Tài liệu Kháo sát bộ nguồn P46 và P52- Thiết kế máy biến áp, chương 1 docx

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU BỘ NGUỒN P46 VÀ P52
I. Giới thiệu:
Để thực hành thí nghiệm đo lường đạt hiệu quả cao, yêu cầu cần
phải có một bộ nguồn với nhiều cấp điện áp khác nhau. Các cấp điện áp
này có thể điều chỉnh được cũng như một số cấp cố đònh khác.Vì vậy, yêu
cầu trò số dòng điện và điện áp hay nói cách khác là công suất phải đảm
bảo ổn đònh và chính xác. Vơí yêu cầu này, người thiết kế phải tính theo
công suất qui đònh.
Hiện nay, các bộ nguồn AC/DC trong phòng thí nghiệm đo lường
được hoạt động ở cấp điện áp 110V, trong khi nguồn điện cung cấp tại
các xưởng hiện nay là 220V. Điều này, thực sự gây khó khăn cho việc
bảo trì và vận hành. Do đó, cần phải tính toán lại sao cho phù hợp với các
cấp điện áp ngõ vào vàngõ ra cho phù hợp.
Phòng thí nghiệm hiện tại đựơc trang bò bộ nguồn P52 và P46. Các
bộ nguồn được trang bò từ trước năm 1975, được sử dụng liên tục cho đến
nay.Vì vậy, các bộ nguồn đều có hư hỏng.
Ngõ ra của các bộ nguồn như sau:
1. Bộ nguồn P46:
 2 ngõ ra 120V-10AMP Max
 2 ngõ ra 0÷120VAC-3.5AMP Max (Điều chỉnh được).
 1 ngõ ra 22.5V-10AMP Max và 45VAC-5AMP Max
 1 ngõ ra 18VDC-10 AMP Max và 36VDC -5AMP Max
2. Bộ nguồn P52:
 1 ngõ ra 120VAC –10AMP Max
 1 ngõ ra 0÷350VDC-150mAMP Max (Điều chỉnh được).
 ngõ ra 0÷25VDC và 0÷100mA (Điều chỉnh được).
 ngõ ra 6VAC, 12VAC-2.5AMP cố đònh.
II.
Cấu tạo chung của 2 bộ nguồn:
Bao gồm các phần chính sau:

1. Biến áp cách ly.
2. Biến áp tự ngẫu.
3. Mạch chỉnh lưu.
4. Bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
1.
Biến áp cách ly:
Nhiệm vụ: Thay đổi điện áp nguồn theo yêu cầu thiết kế.
- Ở bộ nguồn P46 có một biến áp cách ly biến đổi điện áp 22.5V-
10A và 45V-5A, một cuộn cảm sau bộ lọc.
- Ở bộ nguồn P52 có 2 biến áp: một biến áp biến đổi điện áp đưa
qua bộ điều chỉnh để có điện áp 0÷25VDC và dòng 0÷100mA và một
biến áp có ngõ ra điều chỉnh 0÷350VDC với dòng 150mA.
Hoạt động chung của biến áp cách ly là: Khi có điện áp xoay chiều
vào phần sơ cấp, dòng điện cảm ứng cho điện áp ngõ ra thứ cấp.
Hình 1. Cấu tạo máy biến áp cách ly
Thường ta sử dụng lõi thép E_I,U_I để quấn dây.Tỉ số biến áp:
1
I
2
I
=
2
U
1
U
=
2
N
1
N

2. Biến áp tự ngẫu:
Biến áp tự ngẫu là một dạng biến áp đặc biệt, ngõ ra có thể thay
đổi điện áp theo nhiều cấp, tùy theo yêu cầu thiết kế. Trong phòng thí
nghiệm đo lường, biến áp tự ngẫu được dùng là lõi thép hình trụ, cuộn
dây đồng được quấn theo lõi thép hình trụ. Khi ta thay đổi số vòng dây
trên bề mặt cuộn dây thì ta thay đổi điện áp từ 0÷120V.
3.
Chỉnh lưu:
Khi có yêu cầu điện áp ngõ ra là DC mà ngõ vào là AC thì bắt
buộc ta phải dùng bộ chỉnh lưu điện áp, đồng thời lọc nguồn để có một
điện áp DC ổn đònh ít gợn sóng.
4.
Bảo vệ quá tải:
Trong bộ nguồn thực tập hiện nay, thiết bò bảo vệ được dùng là bộ
Aptomat. Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động đóng ngắt mạch điện,
bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp.
U1
N1
U2
N2
1to1
Aptomat còn gọi là cầu dao tự động, thường được gọi là Aptomat
không khí vì hồ quang được dập tắt trong không khí.
Aptomat có yêu cầu sau:
1. Chế độ làm việc ở đònh mức cuả Aptomat phải là chế độ
làm việc dài hạn, nghóa là chỉ số dòng điện đònh mức chạy qua Aptomat
lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, mạch dòng điện của Aptomat phải
chòu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã
đóng hay đang đóng.
2. Aptomat phải ngắt được trò số dòng điện ngắn mạch lớn có

thể vài chục kA. Sau khi ngắn được dòng điện ngắn mạch, Aptomat phải
đảm bảo làm việc tốt ở chỉ số dòng điện đònh mức.
3. Để nâng cao tính ổn đònh nhiệt và điện động của các thiết
bò điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, Aptomat
phải có thới gian cắt bé. Muốn vậy, thường phải kết hợp lực thao tác cơ
học với thiết bò dập hồ quang bên trong Aptomat. Để thực hiện yêu cầu
thao tác bảo vệ có chọn lọc, Aptomat cần phải có khả năng chỉnh trò số
dòng điện tác động và thời gian tác động. Để có thể hiểu rõ về Aptomat
ta thử khảo sát nguyên lí và cấu tạo cuả Aptomat như sau:
a.
Nguyên lí làm việc:
Sơ đồ nguyên lí điện của Aptomat dòng điện cực đại và Aptomat
điện áp thấp được trình bày như sau:
Hình 2. Sơ đồ nguyên lí Aptomat dòng điện cực đại
Ở trạng thái bình thường, sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở
trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc răng 1 khớp với 5 cùng một cụm với
tiếp điểm động. Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, nam châm điện 2
sẽ hút phần ứng 4 xuống làm nhả móc 1, cần 5 được tự do, kết quả các
5
4
6
2
3
1
tiếp điểm của Aptomat được mở rộng dưới tác dụng của lò xo 6, mạch
điện bò ngắt.
Hình 3. Sơ đồ Aptomat điện áp thấp
Trên hình 3, khi sụt áp quá mức, nam châm điện 1 sẽ nhả phần ứng
8 làm nhả móc 2, do đó các tiếp điểm của Aptomat cũng được mở ra dưới
tác động cuả lực lò xo 4, mạch điện bò cắt. Cụm nam châm 2 (ở hình 3)

gọi là móc bảo vệ quá tải hay ngắn mạch. Cụm nam châm 1(hình 3) được
gọi là móc bảo vệ sụt áp hay mất điện áp.
b. Phân loại và cấu tạo:
*
Phân loại:
Theo kết cấu, người ta chia Aptomat ra ba loại:1 cực, 2 cực, 3cực.
Theo thời gian thao tác, người ta chia Aptomat ra loại tác động
không tức thời và tác động tức thời.
Tùy theo công dụng bảo vệ, người ta chia Aptomat ra loại Aptomat
cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp, dòng điện ngược…
* Cấu tạo:
1.
Tiếp điểm:
Aptomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (chính và hồ
quang) hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp
điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp
điểâm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ
quang.
4
6
1
3
2
Như vậy, hồ quang chỉ cháy trên trên tiếp điểm hồ quang, do đó
bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để
tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
Tiếp điểm của áptomat thường được làm bằng hợp kim gốm chòu
được hồ quang như Ag-W,Cu-W,Ni.
2.

Hợp dập hồ quang:
Để Aptomat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc
của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bò dập hồ quang là:
kiểu nửa kín và kiểu hở.
Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của aptomat và có lổ thoát khí.
Kiểu này có giới hạn cắt không quá 50kA.
Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc
điện áp lớn hơn 1000V.
Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm
thép xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn
thuận lợi cho việc dập hồ quang.
3.
Cơ cấu truyền động cắt Aptomat:
Truyền động cắt Aptomat thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ
điện (điện từ và động cơ điện).
Điều khiển bằng tay được thực hiện với các Aptomat có dòng điện
đònh mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện)
được ứng dụng ở các Aptomat có dòng điện lớn hơn (đến 1000A). Bộ
nguồn tại phòng thí nghiệm P46 và P52 được sử dụng dạng Aptomat bằng
tay (có dòng nhỏ hơn 50A).
Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ
theo nguyên lí đòn bẩy. Ngoài ra, còn có cách điều khiển bằng động cơ
điện hoặc khí nén.
4.
Móc bảo vệ:
Aptomat tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ, gọi là móc bảo vệ.
Móc bảo vệ quá tải (quá dòng) để bảo vệ thiết bò điện khỏi bò quá
tải, đường thời gian-dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc
tính cuả đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện từ và
rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên trong Aptomat.

Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính.
Khi dòng điện vượt quá trò số cho phép thì phần ứng bò hút và móc sẽ
đập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của Aptomat mở ra. Điều chỉnh vit
để thay đổi lực kháng của lò xo, ta có thể điều chỉnh được trò số dòng
điện tác động.
Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle
nhiệt có phần tử phát nóng đấu nôí tiếp với mạch điện chính, tấm kim
loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của Aptomat khi
có quá tải.
Móc bảo vệ sụt áp (bảo vệ điện áp) cũng thường dùng kiểu điện từ,
cuộn dây mắc song song với mạch điện chính.
c.
Cách lựa chọn Aptomat:
Việc lựa chọn Aptomat chủ yếu dựa vào:
- Dòng điện tính toán đi trong mạch
- Dòng điện quá tải.
- Tính thao tác có chọn lọc.
Ngoài ra lựa chọn Aptomat cần phải căn cứ vào đặc tính làm việc
của phụ tải, là Aptomat không được phép ngắt khi có quá tải ngắn hạn
thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi
động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chung là dòng điện đònh mức của móc bảo vệ Aptomat
không được bé hơn dòng điện tính toán I
tt
của mạch I
áptô
> I
tt
Tùy theo đặc tính làm việc và điều kiện cụ thể của phụ tải, người
ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện đònh mức của móc bảo vệ bằng 125%,

150% so với dòng điện tính toán.