ dựng để tính toán là Bm = 0,8T.
b. Xác định số vòng dây quấn cho từng phần bộ dây.
c. Xác định đường kính dây quấn, nếu dùng loại dây côtton ta chọn mật độ dòng 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 + Trạng thi 3: U1= 185V đến 130V khi U2 = 110V
36
+ Trạng thi 4: U1 = 185V đến 240V khi U2 = 220V Áp dụng công thức để tính Sth:
Trường hợp 1: U1 = 75V ; U2 = 110V: máy biến áp đang là tăng áp:
Tương tự ta tính cho các trường hợp còn lại.
Lập bảng để xác định Sth cho các trường hợp trên:
Bảng 3.9. Bảng xác định Sth
Trường 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 trường hợp 3 thì máy sẽ lm việc với công suất là lớn nhất nên ta chọn và tính cho trường hợp này. Đây là trường hợp tăng thế U1=75V v U2= 220V v Sth= 1815VA (làm tròn).
* Bước 3: Tớnh tiết diện lừi thộp:
√ √ (cm2)
Suy ra:
(chọn Kf = 0,9) √ √
37
√ √
Chọn a = 7,2cm phù hợp với kích thước trên thị trên thị trường.
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 vòng/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 tròn 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:
Trường hợp 1: Khi U1 = 75V ; U2= 220V:
Chọn ỗ = 0,8 suy ra I1:
38
IC = I1 – I2 = 45,83 – 12,5 = 33,33A
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý dây quấn MBA tự ngẫu để tính dòng IC
Trường 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 trường hợp nguy hiểm nhất:
Bảng 3.9. Bảng khảo sát trường hợp nguy hiểm nhất đặt trên phần tử dây quấn Trường
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 dòng điện (thay vì phải chọn là 3 cỡ).
- Từ nấc 1 đến cấp điện áp 110V: chọn dây dẫn tương ứng với dòng điện 33,33A.
- Từ cấp điện áp 110V đến 220V: chọn cỡ dây tươn 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 tương 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 tươn ứng với dòng điện 18,58A.
√ √ Chọn d2= 4,5mm suy ra d2cđ = 4,5 + 0,3 = 4,8mm