Tài liệu LUẬN VĂN: KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP pdf

Luận văn tốt nghiệp

Trang 1
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


Đề tài:
KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP







GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: VŨ BẢO TUN
SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN VĂN LÂM

LỚP : 95KĐĐ


TP.HỒ CHÍ MINH 2-2000






Luận văn tốt nghiệp

Trang 2
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm

Lời Nói Đầu

Trong q trình học tập tại nhà trường, thực tập đo lường là mơn học quan
trọng. Nó giúp cho sinh viên hiểu sâu và nhớ kỹ lý thuyết đã được học, đồng
thời củng cố kiến thức cho một số mơn học khác. Mơn thực tập đo lường điện
cần rất nhiều bộ nguồn AC/DC. Tuy nhiên, các bộ nguồn này đã được trang bị
từ trước năm 1975 và được sử dụng liên tục cho đến nay. Vì vậy, việc hư hỏng ở
các bộ nguồn này rất thường xảy ra.
Trước kia, hệ thống điện cung cấp cho bộ nguồn phù hợp với điện áp sử
dụng chung cho cả trường là 110V. Nhưng hiện nay, hệ thống điện sử dụng cho
trường có cấp điện áp là 220V, phòng thí nghiệm đo lường lại chưa đủ trang
thiết bị để bố trí từng mơn học và bảo quản các bộ nguồn. Thực tế, có rất nhiều
bộ nguồn bị sai cấp điện áp so với các giá trị chuẩn ban đầu.
Với đề tài: “KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 - THIẾT KẾ MÁY

BIẾN ÁP BỘ NGUỒN”, chúng tơi đã tiến hành khảo sát thực tế hai bộ nguồn
P46 và P52 để từ đó có thể tính tốn thiết kế lại một số phần trong hai bộ nguồn.
Qua 6 tuần làm việc khẩn trương, tơi đã cố gắng hồn thành đề tài này.
Tuy nhiên, dù cố gắng thế nào cũng khơng tránh khỏi thiếu sót. Mong q thầy
cơ và bạn bè đóng góp để tập luận án này được hồn chỉnh hơn.

Tháng 2 năm 2000

Sinh viên thực hiện

Luận văn tốt nghiệp

Trang 3
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm





Tập luận văn đã hồn thành đúng thời gian qui
định của nhà trường. Kết quả này đạt được là nhờ sự
hướng dẫn tận tình của Thầy Cơ trong nhà trường
suốt năm năm qua, cùng với sự nổ lực của bản thân.

Em xin chân thành cảm ơn cơ Vũ Bảo Tun đã
trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành luận
văn tốt nghiệp này đúng thời hạn.

Em xin cám ơn thầy Lê Viết Phú đã giúp đỡ em

khi thực hiện đề tài.

Cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến giúp
tơi hồn thành tập luận văn tốt nghiệp này.

Luận văn tốt nghiệp

Trang 4
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận án
Lời mở đầu
Lời cảm tạ
Mục lục
PHẦN A: KHẢO SÁT BỘ NGUỒN TẠI PHỊNG THỰC TẬP ĐO LƯỜNG
Chương 1: Giới thiệu bộ nguồn P46 và P52 1
I. Giới thiệu 1
II. Cấu tạo chung của hai bộ nguồn 1
Chương 2 : Sơ đồ mạch thực tế của bộ nguồn P46 và P52 7
I. Bộ nguồn P46 7
1. Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P46 7
2. Ngun lý hoạt động 8
II. Bộ nguồn P52 9
1. Sơ đồ ngun lý 9
2. Ngun lý hoạt động 10
3. Các giá trị khảo sát 10
PHẦN B: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN
Chương 1: Lý thuyết tính tốn máy biến áp 13
I. Ngun lý làm việc máy biến áp 13

II. Các cơng thức cơ bản về máy biến áp 13
III. Phân loại máy biến áp 14
IV. Các bước tính tốn máy biến áp cơng suất nhỏ 15
1. Lõi thép 15
2. Dây quấn 17
Chương 2: Thiết kế bộ nguồn P46 26
I. Tính máy biến áp 26
II. Khảo sát cuộn cảm L 32
Chương 3: Thiết kế bộ nguồn P52 36
I. Máy biến áp 1 36
II. Máy biến áp 2 39
III. Phương án sử dụng mạch điều chỉnh điện áp 42
1. Mạch nguồn đơi 12V 42
2. Mạch điều chỉnh điện áp 0÷ 30V; 1,3A 42
Chương 4: Thiết kế máy biến áp tự ngẫu 46
I. Giới thiệu 46
II. Hình dạng Variac 46
III . Ngun tắc hoạt động 47
Chương 5: Phương án thiết kế mạch chỉnh lưu 49
I. Mạch chỉnh lưu tồn sóng 49
II. Tính chọn nguồn chỉnh lưu DC 49
PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Luận văn tốt nghiệp

Trang 5
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
PHẦN D: PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Luận văn tốt nghiệp

Trang 6
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Luận văn tốt nghiệp

Trang 7
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
PHẦN A
KHẢO SÁT BỘ NGUỒN
TẠI PHỊNG THỰC TẬP ĐO LƯỜNG ĐIỆN
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU BỘ NGUỒN P46 VÀ P52
I. Giới thiệu:
Để thực hành thí nghiệm đo lường đạt hiệu quả cao, u 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 định khác.Vì vậy, u cầu trị số dòng điện
và điện áp hay nói cách khác là cơng suất phải đảm bảo ổn định và chính xác.
Vơí u cầu này, người thiết kế phải tính theo cơng suất qui định.
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 tốn lại sao cho phù hợp với các cấp điện áp ngõ vào vàngõ ra
cho phù hợp.
Phòng thí nghiệm hiện tại đựơc trang bị bộ nguồn P52 và P46. Các bộ
nguồn được trang bị 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 định.
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 q tải và ngắn mạch.
1. Biến áp cách ly:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 8
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Nhiệm vụ: Thay đổi điện áp nguồn theo u 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 u 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 u 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
định ít gợn sóng.
4. Bảo vệ q tải:
Trong bộ nguồn thực tập hiện nay, thiết bị bảo vệ được dùng là bộ
Aptomat. Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động đóng ngắt mạch điện, bảo vệ
q tải, ngắn mạch, sụt áp.
Aptomat còn gọi là cầu dao tự động, thường được gọi là Aptomat khơng
khí vì hồ quang được dập tắt trong khơng khí.
Aptomat có u cầu sau:
1. Chế độ làm việc ở định mức cuả Aptomat phải là chế độ làm việc
dài hạn, nghĩa là chỉ số dòng điện định mức chạy qua Aptomat lâu bao nhiêu
cũng được. Mặt khác, mạch dòng điện của Aptomat phải chịu được dòng điện
lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
2. Aptomat phải ngắt được trị 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 định mức.
U1
N1
U2
N2
1to1

Luận văn tốt nghiệp

Trang 9
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
3. Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị 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 bị dập hồ

quang bên trong Aptomat. Để thực hiện u cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc,
Aptomat cần phải có khả năng chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác
động. Để có thể hiểu rõ về Aptomat ta thử khảo sát ngun lí và cấu tạo cuả
Aptomat như sau:
a. Ngun lí làm việc:
Sơ đồ ngun lí điện của Aptomat dòng điện cực đại và Aptomat điện áp
thấp được trình bày như sau:









Hình 2. Sơ đồ ngun 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 q 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 tiếp điểm của Aptomat
được mở rộng dưới tác dụng của lò xo 6, mạch điện bị ngắt.

Hình 3. Sơ đồ Aptomat điện áp thấp
Trên hình 3, khi sụt áp q 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 bị cắt. Cụm nam châm 2 (ở hình 3) gọi là móc bảo vệ q
tải hay ngắn mạch. Cụm nam châm 1(hình 3) được gọi là móc bảo vệ sụt áp hay
mất điện áp.
5

4

6

2

3

1

4

6

1

3

2

Luận văn tốt nghiệp

Trang 10
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
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 khơng tức
thời và tác động tức thời.
Tùy theo cơng 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 điểm chính mở
trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang.
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 chịu 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 bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và
kiểu hở.
Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của aptomat và có lổ thốt khí. Kiểu

này có giới hạn cắt khơng q 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 thơng 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 định
mức khơng 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
ngun lí đòn bẩy. Ngồi ra, còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí
nén.
4. Móc bảo vệ:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 11
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Aptomat tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ, gọi là móc bảo vệ.
Móc bảo vệ q tải (q dòng) để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị q 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 q trị số cho phép thì phần ứng bị 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 trị 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 nơí 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 q 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 tốn đi trong mạch
- Dòng điện q tải.
- Tính thao tác có chọn lọc.
Ngồi ra lựa chọn Aptomat cần phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ
tải, là Aptomat khơng được phép ngắt khi có q tải ngắn hạn thường xảy ra
trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh
trong phụ tải cơng nghệ.
u cầu chung là dòng điện định mức của móc bảo vệ Aptomat khơng
được bé hơn dòng điện tính tốn I
tt
của mạch I
áptơ
> I
tt

Tùy theo đặc tính làm việc và điều kiện cụ thể của phụ tải, người ta hướng
dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% so với
dòng điện tính tốn.
Luận văn tốt nghiệp

Trang 12

GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
CHƯƠNG 2
SƠ ĐỒ MẠCH THỰC TẾ
CỦA BỘ NGUỒN P46 VÀ P52.
I. Bộ nguồn P46:
1. Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P46:
















Luận văn tốt nghiệp

Trang 13
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
2. Ngun lý hoạt động:
- Aptomat làm nhiệm vụ đóng ngắt nguồn đồng thời bảo vệ q tải trong

mạch điện. Trong mạch này, loại Aptomat được sử dụng đóng ngắt cả lúc hai bộ
dây.
- Khi bật cơng tắt nguồn, tiếp điểm A sẽ được nối B, C sẽ được nối D và
Line sẽ được nối với Load. Điện áp sẽ đi từ A sang B đi vào biến áp tự ngẫu
(Variac). Biến áp tự ngẫu này được điều chỉnh bằng tay để lấy ra điện áp theo
dãy điều chỉnh từ 0÷120V.Ngõ ra của Variac được đưa vào điểm C và D. Tại
đây, điện áp được đưa qua biến áp 1. Biến áp 1 có nhiệm vụ hạ áp nguồn xuống
còn 22,5VAC-10A hoặc 45VAC-5A.
Ngõ ra của biến áp 1 được đưa đến CT1 nhằm chuyển đổi từ 22,5V-10A
sang 45VAC-5A. Khi bật cơng tắc CT1 ở vị trí 1, hai cuộn thứ cấp n
21
và n
22

được nối tiếp với nhau nên áp ra 45VAC-5A. Khi bật cơng tắc CT1 sang vị trí 3,
hai cuộn thứ cấp n
21
và n
22
được mắc song song nhau làm cho số vòng quấn
giảm nhưng tiết diện dây quấn tăng gấp đơi, nên dòng tăng gấp đơi (10A) và áp
giảm còn 22,5V.
Ngõ ra thứ cấp của biến áp 1 được đưa ra hai đầu bên ngồi bộ nguồn,
đồng thời được chỉnh lưu qua bộ lọc để được điện áp 18VDC-10A;36VDC-5A.
Cuộn dây L được mắc nối tiếp với ngõ ra DC có nhiệm vụ lọc và san bằng
điện áp gợn sóng.

Luận văn tốt nghiệp

Trang 14

GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
I. Bộ nguồn P52:
1. Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P52:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 15
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Hình 6. Mạch điều chỉnh điện áp 0-25VDC
2. Ngun lí hoạt động của bộ nguồn P52:
Khi bật cơng tắc nguồn, tiếp điểm của Aptomat đóng lại, bộ nguồn hoạt
động. Biến áp 1 có ngõ ra thứ cấp là 0 – 6VAC-12VAC và ngõ ra thứ 2 được
đưa đến mạch điều chỉnh điện áp 0÷25VDC, đồng thời dòng điều chỉnh
0÷100mA. Ngõ ra của biến áp tự ngẫu (Variac) được đưa đến máy biến áp 2.
Ngõ ra của máy biến áp 2 sẽ được chỉnh lưu và có giá trị thay đổi từ 0÷350VDC
–150mA.
Mạch điều chỉnh hoạt động như sau: Khi thay đổi giá trị R
V
, ta có điện áp
đưa đến chân E của 2N1305 thay đổi, dẫn đến 2N1011 cũng sẽ dẩn mạnh hay
yếu làm cho ngõ ra của mạch nguồn thay đổi. Khi thay đổi R
A
tại chân E của
2N1011, dòng ra I
C
của 2N1011 sẽ thay đổi theo làm cho ngõ ra có dòng thay
đổi.
2N1305 có tác dụng chỉnh sai, 2N1011 là transistor cơng suất. Diode
M4E5 có tác dụng ghim áp. Các diode có tác dụng dẫn dòng và bảo vệ.

3. Các giá trị khảo sát:
 Khảo sát nguồn áp:
Khi I
ra
= 0mA ; U
ra
= 0V
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 45.1V
V
CB
= -45.2V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.2V
V
EC
= 0.1V
V
CB
= 0V

Khi I
ra
= 0mA ; U

ra
= 10V.
Rv
Vin
Vout
-
+
100
1N4005
1N4005
DIODE
DIODE
DIODE
DIODE
+
1,805mF
1N4005
1N4005
1k
25mF_50V
DIODE
M4E5
2N1305
2N1011
330
2,4
220
10k
11k
R

A

Luận văn tốt nghiệp

Trang 16
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 34.1V
V
CB
= -34.2V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.3V
V
CB
= -0.1V

Khi I
ra
= 0mA ; U
ra

= 26.7V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 17.3V
V
CB
= -17.3V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.4V
V
CB
= -0.3V
 Khảo sát nguồn dòng:

Khi I
ra
= 9.1mA ; U
ra
= 5.34V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V

EC
= 38.9V
V
CB
= -38.9V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.2V
V
CB
= 0V

Khi I
ra
=50 mA ; U
ra
= 5.34V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 39V
V
CB
= -39V

2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.2V
V
CB
= 0V

Khi I
ra
= 155mA ; U
ra
= 5.34V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 39V
V
CB
= -39V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.1V

V
CB
= 0V

Các giá trị đo được dựa trên bộ nguồn tại phòng thực tập đo lường .
Luận văn tốt nghiệp

Trang 17
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm


Luận văn tốt nghiệp

Trang 18
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm

PHẦN B
THIẾT KẾ & TÍNH TỐN
CHƯƠNG I
LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MÁY BIẾN ÁP
I. Ngun lý làm việc của máy biến áp:
Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp. Có hai loại máy biến áp:
Máy biến áp tăng áp và máy biến áp hạ áp.
Ngun lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng
điện từ.
Khảo sát một máy biến áp đơn giản gồm hai cuộn dây được quấn trên lõi
sắt mạch từ cột. Cuọn dây N
1

mắc nối tiếp với nguồn điện vào và được gọi là
cuộn sơ cấp, cuộn N
2
, lấy điện áp ra gọi là cuộn thứ cấp.









Hình 7. Ngun tắc làm việc máy biến áp.
Khi cuộn dây thứ cấp N
2
để hở, dòng điện sơ cấp N
1
, tạo ra sức điện động
F
0
gây từ thơng lưu thơng trong mạch từ qua hai cuộn dây N
1
và N
2
, làm phát
sinh các sức điện động E
1
và E
2

trong 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khi nối cuộn thứ cấp N
2
với phụ tải thì dòng điện thứ cấp I
2
xuất hiện.
Phụ tải càng tăng, dòng I
2
càng tăng làm dòng I
1
tăng theo tương ứng để giữ ổn
định từ thơng khơng đổi. Đó là ngun lý làm việc của máy biến áp.
Nếu U
2
>U
1
: máy biến áp tăng áp
U
2
<U
1
: máy biến áp hạ áp.
II. Các cơng thức cơ bản về máy biến áp:
- Khi máy biến áp khơng tải, N
2
chưa có tải, I
0
= 0
U
1

= E
1
+R
1
I
1
+X
1
I
1
= E
1
+R
1
I
0
+X
1
I
0
= E
1

Do I
0
=0,04÷0,1I
đm
nên U
1
=E

1.

-Khi máy biến áp có tải I
2
>0:
U
1
= E
1
+R
1
I
1
+X
1
I
1
với U
1
>E
2
I
1

U
2
U
2
I
2

E
1
E
2

m


U
1
Luận văn tốt nghiệp

Trang 19
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm

U
2
= E
2
-R
2
I
2
-X
2
I
2
với U

2
<E
2

Các sức ứng điện động E
1
,E
2
sinh ra trong các cuộn sơ cấp và thứ cấp
được xác định như sau:
e= -N*
dt
td
N
dt
d
m

sin
*
1




e
1
= tN
m


cos***
1

Vậy ta có:
22
11
***44,4
***44,4
NfE
NfE


trong đó,
điện

lưới

số

tần

là

f

với

f
2
thép

lõi

trong

ra
sinh

thông

từ
:




*Tỷ số biến áp:Tỷ số giữa điện áp U
1
và điện áp U
2
, ta có:

2
1
2
1
2
1
U
U

N
N
E
E
k
u

Muốn xác định tỷ số biến áp K
u
nên đo khi máy biến áp vận hành khơng
tải.
*Tỷ số biến dòng:

u
I
kU
U
N
N
E
E
k
1
1
2
1
2
1
2


III. Phân loại máy biến áp:
Có nhiều cơ sở để phân loại máy biến áp, nếu căn cứ vào nguồn cấp điện
cho máy biến áp để có thể phân loại máy biến áp một pha với máy biến áp 3
pha.
Ở đây, ta chỉ căn cứ vào dây quấn sơ cấp N
1
và thứ cấp N
2
mà phân chia
thành hai dạng máy biến áp:
Máy biến áp cách ly, có cuộn sơ cấp và thứ cấp biệt lập.
Máy biến áp tự ngẫu, có các cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng quấn chung một
cuộn, do đó chúng có cùng một mạch.
Luận văn tốt nghiệp

Trang 20
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Hình 8a. Biến áp cách ly Hình 8b. Biến áp tự ngẫu

Ưu điểm của máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp cách ly:
Khối lượng dây đồng và mạch từ giảm nhiều.
 Ở các đoạn chịu tải chung 2 dòng I
1
và I
2
chỉ cần có tiết diện chịu tải
hiệu hai dòng điện I
1

vàI
2.

 Hiệu suất cao hơn so với máy biến áp cách ly.
 Khơng lưu ý lớp cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khuyết điểm:
 Khơng an tồn, chỉ dùng biến áp tự ngẫu khi tỷ số k
u
= 0,5 ÷2
 Đối với ngành điện tử, máy biến áp tự ngẫu ít được sử dụng vì nguy
hiểm cho người sử dụng và gây tiếng ù, nhiễu.
VI. Các bước tính tốn biến áp một pha cơng suất nhỏ:
Trong tập luận án này, ta chỉ lưu ý đến máy máy biến áp cách ly, vì ở đây,
bộ nguồn sử dụng nhiều máy biến áp cách ly hơn với với máy biến áp tự ngẫu
(chỉ sử dụng hai bộ Variac).
Khi tính tốn máy biến áp một pha, cơng suất nhỏ (dưới 5KVA), ta có thể
tạm chia thành các dạng bài tốn sau:
- Dạng bài tốn dựa vào sơ đồ biến áp để xác định kích thước lõi thép và
số liệu dây quấn (bài tốn thuận).
- Dạng bài tốn ngược là dựa vào kích thước lõi thép ta tính tốn số liệu
dây quấn biến áp theo một u cầu để tận dụng tối đa cơng suất lõi thép.
Các phần chính của máy biến áp là: Lõi thép và dây quấn.
1. Lõi thép:
Lõi thép là máy biến áp thường dùng là loại thép được cán mỏng, có chứa
hàm lượng silic từ 1%-4%và bề dày từ 0,35mm-0,5mm, nhằm mục đích giảm
tổn hao điện năng trong mạch từ do tác dụng bởi dòng điện Fuco và hiện tượng
từ trễ làm phát nhiệt. Từ cảm có thể chọn B=1T hoặc 1,2T (hay1000 Gauss hoặc
1200 Gauss). Ngồi ra loại thép có hàm lượng silic 1% ta chọn B=0,7-0,8T.
Lõi thép máy biến áp có hai loại hình thơng thường đó là hình chữ U-I và
chữ E-I, được cán mỏng thành từng tấm. Các mẫu khn này được dập khn

theo một kích thước nhất định có trên thị trường.
Luận văn tốt nghiệp

Trang 21
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Chất lượng lõi thép được qui định bằng hàm lượng silic có trong thép. Nó
ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng máy biến áp, sắt đúng chất lượng sẽ có độ từ
cảm lớn, từ thơng sinh ra lớn, gây nên từ trường mạnh. Nhờ đó đảm bảo với một
số vòng dây quấn sẽ cho sinh ra một điện áp chính xác cao. Thép càng mỏng tổn
hao càng ít. Ngồi ra, hai mặt lõi thép còn được tráng một lớp verni rất mỏng
nhằm mục đích làm giảm tồn hao năng lượng.
Bảng chuẩn của lõi thép chữ E-I:

a


e c g
b a


h
Hình 9a.E_I Hình 9b. U-I

Loại a b C d e f g h
60.50 60 50 10 10 20 30 40 3.5
63.52,5 63 52.5 10.5 10.5 21 31.5 42 3.5
75.62,5 75 62.5 12.5 12.5 25 37.5 50 4.2
84.70 84 70 14 14 28 42 56 4.5
96.80 96 80 16 16 32 48 64 5.5

108.90 108

90 18 18 36 54 72 5.5
126.105 126

105 21 21 42 68 84 6.05
150.125 150

125 25 25 50 75 100

9
180.150 180

150 30 30 60 90 120

9.3
60.80 60 80 10 10 20 60 70 3
60.90 60 90 10 10 20 70 80 3.5
Bảng 1.
2. Dây quấn:
Dây quấn có nhiệm vụ tăng giảm điện áp, gồm có cuộn sơ cấp và cuộn
thứ cấp. Dây quấn phải là dây đồng được phân hoặc nhơm có bọc lớp email hoặc
coton để cách điện. Các máy biến áp cơng suất nhỏ dây quấn thường dùng dây
tròn có đường kính khơng q 3mm. Đối với dây chịu tải ở dòng điện lớn ở máy
biến áp cơng suất lớn dùng dây dẹp, tiết diện vng hoặc chữ nhật thì lợi hệ số
lấp đầy dây hơn.
Các bước tính tốn như sau:
Bước1: Tính chọn lõi thép
Lõi thép thơng dụng nhất là loại thép có hình dạng E-I.
Luận văn tốt nghiệp

Trang 22
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Xác định sơ đồ biến áp với đầy đủ các tham số điện áp và dòng điện ở
phía thứ cấp và sơ cấp. Từ đó suy ra cơng suất biểu kiến S
2
ở phía thứ cấp:
S
2
=

n
1
U
2i
.I
2i
(KVA)
Bước2: Nếu áp dụng các cơng thức ước lượng thơng thường, từ giá trị S
2
,
ta định ra tiết diện cần dùng cho lõi thép máy biến áp A
t
.
A
t
=1,423.K
hd
.

B
2S
[cm2].
Với lõi thép dạng U-I thì K
hd
= 0.75-0.85

Với cách xác định này A
t
= a.b
* Khi chọn a = b với A
t
= a.b, chu vi trung bình của sợi dây nhỏ nhất (so
với các kết cấu khác khi chọn a khác b và A
t
= a.b). Do đó dẫn đến khối lượng
dây tốn ít nhất và tổn hao đồng trong biến áp nhỏ nhất, có thể làm tăng hiệu suất
biến áp, giảm nhỏ độ giảm áp ở thứ cấp biến áp khi mang tải. Tuy nhiên, khi
chọn theo phương pháp này khối lượng lõi thép sẽ tăng lên so với kết cấu khác
của lõi thép khi a<b
* Khi a<b, khối lượng lõi thép sẽ ít tốn hơn so với lúc chọn a>b và
A
t
=a.b, nhưng khối lượng dây đồng sẽ tốn nhiều hơn, tổn hao đồng trong máy
biến áp tăng, hiệu suất có thể giảm và tăng độ giảm áp ở thứ cấp khi mang tải.
Trong trường hợp này, để dễ thi cơng bộ dây ta chỉ nên chọn b = 1,5a là
tối đa để tránh cuộn dây bị phình ra ở phần hơng khi thi cơng.
* Khi chọn a, b, trị số a có liên quan đến dòng từ hóa lõi thép máy biến
áp.
Giả sử với lõi thép E-I có kích thước đúng tiêu chuẩn bề dài đừơng sức

trung bình là l
tb
= 6a.
Theo định luật Ampere, khi bỏ qua khe hở khơng khí trong mạch từ, ta có
dòng điện từ hóa như sau:
N1. i
10
=H. l
tb
N1: Tổng số vòng dây quấn sơ cấp.
i
10
: Dòng điện từ hóa ở cuộn sơ cấp.
H: Cường độ từ trường, tương ứng với giá trị từ cảm B đã xác định để tính
ra từ thơng và số vòng N2 ở sơ cấp.
Vậy a càng lớn i
10
càng lớn.
Bước3: Xác định số vòng dây quấn phía sơ cấp và thứ cấp
1. Xác định số vòng tạo ra 1 volt sức điện động cảm ứng:
E = 4,44.f.B.A
t
.N(V)
Khi E= 1V thì N= n
v
Vậy n
v
=
At*B*f*44,4
1

f= [Hz}; B= [T]; A
t
= [m
2
];n
v
= [Vòng/volt]
Nếu chọn A
t
=[cm
2
] ta có:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 23
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Nếu chọn B=0,8T ta có n
v
=
t
A
,
3
56


B= 1T ta có n
v

=
t
A
45

B= 1,2T ta có n
v
=
t
A
,
5
37

Mặc khác n
v
=
At*B*f*44,4
1

Vậy số vòng dây quấn sơ cấp: N
1
=U
1.
n
v
N
1
: tổng số vòng quấn sơ cấp.
U

1
: điện áp định mức của dây quấn sơ cấp.
2. Đối với máy biến áp hai dây quấn, khi tính tốn số vòng thứ cấp ta căn
cứ vào giá trị điện áp thứ cấp khơng tải U
20
.
Gọi

U% là phần trăm sụt áp tại thứ cấp mang tải so với lúc khơng tải
Vậy

U%=
2
220
U
U
U

.100%
U
20
: Điện áp khơng tải thứ cấp.
U
2
: Điện áp định mức thứ cấp.
Theo Beyaert, khi tính tốn có thể ước lượng

U% theo cấp cơng suất
của biến áp ,ta có thể định nghĩa đại lượng Ch sau đây để dễ tính tốn:

1
U
U
100
2
20


U%


Ch
U
1
100
2


U

U%
20

.
Vậy U
20
=Ch.U
2
hay Ch=1+
100

%
U


Trong tính tốn chính xác, ta dựa vào S
2
để ước lượng Ch, trong trường
hợp ước lượng nhanh, ta có thể chọn: Ch=1,05

1,15.
Bước 4: Dựa vào S
2
ta ước lượng gần đúng hiệu suất ba

rồi suy ra dòng
sơ cấp:
Dòng điện phía sơ cấp: I
1
=
1ba
2
U
S
*

Bảng 2: Quan hệ giữa

U% theo cơng suất biểu kiến S
2
.

Theo Beyeart ta có:

S
2
(VA)

5 10 25 50 75 100 150 200 300

U% 20 17 15 12 10 9 8 7,5 7

Theo Transfomatoren Fabik Magnus ta có

U% theo S
2
khi phụ tải thuần
trở (cos

=1).

Luận văn tốt nghiệp

Trang 24
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
S
2
(VA) 25 50 75 100 150 200

U% 8 6,5 6,1 6 5,9 5,2

S
2
(VA) 250 400 500 600 750 1000

U% 5 4,3 4 3,9 3,8 3,75

Theo Schindler

S
2
(VA)

100 200 300 500 700 1050 1200 1500

U% 4,5 4 3,9 3 2,5 2,5 2,5 2,5

Luận văn tốt nghiệp

Trang 25
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Quan hệ Ch theo:

S
2
(VA) Ch% S
2
(VA) Ch% S
2
(VA) Ch% S

2
(VA) Ch%
5 1,35 50 1,12 180 1,06 700 1,032
7,5 1,28 60 1.11 200 1,058 800 1,03
10 1,25 70 1,10 250 1,052 900 1,028
15 1,22 80 1,09 300 1,048 1000 1,025
20 1,18 90 1,085 350 1,045 1500 1,02
25 1,16 100 1,08 400 1,042 2000 1,016
30 1,14 120 1,075 500 1,038 3000 1,009
40 1,13 150 1,065 600 1,035

Bước 5: Chọn mật độ dòng điện J, căn cứ vào giá trị dòng điện (tính được
mỗi bộ dây) để suy ra đường kính dây quấn của mỗi bộ dây:
d= 1,128. )(mm
J
I
.
Trong đó I=[A],J=[A/mm
2
].
Khi chọn J chú ý đến các tham số ràng buộc sau:
- Cấp cách điện của vật liệu dùng chế tạo bộ dây.
- Chế độ làm việc dài hạn, ngắn hạn có lặp lại hay khơng lặp lại.
- Điều kiện thơng gió và giải nhiệt.
Bảng 3: Quan hệ giữa
ba

theo S
2
.

Theo Robert Kuhn

S
2
(VA) 3 10 25 50 100 1000
ba

%
60 70 80 85 90 >90

Theo Auton Hopp

S
2
(VA)

30 50 100 150 200 300 500 750 1000
ba

%
86,4

87,6 89,6 90,9 91,3 93 93 95,3 94

Theo Walter Kehse.

S
2
(VA)

10 20 30 50 100 150 300 500
ba

%
80 80 85 90 91 92 92 92,5

Biến áp cho bộ nguồn chỉnh lưu (Theo AEG ).

S
2
(VA)

25 50 100 200 300 400 500 700 1000
ba

%
76,5

84 85 86 88 90 90,5 91 92