Bài 1: Vẽ sơ đồ tính toán thông số cho mét m¸y biÕn ¸p pha cã sè liƯu sau: Điện áp đầu vào có đầu 220/110V Đầu cung cấp cho cho quạt bàn có công suất P=20W, điện áp U=12V bóng đèn sợi tóc có công suất P=5W, điện áp 6V - Máy biến áp (MBA) pha cần thiết kế có yêu cầu nh sau: + Điện áp đầu vào có đầu 220V/110V + Đầu cung cấp cho quạt bàn có P=20W, U=12V bóng đèn sợi tóc có P=5W, U=6V - Vì MBA cần thiết kế có dung lợng nhỏ nên ta thiết kế MBA theo bớc sau: + Xây dựng sơ đồ tham số MBA + Tính kích thớc lõi + Tính số vòng dây cì d©y qn + TÝnh diƯn tÝch cưa sỉ Bíc 1: Xây dựng sơ đồ tham số MBA - Sơ đồ biến áp đợc xây dựng dựa sở thực tế nguồn tải, có xét điều kiện cho phép vật liệu ( cỡ dây quấn) - Bởi MBA làm việc với điện áp nguồn tải nên ta chọn sơ ®å MBA nh sau: Bóng đèn (6V-5W) Quạt bàn (12V-20W) - Các tham số MBA bao gồm có điện áp sơ cấp U1, điện áp thứ cấp U2, dòng điện sơ cấp I1, dòng điện thứ cấp I2, công suất toàn phần sơ cấp S1 công suất toàn phÇn thø cÊp S2 Ta cã : U1= Un=220V/110V ; U2=Ut=12V/6V + Un- điện áp nguồn sơ cấp (V) + Ut- điện áp làm việc định mức tải (V) - Bởi MBA làm việc với hai tải nên S2 đợc tính theo công thức: S = S 21 + S 22 S 2n = Pttn Pthn = , cos ϕ n η n cos ϕ n +) S n : c«ng st biĨu kiÕn ë tải thứ n ; +)Pttn : công suất tiêu thụ nguồn tải thứ n (W) , công suất tiêu thụ điện từ nguồn thứ cấp để nuôi cho thiết bị điện hoạt động Nó công suất đầu vào thiết bị nhận áp +)Ptbn : công suất thiết bị tải thứ n (w), công suất sinh công hữu ích dới dạng lọng đà đợc chuyển đổi Nó công suất đầu thiết bị nhận áp +) cos n : hệ số công suất tải thứ n( tra bảng 3-1); +) η n cos ϕ n : tÝch sè hiệu suất thiết bị hệ số công suất t¶i thø n ( tra ë b¶ng 3-1) +)n = 1,2 : tải quạt bàn tải bóng đèn Bảng 3-1: cos cos số thiết bị điện Loại thiết bị điện cos cos đền ống, tủ lạnh, điều hoà nhiệt độ Quạt điện Động dới 20kW Thiết bị điện tử ( máy thu thanh, thu hình) Thiết bị trở 0.6 0.6 0.8 0.8 0.8 – 0.9 0.4 – 0.6 0.5 – 0.6 0.7 – 0.8 0.7 – 0.8 - XÐt tải 1: tải quạt điện nên ta chọn η1 cos ϕ1 = 0,5 S 21 = => Ptb1 20 = = 40(VA) η1 cos ϕ1 0,5 - Xát tải 2: tải bóng đèn đợc coi thiết bị trở nên ta chọn cos = => S 22 = Ptt = 5(VA) VËy: S = S 21 + S 22 = 40 + = 45(VA) -Công suất toàn phần sơ cÊp: S1 = S2 η ba +) η ba : hiệu suất biến áp (tra bảng 3-2) Bảng 3-2 Hiệu suất số loại biến áp S2 (VA) η ba §Õn 10 10 - 30 30 - 50 50 - 100 100-150 Trªn 150 0.6-0.7 0.8-0.85 0.86-0.9 0.9 0.9-0.95 0.7-0.8 -Vì MBA có S2= 45 (w) nên ta chän η ba ≈ 0,818 => S1 = - Dòng điện định mức phía sơ cấp thứ cấp là: Với điện áp vào 220V: I 11 = S1 55 = = 0,25 (A) U1 220 45 = 55(VA) 0,818 Với điện áp vào 110V: I 12 = S1 55 = = 0,5 (a) U 12 11 Víi t¶i 1: I 21 = S2 45 = = 3,75 (a) U 21 12 Víi t¶i 2: I 22 = S2 45 = = 7,5 (A) U 22 Bíc 2: TÝnh kÝch thíc lâi: a/2 h a b c Lâi thÐp kiÓu EI - KiÓu lâi biến áp mà ta chọn kiểu lõi EI cã c¸c kÝch thíc quan hƯ theo tû lƯ nh sau: b = ÷ 1,5a; h = 1,5a; c = 0,5a; +) a- độ rộng (cm); +) b- chiều dầy xếp tôn (cm); +) c-độ rộng sỉ (cm) ; +) h- chiỊu cao cđa sỉ (cm) ; +) a/2- độ rộng chữ I (cm); -Các tỷ lƯ trªn sÏ cho mét bé lâi cã kÝch thíc bé khối lợng dây quấn theo yêu cầu đẻ công suất Tức cho phơng án tối u công suất giá thành Với lõi đạt kích thớc tối u, xác định đợc độ rộng a suy kích thớc lại -Tuy nhiên, muốn có lõi tối u phải chủ động đợc khâu chế tạo lõi thị trờng không chọn đợc lõi có kích thớc mong muốn nên tính toán đợc kích thớc lõi, ta cần so sánh kích thớc với kích thớc có thị trờng để chọn kích thớc phù hợp - Xác định tiết diện mặt cắt lõi thép phần diện tích lõi thép biến áp nằm lòng ống dây Công suất MBA nói chung biến áp điện lực pha nói riêng phụ thuộc vào tiết diện chất liệu vật liệu sắt từ Tiết diện mặt cắt mà lớn độ từ thẩm vật liệu từ mà cao công suất biến áp lớn ngợc lại - Tiết diện mặt cắt đợc xác ®Þnh nh sau : A ci =1,2K hc S ; A dd = Aci K td +) A ci -tiết diện có ích(cm ) : phần diện tích lõi thép biến áp lòng ống dây tham gia hữu ích trình truyền tải lợng từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp, đậi lợng không đo đợc thớc +) A dd -tiết diện đo đạc(cm ) : số ®o diƯn tÝch thùc tÕ cđa phÇn lâi thÐp biÕn áp lòng ống dây sau đợc ép chặt hết cỡ, đại lợng đo đợc thớc +) S - công suất toàn phần sơ cÊp(VA); +) K hc -hÖ sè hiÖu chØnh tiÕt diÖn, ta chọn lõi làm tôn silic hệ cũ chất lợng trung bình nên K hc =1; +) K td -hệ số lấp đầy tiết diện, ta chọn tôn dày 0,5 mm K td = 0,92 a Tiết diện mặt cắt BA - VËy : A ci =1,2.1 55 ≈ 8,9 (cm2); A dd = 8,9 ≈ 9,67 (cm2) 0,92 - Tính độ rộng chiều dày xếp tôn: a= b= Add 9,674 = ≈ 2,54 ÷ 3,11 , ta chän a= 2,76 (cm) ; ÷ 1,5 1÷ 1,5 Add 9,67 ≈ 3,5 (cm) = 2,76 a Bíc 3: Tính số vòng cỡ dây quấn * Tính số vòng dây : - Ta tính số vòng dây qua đại lợng trung gian số vòng/ vôn, kí hiệu là: W W số vòng phải quấn cho vôn điện áp vào vôn điện áp (điện áp không tải) Nó phụ thuộc vào tiết diện mặt cắt chất lợng lõi thép biến áp W đợc xác định theo công thớc thực nghiệm: W= N Aci +) W- số vòng/ vôn (vg/V); +) N- hƯ sè chÊt lỵng lâi( lÊy tõ 40 ữ 60 nhóm tôn sillic hệ cũ ) - Trong trờng hợp MBA ta có bề dày thép cỡ 0,5mm nên chọn N= 50 Tuy nhiên, lõi đợc cắt dập gia công thờng có bavia kích thớc không đồng Mặc dù tôn silic có độ từ thẩm cao nhng bavia cong vênh lớn nên Aci bị nhỏ Aci lõi có Add đợc cắt dập công nghiệp Muốn cho biến áp hoạt động không bị nóng tiếng ù nên chọn N lớn cÊp Do ®ã ta chän N = 60 => W= 60 6,74 (vg/V); 8,9 - Khi số vòng dây cần phải quấn cho sơ cấp thứ cấp MBA cần thiết kế ( có cấp điện ¸p vµo vµ cưa ) lµ: n 1n =U1nW; n n =K san U2nW +) n 1n - số vòng sơ cấp cấp điện áp vào thø n (vg); +) n n - sè vßng thø cÊp ë cưa t¶i thø n (vg); +) U - điện áp sơ cấp cấp thứ n (V); +) U - điện áp thứ cấp ë cưa t¶i thø n (V); +) K san - hệ số sụt áp cho cửa tải thứ n(tra ë b¶ng 3-4 theo S n ë cưa ®ang tÝnh) +)n=1,2 – øng víi ®iƯn ¸p 220V,110V ë cửa vào sơ cấp ứng với tải quạt bàn, bóng đèn cửa - Sở dĩ phải có thêm hệ số K sa 1500 1,035 1,03 1,03 1,01-1,025 - VËy: +) §èi víi điện áp vào U11= 220 (V) số vòng dây cần phải quấn là: n11= U11W= 220.6,74 = 1484 (vòng) +) Đối với điện áp vào U12= 110 (V) số vòng dây cần phải quấn là: n12= U12W= 110.6,74 = 742 (vòng) +) Số vòng dây phải quấn cho cuộn thứ cấp: Với tải quạt điện: S 21 = 40(VA) => K sa1 =1,132 => n 21 = K sa1 U21W = 1,132.12.6,74 = 92 (vòng) Với tải bóng đèn: S 22 = 5(VA) => K sa = 1,2 => n 22 = K sa U22W = 1,2.6.6,74 = 49 (vòng) * Tính cỡ dây quấn: - Cỡ dây quấn đợc tính dựa sở dòng điện sơ cấp I1n dòng điện thứ cấp I n công suất toàn phần sơ cấp S công suất biểu kiến thứ cấp S n nh sau: +) Ta chän d©y quÊn dây có tiết diện tròn Do biến áp đợc quấn cho nhiều cấp điện áp nhiều cửa nên cỡ dây quấn đợc tính theo công thức sau : d 1n =1,13 I 1n =1,13 S1 ; U 1n J d n =1,13 I n =1,13 S 2n U 2n J J J +) d 1n - đờng kính dây sơ cấp cấp điện ¸p thø n (mm); +) d n - ®êng kính dây thứ cấp cửa tải thứ n (mm); +) I 1n - dòng điện sơ cấp cấp điện áp thứ n (A); +) I n - dòng điện thứ cấp cửa tải thứ n (A); +) S - công suất sơ cấp (VA); +) S n - c«ng st biĨu kiÕn thø cÊp ë cưa t¶i thø n (VA) +) J - mật độ dòng điện tra bảng 3-5 (A/mm ) +)n=1,2 ứng với điện áp 220V,110V cửa vào sơ cấp ứng với tải quạt bàn, bóng đèn cửa Bảng 3-5 Mật độ dòng điện cho phép cuộn dây BA S2 (VA) §Õn 50 51-100 101-1000 1001-2000 2001-3000 >3000 J (A/mm ) Chế độ liên tục Chế độ gián đoạn 3,5 2,5 1,5-1,9 4 3,5 2,5 2,0-2,4 - V× S2 = 45 (VA) nªn ta chän J = (A/mm ) (MBA làm việc chế độ liên tục) ; d 11 =1,13 S1 55 ≈ 0,28 (mm); = 1,13 U 11 J 220.4  d 12 =1,13 S1 55 ≈ 0,4 (mm); = 1,13 U 12 J 110.4  d 21 =1,13 S 21 40 ≈ 1,03 (mm) ; = 1,13 U 21 J 12.4  d 22 =1,13 S 22 ≈ 0,52 (mm) =1,13 U 22 J 6.4 - MBA cđa ta thiÕt kÕ cã d©y qn phía thứ cấp nằm lớp phía dây quấn phía sơ cấp nằm bên Trong dây quấn sơ cấp đợc dùng cho hai cấp điện áp 220V/110V, đờng kính dây sơ cấp ta chọn : 0,4 mm Dây thứ cấp đợc dùng cho tải quạt điện bóng đèn, đờng kính dây thø cÊp ta chän lµ : 1,03 mm ViƯc chän theo quan điểm phát nhiệt tiết kiệm dây đồng Bớc 4: Tính diện tích sổ : h d c TiÕt diƯn quy vu«ng cđa dây quấn lòng cửa sổ - Diện tích cửa sổ D cs phần diện tích mặt cắt lòng lõi thép dành để chứa cạnh ống dây - Theo định nghĩa : D cs =hc +) D cs -diƯn tÝch cưa sỉ(cm ); +) h- chiỊu cao cưa sỉ(cm); +) c-®é réng cưa sỉ(cm); - Do: h = 1,5a = 1,5.2,76 = 4,14 (cm); c = 0,5a = 0,5.2,76 = 1,38 (cm) => Dcs= 4,14.1,38 = 5,71 (cm2); - dây quấn biến ¸p cã tiÕt diƯn trßn nhng lßng cưa sỉ lại chiếm diện tích hình vuông mà cạnh đờng kính dây Ta hÃy gọi diện tích diện tích quy vuông vòng dây quấn - Khi đó: D d =d 12 ; D d =d +) D d -tiết diện quy vuông vòng dây s¬ cÊp (mm ); +) D d -tiÕt diện quy vuông vòng dây thứ cấp (mm ); +) d ,d -đờng kính dây s¬ cÊp, thø cÊp (mm) - Tỉng diƯn tÝch quy vuông cuộn sơ cấp: D =n D d =n d12 = 1484.0,42 = 237,44 (mm2) - Tỉng diƯn tÝch quy vu«ng cđa cn thø cÊp: D =n D d =n d = 92.1,032 = 97,6 (mm2) - Tỉng diƯn tích quy vuông biến áp: D ba =D +D = 237,44 + 97,6 = 335,04 (mm2) +) D -tỉng diƯn tÝch quy vu«ng cđa cn s¬ cÊp (mm ); +) D -tỉng diƯn tÝch quy vu«ng cđa cn thø cÊp (mm ); +) D ba -tỉng diƯn tÝch quy vu«ng cđa biến áp (mm ); +) n ,n số vòng cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp (vg), - Mặt khác, toàn Dcs đợc dành để chứa D ba mà nửa diện tích đợc dành cho bìa cách điện, sơn cách điện, dây cách điện khoảng trống tránh khỏi vòng lớp dây Giữa đại lợng có quan hệ: D cs = Dba 100 K cs +) K cs -hÖ sè lÊp đầy cửa sổ (tra bảng 3-7) Bảng hệ số lấp đầy cửa sổ số loại biến áp S2 (VA) Đến 10 11-100 101-500 Trên 500 Kcs 0,2 0,3 0,4 0,5 -Ta chän d©y emay qn xÕp líp vuông thành S2 = 45 VA nên chọn Kcs= 0,3 Khi ®ã: Dcs= 335,04 = 11,168 (cm2) 0,3.100 - VËy ta cã b¶ng kÝch thíc lâi theo tÝnh toán nh sau: Nhóm tôn a (cm) Aci (cm2) Add (cm2) Tôn Liên Xô, Trung Quốc, chất lợng trung bình 2,76 8,9 9,67 Dcs (cm2) 11,168 - Ta thÊy c¸c kích thớc (kiểu lõi tính toán) thị trờng Vì ta phải tra bảng 3-9 (kích thớc tiêu chuẩn số lõi EI thông dụng) để chọn kiểu lõi thực tế có thị trờng có a, Add Dcs gần với tính toán Tức ta tra bảng 3-9, phải chọn kiểu lõi có Add Dcs lớn tính toán chút a nằm giới hạn tính toán để tiết kiệm đến mức tối đa khối lợng dây quấn Do ta bảng 3-9, ta chọn đợc loại lõi 29 ì 45 có a = 2.9cm, b=4.5 cm, Aci = 11.7cm2, Add = 13.00cm2 Dcs = 13.44 cm2 phù hợp - Khi MBA có sơ đồ: 1,45cm 2,9cm 34 3,2cm - Trong ®ã: 1- Lớp đồng thứ cấp bọc emay 2- Khoảng trống làm mát sơ cấp thứ cấp 3- Lớp đồng sơ cấp bọc emay 4- Sơn cách điện 5- Lớp giấy amiăng cách điện 6- Tiết diện lõi biến áp Bài 2: Dựng sơ đồ dây quấn cho động dị pha có số liệu sau: - Kiểu quấn xếp, lớp, dây quấn bớc ngắn có ε = - Z = 12; m = 3; p = - Dựng hình sức điện động a.Dựng sơ sơ đồ dây quấn * Ta có bước dựng sơ đồ dây quấn: - Số liệu cho trước : +) Z : số rãnh +) m : số pha +) p : số cặp cực +) Số lớp kiểu dây quấn - Bước : Căn váo số liệu cho để tính y1 ,τ , q, α d , α c , y f - Bước : Kẻ đoạn thẳng song song tạo thành rãnh, kí hiệu nét liền lớp trên, nét đứt lớp Sau đánh thứ tự từ đến Z - Bước : Mô tả chiều sức điện động mobin dây ứng với số cặp cực p Sau 10 chia vùng pha theo q - Bước : Căn vào bước dây quấn để nối mobin Nếu dây lớp mobin có cạnh lớp cực cạnh lớp cực - Bước : Có thể lập sơ đồ biểu diễn tiến hành đấu nối tiếp mobin vùng pha thành tổ nối dây Sau đấu nối tiếp song song tổ nối dây để thành dây quấn pha - Bước : Căn vào y f để tính pha cịn lại Như theo bước ta cách làm sau: * Ta cã thông số: - Do dây quấn lầ dây quấn bớc ngắn có =1 nên bớc dây quấn : y1 = = - Góc điện: α d = α c = - Vïng pha: q = Z 12 −ε = − = − = (r·nh) 2p 2.1 360 p 360.1 = = 30 Z 12 τ Z 12 = = = (r·nh) m pm 2.1.3 - Bíc cđa d©y qn pha: y f = Z 12 = = (rÃnh) mp 3.1 * Ta có sơ đồ: Pha A: – 6’ – – 7’ (lïi) -> 1’ – – 12’ – – X Pha B: – 10’ – – 11’ (lïi) -> 5’ – 12 – 4’ – 11 – Y Pha C: – 2’ – 10 – 3’ (lïi) -> 9’ – – 8’ – – Z (N) (S) 1 2 3 A’ A C C’ B’ 10 11 12 B 4 5 6 11 Y A Z B X C b.Dựng hình sức điện động * Khái niệm: - Trong rãnh dây dẫn có sức điện động giá trị trùng pha thời gian Nhưng sức điện động rãnh khác khơng giá trị lệch pha góc điện : α d = 2π p Do tập hợp véc tơ tất Z rãnh tạo nên hình sức điện động Z - Số tia (số véc tơ) ST = p có hai trường hợp xảy : +) ST số nguyên tia cách : α d = 2π 360 = độ Z Z +) ST phân số xuất hai thơng số dặc trưng α d α t = Trong t Ư.S.C.L.N Z p α d góc hai tia hai rãnh α t hai tia kề * Trình tự dựng sức điện động pha : t.360 t.2π = Z Z Z - Bước 1: Từ số liệu Z, p, m tìm phân số ST = p ; α d , α t , q Từ dựng phần tử Z - Bước 2: Đánh số tia sức điện động, xác định vùng pha q = 2mp 12 - Bước 3: Tìm tổng hình học véc tơ pha, tổng hợp ta sức điện động pha * Thực : Z = 12; m = 3; p =1 ; ε = Z 12 Số tia ST = p = = 12 (tia) αd = 360 360 = = 30 Z 12 Z 12 Vùng pha : q = 2mp = 2.3.1 = (rãnh) Các vùng pha pha lệch góc γ = 360 360 = = 120 m 10-10’ 9-9’ 11-11’ 8-8’ α d = 30 1-1’ 7’-7 2-2’ 6’-6 5’-5 3-3’ 4’-4 Hình sức điện động cạnh tác dụng -6’ 120 Sức điện động bối dây 13 Hình sức điện động bối dây vïng γ =120 14 ... S2(VA) K sa S2(VA) K sa 10 25 50 1 ,20 1, 17 1, 15 1, 12 75 10 0 15 0 20 0 1, 10 1, 09 1, 08 1, 075 S2(VA) K sa 300 400 500 700 1, 07 1, 06 1, 05 1, 04 S2(VA) K sa 11 00 13 00 15 00 >15 00 1, 035 1, 03 1, 03 1, 01- 1, 025 ... 1, 01- 1, 025 - Vậy: +) Đối với điện áp vào U 11= 22 0 (V) số vòng dây cần phải quấn là: n 11= U11W= 22 0.6,74 = 14 84 (vòng) +) Đối với điện áp vào U 12 = 11 0 (V) số vòng dây cần phải quấn là: n 12 = U12W= 11 0.6,74... J 22 0.4  d 12 =1, 13 S1 55 ≈ 0,4 (mm); = 1, 13 U 12 J 11 0.4  d 21 =1, 13 S 21 40 ≈ 1, 03 (mm) ; = 1, 13 U 21 J 12 . 4  d 22 =1, 13 S 22 ≈ 0, 52 (mm) =1, 13 U 22 J 6.4 - MBA cña ta thiÕt kÕ cã d©y quÊn