Đồ Án Thiết Kế Máy Biến Áp cảm ứng 1 pha_Chương II pptx

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
.
Trên thực tế có rất nhiều cách tính toán dây quấn cho máy biến áp cảm ứng
một pha, ở đề tài này chúng em xin trình bày và thực hiện theo phương pháp tính
toán dây quấn dựa trên kích thước lõi thép đã cho trước. Đây là phương pháp hay
và có nhiều ưu điểm, trước hết phương pháp này phù hợp với khả năng của chúng
em. Vì chúng ta có thể dễ dàng thực hiện theo phương pháp này vì lỡi thép đã được
sản xuất sẵn, sau khi mua về chúng ta sẽ tính toán dây quấn theo kích thước sẵn có
của lõi thép.
Sau đây chúng em xin trình bày về phương pháp và cách thức tính toán của
chúng em.
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
2.1 Đo kích thước chuẩn của lõi thép loại E, I.
Hình 2.1: Kích thước cơ bản của lõi thép tiêu chuấn dạng E I.
Ký hiệu và tên gọi các kích thước cơ bản cảu lõi thép:
+ a : Bề rộng trụ giữa của lõi thép.
+ b : Bề dày cảu lõi thép biến áp.
+ c : Bề rộng của cửa sổ lõi thép.
+ h : chiều cao của sổ lõi thép.
( Chú ý :các kích thước này khi đo và tính toán đều tính theo đơn vi là mm
hoặc cm)

Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
Các kích thước a , c và h đều được đo trực tiếp trên một lá thép E I. Như ở
đề tài này chúng em đã đo được số liệu như sau :
a = 4 ( cm ).
c = 2.4 ( cm ).
h = 6 ( cm ).
b = ( bề dày 1 lá thép)*(tổng số lá thép). (2.1)
 b = 8 (cm )
Hình 2.2 : Các kích thước ngoài của lõi thép.
Kích thước tổng quát cảu toàn bộ lá thép sau khi ghép sat được xác định như
hình 2.2 . Chúng ta có thể tính khối lượng lõi thép biến áp ( dạng tiêu chuẩn) theo
hệ thức :
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
W
fer
= 46,8 . a

2
.b = 46,8 . 0.4
2
.0,8 = 6 (kg) (2.2)
Trong đó W
fer là
khối lượng cảu lõi thép máy biến áp, với giá trị khối lượng
riêng của lá thép là 7,8 kg/dm
3
. W
fer
được tính thep đơn vị kg.
Sau khi xác định được các kích thước cơ bản của máy biến áp ta tính tiết
diện trụ giữa của lõi thép chữ E. Đây chính là tiết diện cho từ thong móc vòng
xuyên qua các bộ dây quấn .
Gọi A
t
là tiết diện trụ giữa lõi thép , ta có:
A
t
= a.b = 4. 8 = 32 (cm
2
) (2.3)
Trong đó , đơn vị đo là : A
t
(cm
2
), (a) = (b) = (cm).
2.2 Xác định giá trị Nv ( Số vòng dây quấn để tạo ra 1 volt sức điện động
cảm ứng).

Ở phần này chúng ta chỉ có hai thao tác cơ bản như sau:
+ Chọn mật độ từ thông (hay từ cảm) B dùng tính toán cho lõi thép.
+Áp dụng công thức để tính được số vòng dây quấn để tạo ra được 1 volt
sức điện động cảm ứng.
N
v
= (2.4)
Trong đó :
+Nv là số vòng dây quấn để tạo ra 1 V sức điện động cảm ứng, đơn vị
(vòng/volt).
+B : mật độ từ thong , đơn vị T
+At : tiết diện trụ giữa lõi thép , đơn vị cm
2
Tiêu chuẩn để chọn B:
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
+ Với lá thép kỹ thuật điện có bề dày tiêu chuẩn từ 0.5mm đến 0.35mm, lá
thép thuộc loại tole cán nóng và hàm lượng Si từ 2% đến 4% thì chúng ta chọn giá
trị B từ 1,0 T đến 1,2 T.
+ Với lá thép kỹ thuật điện có bề dày tiêu chuẩn từ 0.5mm đến 0.35mm, lá
thép thuộc loại tole cán lạnh với hàm lượng Si khoảng 4% thì ta chọn giá trị của B
từ 1,4 T đến 1,6 T.
Ớ đề tài này chúng em chọn B = 1,2 T.
Vậy thay vào công thức 2.4 ta có:

N
v
= = 1.2 (vòng/ Volt) (2.5)
2.3 Xác định sơ đồ nguyên lý của máy biến áp, tính toán số vòng dây
quấn cho mỗi cuộn.
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
Hình 2.3 :Sơ đồ nguyên lý máy biến áp theo yêu cấu của đề tài.
Theo lý thuyết về máy biến áp ( được trình bày ở chương I) thì số vòng dây
quấn của các cuộn dây máy biến áp được xác định theo sức điện động cảm ứng
trong các bộ dây sơ cấp và thứ cấp. Nhưng theo sơ đồ nguyên lý cảu máy biến áp
cần thực hiện thì cuộn sơ cấp có 8 đầu vào và có 3 đầu ra. ở trường hợp này ta
chọn một giá trị của điện áp bên sơ cấp để tính, sau đó tính tiếp các giá trị còn lại.
ta chọn : U
1
= U
15
= 220V, U
2
= U
22
=24 V. Với U
1
và U

2
là điện áp cuộn sơ cấp và
thứ cấp ta có:
N
1
= N
v
. U
1
(2.6)
N
2
= 1,1 . N
v
. U
2
(2.7)
Trong đó :
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
+ N
1
, N
2

lần lượt là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
+ Số 1,1 trong công thức (2.7) có ý nghĩa là tỉ số chênh lệch giữa sức điện
động tại dây quấn thứ cấp so với điện áp định mức tại thứ cấp lúc đầy tải.
Theo số liệu tính được ở công thức (2.5) ta có Nv = 0,8 (vòng/volt), ta
thay vào công thức (2.6) và (2.7) ta có:
N1 = 1,2 . 220 = 264 (vòng)
N2 = 1,1 . 1,2 . 24 = 32 (vòng)
Với 10v của cuộn sơ cấp thì ta cần 10 . 1,2 = 12 (vòng)
Với 12 v của cuộn thứ cấp cần 12 . 1,1 . 1,2 = 15.84 ( vòng ) = 16 (vòng)
Như vậy với bên sơ cấp có 8 mức điện áp vào khác nhau chênh lệch nhau 10
v thì cứ 12 vòng dây ta lại xuất 1 đầu dây ra ngoài để lấy điện.
Ví dụ :
Điện áp U11 = 180 V tức là phải quấn đến 180 . 1,2 = 216 vòng
Điện áp U12 = 190 V thì ta chỉ quấn thêm 12 vòng là được.
Tương tự như vậy với cuộn thứ cấp thì ta phải quấn tất cả là N22 vòng với
N22 = 24 . 1,1 .1,2 = 31,84 vòng ( lấy bằng 32 vòng)
Để lấy điện áp lấy điện áp 12 V thì ta lấy ở vòng thứ 16 là được.
2.4 Chọn mật độ dòng điện, ước lượng hiệu suất, chọn giá trị hệ số lấp
đây tính toán, đường kính dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
2.4.1 Chọn mật độ dòng điện J.
Mật độ dòng điện J phụ thuộc vào các thong số sau : cấp cách điện chịu
nhiệt của vật liệu làm dây biến áp, chế độ làm việc máy biến áp lien tục , ngắn hạn
hay lặp lại hay ngắn hặn không lặp lại…. kiểu thông gió tản nhiệt cho máy biến áp.
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Khoa: Điện - Điện Tử
Muốn chọn mật độ dòng điện chính xác chúng ta cần tham khảo các bản số
tiêu chuẩn về mật độ dòng điện. trong đề tài này chúng em chọn giá trị
J=4.5A/mm
2
để tính toán và thực hiện đề tài.
2.4.2 Tính chọn hệ số lấp đầy K
ld.
a , Tính toán giá trị diện tích của cửa sổ lõi thép .
Gọi A
cs
là diện tích của cửa sổ lõi thép, ta có hệ thức tính A
cs
như sau:
A
cs
= c.h (2.8)
Trong đó :
(A
cs
)

= (mm
2
) ; (c) = (h) = (mm)
Với lá thép tiêu chuẩn ta có quan hệ giữa các kích thước cơ bản với kích
thước của cửa sổ lõi thép như sau :
C = ; h = ( 2.9)
Như vậy chúng ta có công thức :
A

cs
= 0.75 .a
2
= 0.75 . (40
2
) = 1200 (mm
2
) (2.10)
Gọi K
ld
là hệ số lấp đầy của cửa sổ lõi thép, ta có công thức :
K
ld
= (2.11)
Đối với phương pháp tính này thì ta có thể chọn K
ld
trong khoảng từ 0.36
đến 0.46 là hợp lý. Ở bài này chúng em chọn K
ld
= 0.46 làm kết quả tính toán cho
các mục sau. Sau đó sẽ quay lại để tính , kiểm tra lại K
ld
sau.
2.4.3 Ước lượng hiệu suất η.
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
Gọi η là hiệu suất máy biến áp, theo ý thuyết máy biến áp một pha, chúng ta
định nghĩa hiệu suất của máy biến áp theo công thức:
= (2.12)
 η = (2.13)
Trong các trường hợp tải có tính điện cảm, đồng thời nếu xem tổn hao thép
rất bé, điện kháng tản từ của biến áp không cao; lúc đó giá trị hệ số công suất tải và
hệ số công suất phía sơ cấp có thể xem như gần bằng nhau.
Trong trường hợp này , một cách gần đúng chúng ta có thể viết như sau:
η = = (2.14)
Ta chọn η = 90% ( = 0,9)
Trong đó :
S1 và S2 lần lượt là công suất biểu kiến cung cấp vào phía cơ cấp và thứ
cấp, nếu áp dụng công thức (2.14) chúng ta có thể xác định được tỷ số giá trị dòng
điện qua các dây quấn sơ cấp và thứ cấp theo công thức.
= η. (2.15)
Với giá trị mật độ dòng điện J = 4,5 A/mm
2
đã chọn trong các công đoạn tính
toán trên, chúng ta có tỷ số tiết diện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp từ công thức
(2.15) theo lý thuyết ta có:
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử

S = = (2.16)
Gọi S1 và S2 là tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp, suy ra :
= = η . = ( )
2
(2.17)
Tóm lại ta có quan hệ sau :
= (2.18)
Trong đó : d1 và d2 là đường kính dây trần phía sơ cấp và thứ cấp.
Với dây quấn sơ cấp và thứ cấp là dây điện từ tiết diện tròn tráng men,
đường kính dây có tính lớp men bọc và đường kính dây trần có quan hệ với nhau
như sau:
d
cd
(mm) = d (mm) + 0.05(mm) (2.19)
Từ các công thức trên ta có công thức tính lại hệ số lấp đầy như sau :
K
ld
= (2.20)
 N1. Scd1 + N2 . Scd2 = K
ld
. Acs (2.21)
2.4.4 Tính toán đường kính của dây quấn.
Theo kết quả chọn lựa ở các khâu trên ta có :
= 0,9 ; K
ld
= 0.46
Thay vào công thức (2.15) ta có:
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng

Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
= η. = 0,9 . = 8.25
Tỷ lệ tiết diện dây quấn của cuộn thứ cấp so với sơ cấp theo công thưc
(2.17) ta có :
= = 8.25
Từ đây ta có : 8.25  8.25 (2.22)
Tỷ lệ đường kính của cuộn thứ cấp so với sơ cấp theo công thức (2.18) ta
có: = = = 2.87
Từ công thức (2.21) và ( 2.22 ) ta có hệ phương trình :

Với tiết diện tròn của dây quấn như vậy ta ó đường kính của dây sơ cấp và
thứ cấp là :
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
d
1cd
= 1,128 . = 1,128 . =1.22 mm
d2cd = 1,128 . = 1.128 . = 3,406 (mm)
 Trên thực tế ta chọn kích thước dây cho máy biến áp là:
d1 = 1,2 (mm) ; d2 = 3,5 (mm)

2.4.5 Kiểm tra lại hệ số lấp đầy. (K
ld
)
Ta có công thức :
K
ld
=
Lúc này ta đã chọn được đường kính dây cuộn sơ cấp và thứ cấp như sau:
+ Với cuộn sơ cấp : d1/ d1cd = 1,2 (mm)/ 1,204(mm)
Tiết diện thực của dây sơ cấp là : S1cd = . (1,2)
2
1(mm
2
)
+ Với cuộn thứ cấp : d2 / d2cd = 3.4(mm)/ 3,404 (mm)
Tiết diện thực là : S2cd = . (3,404)
2
= 8.95 (mm
2
)
Vậy ta có :
K
ld
= = = 0,458 (thỏa mãn)
2.5 Ước lượng công suất biểu kiến nhận được phía thứ cấp máy biến áp.
Theo yêu cầu của đề tài thì S
2
= 1100 (VA)
 I
2dm

= = = 45.83 (A)
Theo tính toán thì :
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng

Trường SPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khoa: Điện - Điện Tử
I
1
= J. . (d1)
2
= 4,5 . . (1)
2
= 3,53 (A)
I
2
= J. . (d2)
2
= 4,5 . . 3,5
2
= 44(A)
Công suất biểu kiến cảu máy biến áp là
S
1
= U
1
.I

1
= 220 . 3,53 = 1216 (VA)
S
2
= U
2
.I
2
= 24. 44 = 1056 (VA)
Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Đình Hùng
Nhóm Thực Hiện : Đặng Văn Dũng
Phạm Văn Dũng
Khoa Văn Dũng