Trình tự tính toán máy biến áp độc lập cách ly một pha dựa trên sơ đồ biến áp, tham số dòng điện, điện áp phía sơ cấp và thứ cấp

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY MỘT PHA

2. Trình tự tính toán máy biến áp độc lập cách ly một pha dựa trên sơ đồ biến áp, tham số dòng điện, điện áp phía sơ cấp và thứ cấp

2.1. Tính công suất máy biến áp

Công suất biểu kiến của máy biến áp Sdm , Khi Sdm = Pd = U2I2 (VA) - Nếu phụ tải là thuần trở.

- Nếu phụ tải là phản kháng: Sdm = Pdm/ cosφ (VA).

Từ công suất biểu kiến của máy biến áp, xác định được diện tích trụ quấn dây của máy biến áp và còn phụ thuộc lõi thép E hay U.

- Nếu là lõi thép chữ E, ta có k = 2

- Nếu là lõi thép chữ U, ta có k = 0,75 ÷ 0,85.

2.2. Tính tiết diện lõi thép

*Chọn lõi thép (mạch từ) Mạch từ của máy biến áp cách ly một pha thường là mạch từ kiểu bọc (hình 5.1), được ghép bằng lá thép chữ E hay I có các thông sô như sau:

a: Chiều rộng trụ quấn dây.

b: Chiều dày trụ quấn dây.

c: Độ rộng cửa sổ.

a/2: Độ rộng lá thép I.

Đối với máy biến áp khi quấn chúng ta cấn tính toán tiết diện lõi thép mà trên đó chúng ta đặt cuộn dây.

Hình 5.1: Kích thước mạch từ máy biến áp cảm ứng

*Tính tiết diện trụ quấn của lõi thép:

Giả sử đối với lõi thép chữ E, I ta có k = 1,2. Vậy diện tích của trụ quấn dây là:

1, 2 dm

S= S (5.1)

Trong đó:

+ S = a.b là diện tích của trụ, đơn vị là (cm2).

+ Sdm là công suất biểu kiến của máy biến áp ,đơn vị là (VA).

Dựa vào công thức (5.1), tính được kích thước của a và b. Thường lá thép chữ E được chế tạo theo tiêu chuẩn: c = a/2, h = 3a/2, b = S/a. Vậy yêu cầu xác định a như thế nào? Người ta có một giới hạn để chọn a theo công thức:

+ Kích thước lớn nhất của a: amax = S0 (cm) + Kích thước nhỏ nhất của a: amin = S0 (cm)

Như vậy kích thước lớn nhất của a được lựa chọn từ amax÷ amin . Qua đó ta có kích thước b = S0/a (cm) và h,c.

2.3. Tính số vòng dây và đường kính dây cuộn sơ cấp và thứ cấp

a/2

*Tính số vòng dây mỗi vôn:

Từ công thức: E = 4,44.w.f.B.S0, với E = 1V, f = 50Hz Ta có:

0

w 104

4.44.50. .B S

=

Rút gọn lại:

0

w K

= S (vòng/vôn) (5.2)

Trong đó:

+ K: hằng số phụ thuộc theo B (weber /m2) + S0 : tiết diện hữu ích của lõi thép

Dựa vào bảng (5.1) cho phép chọn hệ số K theo mật độ từ B Bảng 5.1: Bảng tra hệ số K theo mật đồ từ B Mật độ từ

wb/mm2 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Hệ số K

Theo thực tế, lõi thép có sẵn của ngoại, loại tốt ta chọn K = 45 ÷ 41. Lõi thép xấu ta chọn K = 50

*Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp w1

w1 = w.U1 (vòng) (5.3)

* Tính số vòng dây của cuộn thứ cấp w2

Khi tính số vòng dây của cuộn thứ cấp, cần phải dự trù tăng thêm một số vòng dây để bù sụt áp do trở kháng của cuộn thứ cấp:

w2 = w.(U2 + ΔU2) (vòng) (5.4) Chọn ΔU2 theo bảng tính sau: Với ΔU2 = 2. 2

100 U U

Bảng 5.2: Bảng tra hệ số sụt áp phần trăm theo công suất MBA S (VA) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500 ΔU2(%) 4,5 4 3,9 3 2,5 2,5 2,5 2,5 2

* Tính tiết diện dây sơ cấp và thứ cấp.

Khi tính tiết diện dây nên căn cứ vào điều kiện làm việc của máy biến áp như: Công suất, thời gian, dây dẫn phát nhiệt quá 800C. Mà chọn mật độ dòng điện J cho phù hợp để khi máy biến áp làm việc định mức.

Chọn mật độ dòng điện J, khi thời gian làm việc của máy biến áp là 24/24(h) liên tục theo bảng sau:

Bảng 5.3. Bảng tra mật độ dòng điện theo công suất MBA

S(V.A) 0÷50 > 50÷100 > 100÷200 >200÷250 500÷1000

J(A/mm2 4 3.5 3 2.5 2

Nếu máy biến áp làm việc ngắn hạn từ 3÷5 giờ, với điều kiện thông gió tốt nơi để máy biến áp. Chúng ta có thể chọn J = 5 A/mm2 để tiết kiệm khối lượng dây dây đồng và tổn hao ∆Pđ.

- Tiết diện dây sơ cấp được xác định theo mật độ dòng điện J:

Sd1 = 2

. 1. P

U J (mm2) (5.5)

Với: - η là hiệu suất máy biến áp = 0,85 ÷ 0,95.

- U1 là điện áp nguồn.

- Tiết diện dây thứ cấp là : Sd2 = I2

J (mm2) (5.6)

Biết được tiết diện dây, dễ dàng xác định được đường kính dây d1 và d2, theo công thức :

d = 2 1,13 3,14

S  S => d1 = 1,13 Sd1 (5.7) d2 = 1,13 Sd2

(5.8) 2.4. Kiểm tra hệ số lấp đầy của dây quấn

Chúng ta muốn kiểm tra hệ số lấp đầy của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

Trước hết, xác định cách bố trí cuộn dây sơ cấp và thứ cấp quấn trong ngoài hay quấn riêng rẽ hai cuộn. Qua đó ta chọn được chiều dài L của cuộn sơ cấp, thứ cấp trên khuôn quấn dây. Thường chúng ta quấn cuộn dây sơ cấp và thứ cấp là trong ngoài.

Hình 5.2: Sơ đồ bố trí và các thông số dây quấn máy biến áp Chúng ta tiến hành tính toán như sau:

* Bề dầy cuộn dây sơ cấp w1

- Số vòng cuộn dây sơ cấp trên một lớp dây, với d1cd = d1 + ecd

1 1

wlop 1

cd

L

=d − (5.9)

Với:

+ Dây tráng êmay: ecd = 0,03 ÷ 0,08 mm + Dây bọc coton: ecd = 0,15 ÷ 0,4 mm

b

W1

W2

en

e1.2

a

ek εk εk

L

- Số lớp dây của cuộn sơ cấp là:

N1 lớp = w1/w1lop (5.10)

- Bề dày cuộn sơ cấp w1 là:

1 (d1cd.N1lop) ecd(N1lop 1)

 = + − (5.11)

* Bề dày cuộn thứ cấp w2:

2 (d2cd.N2lop) ecd(N2lop 1)

 = + − (5.12)

* Bề dày của toàn bộ của các cuộn dây quấn:

Tùy theo sự bố trí của các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp mà tính bề dày cuộn dây. Theo hình 5.2, ta có bề dày toàn bộ cuộn dây là:

1 1.2 2

(1,1 1, 25).(eK n)

 =  + +  + +  (5.13)

So sánh bề dày cuộn dây tvới bề rộng của cửa sổ, nếu t< c thì thỏa mãn điều kiện cho phép và tiến hành quấn dây.

* Tính khối lượng của từng cuộn dây.

Để tính được khối lượng cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, chúng ta sử dụng công thức sau:

2

. . .8, 9.10 4 dp 4

G=K L d − (5.16)

Trong đó:

- G: Khối lượng cuộn dây cần tính

- Kdp: Hệ số dự phòng cho những khiếm khuyết khi quấn dây lấy = 1,2 ÷1,3 - L: Chiều dài cuộn dây tính được