QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP potx

QUẤN DÂY MÁY BIẾN AP
Mục tiêu thực hiện:
Học xong bài này, học viên có năng lực:
• Quấn lại máy biến áp theo số liệu có sẵn, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật,
theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện.
• Tính toán quấn mới máy biến áp, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật, theo tiêu
chuẩn kỹ thuật điện.
Nội dung chính:
∗ Dụng cụ - Thiết bị:
- Đồ nghề điện, cơ khí cầm tay.
- Bàn quấn dây.
- Máy đo VOM, Ampe kìm, Megom kế.
- Lõi thép máy biến áp cách ly 50VA; Lõi thép survoltuer (5
÷
20).
- Dây điện từ 10%; 25%; 70%.100%.140%
- Gen cách điện các loại.
- Giấy cách điện 2 zem;Giấy dầu.
- Phụ kiện lắp ráp Adaptuer; Survoltuer.
- Vecni cách điện và dung môi.
4.1. Quấn máy biến áp theo số liệu có sẵn.
Là dạng bài toán mà người thợ đã có trước một lõi thép nào đó. Từ lõi thép có sẵn này kết hợp
với các yêu cầu cần có khác (thông thường là điện áp U
2
và U
1
) sẽ tiến hành xác định các thông số còn
lại sao cho phù hợp với lõi thép đã có.
Có thể tóm tắt bài toán như sau:
Biết trước: Tiết diện lõi thép A
t

; U
2
; U
1
.
Cần tìm: S
BA
→ I
2
→ I
1
; n
1
; n
2
; d
1
; d
2

Các bước tiến hành như sau:
1. Từ tiết diện lõi thép đã có tiến hành xác định dung lượng S
BA
theo biểu thức:
(4.1)
2. Xác định dòng điện thứ cấp I
2
:
(4.2)

S
2
= S
BA
=
2
.423,1
.








hd
mt
k
BA
[VA]
I
2
=
2
2
U
S
[A]
3. Vẽ lại sơ đồ hoàn chỉnh MBA:

4. Tính số vòng dây quấn cho mỗi vôn:
(4.3)
Trong đó:
Tiết diện lõi thép được tính bằng m
2
Nếu tiết diện lõi thép được tính bằng cm
2
và f = 50Hz thì biểu thức trên trở thành.
(4.4)
5. Tính số vòng quấn cho cuộn sơ cấp và thứ cấp:
a. Số vòng quấn cho cuộn sơ cấp:
(4.5)
b. 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 toán từ
(5 ÷ 15)%.
(4.6)
6. Tính dòng điện phía sơ cấp:
Tra bảng chọn hiệu suất của MBA và tính ra dòng điện phía sơ cấp
(4.7)
S
2
( VA ) 3 10 25 50 100 1000
η (% )
60 70 80 85 90 > 90
7. Tính đường kính dây quấn:
Chọn mật độ dòng điện thích hợp và tính đường kính dây quấn
• Phía sơ cấp:
(4.8)
n

V
=
tm
AB .
45
n
2
= n
V
. (U
2
+ 5% ÷ 15%)
I
1
=
%.
1
2
η
U
S
d
1
= 1,13
J
I
1
tm
ABf 44,4
1

n
v
=
n
1
= n
V
. U
1
• Phía thứ cấp:
(4.9)
Với J là mật độ dòng điện (A / mm
2
); Chọn tùy vào chế độ làm việc của MBA.
 MBA làm việc liên tục J = (2,5 ÷ 5) A/mm
2
.
 MBA làm việc ít J có thể chọn đến 7A/mm
2
.
8. Tính hệ số lắp đầy (k
lđ
)
Hệ số lắp đầy cho biết bề dày cuộn dây chiếm chổ bao nhiêu trong cửa sổ của lõi thép
(4.10)
Trong đó:
BD: Bề dày cuộn dây
C: Bề rộng cửa sổ c =
2
a

• Tính bề dày cuộn dây
- Cuộn sơ cấp có bề dày BD
1
được tính từ số vòng quấn n
1
.
- Cuộn thứ cấp có bề dày BD
2
được tính từ số vòng quấn n
2
.
- Bề dày cả cuộn dây BD = BD
1
+ BD
2
+ (1 ÷ 2)mm.
 Số vòng dây quấn cho 1 lớp:
(4.11)
Trong đó:
h
K
: Chiều dài h của khuôn quấn
d
/
: Đường kính dây kể cả cách điện
 Số lớp dây quấn:
(4.12)
Trong đó:
n: Số vòng dây của từng cuộn (sơ hoặc thứ cấp)
n

VL
: Số vòng dây quấn cho 1 lớp
d
2
= 1,13
J
I
2
K
lđ
=
C
BD
= 0,6 ÷ 0,7; Tối đa là 0,8
/
d
h
n
K
vl
=
VL
n
n
n
L
=
 Bề dày cuộn dây sơ hoặc thứ BD
1(2)
= n

L1(2)
. d
/
i

9. Tính khối lượng dây quấn (W)
(4.13)
Với: W
1
; W
2
là khối lượng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khối lượng của từng cuộn dây được tính theo biểu thức.
(4.14)
Trong đó:
L
TB
: Là chiều dài trung bình của một vòng dây (tính bằng dm).
n: Số vòng quấn của cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp.
d: Đường kính dây quấn ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp (tính bằng mm
2
).
W: Là khối lượng (tính bằng Kg).
4.2. Tính tốn quấn mới máy biến áp.
Laứ dáng baứi toaựn maứ ngửụứi thụù nhaọn ủửụùc nhửừng yẽu cầu kyừ thuaọt cần coự cho
moọt maựy bieỏn aựp cú theồ tửứ khaựch haứng nhử ủieọn aựp nguồn vaứo; ủieọn aựp ra cần coự;
cõng suaỏt ngoỷ ra; múc ủớch sửỷ dúng Vụựi dáng baứi toaựn naứy chuựng ta phaỷi xaực ủũnh
ủửụùc tieỏt dieọn loừi theựp; soỏ voứng dãy quaỏn sụ caỏp, thửự caỏp vaứ ủửụứng kớnh dãy quaỏn
sụ caỏp, thửự caỏp
Coự theồ toựm taột baứi toaựn nhử sau:

Bieỏt trửụực: S
LOếI
; U
2
; U
1
Cần tỡm: S
BA
→ I
2
→ I
1
; n
1
; n
2
; d
1
; d
2

4.2.1. Phương pháp tính tốn máy biến áp cảm ứng:
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 4.1. Trình tự tính tốn dây
quấn và chọn kích thước lõi thép được tiến hành theo các bước sau:
U
1
N
1
N

2
U
2
Hình 4.1: Ký hiệu máy biến áp hai dây
quấn
W = W
1
+ W
2
W
1(2)
= (1,2 ÷ 1,3). 8,9. L
TB
. n.
4
.
2
d
π
.10
-4
Bước 1: Xác định các số liệu yêu cầu:
- Điện áp định mức phía sơ cấp U
1
[ V ].
- Điện áp định mức phía thứ cấp U
2
[ V ].
- Dòng điện định mức phía thứ cấp I
2

[ V ].
Trường hợp nếu không biết rõ giá trị I
2
, ta cần xác định được công suất biểu kiến phía thứ cấp
S
2
:
S
2
= U
2
. I
2
[ VA ] (4.15)
- Tần số f nguồn điện.
- Chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn.
Bước 2: Xác định tiết diện tính toán cần

dùng cho lõi sắt (A
t
):
(4.16)
Trong đó:
A
t
: là tiết diện tính toán của lõi thép [cm
2
]
S
2

: là công 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 (hình 4.2) ta có K = 1 ÷ 1,2
Khi lá thép dạng UI (hình 4.3) ta có K = 0.75 ÷ 0,85
B
m
: 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 B
m
cao hay thấp.
Đối với lá thép dẫn từ không định hướng: B
m
= (0,8 ÷ 1,2)T
Đối với là thép có dẫn từ định hướng: B
m
= (1,2 ÷ 1,6)T.
m
t
B
S
KA
2
423,1
=
Bước 3: Chọn kích thước cho lõi thép, khối lượng lõi thép.
∗ Kích thước cho lõi thép:
Gọi A

g
là tiết diện tính từ kích thước thực sự của lõi thép, ta có:
(4.17)
Trong đó:
a: là bề rộng lá thép [cm]
b: là bề dày lõi thép [cm]
Như vậy giữa A
g
và A
t
chênh lệch nhau do:
Hình 4.2 : Lõi thép dạng E,I Hình 4.3 : Lõi thép dạng U,I
b
a a
b
a
Hình 4.4: Cách đo lấy kích
thước
lõi thép dạng E I
Hình 4.5: Cách đo lấy kích
thước
lõi thép dạng U I
baA
g
.
=
• Bề dầy cách điện tráng trên lá thép (để giảm nhỏ dòng điện Foucault chạy qua các lá thép trong
lõi).
(4.18)
• Độ ba vớ có trên lá thép do công nghệ dập định hình lá thép gây nên.

Độ chênh lệch này được xác định bằng hệ số ghép K
f
, ta có:
Trong thiết kế tính toán, tham khảo giá trị K
f
theo bảng sau:
Bề dầy lá thép
K
f
Lá thép ít ba vớ Lá thép nhiều ba vớ
0,35
0,5
0,92
0,95
0,8
0,85
 Chú ý:
Nếu đo được bề dầy mỗi lá thép và biết chính xác số lá thép ta tính được A
t
và có thể xem A
t
=
A
g
.
Dựa vào giá trị A
g
, 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 (4.19)

Từ đó, ta có quan hệ sau :
A
g
= a.b = a
2
(khi chọn a = b).
A
g
= a.b = a.1,5a = 1,5a
2
(khi chọn b = 1,5a).
Tóm lại: Khi biết trước giá trị A
g
, ta có thể xác định dãy giá trị a để chọn, bằng cách tính sau:
(4.20)
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.
f
t
K
A
Ag
=
g
g
Aa
A
aaaa ==≤≤
maxminmaxmin
5,1

vµvíi

∗ Khối lượng lõi thép:
• Trường hợp lõi thép dạng E I : (hình 4.6)
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:
(4.21)
Gọi γ là khối lượng riêng của thép kỹ thuật điện γ = 7,8 kg/dm
3
.
Suy ra khối lượng lõi thép là :
(4.22)
Hay:
(4.23)

Trong công thức (4.9):
W
th
: 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:
2
a
c =
và
2
3a
h =
Do đó công thức (4.23) có thể viết lại thành công thức (4.24) cho lá thép đúng tiêu chuẩn:

(4.24)
Hình 4.6: Cách đo kích thước lõi thép dạng E,I để tính
toán
a/2
a/2 a/2a
h + a
b
c c
h
h) c 15,6ab(a
h) c 7,8.2ab(a W
th
++=
++=
V. W
th
γ
=
h) c (a 2ab V
++=
b46,8a W
2
th
=
• Trường hợp kết cấu lõi thép dạng UI : (hình 4.7)
Thể tích lõi thép đã trừ đi cửa sổ là:
V = 2ab(2a + c + h) (4.25)
Suy ra khối lượng lõi thép:
(4.26)
Trong đó:

W
th
: đơn vị là [kg]
Các kích thước a, b, c, h: đơn vị là [dm]
Thí dụ 1:
Xác định khối lượng lõi thép biến thế có thể dùng chế tạo biến thế với các yêu cầu theo hình 4.8
GIẢI:
Bước 1:
a a
c
2a+c
a
a
2a+h
b
Hình 4.7: Cách đo kích thước lõi thép dạng U,I để tính
toán
h) c 15,6ab(2a W
th
++=
Hình 4.8: Hình thí dụ 1
U
1
= 110V U
2
= 15V
I
2
= 5A
Tham số tại thứ cấp gồm:U

2
= 15V; I
2
= 5A
Nên S
2
= U
2
.I
2
= 15.5= 75VA
Bước 2:
Chọn dạng lõi thép E, I đúng tiêu chuẩn, mật độ từ dùng cho lõi thép chọn là:
B
m
= 1,2T, ta có:
A
t
= 1,423(1 ÷ 1,2)
m
B
S
2
= 1,423(1 ÷ 1,2)
2,1
75
= 10,269 cm
2
÷ 12,32 cm
2

Ta có:
A
t
= 10,27 cm
2
÷ 12,32 cm
2
Bước 3:
Nếu chọn K
f
= 0,95 (khả năng ghép sát tối đa), thì tiết diện A
g
cần dùng cho lõi thép so với tiết
diện tính toán A
t
là:
A
g
=
95,0
32,1227,10
2
cm÷
= 10,81 cm
2
÷ 12,97 cm
2
Xác định a
min
và a

max
theo khoảng A
g
= 10,81 cm
2
÷ 12,97 cm
2
.
5,1
81,10
5,1
min
==
g
A
a
= 2,68 cm ≈ 2,7 cm

6,397,12
max
=== Aga
cm
Tóm lại, để thực hiện biến thế có công suất 75VA ta chọn a trong khoảng từ 2,7cm đến 3,6cm.
Áp dụng công thức
a
A
b
g
=
và W

th
= 46,8a
2
b ta có thể xác định một dãy giá trị cho các lõi thép có thể
đạt được công suất yêu cầu ở đề bài như sau:
a (cm) 2,7 2,8 3 3,2 3,4 3,5 3,6
Ag (cm
2
)
10,81 ÷ 12,97 10,81 ÷ 12,97 10,81÷ 12,97 10,81÷ 12,97 10,81÷ 12,97 10,81÷ 12,97
10,81÷ 12,97
b (cm)
4 ÷ 4,8cm 3,86 ÷ 4,63 3,6 ÷ 4,32 3,37 ÷ 4,05 3,18 ÷ 3,81 3,09 ÷ 3,77 3 ÷ 3,6
W
th
(kg)
1,36 ÷ 1,64 1,42 ÷ 1,7 1,52 ÷ 1,82 1,62 ÷ 1,94 1,72 ÷ 2,06 1,77÷ 2,12 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 toán sơ bộ, sau đó nếu cần ta sẽ hiệu chỉnh trong các bước
tính sau.
Giả sử trong thí dụ này ta chọn:
a = 3,2cm; b = 3,4cm; W
th
= 1,63Kg
A
g
= 10,88 cm
2
; A
t

= 10,336 cm
2
(K
f
= 0,95)
Khi dùng lá thép E, I đúng tiêu chuẩn, kích thước lõi thép cần dùng (để tạo ra S
2
= 75VA) như
hình 4.9.
Chú ý:
Nếu bề dầy mỗi lá thép là 0,5mm và b = 34mm, tổng số lá thép chữ E cần dùng là
mm
mm
5,0
34
= 68 (lá).
Tóm lại:
Bộ lá thép gồm 68 lá thép chữ E và 68 lá thép chữ I.
Khối lượng lõi thép: W
th
= 1,63kg
Bước 4:
Xác định số vòng tạo ra một vôn trong cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.
(4.27)
Trong đó:
Hình 4.9: Kích thước lõi thép cần dùng
32mm
a/2
34mm
64mm

16mm
48mm
96mm
W
th
= 1,63kg
32mm
mt
v
BAf
n
44,4
1
=
n
v
: đơn vị là [vòng/vôn]
f: đơn vị là [Hz]
A
t
: đơn vị là [m
2
]
B
m
: đơn vị là [T]
Trường hợp A
t
dùng đơn vị là [cm
2

] và các đại lượng khác có đơn vị giống như trên, ta có:
(4.28)
Khi f = 50Hz:
(4.29)
Để gọn hơn, (4.29) được ghi nhận tại mỗi mức giá trị của B
m
cho trước:
Với → (4.30)
Với → (4.31)

Với → (4.32)
Bước 5:
Xác định độ sụt áp phía thứ cấp lúc mang tải định mức.
Ta luôn luôn có U
20
> U
2
.
Trong đó:
U
20
: là điện áp thứ cấp khi không tải.
U
2
: là điện áp thứ cấp khi tải định mức.
Thường ta đặt tham số U% với định nghĩa:
(4.33)
Tuy nhiên, để dễ tính toán trong thiết kế, ta biến đổi như sau:
(4.34)
Do đó:

(4.35)
Ở giai đoạn xác định sơ bộ ban đầu, U% hay C
h
được xác định theo các bảng sau :
mt
v
BAf
n
44,4
10
4
=
mt
v
BA
n
.
045,45
=
t
v
A
n
3,55
=
TB
m
8,0
=
t

v
A
n
045,45
=
t
v
A
n
54,37
=
TB
m
1
=
TB
m
2,1=
100.1100. U%
2
20
2
220









−=
−
=∆
U
U
U
UU
h
0
0
2
20
C
100
1
=
∆
+=
U
U
U
2h20
.UC U
=
S
2
(VA) 5 10 25 50 75 100 150 200 300
∆U%
20 17 15 12 10 9 8 7,5 7

Hoặc tham khảo bảng dùng cho phụ tải thuần trở (hệ số cosϕ = 1)
S
2
(VA) 25 50 75 100 150 200 250 400 500 600 750 1000
∆U%
8 6,5 6,1 6 5,9 5,2 5 4,3 4 3,9 3,8 3,75
Bảng quan hệ: hệ số C
h
theo S
2
S
2
(VA) C
h
S
2
(VA) C
h
S
2
(VA) C
h
S
2
(VA) C
h
5
7,5
10
15

20
25
30
40
1,35
1,28
1,25
1,22
1,18
1,16
1,14
1,13
50
60
70
80
90
100
120
150
1,12
1.11
1,10
1,09
1,085
1,08
1,075
1,065
180
200

250
300
350
400
500
600
1,060
1,058
1,052
1,048
1,045
1,042
1,038
1,035
700
800
900
1000
1500
2000
3000
1,032
1,030
1,028
1,025
1,020
1,016
1,009
Bước 6:
Xác định số vòng dây quấn tại sơ cấp và thứ cấp:

(4.36)
(4.37)
Thí dụ 2:
Dựa vào kết quả tính được trong thí dụ 1 tính toán số vòng dây quấn cho biến thế (hình 4.8).
Giải:
Trong thí dụ 1, tìm được a = 3,2cm, b = 3,4cm,
A
g
= 10,88cm
2
, A
t
= 10,336cm
2
.
Nếu lõi thép có mật độ từ là B
m
= 1,2T, ta có:
Bước 4:
Áp dụng (4.13) hay (4.18) tại tần số f = 50Hz:
n
v
=
t
A
54,37
=
336,10
54,37
=3,6319 ≈ 3,632 vòng/vôn.

Bước 5:
Ứng với S
2
= 75VA, tra bảng chọn C
h
= 1,1
Nên U
20
= U.C
h
= 15.1,1 = 16,5V
Bước 6:
Với U
1
= 110V, U
20
= 16,5V và n
v
= 3,632 vòng/vôn.
v202
.n U N
=
v11
.n U N
=
Suy ra số vòng phía sơ và thứ cấp như sau:
N
1
= U
1

.n
v
= 110 . 3,632 = 399,52 vòng ≈ 400 vòng
N
2
= U
20
.n
v
= 16,5 . 3,632 = 59,928 vòng ≈ 60 vòng
Bước 7:
Ước lượng hiệu suất η của máy biến thế, xác định dòng điện phía sơ cấp I
1
.
Trong thiết kế sơ bộ, hoặc đơn giản hóa, hiệu suất η có thể tra bảng theo S
2
. Có thể tham khảo
một số bảng sau:
♦ Theo Robert Kuhn:
S
2
(VA) 3 10 25 50 100 1000
η %
60 70 80 85 90 Lớn hơn 90
♦ Theo Anton Hopp:
S
2
(VA) 30 50 100 150 200 300 500 750 1000
η %
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
η %
80 80 85 90 91 92 92 92,5
♦ Theo AEG (biến thế nguồn của bộ chỉnh lưu):
S
2
(VA) 25 50 100 200 300 400 500 700 1000
η %
76,5 84 85 86 88 90 90,5 91 92
♦ Theo Newnes:
S
2
(VA) 100 150 200 250 500 750 1000 1500 2000 2500 3500 5000
η %
83,5 89,3 90,5 91,2 92,5 93,5 94,1 95 95,4 95,7 95,9 98,2
♦ Theo Elektroteknik und Machinenbau (Vienne 16/8/1931):
S
2
(VA) 150 250 500 1000 2000 3000 5000
η %
88,5 89,6 91 92,8 94,2 94,9 95,7
♦ Theo Nationnal Bureau of Atandard S.408 Westinghouse:
S
2
(VA) 2,5 5 9 25 50 80 150 200 500 650
η %
78 81,8 84,2 87,7 88,8 90,5 92,5 92,7 94,3 94,4

♦ Theo Schindler:
S
2
(VA) 100 200 300 500
η %
92,5 93,5 94 94,5
♦ Theo Transfor Matoren Fabrik Magnus
S
2
(VA) 25 50 75 100 150 200 250 400 500
η %
84,2 86,8 89 90 91 91,9 92 93,2 93,6
Sau khi tra bảng, chọn được η % cho biến thế, từ đó xác định được dòng điện phía sơ cấp:
(4.38)
Bước 8:
Chọn mật độ dòng 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 S
2
, khi biến thế vận hành liên tục, điều kiện giải nhiệt kém (hoặc cấp
cách điện thấp).
S
2
(VA)
0 ÷ 50 50 ÷ 100 100 ÷ 200 200 ÷ 500 500 ÷ 1000
J (A/mm

2
) 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 105
0
C), 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.
S
2
(VA)
0 ÷ 50 50 ÷ 100 100 ÷ 200 200 ÷ 500 500 ÷ 1000
J(A/mm
2
)
5 ÷ 6 4,5 ÷ 5,5 4 ÷ 5 3,5 ÷ 4,5 3 ÷ 4
Ngoài ra ta cũng có thể chọn J theo nhiệt độ phát nóng cho phép:
A
t
(cm
2
)
J (A/mm
2
)
với độ gia
nhiệt 40
0
C
J (A/mm
2
)

với độ gia
nhiệt 60
0
C
A
t
(cm
2
)
J (A/mm
2
)
với độ gia nhiệt
40
0
C
J (A/mm
2
)
với độ gia nhiệt
60
0
C
1,0 4,6 5,5 6,0 2,3 2,8
1,4 4,0 4,9 6,5 2,25 2,7
2,0 3,5 4,3 7,0 2,2 2,6
2,4 3,3 4,0 7,5 2,15 2,6
2,8 3,1 3,7 8,0 2,1 2,5
3,0 3,0 3,6 9,0 1,9 2,4
3,5 2,8 3,4 10 1,8 2,3

4,0 2,7 3,3 15 1,6 1,9
4,5 2,6 3,2 20 1,4 1,8
5,0 2,4 3,0 30 1,25 1,5
5,5 2,35 2,8 40 1,15 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.
Gọi d
1
và d
2
là đường kính dây dẫn tròn (không tính lớp cách điện bọc bao quanh dây) tại sơ và
thứ cấp. Ta có:
1
2
1
.%U
S
I
η
=
(4.39)
(4.40)
Thí dụ 3:
Tính số liệu đường kính dây quấn của biến thế đã khảo sát trong các thí dụ 1 và thí dụ 2.
Giải:
Trong các thành phần tính toán trước ta có:
I
2
= 5A; S
2
= 75VA; U

1
= 110V.
Bước 7:
Chọn η% = 88% ứng với S
2
= 75VA
Dòng điện phía sơ cấp là:

Bước 8:
Giả sử biến thế vận hành 10 giờ/ngày, cách điện sử dụng cấp A, chọn J = 5,5 A/mm
2
(ứng với S
2
= 75), suy ra đường kính dây quấn sơ và thứ cấp như sau:
d
1
= 1,13
5,5
775,0
= 0,424 mm, chọn d
1
= 0,45 mm.
d
2
= 1,13
5,5
5
= 1,07mm, chọn d
2
= 1,1mm

Chọn dây emay có đường kính dây kể cả cách điện là:
d
1cđ
= 0,5mm
d
2cđ
= 1,15mm
Bước 9:
Chọn bề dầy cách điện làm khuôn quấn dây (e
c
) và bề cao hiệu dụng quấn dây (H
hd
)
Để dễ thi công quấn dây, thông thường ta chọn:
a
k
= a + (1 ÷ 2)mm
b
k
= a + (1 ÷ 2)mm
H
hd
= H - [2e
c
+ (1 ÷ 2)mm]
Trong đó:
H
hd
: là bề cao hiệu dụng để quấn dây
e

c
: là bề dày bìa cách điện, chọn theo cấp công suất của biến áp.
J
I
d
1
1
13,1
=
J
I
d
2
2
13,1
=
A775,0
110.88,0
75
I
1
≈=
Hình 4.10: Chọn kích thước cách điện làm khuôn quấn dây
Để đảm bảo độ bền cơ học chọn e
c
theo cấp công suất của biến thế như bảng sau:
S
2
(VA)
1 ÷ 10 10 ÷ 200 200 ÷ 500 500 ÷ 1000 1000 ÷ 3000

e
c
0,5 1 2 3 4
Bước 10:
Xác định số vòng cho một lớp dây quấn sơ và thứ cấp.
Gọi: SV
1
là số vòng một lớp dây quấn sơ cấp.
SV
2
là số vòng một lớp dây quấn thứ cấp.
Ta có:
(4.41)
(4.42)
Trong đó:
K
q
: là hệ số quấn dây
+ Với dây đồng bọc cotton: K
q
= 0,9 ÷ 0,93
+ Với dây đồng tráng emay: K
q
= 0,9 ÷ 0,93
Bước 11:
Xác định số lớp cho mỗi phần dây quấn sơ và thứ cấp.
(4.43)
(4.44)
Trong (4.43) và (4.44) làm tròn số, sau đó xác định bề dày cách điện giữa mỗi lớp dây quấn bên
sơ và thứ cấp, sau cùng xác định cách điện giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.

Ta có công thức tổng quát:
Bề dầy cách điện giữa
2 lớp liên tiếp nhau
[mm]
Hiệu điện thế giữa hai lớp
[V]
1000

= 1,4
K.
d
H
SV
q
1cd
hd
1
=
K.
d
H
SV
q
2cd
hd
2
=
1
1
1

SL
SV
N
=
2
2
2
SL
SV
N
=
(4.45)
Từ công thức tổng quát (4.45) ta viết lại cách tính cho e
cđ1
và e
cđ2
:
(4.46)
(4.47)
Trong đó:
e
cđ1
và e
cđ2
: đơn vị là [mm]
SV
1
và SV
2
:

đơn vị là [vòng/lớp]
n
v
:

đơn vị là [vòng/vôn]
Bước 12:
Xác định bề dày mỗi phần dây quấn.
Khi biến áp có lõi thép E I, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp quấn trên một trục lõi (bố trí đồng
trục), ta xác định bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp như sau:
Gọi: BD
1
là bề dầy cuộn dây sơ cấp.
BD
2
là bề dầy cuộn dây thứ cấp.
BD là bề dầy tổng của cả bộ dây.
Ta có:
(4.48)
(4.49)
(4.50)
Trong đó:
e
cđ3
là cách điện giữa sơ và thứ.
(4.51)
Cuối cùng, kiểm tra hệ số lấp đầy k
lđ1
theo bề dày choán chỗ cuộn dây so với bề rộng cửa sổ lõi

thép, ta có:
(4.52)
Giá trị tối đa cho phép của K
lđ1
để bỏ lọt cuộn dây (kể cả cuộn dây sơ cấp và thứ cấp) vào cửa sổ
là

K
lđ1
= 0,7 ÷ 0,8.
Nếu K
lđ1
tính thỏa mãn giá trị nói trên thì ta tính tiếp các bước còn lại.
Nếu không thỏa mãn giá trị nói trên ta phải tính lại, điều chỉnh lại kết cấu để bỏ lọt dây quấn.
V
n
SV
1
cd1
0,0624 e
=
V
n
SV
2
cd2
0,0624 e
=
)e (dSL BD
cd11cd11

+=
)e (dSL BD
cd22cd22
+=
cd3c21
e e BD BD BD
+++=
1000
1,4 e
21
cd3
UU
+
=
C
BD
K
ld1
=
Chú ý:
Cũng có thể kiểm tra bằng cách tính khác (ngay sau bước 8)
Gọi k
ld2
là hệ số lấp đầy, tính theo tiết diện choán chỗ của dây quấn so với tiết diện cửa sổ mạch
từ.
(4.53)
Gọi S
cđ1
và S
cđ2

là tiết diện dây quấn sơ và thứ cấp kể cả lớp bọc cách điện, ta có:
(4.54)
Nếu K
lđ2
= 0,4 ÷ 0,46 thì bộ dây bỏ lọt vào cửa sổ, khoảng giá trị này tương ứng khoảng giá trị
K
lđ1
= 0,7 ÷ 0,75.
Bước 13 :
Xác định chiều dài trung bình cho một vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp, suy ra tổng bề dài cho
bộ dây sơ cấp và thứ cấp.
Trong bước này, tùy theo bộ dây sơ cấp và thứ cấp lắp đặt theo dạng nào (cùng một trụ hay hai
trụ khác nhau) mà ta có cách tính khác.
Đối với biến thế hai dây quấn thường ta có một số cách bố trí dây quấn như sau (xem hình 4.11)
K
l
đ
1
=
Tổng diện tích choán chổ của bộ
dây
Tiết diện cửa sổ lõi thép
hc
SNSN
cdcd
.

K
2211
ld2

+
=
Sơ cấp
Thứ cấp
Sơ cấp
Thứ cấp
Sơ cấp
Sơ cấp
Thứ cấp
Sơ cấp Thứ cấp
Hình 4.11: Một số cách bố trí dây quấn đối với biến thế hai dây quấn

Giả sử kết cấu dây quấn sơ cấp bố trí bên trong và thứ cấp bao bọc quanh sơ cấp, bề dài trung
bình L
tb1
và L
tb2
cho bộ dây sơ và thứ cấp xác định như sau (xem hình 4.12).
Đặt : a’ = a + 2e
c
b’= b + 2e
c
Ta có :
(4.55)
Tương tự, suy ra:
(4.56)
Gọi L
1
và L
2

là tổng bề dài của bộ dây quấn sơ và thứ cấp.
Ta có:
(4.57)
(4.58)
Bước 14:
Xác định khối lượng dây quấn sơ cấp và thứ cấp:
(4.59)
8,9.10 .
4
.d
.L . k = W
4-
2
1
1dp1
π
Hình 4.12: Cách bố trí dây quấn sơ cấp bên trong
và thứ cấp bên ngoài bao bọc quanh sơ cấp
1
//
tb1
BD. ) b 2(a L
π
++=
( )
[ ]
2cd1
//
tb2
BD eBD2. ) b 2(a L

++++=
π
.LN L
tb111
=
.LN L
tb222
=
Trong đó:
K
dp
: là hệ số dự phòng do sai số trong thi công thực tế so với tính toán.
+ Với dây emay: K
dp
= 1,1 ÷ 1,15.
+ Với dây bọc cotton: K
dp
= 1,2 ÷ 1,3.
Tương tự, khối dây quấn thứ cấp được tính:
(4.60)
Thí dụ 4:
Xác định khối lượng sử dụng cho bộ dây biến thế đã tính trong các thí dụ 1, 2, 3.
Giải:
Từ các thí dụ 1, 2, 3 ta đã có các kết quả sau:
a = 32mm, b = 34mm, c = 16mm, h = 48mm.
Số vòng dây sơ cấp:
N
1
= 400 vòng
d

1
/d
1cđ
= 0,45/0,5mm (dây tráng emay)
Số vòng dây thứ cấp:
N
2
= 60 vòng
d
2
/d
2cđ
= 1,1/1,15mm (dây tráng emay)
Kiểm tra sơ bộ hệ số lấp đầy K
lđ
:
S
1cđ
=
4
5,0.
2
π
= 0,196 mm
2
≈ 0,2mm
2
S
2cđ
=

4
15,1.
2
π
= 1,038 mm
2
≈ 1,04mm
2
Diện tích cửa sổ lõi thép:
S
cs
= c.h = 16 . 48 = 768mm
2
K
lđ
=
768
4,142
768
04,1.60.2,0.400
=
+
= 0,185
Với K
lđ
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 K

lđ
tăng lên khoảng 0,36 và giả sử số liệu dây quấn sơ và thứ cấp không đổi. Tổng
diện tích choán chỗ của bộ dây không đổi, vẫn bằng 142,4mm
2
. Suy ra diện tích cửa sổ là:cửa sổ là:
S
cs
=
36,0
4,142
= 395,55mm
2

Căn cứ theo S
cs
tính ra a:
10 . 8,9 .
4
.d
.L . K = W
4-
2
2
2dq2
π
Vì: c =
2
a
và h =
2

3a
Nên: S
cs
=
4
3
2
a
Vậy: a =
3
55,395.4
3
4
=
cs
S
= 22,96 mm
Đối chiếu theo thí dụ 1 ta có thể chọn a tại mức thấp nhất là a = 24mm
• Nếu duy trì số vòng như cũ, theo thí dụ 2 ta cần duy trì:
A
g
= 10,88cm
2
để có A
t
= 10,336cm
2

Muốn vậy: b =
4,2

88,10
=
a
A
g
= 4,5cm
Tóm lại, ta điều chỉnh lại kích thước lõi thép để giảm khối lượng thép và khối lượng dây đồng,
đồng thời nâng cao K
lđ
, lợi dụng tối đa khoảng trống cửa sổ lõi thép.
Ta chọn:
a = 2,4cm; b = 4,5cm; W
th
= 46,8a
2
b = 1,21kg ≈ 1,2kg
(Xem hình 4.13)
Như vậy, kết cấu mới được điều chỉnh lại có số liệu như sau:
Hình 4.13: Kích thước lõi thép cần dùng sau khi điều
chỉnh
24mm
45mm
12mm
36mm
A
g
= 10,8cm
2
với K
f

= 0,95 (khả năng ghép sát)
A
t
= A
g
.K
f
= 10,8 . 0,95 = 10,26cm
2
; S
sc
= 432 cm
2
B
m
= 1,2T; n
v
= 3,66 vòng/vôn
N
1
= 402 vòng; N
2
= 60 vòng
d
1
/d
1cđ
= 0,45/0,5mm; d
2
/d

2cđ
= 1,1/1,15mm
Hệ số lấp đầy rãnh (tính theo tiết diện) là K
lđ
= 0,53
Căn cứ vào số liệu mới, tính lại các bước từ bước 9 đến bước 14
Bước 9:
Bề dầy khuôn quấn dây: e
c
= 1mm
Kích thước khuôn giấy:
a
k
= a + 1mm = 25mm
b
k
= 45 + 1mm = 46mm
Bề cao hiệu dụng:
H
hd
= h - (2e
c
+ 1mm) = 36 - (2,1 + 1) = 33mm
Bước 10:
Số vòng quấn cho mỗi lớp sơ cấp và thứ cấp:
SV
1
=
627,6295,0.
5,0

33
.
1
≈==
q
cd
hd
K
d
H
vòng / lớp
SV
2
=
2726,2795,0.
15,1
33
≈=
vòng / lớp
Bước 11:
Số lớp của cuộn dây sơ và thứ cấp:
SL
1
=
748,6
62
402
1
1
≈==

SV
N
lớp
SL
2
=
32,2
27
60
2
2
≈==
SV
N
lớp
Xác định bề dầy cách điện giữa các lớp sơ cấp với nhau:
e
cđ1
= 0,0624
v
n
SV
1
= 0,0624
≈
66,3
62
0,25mm chọn e
cđ1
= 0,25mm

Xác định bề dầy cách điện giữa các lớp thứ cấp với nhau:
e
cđ2
= 0,0624
≈
66,3
27
0,169mm chọn e
cđ2
= 0,2mm
Bước 12:
Bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp:
BD
1 =
SL
1
(d
1cđ
+

e
cđ1
) = 7(0,5 + 0,25) = 5,25mm
BD
2 =
SL
2
(d
2cđ
+

e
cđ2
) = 3(1,15 + 0,2) = 4,05mm
Bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:
e
cđ3
= 1,4.
1000
21
UU +
= 0,49mm
Chọn e
cđ3
= 0,5mm. Tổng bề dầy bộ dây BD = BD
1
+BD
2
+ e
cđ3
= 9,8mm
Kiểm tra lại hệ số lấp đầy theo bề dầy cửa sổ bị choán chỗ
K
lđ
=
c
BD
=
12
8,9

= 0,816
Chú ý: Nếu cách điện lớp chọn theo tiêu chuẩn kỹ thuật như trên ta có thể giảm bề dầy cách điện
tính theo công thức (4.31), (4.32), (4.33), (4.37) xuống 0,5 lần.
Với thí dụ tính toán trên nếu hiệu chỉnh:
e
cd1
= e
cd2
= 0,1mm và e
cđ3
= 0,25mm, ta có:
BD
1
= 4,2mm; BD
2
= 3,75mm; BD

= 8,2mm nên K
lđ
= 0,683
Bước 13:
Chọn cách bố trí bộ dây giống như hình 4.12, ta có:
a
’
= a + 2e
c
= 24 + 2.1 = 26mm.
b
’
= 45 + 2 = 47mm.

Bề dài trung bình của một vòng dây quấn sơ cấp:
L
tb1
= 2 (a’+b’) +
π
.BD
1
= 2.(26 + 47) + 3,14 . 4,2 = 159,19 mm
Chọn L
tb1
= 159,2 mm = 1,592 dm .
Bề dài trung bình của một vòng dây quấn thứ cấp:
L
tb2
= 2(a’+b’) +
π
.[2(BD
1
+e
cđ3
) + BD
2
] = 185,74 mm
Chọn L
tb2
= 186 mm = 1,86 dm.
Tổng bề dài cuộn dây quấn sơ cấp:
L
1
= N

1
.L
tb1
= 402.1,592 = 640 dm
Tổng bề dài cuộn dây quấn thứ cấp:
L
2
= N
2
.L
tb2
= 60.1,86 = 111,6 dm = 112 dm.
Bước 14:
Khối lượng bộ dây quấn sơ cấp:
W
1
= 1,1 . 640 .
4
45,0.
2
π
10
-4
.8,9
W
1
= 0,0996 kg ≈ 0,1 kg .
Khối lượng bộ dây quấn thứ cấp:
W
2

= 1,1.112.
4
1,1.
2
π
10
-4
.8,9
W
2
= 0,1042 kg ≈ 0,11 kg .
Tổng khối lượng bộ dây quấn:
W= W
1
+ W
2
= 0,1 + 0,11 = 0,21 kg.
 TÓM TẮT KẾT QUẢ NHƯ SAU :
• Kích thước mạch từ: