Giáo án điện dân dụng THPT - BÀI 8- TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA ppsx

Giáo án điện dân dụng THPT - BÀI 8- TÍNH
TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

I/ MỤC TIÊU BÀI HỌC:
1. Kiến thức:
- HS nắm được quy trình chung để tính toán thiết kế
MBAmột pha công suất nhỏ.
- Hiểu được yêu cầu,cách tính của từng bước khi
thiết kế MBA một pha công suất nhỏ.
2. Kĩ năng:
- Thực hiện được quy trình chung để tính toán thiết
kế MBA một pha công suất nhỏ.
- Thực hiện được các bước tính toán: Xác định công
suất,tính toán mạch từ, tính số vòng dây của các cuộn
dây,tính tiết diện dây quấn, tính diện tích cửa sổ lõi
thép,sắp xếp dây quấn trong cửa sổ.
3. Thái độ:
- HS có ý thức tìm hiểu cách tính toán thiết kế MBA
và liên hệ trong thực tế.
II/ CHUẨN BỊ BÀI GIẢNG:
- Nghiên cứu bài 8-SGK .
- Đọc tài liệu tham khảo liên quan đến bài giảng.
- Dây quấn máy biến áp, lõi thép máy biến áp, kìm,
tuavít,…
III/ TIẾN TRÌNH BÀI DẠY:
1/Ổn định lớp:2’
Kiểm tra sĩ số lớp học.
2/Kiểm tra bài cũ:3’
Câu hỏi: Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc
của máy biến áp?
3/Đặt vấn đề vào bài mới:

Muốn thiết kế máy biến áp một pha công suất nhỏ
ta phải thực hiện những quy trình như thế
nào?Chúng ta hãy nghiên cứu nội dung bài 8.
4/Nội dung bài giảng mới: 80’






Hoạt động của
thầy và trò
T
G
Nội dung bài giảng
Hoạt động 1: T
ìm
hiểu qui
trình
chung

*GV diễn giải:
Vi
ệc tính toán
chính xácMBA
ở
30’

I/Quy trình chung đ
ể tính toán

thi
ết kế MBA một pha công
suất nhỏ.
* Tính toán thi
ết kế MBA gồm
những bước sau :

1. Xác định công suất Máy biến
chế độ có tải rất
phức tạp vì phải
gi
ải quyết giới hạn
tănh nhiệt độ tối
đa và s
ụt áp trong
giới hạn cho
phép.Đ
ể giải quyết
các vấn đề n
ày,khi
tính toán c
ần phải
tiến hành một số
phép tính khá
phức tạp.Trong
bài này,chúng ta
sử dụng ph
ương
pháp dựa vào
nh

ững kết quả
thực nghiệm,đ
ơn
giản nhưng v
ẫn
đ
ảm bảo tính
áp.
2. Tính toán mạch từ.
3. Tính số vòng dây của các
cuộn dây.
4. Tính tiết diện dây quấn.
5. Tính diện tích cửa sổ lõi
thép.

* Chọn công suất MBA điều
chỉnh:
Công su
ất Tính toán của MBA
được tính theo công thức sau:
S
tt
= K
đ
.

i
i
P


cos
(1+k
dt
) (VA)
Trong đó:
- K
đ
là hệ số đóng đồng thời và
lấy bằng 0,61 tuỳ theo số tải
chính xác.
*GV đưa ra các
bước tính toand
thiết kế MBA.

*GV hư
ớng dẫn
HS cách ch
ọn
công su
ất MBA
trong gia đình.Gi
ải
thích các thông số
trong công thức.

nhiều hay ít và tính ho
ạt động
đồng thời của chúng.
- P
i
là công suất của từng thiết bị
mắc vào mạch.
- cos là hệ số công suất của
từng thiết bị mắc vào m
ạch,cụ
thể:




+Đèn sợi đốt và các dụng cụ
nhiệt điện
cos = 1
+Đèn ống,tủ lạnh,máy điều
hòa:
cos =



*GV đưa ra ví
d
ụ,tính toán cụ thể
để HS dễ hiểu.
GV g
ọi học sinh

lên giải bài tập





*GV giả thích: Ta
có thể coi khi
dùng lò sưởi thì bỏ
quạt,tủ lạnh v
à
0,4

0,6
+Quạt điện: cos = 0,6

0,8
+Máy thu thanh thu hình:
cos =
0,8

0,9
Ví d
ụ: Chọn MBA điều chỉnh
cung cấp cho tủ lạnh 110W, đèn
ống 40W, 2quạt trần 110W,
2quạt bàn 55W, lò sưởi 550W,
ấm đun nư
ớc 1500W,1ti vi
100W, 1máy quay băng 80W.

Điện áp giờ cao điểm là 130V,
bình thường là 220V.

Giải
Lấy k
dt
=20% ; K
đ
=1,ta có:
S
tt
=
 
2,01
9,0
100
1500550
4,0
40








=2605V
ngư
ợc lại.Khi

dùng ti vi thì
không dùng quay
băng.Do đó ph
ụ
tải lớn nhất gồm

đèn ống 40W,lò
sư
ởi 550W,ấm
đun nư
ớc
1500W,ti vi
100W.


A
Ta có dòng điện tính toán phía sơ
cấp là:
I
tt
= A
U
S
tt
20
130
2605
min

Như vậy:

Máy biến áp được chọn phải có
công suất lớn hơn S
tt
hoặc cường

độ dòng điện sơ cấp lớn hơn I
tt
.

Hoạt động 2: Tìm
hiểu các bước
tính toán MBA 1
pha CS nhỏ
*GV đưa ra hai
50’

II/Các bước tính toán cụ thể
MBA một pha công suất nhỏ.
1.Xác định công suất MBA:
- Công suất của cuộn sơ cấp
MBA(P
1
)có th
ể tính từ công suất
cách tính:
- Dựa vào hiệu
suất thì:


2

1
1
2
P
P
P
P

- Dựa vaò công
thức:
S
1
= S
2
= U
2
.I
2


S
đm
= U
2
.I
2

* GV thuyết trình:
Khi chọn mạch
từ,cần chú ý trụ và
cửa sổ.Trụ của
của cuộn dây thứ cấp
MBA(P
2
)nhờ biểu thức: P
1
=

2
P

(VA)
Trong đó:
 - Hi
ệu suất của MBA
(thường lấy  =
0,850,95).Công su
ất MBA
càng nhỏ thì  càng nhỏ.
- Nếu hiệu suất của MBA cao th
ì:
S
1
= S
2
= U

2
.I
2

Công suất MBA cần chế tạo l
à:
S
đm
= U
2
.I
2

(U
2
,I
2
- Điện áp,dòng đi
ện thứ
cấp định mức của MBA theo y
êu
cầu thiết kế).
2.Tính toán mạch từ:
mạch từ phải có
tiết diện phù hợp
với công suất của
máy.Cửa sổ phải
có kích thước phù
hợp để có thể đặt
vừa cuộn dây.

a)Chọn mạch từ:
Mạch từ của MBA nhỏ thư
ờng
là mạch từ kiểu bọc,được ghép
bằng lá thép chữ E và chữ I (h
ình
8.1) có các thông số như sau:
a: chiều rộng trụ quấn dây.
b: chiều dày trụ quấn dây.
c: độ rộng cửa sổ.
h: chiều cao của sổ.
a/2: độ rộng lá thép chữ I
Đối với loại MBA công su
ất
nhỏ,khi chọn mạch từ cần xét đến
tiết diện của trụ lõi thép mà trên
đó sẽ đặt cuộn dây.

*GV diễn giải:
Di
ện tích trụ
quấn dây phải ph
ù
h
ợp với công suất
MBA.

*GV gi
ải thích:
Trong thực tế,lõi
thép được ép chặt
nhưng vẫn có độ
hở giữa các lá thép
do độ cong v
ênh
và lớp s
ơn cách
điện của lá thép.Vì
v
ậy cần phải tính
di
ện tích thực của
b)Tính diện tích trụ quấn của lõi
thép.
Đối với mạch từ kiểu bọc,diện
tích trụ quấn dây đư
ợc tính gần
đúng bằng công thức: S
hi

= 1,2.
dm
S
Trong đó:
+ S

hi
= a.b là diện tích hữu ích
trụ,tính bằng (cm
2
).
+ S
đm
là công su
ất MBA,tính
bằng (VA).
Diện tích thực của trụ lõi thép:
S
t
=
l
hi
k
S

Trong đó k
l
là hệ số lấp đầy được
cho trong bảng:
Bảng 8-1.Hệ số lấp đầy k
l

trụ lõi thép.
*HS kẻ bảng hệ số
l
ấp đầy để áp dụng

khi tính toán, thi
ết
kế MBA.

Loại MBA k
l

MBA âm tần 0,8
MBA dùng trong
gia đình
0,9
MBA lõi ferit 1


GV giao bài tập
cho học sinh
HS nghiêm cứu v
à
trả lời
Bài tập:
Hãy chọn mạch từ để quấn một
MBA công suất 30VA,có điện áp
sơ cấp là U
1
=220V,điện áp thứ
cấp là U
2
= 12V,hiệu suất MBA


= 0,7.
*GV yêu cầu HS đưa ra kết quả.

(Tra bảng 8-2,ta có diện
tích hữu ích của trụ thép là S
hi
=
6,6cm
2
)
*GV diễn giải:
V
ới một MBA
và t
ần số nhất
định,số vòng c
ủa
m
ột cuộn dây phụ
thuộc v
ào tiíet
diện trụ lõi thép đã
chọn và ch
ất
lượng lõi thép.Có
nhiều cách tính số
vòng dây của các
cuộn dây,Trong
khuôn khổ bài
h

ọc,chúng ta chọn
cách tính qua đại
lư
ợng trung gian
là “số
vòng/vôn”,ký hi
ệu

3. Tính số vòng dây của các
cuộn dây.
- Để tính được số vòng dây của
các cuộn dây,ta xem bảng 8-3 v
ề
quan hệ giữa tiết diện lõi thép và
số vòng/vôn (với tần số 50Hz và
cường độ từ cảm B = 1,2T).
*Bảng 8-3.Quan hệ giữa tiết
diện lõi thép và số vòng /vôn
Với tần số 50Hz và cường độ từ
cảm B = 1,2T

Tiết diện lõi
thép hữu
ích(cm
2
)
Số
vòng/vôn
4 9,5
là n-số vòng t

ương
ứng cho mỗi vôn
điện áp sơ c
ấp hay
thứ cấp.

*HS kẻ v
à ghi
bảng 8-3.
*GV
Câu hỏi: Tại sao
số vòng dây cu
ộn
TC lại cộng th
êm
10% điện áp TC?
(Trong công th
ức
tính N
2
,10%U
2
là
lư
ợng sụt áp khi
có tải của dây
quấn TC).

6 6,3
8 4,7

10 3,8
12 3,2
14 2,7
16 2,4
18 2,1
20 1,9
22 1,7
24 1,6
26 1,5
28 1,4
30 1,3

*GV đưa ra ví d
ụ
đ
ể HS áp dụng
tính toán.
*GV hư
ớng dẫn
HS làm ví d
ụ bằng
cách đặt câu hỏi
gợi mở:
+Đề bài ch S =
30VA,từ đó ta có
thông số nào?
+Tìm được S
hi
ta
sẽ tìm được đại

lượng nào?
+Hãy tính N
1
và
N
2
?
Từ đó ta tính được số vòng dây
cuộn SC:
N
1
= U
1
.n
Số vòng dây cuộn TC:
N
2
= (U
2
+ 10%U
2
).n


Ví dụ:
Tính số vòng dây quấn cho
MBA với những thông số sau:

công suất 30VA,có điện áp sơ
cấp là U

1
=220V,điện áp thứ cấp
là U
2
= 12V,hiệu suất MBA  =
0,7.

Giải:
-T
ừ thông số S =30VA,tra bảng
8-2 ta có diện tích hữu ích của tr
ụ
thép là:S
hi
=6,6cm
2
.
-Từ đó tra bảng 8-3 lấy số
vòng/vôn là:
4,7 vòng/V(có th
ể lấy
n=5vòng/vôn).
Vậy số vòng dây sơ cấp là:
N
1
= 220.5 = 1100 (vòng)
Số vòng dây cuộn TC là:
N
2
= (12+1,2).5 = 66(vòng)

*GV giải thích:
Tiết diện dây
qu
ấn của các cuộn
dây SC và TC tỉ lệ
thuận với d
òng
điện và tỉ lệ

4.Tính tiết diện dây quấn (hoặc
đường kính dây quấn).
a)Tính tiết diện dây quấn.
- Mật độ dòng điện cho
phép(A/1mm
2
) là số ampe/1mm
2

nghịch với mật độ
dòng điện cho
phép.
Vậy mật độ
dòng đện cho phép
là gì?

*HS theo dõi b
ảng
(8-4) mật độ dòng
điện cho phép để
tính toán.
dây dẫn khi vận hành liên tục m
à
không sinh ra phát nóng nguy
hiểm và tổn thất lớn,được xác
đ
ịnh bằng thực nghiệm.Công suất
MBA càng nhỏ thì mật độ d
òng
điện cho phép càng lớn.
Bảng8-4.Mật độ dòng điện cho
phép

Công
suất(VA)
Mật độ
dòng điện
cho
phép(A/mm
2
)

50 4
50


100 3,5


GV hư
ớng dẫn
h
ọc sinh cách tính
tiết diện dây quấn
HS chú ý theo dõi

GV đưa ra bảng 8-
5 để HS tra bảng.

*HS theo dõi b
ảng
(8-5) làm tư liệu.



100

200 3
200

500 2,5
500

1000

2

Vậy tiết diện dây quấn đư
ợc tính
như sau:
S
dd
=
J
I
(mm
2
)
Trong đó:
- S
dd
là tiết diện dây quấn (mm
2
).
- I là cường độ dòng điện (A).
- J: mật độ dòng điện cho
phép(A/mm
2
).
b)Tính đường kính dây quấn.
Để đơn giản trong tính toán,ta
có thể tra bảng để tìm tiết diện và
đường kính dây quấn sau khi đã
tính được dòng điện SC và
TC.Sau khi đã tính được tiíet

diện dây quấn,ta tiến hành tra
bảng 8-5 đựoc giá trị đư
ờng kính
dây quấn hoặc ngược lại.
*GV vẽ h
ình và
chỉ dẫn cho HS
thấy rõ cửa sổ lõi
thép của MBA.






*GV đưa ra 2 cách
tính cửa sổ lõi

5.Tính diện tích cửa sổ lõi thép.
- Hình chữ nhật bị bao bọc bởi
mạch từ khép kín gọi là cửa sổ
lõi thép,đó là một thông số q
uan
trọng khi tính toán.
- Diện tích cửa sổ được tính nh
ư
sau:
S
cs
= h.c

(Theo kinh nghiệm h

3c sẽ tiết
kiệm được vật liệu v
à hình dáng
MBA đẹp).

thép.
*GV gi
ải thích về
hệ số lấp đầyK
l
:
Trong thực tế c
òn
thêm ph
ần cách
điện và kho
ảng
hở,người ta d
ùng
h
ệ số lấp đầy cửa
sổ K
l
được cho
trong bảng 8-6.


Cách tính diện tích của cửa

sổ lõi thép:
Cách1:
-Tính t
ổng tiết diện 2cuộn dây
SC và TC chiếm diện tích cửa sổ
là:
S
SC
= N
1
.
1dq
S ; S
TC
= N
2
.
2dq
S

Trong đó:
+N
1
, N
2
là số vòng dây của
cuộn sơ cấp và thứ cấp.
+
1dq
S ,

2dq
S là ti
ết diện dây quấn SC
và TC.
-Diện tích cửa sổ được tính:
S
cs
= h.c

l
TCSC
K
SS 

.
Cách2:
- Tra bảng số v
òng
dây/1cm
2
(Bảng 8-7).
- Từ đó tiến hành tính di
ện tích
cửa sổ lõi thép:
S
cs
= h.c
2
2
1

1
n
N
n
N

n
1
- Số vòng dây/cm
2
của cuộn s
ơ
cấp.
n
2
- Số vòng dây/cm
2
c
ủa cuộn
thứ cấp.
Chú ý:
* Các cỡ dây ở trên có thay đổi
chút ít tuỳ theo nhà chế tạo.
*GV đưa ra các
bư
ớc sắp xếp dây
quấn trong cửa sổ.

6.Sắp xếp dây quấn trong cửa
sổ.
-Tính số vòng dây mỗi lớp:

ĐK dây có
cách đi
ện

h





IV.TỔNG KẾT BÀI HỌC: 5’

*GV kết luận: Tra
các bảng sẵn có v
à
theo nh
ững
phương pháp tính
toán trên,chúng ta
có thể xác đ
ịnhấcc
thông số của bất
kỳ một MBA nhỏ
nào.

Số vòng dây m

ỗi lớp =
- - 1


-Ti
ếp đó ,tính số lớp dây quấn
bằng cách chia tổng số vòng cho
số vòng của mỗi lớp:

Số lớp dây quấn =


Số vòng dây
Số vòng dây mỗi lớp
- Khái niệm chumg về máy biến áp
- Phân loại máy biến áp
- Khái niệm máy biến áp
V. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN TỰ HỌC
Câu 1: Khi nối cuộn sơ cấp máy biến áp với nguồn
điện một chiều sẽ xảy ra hiện tượng gì? Tại sao?
Câu 2: Nêu khái niệm và công dụng của máy biến áp
một pha công suất nhỏ?
VI. TỰ ĐÁNH GIÁ VÀ RÚT KINH NGHIỆM