CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP I. CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 1. Mạch từ (lõi thép) Lõi thép dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt. Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0.
Lõi thép gồm 2 phần: Trụ và Gông. Trụ là phần để dặt dây quấn còn Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín. Cuộn dây quấn Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Dây quấn thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện.
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép đều có cách điện. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn. và số vòng dây của các cuộn là khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy biến áp. Có 2 loại dây quấn: Dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp Dây quấn nhận năng lượng từ lưới gọi là dây quấn sơ cấp Trang 16 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện Dây quấn cung cấp năng lượng cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp Số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là khác nhau.
Số vòng dây cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng dây cuộn thứ cấp thì là máy biến áp hạ áp (máy biến áp hạ thế), ngược lại số vòng dây cuộn sơ cấp nhỏ hơn số vòng dây cuộn thứ cấp thì là máy biến áp tăng áp (máy biến áp tăng thế). Vỏ máy Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: nắp thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý: Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường. Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ) Hình 1. 3: Nguyên lý hoạt động Trang 17 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện Cuộn dây N1 và cuộn dây N2 được quấn trên lõi thép khép kín. Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây này sẽ xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn, đồng thời trong dây dẫn sẽ xuất hiện từ thông móc vòng cho cả hai cuộn N1 và N2.
Cuộn dây N2 được nối với tải thì trên cuộn N2 sẽ xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2. Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1. Điện áp sơ cấp và thứ cấp Gọi W1, W2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi U1, U2 là điện áp 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp. U2 𝑊2 Thay đổi các số vòng dây W1,W2 đi các điện áp U1,U2 ta thấy: = U1 𝑊1 Nếu W2 > W1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp. Nếu W2 < W1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp. Sức ứng điện động E1 và E2 Dòng điện biến 𝑖1 biến thiên theo quy luật hàm sin → từ thông Φ biến thiên → theo định luật cảm ứng điện từ, ở các dây quấn có sức điên động cảm ứng.
Dây quấn sơ cấp→ sức điện động 𝑒1 Dây quấn thứ cấp→ sức điện động 𝑒2 Từ thông Φ biến thiên thoe qui luật hàm sin 𝛷 = 𝛷𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 Trang 18 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện Sức điện động dây quấn sơ cấp 𝑒1 𝑑𝛷 𝑑(𝛷𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡) 𝑒1 = −𝑊1 = −𝑊1 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑒1 = −𝑊1 𝛷𝑚 𝜔𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 = 2𝜋𝑓. 𝛷𝑚 √2sin(𝜔𝑡 − 90𝑜 ) Trị hiệu dụng của sức điện động sơ cấp 𝐸1 = 4,44𝑊1 𝑓. 𝛷𝑚 √2sin(𝜔𝑡 − 90𝑜 ) Trị hiệu dụng của sức điện động thứ cấp 𝐸2 = 4,44𝑊2 𝑓. Tỉ số biến áp 𝐸 𝑊1 𝑘= 1= k: là hệ số biến áp 𝐸2 𝑊2 Bỏ qua tổn thất điện áp trên các dây quấn 𝑊1 và 𝑊2 𝑈1 ≈ 𝐸1 ; 𝑈2 ≈ 𝐸2 𝑈1 𝐸1 𝑊1 Ta có: ≈ = =𝑘 𝑈2 𝐸2 𝑊2 Tỷ số điện áp vào ( sơ cấp) và điện áp ra ( thứ cấp) đúng bằng tỷ số vòng dây tương ứng k > 1: máy biến áp hạ áp k < 1 máy biến áp tăng áp IV.
PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP 1. Phân loại theo cấu tạo Trang 19 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện a. Máy biến áp 1 pha Là một thiết bị tĩnh điện dùng để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều một pha mà vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp một pha dùng được trong các gia đình, trong đo lường, lò luyện kim, hàn điện….
4: Máy biến áp 1 pha của MBT b. Máy biến áp 3 pha Là một thiết bị tĩnh điện dùng để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều ba pha mà vẫn giữ nguyên tần số. Thiết bị này chủ yếu được sử dụng cho mục đích công nghiệp để tạo ra năng lượng điện, truyền tải và phân phối. Trong máy biến áp 3 pha được chia làm 2 loại: Máy biến áp 3 pha kiểu kín và máy biến áp 3 pha kiểu hở.
5: Máy biến áp 3 pha kiểu kín (trái) và máy biến áp 3 pha kiểu hở (phải) của MBT Trang 20 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện Thay vì sử dụng máy biến áp ba pha người ta có thể ghép ba máy biến áp một pha với nhau nhưng chức năng hoạt động vẫn không có gì thay đổi. Điều này giúp ích rất nhiều trong việc vận chuyển và lắp đặt máy biến áp. Phân loại theo chức năng a. Máy biến áp tăng áp Là loại máy làm giảm lượng hao hụt cũng như chi phí cho việc truyền tải đi xa và thường được sử dụng trong các nhà máy điện.
Loại máy này có số vòng dây cuộn sơ cấp nhỏ hơn số vòng dây cuộn thứ cấp. Máy biến áp giảm áp Là máy biến áp giảm áp cung cấp các điện áp giá trị thấp phù hợp với các nguồn điện tử. Nó biến đổi điện áp gia đình (230/120V) ở phía sơ cấp thành điện áp nhỏ hơn ở phía thứ cấp, điện áp này sau đó sẽ cung cấp cho thiết bị điện tử nhỏ hơn. Loại máy này có số vòng dây cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng dây cuộn thứ cấp.
6: Cấu tạo máy biến áp Trang 21 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện 3. Phân loại theo công dụng a. Máy biến áp thí nghiệm Là loại máy được dùng chủ yếu phục vụ cho việc thí nghiệm, đặc biệt đối với mức điện áp cao. Máy biến áp đo lường Là loại máy dùng để đo lường điện áp trong hệ thống điện, chúng làm giảm điện áp của dòng điện lớn sau đó đưa vào một bộ dụng cụ đo tiêu chuẩn hoặc dùng để điều khiển.
Máy biến áp chuyên dùng Là loại máy biến áp được chế tạo ra cho một mục đích nhất định và cụ thể như sử dụng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị hàn, dùng làm thiết bị chỉnh lưu… d. Máy biến áp điện lực Là loại máy phục vụ cho việc truyền tải và phân phối công suất điện trong một hệ thống điện nhất định. Máy biến áp tự ngẫu Gồm có máy biến áp tự ngẫu 1 pha, máy biến áp tự ngẫu 3 pha. Trong đó, máy biến áp tự ngẫu 1 pha có công suất nhỏ thường được dùng trong các phòng thí nghiệm và các thiết bị điện mà cần điện áp đầu ra liên tục.
Còn máy biến áp tự ngẫu 3 pha được dùng để điều chỉnh điện áp khi mở máy động cơ không đồng bộ, hay là được dùng để liên lạc trong hệ thống điện. Trang 22 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỐ LIỆU DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP I. MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY 1 PHA 1. Bước 1: Xác định các số liệu ban đầu - Điện áp định mức phía sơ cấp ( 𝑈1 ) và phía thứ cấp (𝑈2 ) - Dòng điện định mức phiaws thứ cấp 𝐼2 - Nếu không biết rõ 𝐼2 cần xác định công suất biểu kiến phía thứ cấp 𝑆2 𝑆2 = 𝑈2 .1) - Tần số nguồn điện 𝑓 - Chế độ làm việc ngắn hay dài hạn 2.
Bước 2: Xác định tiết diện tính toán 𝐴𝑡 cần dùng lõi thép Căn cứ vào điều kiện tản nhiệt và giữ độ sụt áp tại thứ cấp lúc mang tải ta có (2.2) 𝐴𝑡 : Tiết diện tính toán của lõi thép 𝑆2 : Công suất biểu kiến tại thứ cấp MBA K : hệ số hình dáng lõi thép - Lõi thép E,I: K = 1÷1,2 - Lõi thép U,I: K = 0,75÷0,85 𝐵𝑚 mật độ từ thông trong lõi thép ( chọn ) - Với lõi thép dẫn từ không định hướng 𝐵𝑚 = 0,8 ÷ 1,2 𝑇 - Với lõi thép dẫn từ có định hướng 𝐵𝑚 = 1,2 ÷ 1,6𝑇 3. Bước 3: Chọn kích thước cho lõi thép, tính khối lượng lõi thép Gọi Ag là tiết diện thực của lõi dây thép ta có 𝐴𝑔 = 𝑎.3) At ≠ Ag do : Trang 23 Đại Học Lạc Hồng Thực Hành Quấn Dây Máy Điện - Bề dày cách điện tráng trên lõi thép - Độ ba vớ có trên biên lá thép do công nghệ dập định hình là thép có độ chênh lệch giữa At và Ag xác định bằng hệ số ghép Kf 𝐴𝑡 𝐴𝑔 = (𝐾𝑓 tra bảng 2. 1: Xác định hệ số ghép 𝐊 𝐟 Bề dày lá thép 𝑲𝒇 (mm) Lá thép ít ba vớ Lá thép nhiều ba vớ 0,35 0,92 0,8 0,5 0,95 0,85 Khi biết được At chọn Kf suy ra Ag từ đó chọn các kích thước của lõi thép a , a. Để dễ dàng thi công quấn dât thường giữa a ,b có quan hệ về kích thước như sau : 𝑏 = 𝑎 ÷ 1.5𝑎 Suy ra : Ag = a.
b = a2 ( khi a = b ) Hoặc Ag = 1,5 a2 ( khi 1,5a = b ) Tóm lại ta có thể xác định dãy giá trị cho a , khi biết Ag như sau : (2.5) Phối hợp các giá trị cho sẵn của a trong thực tế , chọn a thích hợp cho lõi thép , từ đó tóm lại giá trị chính xác cho b. Bước 4: Tính khối lượng lõi thép Khi định được a và b áp dụng các phép tính hình học ta suy ra khối lượng cần dùng cho lõi thép .