Giáo trình Quấn dây, sửa chữa máy điện (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH ĐỊNH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ QUY NHƠN

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN 14: QUẤN DÂY, SỬA CHỮA MÁY ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: 99 /QĐ-KTCNQN ngày 14 tháng 3 năm2018
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cơng nghệ Quy Nhơn

Bình Định



TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Giáo trình này được biên soạn bởi giáo viên Khoa Điện trường Cao đẳng kỹ
thuật công nghệ Quy Nhơn, sử dụng cho việc tham khảo và giảng dạy nghành Điện
công nghiệp tại trường Cao đẳng kỹ thuật cơng nghệ Quy Nhơn. Mọi hình thức sao
chép, in ấn và đưa lên mạng Internet không được sự cho phép của Hiệu trưởng trường
Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn là vi phạm pháp luật.


MỤC LỤC
Trang
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN........................................................3
MỤC LỤC.............................................................................4
BÀI 1: QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP 1 PHA CẢM ỨNG...................1
1.1. Quấn máy biến áp một pha cỡ nhỏ kiểu cảm ứng................................................1
1.2. Các sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục.......................18
BÀI 2: QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP 1 PHA TỰ NGẪU.........................19

2.1. Quấn dây máy biến áp 1 pha kiểu tự ngẫu.........................................................20
2.2. Các sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục.......................30
BÀI 3: QUẤN DÂY STATO ĐỘNG CƠ QUẠT BÀN.....................31
3.1. Khảo sát và vẽ sơ đồ dây quấn..........................................................................32
3.2. Tháo dây cũ vệ sinh lõi thép..............................................................................33
3.3. Tính tốn số liệu dây quấn................................................................................33
3.4. Lót rãnh.............................................................................................................36
3.5 Làm khn.........................................................................................................36
3.6. Ra dây...............................................................................................................36
3.7. Lồng dây...........................................................................................................37
3.8. Đai đấu dây.......................................................................................................38
3.9. Lắp ráp vận hành thử nghiệm............................................................................38
3.10. Xử lý các sai hỏng thường gặp........................................................................39
3.11. Tẩm sấy bộ dây Stato......................................................................................40
BÀI 4: QUẤN DÂY STATO ĐỘNG CƠ 1 PHA.................................41
4.1. Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn.....................................................................41
4.2. Tháo dây cũ, vệ sinh lõi thép.............................................................................42
4.3. Lót cách điện rãnh.............................................................................................43
4.4. Làm khn quấn dây lồng dây..........................................................................46
4.5. Đai đấu dây.......................................................................................................49
4.6. Lắp ráp vận hành thử nghiệm............................................................................50
4.8. Tẩm sấy bộ dây stato.........................................................................................53
BÀI 5: QUẤN DÂY STATO ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA KIỂU ĐỒNG TÂM. . .55
5.1. Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn động cơ........................................................55
5.2. Tháo dây cũ, vệ sinh lõi thép.............................................................................59
5.3. Lót cách điện rãnh.............................................................................................59
5.4. Làm khuôn, quấn dây, lồng dây........................................................................62
5.5. Đai đấu dây.......................................................................................................65
5.6. Lắp ráp vận hành thử nghiệm............................................................................66
5.7. Xử lý các sai hỏng thường gặp..........................................................................68

5.8.Tẩm sấy bộ dây stato..........................................................................................71


LỜI GIỚI THIỆU
Máy biến áp và các loại động cơ điện đóng vai trị rất quan trọng trong sản xuất
và sinh hoạt. Việc sử dụng và sửa chữa là vấn đề cần thiết và thường xuyên. Trong
giáo trình này chúng tơi trình bày về sơ đồ dây quấn, tính tốn số liệu dây quấn và kỹ
thuật quấn dây các loại máy biến áp và động cơ điện thông dụng. Về phần tính tốn
tốn số liệu dây quấn, giáo trình khơng trình bày cách tính tốn chi tiết như thiết kế
mới mà phần nào đơn giản hóa để có thể dễ dang sử dụng những vấn đề hữu hiệu
trong tính tốn chữa.
Trên cơ sở nêu trên, giáo trình được biên soạn bao gồm các nội dung sau:
Bài 1: Quấn dây máy biến áp1 pha cảm ứng
Bài 2: Quấn dây máy biến áp 1 pha tự ngẫu
Bài 3: Quấn dây Stato động cơ quạt bàn
Bài 4: Quấn dây Stato động cơ 1 pha bơm nước
Bài 5: Quấn dây Stato động cơ KĐB 3 pha kiểu đồng tâm
Tài liệu bao gồm những vấn đề cơ bản và cần thiết nhất cho người đọc nhằm bổ
sung kiến thức và rèn luyện kỹ năng nghề, được biên soạn dựa trên cơ sở các giáo
trình dạy nghề của Bộ đã ban hành cùng với những kinh nghiệm giảng dạy của nhiều
giáo viên trong trường dạy nghề.
Trong q trình biên soạn khơng thể tránh khỏi những sai sót, kính mong độc giả
đóng góp ý kiến để tài liệu được hồn thiện hơn.
Trân trọng kính chào
Bình Định, ngày

tháng

Tác giả
Nguyễn Văn Thắng

năm 2018


BÀI 1: QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP 1 PHA CẢM ỨNG
Mã bài: MĐ 14-01
Thời gian: 21 giờ (LT: 02 giờ; TH: 10 giờ; Tự học: 09 giờ.)
Giới thiệu:
Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao
xuống điện áp thấp, hoặc ngược lại từ điện thấp lên điện áp cao,
người ta dùng máy biến áp. Ngày nay do việc sử dụng điện năng
phát triển rộng rãi nên máy biến áp được sử dụng ứng dụng rộng rãi.
Có nhiều loại máy biến áp khác nhau: máy biến áp điện lực, máy
biến áp hai dây quấn, ba dây quấn, máy biến áp 1 pha, 3 pha
Mục tiêu:
- Tính toán và quấn mới máy biến áp kiểu cảm ứng đảm bảo hoạt động tốt, đạt
các thông số kỹ thuật, theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện;
- Sửa chữa được các hư hỏng thông thường ở máy biến áp một pha;
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo;
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
Nội dung chính:

1.1. Quấn máy biến áp một pha cỡ nhỏ kiểu cảm ứng
Là dạng bài toán mà người thợ nhận được những yêu cầu kỹ thuật cần có cho một máy
biến áp cụ thể từ khách hàng như điện áp nguồn vào; điện áp ra cần có; cơng suất ngõ
ra; mục đích sử dụng… Với dạng bài toán này chúng ta phải xác định được tiết diện
lõi thép; số vòng dây quấn sơ cấp, thứ cấp và đường kính dây quấn
sơ cấp, thứ cấp…
1.1.1. Tính toán các số liệu dây quấn máy biến áp
1.1.1.1. Lý thuyết liên quan

Máy biến áp cảm ứng hay còn gọi là máy biến áp hai dây quấn,
là loại máy biến áp có dây quấn sơ cấp và thứ cấp cách ly
nhau. Ký hiệu máy biến áp hai dây quấn như hình

U1

W1

W2

U2

Hình 1.1: ký hiệu máy biến áp hai dây quấn

1


* Xác định các số liệu yêu cầu:
- Điện áp định mức phía sơ cấp U1 [ V ].
- Điện áp định mức phía thứ cấp U2 [ V ].
- Dịng điện định mức phía thứ cấp I2 [ V ].
Trường hợp nếu không biết rõ giá trị I 2, ta cần xác định được cơng suất biểu
kiến phía thứ cấp S2 :
S2 = U2 . I2 [ VA ]
(1.1)
Tần số f nguồn điện.
- Chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn.
* Xác định tiết diện tính tốn cần dùng cho lõi sắt (At ):

√ s2

At = 1.432.K. Bm

[cm2] (1.2)

Hình 1.2 : Lõi thép dạng E,I

Trong đó:
At: là tiết diện tính tốn của lõi thép [cm2]
S2: là cơng suất biểu kiến cung cấp tại phía thứ cấp biến áp [ VA ]
K: là hệ số hình dáng lõi thép.
Khi lá thép dạng EI ta có K = 1  1,2
Khi lá thép dạng UI ta có K = 0.75  0,85
Bm: là mật độ từ thông sử dụng trong lõi thép.
Tùy theo hàm lượng silic nhiều hay ít mà chọn B m cao hay thấp. Cũng tùy theo loại
lá thép được chế tạo theo dạng dẫn từ có định hướng hoặc không định hướng mà chọn
Bm cao hay thấp.
Đối với lá thép dẫn từ không định hướng: Bm = (0,8  1,2)T
Đối với là thép có dẫn từ định hướng: Bm = (1,2  1,6)T.

Hình 1.3 : Lõi thép dạn

2


U,I
* Chọn kích thước cho lõi thép, khối lượng lõi thép.
+ Kích thước cho lõi thép:

a
b

a

a

b

Gọi Ag là tiết diện tính từ kích thước thực sự của lõi thép, ta có:
Trong đó:

a: là bề rộng lá thép cm
b: là bề dày lõi thép cm
Như vậy giữa Ag và At chênh lệch nhau do:
Bề dầy cách điện tráng trên lá thép (để giảm nhỏ dịng điện Foucault chạy qua các lá
trong
lõi).
Hình 1.4: Cáchthép
đo lấy
kích
thước
Hình 1.5: Cách đoAlấy kích thước
t
lõi thép dạng E I
K f [cm2] (1.3)
Alõi
g =
thép dạng
UI
A g= a.b

Độ ba vớ có trên lá thép do cơng nghệ dập định hình lá thép gây nên.
Độ chênh lệch này được xác định bằng hệ số ghép Kf, ta có:
Trong thiết kế tính tốn, tham khảo giá trị Kf theo bảng sau:
Kf
Bề dầy lá thép
Lá thép ít ba vớ
Lá thép nhiều ba vớ
(mm)
0,35
0,92
0,8
0,5
0,95
0,85
Chú ý: Nếu đo được bề dầy mỗi lá thép và biết chính xác số lá thép ta tính được At và
có thể xem At = Ag.
Dựa vào giá trị Ag, ta chọn được kích thước a, b của lõi thép.
Để dễ dàng trong thi công quấn dây, thường giữa a và b có mối quan hệ về kích
thước như sau:
b = a đến b = 1,5a
Từ đó, ta có quan hệ sau : Ag = a.b = a2 (khi chọn a = b).
Ag = a.b = a.1,5a = 1,5a2 (khi chọn b = 1,5a).
Phối hợp giá trị a có sẵn trong thực tế, chọn giá trị a thích hợp cho lõi thép, từ
đó tính lại chính xác giá trị b. Sau khi có kích thước lá thép, ta chọn khối lượng lõi
thép.
Khối lượng lõi thép:

3

Trường hợp lõi thép dạng E I: (hình 1.6)

a/2
h+a

h

a/2

a

a/2

c

b

c

Hình 1.6: Cách đo kích thước lõi thép dạng E,I để tính
tốn
Gọi c là bề rộng cửa sổ ; h là bề cao cửa sổ.
Ta có thể tích lõi thép (đã trừ đi khoảng không gian trống của 2 cửa sổ) là:
(1.4)
V = 2ab (a + c + h)
Gọi  là khối lượng riêng của thép kỹ thuật điện  = 7,8 kg/dm3.
Suy ra khối lượng lõi thép là :
W th =γ . V
Hay W th = 7,8.2ab(a + c + h)
(1.4)

= 15,6ab(a + c + h)
Wth: đơn vị là [kg]
Các kích thước a, b, c, h: đơn vị là [dm]
Trường hợp lõi thép E, I đúng dạng tiêu chuẩn, ta có quan hệ các kích thước như sau:
c

a
3a
h
2
2 và
2

W th = 46,8a b

(1.5)

Trường hợp kết cấu lõi thép dạng UI: (hình 1.7)

a
2a+h

a

c

a

a

b

2a+c

Hình 1.7: cách đo kích thước lõi thép dạng U,I để
tính tốn

4


Thể tích lõi thép đã trừ đi cửa sổ là:
V = 2ab(2a + c + h) (1.6)
Suy ra khối lượng lõi thép:
W th = 15,6ab (2a + c + h ) (1.7)
Trong đó:
Wth: đơn vị là [kg]
Các kích thước a, b, c, h: đơn vị là [dm]
* Tính số vịng dây quấn cho mỗi vôn:

n v=

1
4 , 44 . f . Bm . A t

(1.8)

Trong đó:Tiết diện lõi thép được tính bằng m2
Nếu tiết diện lõi thép được tính bằng cm2 và f = 50Hz thì biểu thức trên trở thành.
nV =

(1.8)

45
*Tính số vịng quấn cho cuộn sơ cấpBvà
m . Athứ
t cấp:
+ Số vòng quấn cho cuộn sơ cấp:
(1.8)
n1 = nV . U
1

+ Số vòng quấn cho cuộn thứ cấp:
Khi máy biến áp mang tải thì điện áp trên tải sẽ sụt giảm một lượng so với lúc không
tải. Để đảm bảo đủ điện áp cung cấp cho khi máy vận hành thì phải trừ hao lượng sụt
áp này khi tính tốn từ (5  15)%.

n2 = nV . (U2 + 5%  15%)

(1.9)

* Tính dịng điện phía sơ cấp, thứ cấp:
Tra bảng chọn hiệu suất của MBA và tính ra dịng điện phía sơ cấp
+ Dịng điện phía sơ cấp
S2

(1.8)
I1 = U 1 .η% [A]
Tra bảng chọn hiệu suất của MBA và tính ra dịng điện phía sơ cấp
S2 ( VA )

3

10

25

50

100

 (% )

60 70

80

85

90

100
0
> 90

+ Dịng điện phía sơ cấp
S2

I2 = U 2

(1.9)
[A]

5


* Tính đường kính dây quấn:
Chọn mật độ dịng điện thích hợp và tính đường kính dây quấn
Phía sơ cấp:
(1.10)
I1
d1 = 1,13 J
Phía thứ cấp:

√

d2 = 1,13 (1.11)
I2
2
Với J là mật độ dòng điện (A / mm
J );2 Chọn tùy vào chế độ làm việc của MBA.
MBA làm việc liên tục J = (2,5  5) A/mm .
MBA làm việc ít J có thể chọn đến 7A/mm2.

√

* Tính hệ số lắp đầy (klđ)
Hệ số lắp đầy cho biết bề dày cuộn dây chiếm chổ bao nhiêu trong cửa sổ của lõi thép
BD
(1.12)

Klđ = C = 0,6  0,7; Tối đa là
Trong đó:
BD: Bề dày cuộn 0,8
dây
a
C: Bề rộng cửa sổ c = 2

Tính bề dày cuộn dây
Cuộn sơ cấp có bề dày BD1 được tính từ số vịng quấn n1.
Cuộn thứ cấp có bề dày BD2 được tính từ số vòng quấn n2.
Bề dày cả cuộn dây BD = BD1 + BD2 + (1  2)mm.
Số vòng dây quấn cho 1 lớp:
hK
(1.13)
n vl=

Trong đó:

d

¿

hK: Chiều dài h của khn quấn
d/ : Đường kính dây kể cả cách điện

Số lớp dây quấn:

n L=

n

nVL

(1.14)

Trong đó:

n: Số vịng dây của từng cuộn (sơ hoặc thứ cấp)
nVL: Số vòng dây quấn cho 1 lớp
Bề dày cuộn dây sơ hoặc thứ
BD1(2) = nL1(2) . d/i (1.15)
* Tính khối lượng dây quấn (W)
(1.16)

W = W1 + W2
Với: W1; W2 là khối lượng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khối lượng của từng cuộn dây được tính theo biểu thức.

π .d
4
W1(2) = (1,2  1,3). 8,9. LTB. n.

2

(1.17)
6


Trong đó:
n:
d:

LTB: Là chiều dài trung bình của một vịng dây (tính bằng dm).
Số vịng quấn của cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp.
Đường kính dây quấn ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp (tính bằng

mm2).
W:

Là khối lượng (tính bằng Kg).

1.1.1.2. Trình tự thực hiện
Bước 1: Xác định các thơng số yêu cầu (cho trước)
+ Điện áp định mức sơ cấp U1
+ Điện áp định mức thứ cấp U2
+ Dòng điện định mức thứ cấp I2 hoặc
+ Công suất định mức S2
Bước 2: Xác định tiết diện lõi sắt, dạng lõi sắt cần dùng (At ):
+ Dạng lõi thép EI hay UI
+ Tiết diện trụ quấn dây At
+ Khối lượng thép cần dùng
Bước 3: Tính số vịng dây
+ Số vịng cuộn sơ cấp
+ Số vịng cuộn thứ cấp
Bước 4: Tính tiết diện, đường kính dây quấn
+ Dây quấn cuộn sơ cấp
+ Dây quấn cuộn thứ cấp
Bước 5: Tính khối lượng dây quấn
+ Khối lượng cuộn sơ cấp
+ Khối lượng cuộn thứ cấp
Bước 6 : Kiểm tra hệ số lấp đầy

1.1.1.3. Thực hành
Tính tốn số liệu quấn máy biến áp cảm ứng U 1 = 220V, U2 = 15V, I2
= 5A

U1 = 220V

U2 = 15V

* Tham số tại thứ cấp gồm: U2 = 15V; I2 = 5A
Nên S2 = U2.I2 = 15.5= 75VA
* Chọn dạng lõi thép E, I đúng tiêu chuẩn, mật độ từ dùng cho lõi thép chọn là: Bm =
1,2T, ta có:
7


S2

75
= 1,423(1  1,2) 1,2 = 10,269 cm2  12,32 cm2

At = 1,423(1  1,2) Bm
Ta có: At = 10,27 cm2  12,32 cm2

* Nếu chọn Kf = 0,95 (khả năng ghép sát tối đa), thì tiết diện Ag cần dùng cho lõi thép
so với tiết diện tính tốn At là:
10,27 12,32cm 2
0,95
Ag =
= 10,81 cm2  12,97 cm2

Xác định amin và amax theo khoảng Ag = 10,81 cm2  12,97 cm2.

a max

Ag

10,81
1,5
1,5 = 2,68 cm  2,7 cm
 Ag  12,97 3,6 cm

a min 



Tóm lại, để thực hiện biến thế có cơng suất 75VA ta chọn a trong khoảng từ 2,7cm đến
b

Ag

a và Wth = 46,8a2b ta có thể xác định một dãy giá trị
3,6 cm. áp dụng cơng thức
cho các lõi thép có thể đạt được cơng suất yêu cầu ở đề bài như sau:

a (cm) 2,7

2,8

3

2

Ag (cm ) 10,81  12,97 10,81  12,97
b (cm)

4  4,8cm

Wth (kg) 1,36  1,64

3,86  4,63
1,42  1,7

3,2

3,4

3,5

10,81
10,81 12,97 10,81 12,97 10,81 12,97
12,97
3,09 
3,6  4,32
3,37  4,05 3,18  3,81
3,77
1,77
1,52  1,82 1,62  1,94 1,72  2,06
2,12

3,6

10,81 12,97
3  3,6
1,82  2,18

Bảng giá trị này cho ta các kích thước lõi thép có thể tạo biến thế đúng theo yêu cầu
trên, ta có thể chọn một trong các kích thước này tính tốn sơ bộ, sau đó nếu cần ta sẽ
hiệu chỉnh trong các bước tính sau.
Giả sử ta chọn:
a = 3,2cm; b = 3,4cm; Wth = 1,63Kg
Ag = 10,88 cm2;
At = 10,336 cm2 (Kf = 0,95)
Khi dùng lá thép E, I đúng tiêu chuẩn, kích thước lõi thép cần dùng (để tạo ra
S2 = 75VA) như hình 1.9.
Chú ý:
Nếu bề dầy mỗi lá thép là 0,5mm và b = 34mm, tổng số lá thép chữ E cần dùng
34mm
là 0,5mm = 68 (lá).

Tóm lại: Bộ lá thép gồm 68 lá thép chữ E và 68 lá thép chữ I.
Khối lượng lõi thép: Wth = 1,63kg
32mm

34mm
a/2

32mm

8

48mm

64mm

16mm

Wth = 1,63kg


96mm

Hình 1.9: Kích thước lõi thép cần dùng

Xác định số vịng tạo ra một vơn trong cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.

n v=

1
4 , 44 . f . A t . B m

Trong đó: nv: đơn vị là [vịng/vơn]
f: đơn vị là [Hz]
At: đơn vị là [m2]
Bm: đơn vị là [T]
Trường hợp At dùng đơn vị là [cm2] và các đại lượng khác có đơn vị giống như
trên, ta có:
4
10
n v=
4 ,44.f . A t .B m
Khi f = 50Hz:

45 ,045
n v=
At . Bm
Để gọn hơn, được ghi nhận tại mỗi mức giá trị của Bm cho trước:
55 , 3
Với

n v=
B m=0,8 T
At
Với

45,045
B m=1 T
n v=
At
Với

B m=1,2 T
37, 54
n v=
At
Xác định độ sụt áp phía thứ cấp lúc mang tải định mức.
Ta ln ln có U20 > U2.
Trong đó:
U20: là điện áp thứ cấp khi không tải.
U2: là điện áp thứ cấp khi tải định mức.
Thường ta đặt tham số U% với định nghĩa:
Δ U% =

U 20−U 2
U
.100= 20 −1 . 100
U2
U2

(

)

Tuy nhiên, để dễ tính tốn trong thiết kế, ta biến đổi như sau:
ΔU 0 0
U 20
=1+
= Ch
U2
100

Do đó:

U 20= Ch .U 2

ở giai đoạn xác định sơ bộ ban đầu, U% hay Ch được xác định theo các bảng sau :
S2 (VA) 5
10
25
50
75
100
150

200
300
U%
20
17
15
12
10
9
8
7,5
7
9


Hoặc tham khảo bảng dùng cho phụ tải thuần trở (hệ số cos = 1)
2
10
S2 (VA)
50 75
150 200 250 400 500 600
5
0
U%
8 6,5 6,1 6
5,9 5,2 5
4,3 4
3,9

750

1000

3,8

3,75

Bảng quan hệ: hệ số Ch theo S2
S2 (VA)

Ch

S2 (VA)

5
7,5
10
15
20
25
30
40

1,35
50
1,12
180
1,060
700
1,28

60
1.11
200
1,058
800
1,25
70
1,10
250
1,052
900
1,22
80
1,09
300
1,048
1000
1,18
90
1,085
350
1,045
1500
1,16
100
1,08
400
1,042
2000
1,14

120
1,075
500
1,038
3000
1,13
150
1,065
600
1,035
Ta đã tìm được a = 3,2cm, b = 3,4cm,
Ag = 10,88cm2, At = 10,336cm2.
Nếu lõi thép có mật độ từ là Bm = 1,2T, ta có:
37,54
At

Ch

S2 (VA)

Ch

S2 (VA)

Ch

1,032
1,030
1,028
1,025

1,020
1,016
1,009

37,54
= 10,336 =3,6319  3,632 vịng/vơn.

nv=
Ứng với S2 = 75VA, tra bảng chọn Ch = 1,1
Nên U20 = U.Ch = 15.1,1 = 16,5V
Với U1 = 220V, U20 = 16,5V và nv = 3,632 vịng/vơn.
Suy ra số vịng phía sơ và thứ cấp như sau:
N1 = U1.nv = 220 . 3,632 = 399,52 vòng  800 vòng
N2 = U20 .nv = 16,5 . 3,632 = 59,928 vòng  60 vòng
Ước lượng hiệu suất  của máy biến thế, xác định dịng điện phía sơ cấp I1.
Trong thiết kế sơ bộ, hoặc đơn giản hóa, hiệu suất  có thể tra bảng theo S2. Có
thể tham khảo một số bảng sau:
Theo Robert Kuhn:
S2 (VA)
3
10
25
50
100
1000
%
60
70
80
85

90
Lớn hơn 90
Theo Anton Hopp:
S2 (VA)
30
50
100
150
200 300
500
750 1000
%
86,4 87,6 89,6
90,9
91,3 93
93
95,3 94
Theo Walter Kehse:
S2 (VA)
10
20
30
50
100
150
300
500
%
80
80

85
90
91
92
92
92,5
Theo AEG (biến thế nguồn của bộ chỉnh lưu):
S2 (VA)
25
50
100
200
300
400 500
%
76,5 84
85
86
88
90
90,5
Theo Newnes:
S2 (VA) 100 150 200 250 500 750 1000 150 200 2500
0
0
%
83,5 89, 90,5 91,2 92,5 93,5 94,1 95 95,4 95,7
3

700

91

1000
92

3500 5000
95,9

98,2
10


Theo Elektroteknik und Machinenbau (Vienne 16/8/1931):
S2 (VA)
150
250
500
1000
2000
3000
5000
%
88,5
89,6
91
92,8
94,2
94,9
95,7
Theo Nationnal Bureau of Atandard S.408 Westinghouse:

S2 (VA) 2,5 5
9
25
50
80
150
200
500
650
%
78 81,8 84,2 87,7 88,8 90,5 92,5 92,7 94,3 94,4
Theo Schindler:
S2 (VA)
100
200
300
500
%
92,5
93,5
94
94,5
Theo Transfor Matoren Fabrik Magnus
S2 (VA)
25
50
75
100
150
200

250
400 500
%
84,2 86,8 89
90
91
91,9
92
93,2 93,6
Sau khi tra bảng, chọn được  % cho biến thế, từ đó xác định được dịng điện phía sơ
cấp:
[A]
S2
I1=
η %. U 1
Chọn mật độ dịng điện J, suy ra tiết diện và đường kính dây dẫn phía sơ cấp và thứ
cấp.
Chọn J để xác định đường kính dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố:
Cấp cách điện vật liệu.
Điều kiện giải nhiệt dây quấn.
Chế độ làm viện (dài hạn hay ngắn hạn).
Ta có thể tham khảo các bảng giá trị cho phép của J như sau:
Bảng quan hệ giữa J theo S2, khi biến thế vận hành liên tục, điều kiện giải nhiệt
kém (hoặc cấp cách điện thấp).
S2 (VA)
J (A/mm2)

0  50

50  100

100  200

200  500

500  1000

4
3,5
3
2,5
2
Trường hợp vật liệu cách điện cấp A (nhiệt độ tối đa ở điểm nóng nhất cho
phép là 1050C), máy làm việc ngắn hạn, ta có thể chọn J cao hơn giá trị bảng trên từ
(1,2  1,5)lần. Cụ thể ta có.
S2 (VA)
J(A/mm2)

0  50
5 6

50  100
4,5  5,5

100  200
45

200  500
3,5  4,5

500  1000
3 4

Ngồi ra ta cũng có thể chọn J theo nhiệt độ phát nóng cho phép:
At (cm2)

J (A/mm2)
với độ gia
nhiệt 400C

J (A/mm2)
với độ gia
nhiệt 600C

At (cm2)

J (A/mm2)
với độ gia nhiệt
400C

J (A/mm2)
với độ gia nhiệt
600C

1,0
1,4
2,0
2,4
2,8
3,0

3,5
4,0

4,6
4,0
3,5
3,3
3,1
3,0
2,8
2,7

5,5
4,9
4,3
4,0
3,7
3,6
3,4
3,3

6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
9,0
10
15

2,3
2,25
2,2
2,15
2,1
1,9
1,8
1,6

2,8
2,7
2,6
2,6
2,5
2,4
2,3
1,9
11


4,5
5,0
5,5

2,6
2,4
2,35

3,2
3,0

2,8

20
30
40

1,4
1,25
1,15

1,8
1,5
1,4

Căn cứ theo các số liệu tham khảo trên, chọn J và suy ra đường kính dây quấn
sơ cấp và thứ cấp.
Trong các thành phần tính tốn trước ta có:
I2 = 5A;
S2 = 75VA; U1 = 220V.
Chọn % = 88% ứng với S2 = 75VA
75
Dịng điện phía sơ cấp là: I1 = 0. 88. 220 = 0,387 A
Giả sử biến thế vận hành 10 giờ/ngày, cách điện sử dụng cấp A, chọn J = 5,5 A/
2
mm (ứng với S2 = 75), suy ra đường kính dây quấn sơ và thứ cấp như sau:

d1 = 1,13

√

0 ,387
5,5

= 0,212 mm, chọn d1 = 0,30 mm.

5
d2 = 1,13 5,5 = 1,07mm, chọn d2 = 1,1mm

Chọn dây emay có đường kính dây kể cả cách điện là:
d1cđ = 0,35mm ;
d2cđ = 1,15mm
Xác định khối lượng sử dụng cho bộ dây biến áp
Từ các kết quả đã tính: a = 32mm, b = 34mm, c = 16mm, h = 48mm.
Số vòng dây sơ cấp: N1 = 800 vòng
d1/d1cđ = 0,30/0,35mm (dây tráng emay)
Số vòng dây thứ cấp:
N2 = 60 vòng
d2/d2cđ = 1,1/1,15mm (dây tráng emay)
Kiểm tra sơ bộ hệ số lấp đầy Klđ:
2

3,14.0,35
4
S1cđ =
= 0,096 mm2  0,1mm2
2
3,14.1,15
4
S2cđ =
= 1,038 mm2  1,04mm2

Diện tích cửa sổ lõi thép:
Scs = c.h = 16 . 48 = 768mm2
800 .0,1+60. 1 ,04
Klđ = 768

= 0,185
Với Klđ tính được quá thấp so với tiêu chuẩn cho phép (0,7  0,8) ta có thể điều
chỉnh giảm kích thước lõi thép, để giảm khối lượng dây. Tuy nhiên muốn duy trì các
tham số khác không đổi ta phải giữ tiết diện lõi thép như lúc đầu đã tính.
Ta thử xét phương án điều chỉnh như sau:
Chọn Klđ tăng lên khoảng 0,36 và giả sử số liệu dây quấn sơ và thứ cấp khơng
đổi. Tổng diện tích chốn chỗ của bộ dây khơng đổi, vẫn bằng 142,4mm2. Suy ra diện
tích cửa sổ là:cửa sổ là:
142,4
Scs = 0,36 = 395,55mm2

12


Căn cứ theo Scs tính ra a:
a
3a
c = 2 và h = 2
3a 2
Scs = 4

Vì:
Nên:

4S cs

4.395,55

3
3
= 22,96 mm

Vậy:
a=
Nếu duy trì số vịng như cũ, ta cần duy trì:
Ag = 10,88 cm2 để có At = 10,336cm2
Ag

10,88

2,4 = 4,5cm
b= a

Muốn vậy:
Tóm lại, ta điều chỉnh lại kích thước lõi thép để giảm khối lượng thép và khối
lượng dây đồng, đồng thời nâng cao Klđ, lợi dụng tối đa khoảng trống cửa sổ lõi thép.
Ta chọn:
a = 2,4cm;

b = 4,5cm;

Wth = 46,8a2b = 1,21kg  1,2kg
24mm

45mm

12mm

36mm

Hình 1.13: Kích thước lõi thép cần dùng sau khi điều chỉnh
Như vậy, kết cấu mới được điều chỉnh lại có số liệu như sau:
Ag = 10,8cm2
với Kf = 0,95 (khả năng ghép sát)
At = Ag.Kf = 10,8 . 0,95 = 10,26cm2;
Ssc = 432 cm2
Bm = 1,2T; nv = 3,66 vịng/vơn
N1 = 402 vịng; N2 = 60 vòng
d1/d1cđ = 0,45/0,5mm; d2/d2cđ = 1,1/1,15mm
Hệ số lấp đầy rãnh (tính theo tiết diện) là Klđ = 0,53
Căn cứ vào số liệu mới, tính lại các bước từ bước 9 đến bước 14
Bề dày khuôn quấn dây: ec = 1mm
Kích thước khn giấy:
ak = a + 1mm = 25mm
bk = 45 + 1mm = 46mm
Bề cao hiệu dụng: Hhd = h - (2ec + 1mm) = 36 - (2,1 + 1) = 33mm
13


Số vòng quấn cho mỗi lớp sơ cấp và thứ cấp:
H hd
33
.K q  .0,95 62,7 62
0,5
SV1 = d1cd
vòng / lớp

33
.0,95 27,26 27
SV2 = 1,15
vòng / lớp

Số lớp của cuộn dây sơ và thứ cấp:
N 1 402

6,48 7
SL1 = SV1 62
lớp
N2
60
 2,2 3
SL = SV2 27
lớp
2

Xác định bề dầy cách điện giữa các lớp sơ cấp với nhau:
SV1
nv

62

3,66

ecđ1 = 0,0624
= 0,0624
0,25mm
Xác định bề dầy cách điện giữa các lớp thứ cấp với nhau:

chọn ecđ1 = 0,25mm

27

3,66

ecđ2 = 0,0624
0,169mm chọn ecđ2 = 0,2mm
Bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp:
BD1 = SL1 (d1cđ + ecđ1) = 7(0,5 + 0,25) = 5,25mm
BD2 = SL2 (d2cđ + ecđ2) = 3(1,15 + 0,2) = 4,05mm
Bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:
U1  U 2
ecđ3 = 1,4. 1000 = 0,49mm

Chọn ecđ3 = 0,5mm. Tổng bề dầy bộ dây BD = BD1 +BD2 + ecđ3 = 9,8mm
Kiểm tra lại hệ số lấp đầy theo bề dầy cửa sổ bị choán chỗ
BD
9,8
Klđ = c = 12 = 0,816

Với tính tốn trên nếu hiệu chỉnh:
ecd1 = ecd2 = 0,1mm và ecđ3 = 0,25mm, ta có:
BD1 = 4,2mm; BD2 = 3,75mm; BD = 8,2mm nên Klđ = 0,683
Chọn cách bố trí bộ dây giống như hình 1.12, ta có:
a’ = a + 2ec= 24 + 2.1 = 26mm.
b’ = 45 + 2 = 47mm.
Bề dài trung bình của một vịng dây quấn sơ cấp:
Ltb1= 2 (a’+b’) +  .BD1 = 2.(26 + 47) + 3,14 . 4,2 = 159,19 mm

Chọn Ltb1= 159,2 mm = 1,592 dm.
Bề dài trung bình của một vịng dây quấn thứ cấp:
Ltb2= 2(a’+b’) +  .[2(BD1+ecđ3) + BD2] = 185,74 mm
Chọn Ltb2= 186 mm = 1,86 dm.
Tổng bề dài cuộn dây quấn sơ cấp:
L1= N1.Ltb1= 402.1,592 = 640 dm
Tổng bề dài cuộn dây quấn thứ cấp:
L2= N2.Ltb2= 60.1,86 = 111,6 dm = 112 dm.
Khối lượng bộ dây quấn sơ cấp:
14


 .0,45 2
W1= 1,1 . 640 . 4 10-4.8,9
W1= 0,0996 kg  0,1 kg.
Khối lượng bộ dây quấn thứ cấp:
 .1,12
W2= 1,1.112. 4 10-4.8,9
W2= 0,1042 kg  0,11 kg.
Tổng khối lượng bộ dây quấn:
W= W1 + W2 = 0,1 + 0,11 = 0,21 kg.
Tóm tắt kết quả như sau:
Kích thước mạch từ:
24mm

45

I2 = 5A
12mm

U1 = 220V

36mm

U2 = 15V
S2 = 75VA

Hình 1.14: kích thước mạch từ
Số liệu:
a = 24 mm; b = 45 mm;
Ag = 10,8 cm2; At = 10,26 cm2
Bm = 1,2T; nv = 3,66vịng/vơn; N1 = 804 vịng.
d1/d1cđ = 0,30mm/0,35mm;
N2 = 60 vòng, Wth = 1,2kg
d2/d2cđ = 1,1mm/1,15mm;
W2 = 0,11kg, W1 = 0,1kg
Hệ số lấp đầy:
Llđ = 0,33 (tính theo tiết diện chốn chỗ)
Llđ = 0,68 (tính theo bề dày choán chỗ)
Bề dày cách điện giữa các lớp sơ cấp và thứ cấp: ecđ1 = ecđ2 = 0,1 mm
Bề dày cách điện khuôn: ec = 1 mm
Bề dày cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp: ecđ3 = 0,25 mm.
1.1.2. Chuẩn bị khuôn
1.1.2.1. Lý thuyết liên quan
Chọn bề dầy cách điện làm khuôn quấn dây (ec) và bề cao hiệu dụng
quấn dây (Hhd)
Để dễ thi công quấn dây, thông thường ta chọn:
ak = a + (1  2)mm; bk = a + (1  2)mm
Hhd = H - [2ec + (1  2)mm]
Trong đó: Hhd: là bề cao hiệu dụng để quấn dây, ec: là bề dày bìa cách điện,

chọn theo cấp công suất của biến áp.
15