On ap sat tu pdf

Đồ án tốt nghiệp
Mục lục trang
Lời nói đầu. 3
Chơng 1.Mở đầu. 5
1.1Phân tích và lựa chọn phơng áp tối u. 5
1.2Thuyết minh nguyên lý làm việc của bộ ổn áp. 8
Chơng 2. Tính toán mạch lực. 15
2.1 Khái quát chung mạch lực. 15
2.2 Tính toán công suất điện từ trong quá trình điều chỉnh. 17
2.3 Tính kích thớc cơ bản của mạch từ. 18
2.4 Tính thông số về điện. 20
2.5 Tính thông số dây quấn. 21
2.6 Tính toán sự phân bố dây quấn mạch lực. 22
Chơng 3. Tính toán thông số cuộn chuyển dịch và cuộn phản hồi tự động.
3.1 Tính mạch chuyển dịch. 38
3.2 Tính mạch phản hồi tự động. 40
Chơng 4. Tính chính xác lại kích mạch từ. 43
4.1 Thiết kế và tính chọn kích thớc bối dây. 43
4.2 Tính kích thớc mạch từ. 45
4.3 Tính toán chỉ số kinh tế cho thiết bị. 46
4.4 Kiẻm tra khả năng điều chỉnh điện áp của bộ ổn áp. 48
Chơng 5. Tính toán nhiệt và kiểm nghiệm lực cơ dây quấn. 52
5.1 Tính nhiệt độ làm việc của dây quấn. 52
5.2 Kiểm tra độ bền cơ của dây quấn. 54
Chơng 6. Khái quát chung về mạch điều khiển. 56
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
1
Đồ án tốt nghiệp
6.1 Giới thiệu chung vế mạch điều khiển. 56
6.2 Đặc điểm chung của tải cần điều chỉnh. 57
Chơng 7. Thiết kế mạch điều khiển. 61

7.1 Thiết kế mach chuyển dịch. 61
7.2 Tính toán thông số mạch chuyển dịch. 63
7.3 Thiết kê mạch điều khiển tự động. 65
7.4 Thiết kế và lựa chọn mạch điều khiển trung gian. 77
7.4 Tính chọn một số thông số mạch trung gian. 86
Chơng 8. Thuyết minh nguyên lý làm việc chung của mạch điều
khiển đã thiết kế.
8.1 Nguyên lý làm việc của mach chuyển dịch. 89
8.2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển tự động. 91
Chơng 9. Thiết kế kết cấu máy biến áp đã thiết kế. 94
Chuyên đề: So sánh các bộ ổn áp khác. 95
Lời nói đầu
Ngày nay khi nền công nghiệp càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện
trong đời sống và sản xuất càng rộng rãi. Nguồn năng lợng điện với u thế
là một nguồn năng lợng dễ sử dụng, không gây ô nhiễm môi trờng và con
ngời có thể sản xuất đợc bởi vậy điện năng dần thay thế các năng lợng
khác nh than, dầu mỏ, khí đốt
Một vấn đề đặt ra cần đợc giải quyết đối với ngời vận hành điện cũng
nh hộ sử dụng điện là có một nguồn điện có chất lợng cao thể hiện ở các
tính năng nh là sự ổn định điện áp và sự cân băng pha về góc và môdul,
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
2
Đồ án tốt nghiệp
thời gian cung cấp điện .ổn định điện áp ảnh hởng rất nhiều tới các thông
số kỹ thuật các chỉ tiêu kinh tế của thiết bị điện cụ thể (7):
Đối với động cơ không đồng bộ khi điện áp giảm xuống 10% thì
mô men quay giảm 19 % hệ số trợt tăng 27.5 % dòng rôto tăng
14% dòng stato tăng 10%,nếu giảm tiếp 20% thì mômen giảm
36%. Ngợc lại khi điện áp tăng lên 10% thì mômen quay tăng
lên 21% hệ số trợt giảm xuống 20% dòng điện rôto giảm xuống

18% dòng điện stato giảm xuống còn 10%
Đối với thiét bị chiếu sáng khi điện áp giảm xuống 10% thì
quang thông giảm 30% ,điện áp giảm xuống 20% thì một số
đèn huỳnh quang không có khả năng phát sáng .Khi điện áp
tăng 10% thì quang thông của đèn tăng lên 35% tuổi thọ của đèn
giảm đi 3 lần.
Cho đến nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cho phép thiết kế
một bộ nguồn ổn áp công suất lớn theo nhiều phơng pháp khác nhau nh
là:
ổn áp sắt từ có tụ.
ổn áp dùng khuyếch đại từ + bán dẫn.
ổn áp dùng bán dẫn.
ổn áp dùng máy biến áp kết hợp với điều khiển tự động.
ở mỗi phơng án có những u nhợc điểm đặc trng riêng về thông số kỹ
thuật, chỉ tiêu kinh tế .Trong nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp là thiết kế
một bộ nguồn ổn định điện đáp dùng cho phụ tải chiếu sáng với các thông
số cho trớc:
Công suất định mức: S
đm
=60 KVA .
Điện áp vào : U
v
=3304420 V.
Điện áp ra : U
R
=380 v.
Tần số điện áp nguồn: f=50 Hz.
Nhiệm vụ tính toán đồ án gồm những phần sau:
Phân tích và chọn phơng án.
Tính toán điện từ.

Tính toán phần điều khiển.
Thiết kế kết cấu.
Một bản vẽ A
o
tổng lắp ráp và 344 bản vẽ chi tiết.
Chuyên đề: So sánh với các phơng pháp ổn định điện áp khác.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
3
Đồ án tốt nghiệp
Do thời gian hạn hẹp của một đồ án, với sự cố gắng của bản thân và sự h-
ớng dẫn tận tình của thầy giáo TS Bùi Tín Hữu em đã hoàn thành nội dung
của đồ án. Nội dung của đồ án gồm ba phần chính:
Phần 1: Thiết kế và tính toán mạch lực.
Phần 2: Thiết kế và tính toán mạch điều khiển.
Phần 3: Thiết kế kết cấu và bản vẽ lắp giáp, bản vẽ chi tiết.
Do trình độ có hạn nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn Em
mong nhận đợc những chỉ bảo thêm của các Thầy và các Cô cùng các bạn
để em hoàn thiện hơn. Em xin trân thành cảm ơn.
Một lần nữa em xin trân thành cảm ơn thầy Bùi Tín Hữu đã giúp em hoàn
thành nội dung của đồ án này.

Hà nội ngày 20 tháng 4 năm 2001.
Sinh viên:

Trần Thế Nam
Phần một : thiết kế và tính toán phần
mạch lực.
Chơng I : Mở đầu.
1.1 Phân tích và lựa chọn phơng án tối u.
Chất lợng nguồn điện năng đợc đánh giá qua nhiều yếu tố trong đó hai

yếu tố đợc xem là quan trọng đối với thiết bị chiếu sáng là sự ổn định điện
áp. Thờng trong thực tế phụ tải không phải lúc nào cũng đóng điện và sự
phân bố phụ tải là không đôí xứng giữa các pha gây nên sự mất tính đối
xứng cho bộ nguồn cả về góc và giá trị kết quả là điện áp cấp cho thiết bị
không đợc ổn định. Sự mất đối xứng điện áp gây ra sự thiệt hại về kinh tế
đôi khi gây ra sự cố nghiêm trọng cho ngời dùng điện đặc biệt trong chiếu
sáng.Theo thống kê (7):
Nếu ánh sáng không đủ ngời công nhân sẽ làm việc trong điều kiện thần
kinh căng thẳng hại mắt, hại sức khoẻ kết quả có thể gây ra hàng loạt phế
phẩm. Nếu độ rọi tăng lên 1,5 lần thì thời gian cho các thao tác chính sẽ
giảm đi (8425)% và tăng năng suất lên (445)%. Nh vậy yêu cầu ổn định
điện áp cho thiết bị chiếu sáng là rất cần thiết. Nh đã nói ở trên có rất
nhiều cách để tạo ra một bộ ổn áp. Tuy nhiên ở mỗi bộ ổn áp có những u
và khuyết điểm riêng. Việc phân tích để đa ra một kết cấu phù hợp cả về
kinh tế và kỹ thuật là công việc hết sức quan trọng trớc khi thiết kế.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
4
Đồ án tốt nghiệp
Kiểu ổn định điện áp kiểu máy biến áp kết hợp điều khiển tự
động.
Trong máy biến áp điện áp tỉ lệ với số vòng
dây theo biểu thức:
2U
1U
=
2W
1W

Điện áp đầu ra có thể thay đổi bằng cách
thay đổi số vòng dây quấn của bối dây việc thay đổi đó thực hiện bằng

việc thay đổi điểm đặt của điện áp vào hoặc điện áp ra.Thờng thì việc đổi
nối này đợc thực hiện trên phía cao áp dòng điện làm việc bé hơn, số vòng
lớn hơn.Đối với máy ổn áp có công suất nhỏ thì ta có thể dùng tiếp điểm
chổi than trợt trên các vòng dây, còn với máy có công suất lớn thì việc điều
chỉnh đợc thực hiện bằng đổi nối tiếp điểm . Việc đổi nối này có thể đợc
thực hiện tự động nhờ một mạch chức năng điều khiển tự động -truyền
động điện. Tín hiệu điện áp ra sẽ quyết định chiều chuyển động của chổi
than cũng nh hớng đóng và mở của tiếp điểm đối với máy có công suất
lớn. Trong cách này điện áp điều chỉnh ra là nhảy cấp hơn nữa quá trình
điều chỉnh có tiếp điểm nên sảy ra hiện tợng hồ quang sinh ra tia lửa điện
bởi vậy theo phơng pháp này điện áp ra là không mịn và công suất bị hạn
chế do hồ quang sinh ra và khi công suất lớn thì không thể điều chỉnh dới
tải đợc. Máy ổn áp này không hoạt động đợc trong các môi trờng đòi hỏi
sự an toàn về chống cháy nổ. Ưu điểm của hình thức ổn áp này là điện áp
ra là hình dáng điện áp ra giống điện áp vào .Điện áp ra là sin
ổn định điện áp kiểu khuyếch đại từ.
Sơ đồ đơn giản:
Tải đợc nối nối tiếp với một cuộn kháng có
điều khiển và đợc nối với một điện U
CC
. Điều
khiển cuộn kháng thông qua mạch điều khiển
một chiều U
ĐK
.
U
ĐK
thay đổi dẫn đến dòng điện điều khiển
thay đổi. Dòng điện điều khiển một chiều từ
hoá lõi thép của cuộn kháng sẽ làm điện kháng của cuộn kháng thay đổi.

Khi đó điện áp rơi trên tải sẽ là:

Upt
Ut
Zpt
Zt
=
Nh vậy thay đổi Uđk sẽ thay đổi điện áp rơi trên tải Z
t
. Theo phơng pháp
này kết cấu mạch tơng đối cồng kềnh, quán tính điều khiển lớn có u điểm
là bền. Trên cơ sở các phần tử cơ bản đó xây dựng nên máy ổn định điện
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
5
Z
t
Z
PT
U
đk
U
cc
Z
ĐK
U
1
*
Hình 1.1
Đồ án tốt nghiệp
áp kiểu tự ngẫu dùng phần tử cuộn kháng bão hoà có điều khiển. Nguyên

lý cấu tạo hoạt động giống nh máy biến áp tự ngẫu nên u điểm của phơng
pháp này là kích thớc mạch từ đợc thu nhỏ rất nhiều do vậy tiết kiệm đợc
vật liệu và tổn hao trên mạch từ hơn nữa việc điều khiển đợc thực hiện nhờ
modul điều khiển, modul này đợc xây dựng từ những phần tử bán dẫn nên
tốc độ sử lí rất nhanh. Theo cách này thì nó khắc phục đợc những nhợc
điểm mà khuyếch đại từ gặp phải. Nó khắc phục đợc tính cồng kềnh của
thiết bị trong khi các u điểm khác nh độ bền, khả năng chịu quá tải vẫn đ-
ợc duy trì.
ổn định điện áp bằng sắt từ có tụ:
Cấu tạo và hoạt động rất đơn giản gồm hai cộn kháng quấn trên cùng một
lõi thép kỹ thuật điện. Một cuộn tuyến tính L
1
và một cuộn phi tuyến tính
L
2
làm việc ở chế độ bão hoà. Điện áp vào và điện áp ra nh hình vẽ:
đặc điểm của bộ ổn áp này
Dòng không tải nhỏ, phạm vi ổn định
rộng, bền
Dạng sóng điện áp ra méo.
Công suất bị hạn chế (<1 KVA ).
ổn định điện áp bằng điện tử công suất.
Dùng van bán dẫn thay đổi góc mở để giới
hạn điện áp ra. Việc thay đổi thời điểm phát
xung sẽ thay đổi điện áp ra.Ngoài u điểm là
điện áp ra là mịn, có khả năng điều chỉnh dới
tải,quán tính điều chỉnh bé. ở phơng pháp này gặp phải một số nhợc điểm
là:
1. Điện áp ra sẽ là không sin. Điện áp ra sẽ luôn nhỏ hơn điện áp vào
nghĩa là chỉ có thể giảm điện áp nên cần có một nguồn điện áp xoay

chiều lớn.
2. Van bán dẫn có công suất lớn rất đắt và hiếm, do đó thiết kế một
nguồn có công suất lớn là rất khó.
3. Khả năng chịu quá tải kém do khi quá tải sẽ sinh ra nhiệt lớn sẽ làm
thay đổi đặc tính điều chỉnh và hơn nữa linh kiện bán dẫn rất nhạy
với nhiệt nên đối với việc thiết kế toả nhiệt cho bộ nguồn ổn áp công
suất lớn là rất khó khăn.
Kết luận.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
6
BBĐ
U
V
U
R
u
V
u
ra
l
1
*
Đồ án tốt nghiệp
Qua sự phân tích ở trên thì ở mỗi hình thức ổn áp có những u và nhợc điểm
khác nhau. Căn cứ vào yêu cầu của đồ án là thiết kế bộ nguồn ổn áp có
công suất là 60 kva điện áp ra là 380 3% cho mạch chiếu sáng nên ta
chọn hình thức ổn áp dùng khuyếch đại từ .

1.2 Thuyết minh nguyên lý làm việc của bộ ổn định điện áp
dùng khuyếch đại từ.

Cuộn kháng bão hoà có điều khiển.
Cấu tạo:
Trên mạch từ cuộn dây W
2
mắc nối tiếp
với tải Zt và đợc cấp bởi nguồn xoay
chiều U
n
.Cuộn dây điều khiển W1 đợc
cấp bởi nguồn một chiều U
đk
.
Hoạt động:
Khi đặt điện áp xoay chiều vào cuộn W
2
có một dòng điện chạy qua
W
2
I
~

=
ZlZt
U
+
~
Dòng điện này theo định luật cảm ứng điện từ thí nó sẽ sinh ra một từ
thông từ hoá lõi thép và bản thân nó sinh ra một điện kháng:
x
l

= .L
L= w
2
.G
Để cho đơn giản trong quá trình tính toán ta bỏ qua thành phần từ thông
rò, từ thông tản của mạch từ. Khi đó hệ số điện cảm L sẽ đợc tính theo
biểu thức gần đúng
L= w
2
.à.(S/l). Với w :số vòng dây.
à :từ thẩm lõi thép.
S, l :tiết diện, chiều dài của lõi thép.
Trên cuộn dây sẽ có một điện áp rơi. Điện áp rơi phụ thuộc vào x
l
, L các
thông số của cuộn dây l, S, w, R, Zt là không thay đổi chỉ có à là thay đổi
đợc nhờ vào việc thay đổi thông số mạch từ. Thay đổi thông số mạch từ à
bằng cách dùng mạch điện một chiều thay đổi đợc từ hoá lõi thép. Quan hệ
giữa dòng điều khiển I
đk
, à, L có dạng.

Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
7
U
đk
Z
t
U
n

W2
W1
I
đk
à
L
I
đk
Đồ án tốt nghiệp
Khi tăng dòng điều khiển I
đk
sẽ làm giảm thông số à dẫn đến làm giảm
thông số địên cảm điện kháng của cuộn kháng dẫn đến làm giảm Z
l

mà
Ul
Ut
Zl
Zt
=

Z
l
giảm nên U
1
giảm theo. Nh vậy có thể điều chỉnh điện áp rơi trên cuộn
kháng bằng cách điều chỉnh dòng điện điều khiển.
Ta có thể thay thế tơng đơng mạch trên nh sau:
Nh vậy theo định luật cảm ứng điện từ thì trên W

1
sẽ xuất hiện một điện
áp cảm ứng xoay chiều cảm ứng từ W
2
sang do đó trên W
1
tồn tại cả thành
phần xoay chiều và thành phần một chiều nên tồn tại sai số cho quá trình
điều khiển. Để triệt tiêu thành phần xoay chiều trên cuộn điều khiển W
1
thay vì dùng một cuộn ngời ta dùng hai cuộn giống nhau bằng một nửa
cuộn ban đầu nối nối tiếp nhng ngợc cực tính với nhau do đó sẽ xuất hiện
hai thành phần xoay chiều cảm ứng trên hai cuộn sẽ có giá trị bằng nhau
nhng ngợc chiều do đó chúng sẽ tự triệt tiêu cho nhau hoàn toàn.
Dựavào đặc tính trên của cuộn kháng bão hoà có điều khiển ta thiết kế bộ
ổn áp có sơ đồ nguyên lý hoạt động nh sau:
Hình .
Nguyên lý hoạt động của mạch lực:
Do tính chất đối xứng nên ta chỉ cần xét cho một pha
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
8
U
XC
U
ĐK


W
~
U

~
W
đk
O
U
1
U
2
U
3
U
4
U
1
U
2
U
3
U
4
U
1
U
2
U
3
U
4
U
r ~

3 pha
U
v ~
3 pha
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Đồ án tốt nghiệp
Xét pha A
Điện áp vào đặt lên ba cuộn W
1
, W
2
, W
3
điện áp ra lấy trên ba cuộn W
1
,
W
2
,W

4
U
v
= U
1
+U
2
+U
3
;
U
r
= U
1
+U
2
+U
4
;
Ta giả thiết chiều dòng điện và điện áp có dạng nh hình vẽ
Cuộn W
1
, W
3
đợc cuộn trên cùng một lõi thép nh
một cuộn kháng, cuộn W
2
,W
4
đợc cuộn trên cùng

một lõi thép quan hệ điện từ theo kiểu biến áp. Các cực tính của cuộn dây
có chiều nh hình vẽ: (Hình ).
Khi ta đặt điện áp vào là định mức nghĩa là U
V
=380V thì điện áp trên
các cuộn là định mức và điện áp ra là định mức.
Khi điện áp vào nhỏ hơn điện áp định mức thì điện áp rơi trên các cuộn
sẽ giảm và nhỏ hơn giá trị định mức
U
V
<U
Vđm
U
1
<U
1đm
U
2
<U
2đm
U
3
<U
3đm
U
4
<U
4đm
U
r

=U
1
+U
2
+U
4
<U
Rđm
;
cần điều chỉnh điện áp để U
R
đạt giá trị định mức mong muốn .Tăng U
R
bằng cách bơm dòng điều khiển một chiều vào lõi 1 làm cho mật độ từ
thông trong lõi thép tăng lên theo biểu thức:
B=B
O
+B
xc

Với B
O,
, B
XC
là từ cảm bị từ hoá bởi thành phần dòng
điện một chiều và dòng điện xoay chiều gây nên.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
9
Ur
U

V
I
V
I
R

*
*
*
*
*
W
3
W
2
W
4
W
1
Hình
*
Đồ án tốt nghiệp
Tăng giá trị của B làm cho lõi thép sớm bão hoà làm cho từ thẩm của lõi
thép à=dB/dH giảm xuống sự giảm của à kéo theo sự giảm của điện cảm
điện kháng của cuộn dây dẫn đến tổng trở của cuộn dây giảm làm giảm
điện áp rơi trên các cuộn dây W
1
, W
3
. Điện áp trên cuộn W

1
, W
3
giảm
bao nhiêu thì điện áp rơi trên W
2
sẽ tăng lên bấy nhiêu qua quan hệ biến
áp thì điện áp cảm ứng sang cuộn W
4
cũng tăng bấy nhiêu.Sự giảm điện áp
trên cuộn W
1
là nhỏ so với sự tăng điện áp trên cuộn W
2
, W
4
kết quả là
điện áp ở đầu ra tăng lên.
Khi điện áp vào lớn hơn điện áp vào định mức do đó điện áp ra sẽ lớn
hơn
Điện áp rơi trên các cuộn W
2
giảm xuống. Điện áp trên W
2
giảm kéo
theo sự giảm điện áp trên cuộn W
4
. Tơng tự sự tăng điện áp trên cuộn W
1
là nhỏ so với sự giảm điện áp trên các cuộn W

2
, W
4
cho nên điện áp ra là
giảm.
Quá trình điều khiển công việc trên có thể thực hiện bằng mạch điện
điều khiển đợc mô tả nh hình vẽ .
Hình .
Bộ điều khiển thực việc phát xung mở trisistor T
1
và T
2
nó nhận tín hiệu
điện áp điều khiển từ mạch lực đa về để thực hiện việc thay đổi thời điểm
cấp phát xung cũng nh việc quyết định cấp xung cho trisistor nào. Khi
điện áp vào nhỏ hơn điện áp định mức cấp phát xung cho T
1
bơm vào lõi
1 và khi điện áp vào lớn hơn điện áp định mức thì cấp xung cho T
2
để bơm
dòng một chiều vào lõi 2.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
10
BĐK
MACH LƯC
U
TH
* * * *
*

*
* **
*
*
*
Đồ án tốt nghiệp
Mạch chuyển dịch.
Vai trò mạch chuyển dịch.
Thực hiện chức năng chuyển dịch.
Thực hiện việc cân bằng điện áp giữa các pha.
Cấu tạo:
Dựa vào nguyên lý điều chỉnh thông số mạch từ để điều chỉnh điện áp rơi
trên cuộn dây của cuộn kháng bão hoà ta thiết kế mạch chuyển dịch có
cấu tạo nh sau:
Hình .
Trên mỗi pha các cuộn dây đợc bố trí nh hình vẽ. để đảm bảo khả năng
chuyển dịch trên cả hai lõi thép và triệt tiêu thành phần xoay chiều cảm
ứng trên cuộn dây điều khiển nên mỗi cuộn chuyển dịch cơ bản đợc chia
thành hai cuộn nhỏ và chúng đợc đấu ngợc cực tính với nhau nên mỗi pha
có 8 cuộn dây.
Hoạt động:
Bình thờng khi điện áp vào và điện áp ra là đối xứng và phụ tải là đối
xứng thì có một dòng điện một chiều định mức chạy qua. Dòng điện điều
khiển định mức này do điện áp điều khiển định mức sinh ra. Khi đó lõi
thép chịu sự từ hoá của hai thành phần:
Thành phần từ hoá gây ra bởi thành phần dòng điện một chiều.
Thành phần từ hoá gây ra bởi thành phần dòng điện xoay chiều.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
11
R

đ
c
MBA ĐK
CL-Đ
U
ab
*
*
*
*
*
* *
*
* *
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
6
4

8
Đồ án tốt nghiệp
Dòng điện một chiều sẽ từ hoá lõi thép ngay bản thân pha đó và pha bên
cạnh nghĩa là:
u
ab
sinh ra dòng điện i
ab
từ hoá
2
1
lõi thép pha A và
2
1
lõi thép pha B.
u
bc
sinh ra dòng điện i
bc
từ hoá
2
1
lõi thép pha B và
2
1
lõi thép pha C.
u
ca
sinh ra dòng điện i
ca

từ hoá
2
1
lõi thép pha C và
2
1
lõi thép pha A.
Khi sảy ra hiện tợng quá tải một pha hay lệch tải pha nào đó sẽ làm cho
điện áp của riêng pha đó giảm khỏi giá trị định mức do đó điện áp dây ở
pha U
AB
đó cũng giảm xuống. Sự giảm của điện áp dây làm cho điện áp
điều khiển u
ab
của pha dó giảm xuống theo khi đó dòng điện điều khiển
một chiều giảm xuống dẫn đến điện kháng của pha đó tăng lên, làm cho
điện áp ở pha đó pha A,B. U
A
tăng, U
B
tăng dẫn đến U
AB
tăng lên theo.
Các pha khác cũng tơng tự. Việc giữ cân bằng điện
áp giữa các pha đợc thực hiện một cách tự động.
Điện trở điều chỉnh cho phép điều chỉnh cấp dòng
điện một chiều cấp cho mạch này. Thay đổi dòng
điện điều khiển này sẽ làm cho lõi thép sẽ bão hoà
muộn hơn điều này cho phép tăng đợc điện áp bão
hoà của lõi thép nghĩa là mục đích cuối cùng của

việc này là điều chỉnh điểm làm việc của lõi thép về vùng làm việc tuyến
tính trên đờng đặc tính từ hoá.
Khi đó dải điều chỉnh sẽ nằm trong vùng
tuyến tính tránh đợc sai số do bão hoà mạch
từ gây ra bởi vì khi mạch từ làm việc ở vùng
bão hoà hoặc gần bão hoà thì việc điều chỉnh là không thực hiện đợc.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
12
U
A
U
B
U
AB
B
H
Đồ án tốt nghiệp
Chơng 2 : Tính toán mạch lực.
2.1 Khái quát chung về mạch lực.
Mạch điện công suất (mạch động lực) do miền điều khiển điện áp từ 330-
420 vôn nên đợc thiết kế theo kiểu máy biến áp tự ngẫu nên dòng điện của
máy biến áp đợc chia làm hai thành phần :
Thành phần dòng điện truyền trực tiếp từ sơ cấp sang thứ cấp.
Thành phần truyền từ sơ cấp sang thứ cấp theo quan hệ biến áp
nghĩa là phần công suất này đợc truyền theo kiểu điện.
Trong trờng hợp này dải điều chỉnh là 330ữ420 vôn và điện áp định mức
điều chỉnh ra là 380 vôn nên hệ số điều chỉnh là bé nên phần công suất
truyền theo kiểu điện từ là bé do đó phần công suất truyền thẳng điện là rất
lớn.
U

V
=330 ữ420 vôn:
U
r
=380 vôn=constant
Quá trình làm việc ổn áp của máy biến áp gồm hai miền.Miền trên là
miền hạ áp khi điện áp vào lớn hơn giá trị định mức từ (380ữ 420) vôn thì
phải giảm xuống bằng giá trị định mức mong muốn còn miền dới là miền
tăng áp khi điện áp vào nhở hơn giá trị định mức thì máy phải thực hiện
quá trình tăng điện áp ở đầu ra lên bằng giá trị định mức .Để tiện việc bố
trí dây quấn mạch lực cũng nh dây quấn điều khiển nên mạch từ của máy
ổn áp kiểu khuyếch đại từ trong trờng hợp này có dạng nh hình vẽ :
Hình .
Sơ đồ dây quấn mạch lực:
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
13
Hình 2
Lõi 1
Lõi 1
Đồ án tốt nghiệp
Trên lõi 1 quấn các cuộn W
1
,W
3
trên lõi thép 2 quấn các cuộn W
2
, W
4
.
Điện áp vào đặt trên ba cuộn W

1
, W
2
và W
3
. Điện áp ra lấy trên ba cuộn
W
1
, W
2
và W
4
. Khi điện áp vào nhỏ hơn giá trị định mức thì ở trạng thái tự
nhiên nghĩa là không có sự điều chỉnh điện áp đặt trên các cuộn là U
1
, U
2
,
U
3
và U
4
nhỏ hơn giá trị điện áp khi ta đặt vào đầu vào một giá trị điện áp
vào định mức do đó điện áp ra lấy trên ba cuộn là W
1
,W
2
và W
4
là:

U
R
=U
1
+U
2
+U
4
<U
Rđm
.
Để tăng điện áp đầu ra ta phải bơm dòng điện một chiều vào lõi trên là lõi
1 làm cho thông số của mạch từ là từ thẩm à giảm xuống dãn đến điện
kháng, điện áp rơi trên các cuộn dây quấn trên nó là U
1
, u3 giảm xuống
U=I ì Z.
Z= R + jL.
L=W
2
G =W
2
à ì (S / l).
Điện áp trên các cuộn W
1
, W
3
giảm xuống làm cho điện áp trên các cuộn
W
2

, W
4
tăng lên kết quả là làm cho điện áp ở đầu ra tăng lên. Tơng tự cho
trờng hợp giảm điện áp khi điện áp vào lớn hơn giá trị định mức thì điện
áp ở đầu ra là lớn hơn giá trị mong muốn do đó cần phải giảm điện áp đầu
ra xuống. Giảm điện áp đầu ra xuống bằng cách bơm dòng điện một chiều
vào lõi 2 làm cho điện áp trên các cuộn W
2
và W
4
giảm xuống. Sự giảm
xuống của điện áp trên các cuộn W
2
,W
4
làm cho điện áp trên các cuộn W
1
và W
3
tăng lên tuy nhiên lợng tăng lên nhỏ hơn sự giảm nên điện áp ra
U
R
= U
1
+ U
2
+ U
4
vẫn giảm xuống.
2.2 Tính công suất điện từ trong quá trình

điều chỉnh.
Khi điện áp vào bé hơn điện áp vào định mức.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
14
O
U
1
U
2
U
3
U
4
U
1
U
2
U
3
U
4
U
1
U
2
U
3
U
4
U

r ~
3 pha
U
v ~
3 pha
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Đồ án tốt nghiệp
Khi điện áp vào bé hơn điện áp vào định mức thì ngời ta phải bơm dòng
điện điều khiển một chiêù vào lõi một thì phần công suất điện từ rơi trên
lõi một đợc tính theo công thức:
S
TK
=S
TR
ì (
2
12
U
UU

). [ 2 ]
Với: S
TK
công suất thiết kế (phần công suất điện từ trong máy
biến áp tự ngẫu )
S
TR
: công suất truyền tải.
U
1
: điện áp vào.
U
2
: điện áp ra định mức (điện áp tính toán).
U
2TT
=U
2
ì K
O
:K
O
hệ số kể đến sự tổn hao điện áp rơi trên tải
thờng lấy từ 1,0 ữ 1,1 trong trờng hợp này ta chọn bằng 1.02
nên điện áp tính toán sẽ là U
2TT
=U
2
ì K
O

=380ì
1.02=388(vôn).
Thay vào biểu thức ta đợc công suất điện từ lớn nhất mà mạch từ phải chịu
khi tăng áp là
S
TK
=S
TR
ì (
2
12
U
UU
)= 60ì (
388
330388
) =8.96 (KVA).
Công suất thiết kế trên một lõi thép là
S
1F
=
m
Stk
=
3
96.8
=3 (KVA). Với m là số trụ hay số pha của máy biến
áp.
Khi điện áp vào lớn hơn điện áp vào định mức.
Khi điện áp vào lớn hơn điện áp vào định mức thì ta phải bơm dòng điện

điều khiển một chiều vào lõi hai. Công suất điện từ lớn nhất mà lõi thép
phải chịu khi giảm điện áp là
S
TK
=S
TR
ì (
1
21
U
UU
)=60ì (
420
380420
)=4.57 (KVA).
Công suất thiết kế trên một lõi thép là
S
1F
=
m
Stk
=
3
57.4
=1.52 (KVA). Với m là số trụ hay số pha của máy biến
áp.
Công suất điện từ lớn nhất mà mạch từ phải chịu khi giảm điện áp là 4.57
(KVA).và khi tăng điện áp là 8.96 (KVA).
2.3 Tính kích thớc cơ bản của mạch từ.
Do quá trình điều chỉnh điện áp cùng chung một mạch từ nên ta chọn

công suất điện từ cho hai trờng hợp tăng điện áp và giảm điện áp là nh
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
15
Đồ án tốt nghiệp
nhau và bằng công suất lớn nhất trong hai quá trình điều chỉnh 8.96 (KVA).
Công suất mỗi trụ phải chịu là 3 (KVA). Biến áp kiểu tự ngẫu công suất
mạch từ trên mỗi trụ là 3 (KVA) là không lớn do đó ta chọn tiết diện mạch
từ có dạng hình chữ nhật. Ta có trong máy biến áp tự ngẫu :
Công suất điện trên một trụ của máy biến áp đợc tính theo công thức
P
1f
= U
f
ì I
f
ì 10
-2
. (1)
Điện kháng ngắn mạch :
U
NX
=
Uv
kranIW
6
109,7

ììììì

.(2)

điện áp rơi trên một vòng dây
U
V
= 4,44ì f ì B
T
ì T
T
ì 10
-4
. (3)
Từ (2) ta có
I=
6
109.7

ìììììì
ì
kranWf
UvUnx

.
Trong đó hệ số hình dáng =
K
R
hệ số Rogopski 0,92ữ0,95 ta chọn k
R
=0,95.
A
n
=a

12
+
3
21 aa +
= a
12
+ k ì
4
Sf
.
Tra bảng ta có a
12
= 0,9
K=0,8
a
12
=0,9 +0,8ì
4
3
=1,95 cm
điện áp rơi trên cuộn dây có w vòng là
U = U
v
ì W
Thay vào phơng trình (1) ta đợc
S
f
=U
f
ì I

f
ì 10
-3
=
ììììì
ìììì

kranf
WUvUnx

9,7
1010
362
=
kranf
TtBtfUnx
ìììì
ìììììì


9,7
10)1044,4(
324
T
T
=
34
10)1044,4(
9,7
ììììì

ììììì

BtfUnx
kranfSf


thay số vào ta đợc
T
T
=
34
10)1050144,4(3
95,095,1509,73
ììììì
ììììì


=38,5ì

(cm
2
)
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
16
Chiều dài trung bình của một vòng dây
Chiều cao của mạch từ
Đồ án tốt nghiệp
Ta có quan hệ T
T
=f()

2,5 3 3,5 4 4,5
T
T
60,8 66,6 72 77 82 (cm
2
)

chọn =4,5 T
T
=82 cm
2
.
Chọn kích thớc trụ là T
T
=2ì (120ì 34) mm
2
;
Khi đó điện áp rơi trên một vòng dây là
U
V
= 4,44ì 50ì 1ì 82ì 10
-4
=1,81 vôn /vòng.
2.4 Tính thông số về điện.
Chiều dòng điện và điện áp có chiều nh hình vẽ:
Dòng điện vào I
V
đi qua W

3
thì rẽ nhánh làm hai nhánh một nhánh đi qua
W
1
và W
2
gọi là dòng I
12
một nhánh đi qua cuộn W4 rồi khép kín qua tải
gọi là dòng I
4
. Trên W
3
có dòng I
v
đi qua ,trên W
4
có dòng I
R
đi qua dòng
điện chạy qua các cuộn W
1
và W
2
là hiệu của hai dòng điện
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
17
Ur
U
V

I
V
I
R
*
*
*
*
W
3
W
2
W
4
W
1
Hình
*
Đồ án tốt nghiệp
I
12
=I
V
I
R.
. do điện áp đầu ra đợc coi là ổn định và công suất là không
thay đổi nên dòng điện ở đầu ra đợc coi là không đổi và bằng giá trị I
R
định mức và không đổi.
Thiết bị làm việc trong dải điều chỉnh do vậy tại mọi thời điểm của điện

áp vào đều có thể là điểm làm việc lâu dài của thiết bị nên thông số của
thiết bị nh dây quấn, cách điện, nhiệt độ làm việc đều phải thoả mãn tất
cả các điểm thuộc dải điều chỉnh. Trong thiết kế và tính toán dây quấn ta
tạm coi tổn hao trên mạch từ và trên dây quấn là rất nhỏ do đó có thể bỏ
qua.
Trong máy biến áp ba pha công suất máy biến áp đợc tính theo công thức:
S =
3
UI10
-3
I =
3
0!3

ììì IU
S
U
ra
=388 vôn I
ra
=
3
0!3883
60

ìì
=89,2 A
U
v
= 330 vôn I

v
=
3
0!3303
60

ìì
=104,9 A
U
v
= 380 vôn I
v
=
3
0!3803
60

ìì
=91,9 A
U
v
= 420 vôn I
v
=
3
0!4203
60

ìì
=82,4 A.

Nhận xét: trong suốt quá trình điều chỉnh thì ta thấy dòng điện trên các
dây quấn đạt giá trị lớn nhất là:
I
4max
= I
ra
=const = 89,2 A.
I
1max
=I
2max
=104,9 89,2 =15,7 A.
I
3max
=104,9 A.
2.5 Thông số dây quấn.
Trong phần này ta phải tính và chọn các thông số dây quấn nh là kiểu
loại dây dẫn kích thớc thiết diện dây dẫn và kích thớc dây dẫn kể cả cách
điện.
Mật độ dòng điện trong dây dẫn của máy biến áp ta thờng chọn J =2ữ 2,5
A/mm
2
. Ơ đây ta chọn hình thức làm mát máy biến áp bằng không khí nên
ta chọn mật độ dòng điện bằng 2 A/mm
2
.
q
1
= q
2

=
J
I
max1
=
2
7,15
= 7,85 mm
2
.
q
3
=
J
I
max3
=
2
5,104
=52,45 mm
2
.
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
18
Đồ án tốt nghiệp
q
4
=
J
I

max4
=
2
2,89
=44,6 mm
2
.
Chọn kích thớc dây quấn.[2]
Tra bảng 20 ta đợc:
Tên K.T dây không kểđến cách điện K.T dây quấn kể đến cách điện
W1,2
1,95ì4,1=7,79 mm
2
3,01ì5,16= 15,5 mm
2
W3
12,5ì4,1=50,4 mm
2
4
13,56ì5,16 =69,9 mm
2
W4
12,5ì3,53=43,6 mm
2
13,56ì4,59 =57,6 mm
2
(cách điện hai phía đối với dây quấn kiểu bánh dây ta chọn 2=1,06 mm).
2.6 Tính toán sự phân bố vòng dây của mạch lực.
1.Cơ sở tính toán sự phân bố W.
Mạch lực máy biến áp ổn áp tự động cấu tạo và hoạt động theo nguyên

tắc máy biến áp tự ngẫu trên cơ sở các phần tử cơ bản là các cuộn kháng
bão hoà có điều khiển. Các cuộn W
1
, W
3
quấn trên cùng lõi thép cuộn
W
2
,W
4
quấn trên cùng một lõi. Nh đã phân tích ở trên dòng điện I
V
đợc
phân tích làm hai thành phần thàmh phần dòng điện truyền thẳng từ sơ sơ
cấp sang thứ cấp I
4
và thành phần dòng điện truyền từ sơ cấp sang thứ cấp
theo kiểu biến áp tức là theo quan hệ điện từ. Nh vậy trong biến áp dòng
điện qua W
1
và W
3
là I
12
chạy qua .Theo định luật cảm ứng điện từ do W
2
và W
4
quấn trên cùng một lõi thép thì sẽ cảm ứng sang cuộn W
4

một sức
điện động do mạch kín nên sinh ra một dòng điện cảm ứng I
24.
.Ngợc lại
dòng điện qua W
4
là I
4
=I
ra
sẽ cảm ứng sang W
2
một sức điện động ,sức
điện động này sẽ sinh ra một dòng điện cảm ứng. Nh vậy trên W
4
sẽ có hai
thành phần dòng điện chảy qua là I
4
(I
ra
) và thành phần dòng điện cảm
ứng là I
24
, trên W
2
và W
4
cũng có hai thành phần dòng điện chạy qua là I
12
va thành phần dòng điện cảm ứng là I

42
. Chiều dòng điện và điện áp có
chiều nh hình vẽ:
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
19
Ur
I
V
I
R
I
12
U
V
I
V
I
R
Đồ án tốt nghiệp
Nh vậy điện áp U
v
sinh ra dòng điện I
v
sau khi gây sụt áp trên các cuộn
W3 và W4 và đợc cộng thêm thành phần cảm ứng từ W2 sang W4 là e
24
do
đó ta có quan hệ điện áp giữa điện áp vào và điện áp ra nh sau:
U
V

-U
3
=U
ra
+U
4
-U
24
.
hay U
24
- U
4
- U
3
=U
ra
- U
v
. (1).
Sự phân bố của W hay sự phân bố điện áp trên các cuộn dây và hệ số
biến áp K
ba
=U
4
/U
2
là các trị số phải thoả mãn bài toán điều khiển sao
cho :
Tại thời điểm U

v
=380 vôn thì U
ra
=380 vôn và không có điều
khiển.
Tại thời điểm U
v
380 vôn và thuộc dải điều chỉnh (330 ữ420)vôn thì sự
phân bố sao cho :
có thể điều chỉnh đợc
hệ số điều chỉnh là tối u
tính tối u về kinh tế trong cả quá trình thiết kế và trong quá trình vận
hành.
2). Xây dựng thuật toán.
Trên cơ sở cách chọn ban đầu trong thiết kế mạch từ ta chọn kích thớc
mạch từ là nh nhau với cùng một mật độ từ thông rơi trên một vòng dây là
nh nhau:
U
vongđm
= 4,44 B
T
ìT
T
ì10
-4
.
=1,81 vôn /vòng.
Tổng số vòng trên 3 cuộn dây là W
1
+W

2
+W
3
=
Uvongdm
Uvdm
=
81,1
220
=122
vòng
Do quan hệ điện từ trong mạch này rất phức tạp cho nên để cho đơn giản
trong quá trình tính toán ta dùng phơng pháp tính là duyệt toàn bộ trên lới
đều kết hợp với phơng pháp dò miền có xác suất nghiệm là lớn. Trên cơ
sở đó ta xây dựng thuật toán này nh sau:
Ta cho W
1
một giá trị W
1
=1ữ W

=122 vòng
Cho W
2
một giá trị W
2
=1ữ (122-W1)
W
2
=122 - (W

1
+W
2
).
Tại thời điểm U
v
=220 (380) vôn thì U
rao
=220 +

U.
trong đó

U là tổng
điện áp tổn hao rơi trên các đầu nối các cuộn dây gọi chung là tổn hao
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
20
Đồ án tốt nghiệp
trong máy biến áp. do là biến áp kiểu tự ngẫu nên tổn hao này tơng đối bé
do đó ta chọn

U = 3%U
rađm
=3%ì220 =6,6 (vôn)
Từ đó ta sẽ tìm đợc hệ số biến áp k
ba
cần thiết và giá trị W
4
tơng ứng nhờ
phơng trình (1)

Tại các thời đểm U
v
220 vôn thì U
ra
U
rađm
do đó cần có một hệ số điều
chỉnh điện áp trên các cuộn W
1
,W
2
và W
3
để sao cho điện áp đầu ra là
định mức. Hệ số điều chỉnh có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1 tùy thuộc vào
từng trờng hợp là tăng áp hay là giảm áp tuy nhiên hệ số này cũng không
nên bé quá hoặc lớn quá vì khi lớn quá cần có một dòng điều khiển lớn do
đó gây nên tổn hao năng lợng nhiều ngợc lại hệ số điều chỉnh bé quá thì
quá trình điều chỉnh đòi hỏi rất nhiều về độ chính xác cũng nh quán tính
điều chỉnh của mạch điều chỉnh phải bé do đó đi đôi với u điểm là độ
chính xác thì yêu cầu về trình độ thiết kế ,vận hành và tính kinh tế của
thiết bị phải cao. việc tối u hóa kết cấu dây quấn đảm bảo tính kỹ thuật và
kinh tế là rất quan trọng trong quá trình thiết kế ban đầu.
Từ thuật toán trên ta xây bài toán tính toán nh sau:
Giả sử tồn tại sự phân bố W
1
, W
2
, W
3

và hệ số biến áp k
ba
với
k
ba
=
2
4
U
U
=
2
4
W
W
Từ đó ta tính đợc W
4
=W
2
ìk
ba

Tính đợc điện kháng trên cuộn W4
x
4
=ìL
4
với L
4
= W

4
2
ìG= W
4
2
ìà
l
S
ì
ì10
-4
. (S, l là tiết diện và chiều dài trung
= (k
ba
ì W
2
)
2
ìà
l
S
ì
ì10
-4
bình của mạch từ )
thay số vào ta đợc
L
4
= 12,4ì(k
ba

ì W
2
)
2
ì 10
-7
(H).
tính đợc điện áp rơi trên cuộn W4 do dòng I
ra
( coi r
4
0)
U
4
I
4
ì x
4
=I
ra
ì x
4
=I
ra
ìì(k
ba
ì W
2
)
2

ìà
l
S
ì
ì10
-4
=(k
ba
ì W
2
)
2
ì12,4ì 10
-7
ì89,2ì 100= 0,0379ì(k
ba
ì W
2
)
2
(vôn).
Tính đợc điện áp cảm ứng trên W
4
U
24
= k
ba
ì U
2
.

Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
21
Đồ án tốt nghiệp
khi Uv =220 vôn tính đợc sự phân bố điện áp trên các cuộn W
1
, W
2
, và
trên W
3
từ phơng trình (1) U
24
- U
4
- U
3
= U
rao
- U
v
.
thay vào ta đợc
k
ba
ì U
2
-0,0379ì(k
ba
ì W
2

)
2
- k
ba
ì U
2
+U
3
= 226,6 -220
=6,6 (vôn)
hay 0,0379ì(k
ba
ì W
2
)
2
- k
ba
ì U
2
+U
3
+6,6 = 0
giải phơng trình này ta đợc nghiệm k
ba
do đó tìm đợc hệ số biến áp cần
thiết để thỏa mãn điều kiện là khi U
v
=220 vôn và không có điều chỉnh thì
điện áp ra là định mức nghĩa là U

rao
=220 +6,6 (vôn).
Với sự phân bố W
1
, W
2
, W
3
đã chọn và hệ số k
ba
đã tìm đợc đã thỏa mãn
trạng thái làm việc định mức ta đi giải bài toán điều khiển cho quá trình
tăng và giảm điện áp ở đầu ra. Quá trình điều khiển đợc xem là nặng nề
nhất trong quá trình làm việc tăng và giảm điện áp chính là hai điểm mút
của dải điều chỉnh U
v
=190 vôn và U
v
=242 vôn. do đó ta chỉ cần tính toán
hệ số điều chỉnh cho qua trình tăng điện áp tại thời điểm U
v
=190 vôn và
quá trình giảm điện áp tại thời điểm U
v
=242 (vôn).
khi U
v
=190 vôn.
theo nguyên lý điều chỉnh thì ta phải bơm dòng điện điều khiển một chiều
vào cuộn dây điều khiển quấn trên lõi một làm cho điện áp trên các cuộn

W
1
và W
3
giảm xuống do điện áp đặt vào đầu vào là không đổi nên điện áp
trên cuộn W
2
tăng lên theo biểu thức:
U
2
=U
v
- (U
1
+U
3
)
điện áp trên cuộn W
2
tăng lên kéo theo sự tăng của điện áp trên cuộn W
4
theo hệ số biến áp U
4
=k
ba
ì U
2
kết quả là làm cho điện áp ở đầu ra tăng
lên
đạt giá trị mong muốn. Ta giả sử tồn tại một giá trị điều chỉnh điẹn áp trên

lõi một là x (với x=(0ữ 1) ) để điện áp ở đầu ra là định mức khi điện áp đặt
ở đầu vào là thay đổi trong miền điện áp thấp trong dải điều chỉnh
190ữ220 vôn. Khi có một điện áp và U
v
(U
v
< U
vđm
) thì ta có sự phân bố
điện áp tự nhiên trên các cuộn là U
1
U
2
U
3
U
4
tơng ứng. Khi có điều
chỉnh thì sự phân bố điện áp sau khi điều chỉnh là
U
11
=U
1
ì x
U
31
=U
3
ì x
U

21
=U
v
-(U
11
+U
31
)
=U
v
-x(U
1
+U
3
)
U
241
=k
ba
ì U
21
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
22
Đồ án tốt nghiệp
U
41
=I
ra
ì x
4

const
Thay vào phơng trình (1) ta đợc
U
241
- U
31
-U
4
=U
rao
- U
vao
=226,6 -190 =36,6 (vôn)
Giải phơng trình này ta tìm đợc giá trị của x từ đó ta sẽ tìm đợc sự phân
bố điện áp sau sau khi điều chỉnh và dải làm việc trên đờng trên đờng đặc
tính từ hóa của lõi thép.
Khi U
v
=242 (vôn).
Theo nguyên lý điều chỉnh để giảm điện áp đầu ra thì ta phải bơm dòng
điện điều khiển vào lõi thép II làm cho điện áp trên cuộn W
2
giảm xuống
kéo theo sự giảm điện áp trên cuộn W
4
theo quan hệ máy biến áp do điện
áp đầu vào là không đổi nên điện áp trên các cuộn W
1
và W
3

tăng lên tuy
nhiên sự tăng nhỏ hơn sự giảm nên kết quả là điện áp ở đầu ra giảm xuống.
Để cho đơn giản cho quá trình tính toán ta gọi hệ số điều chỉnh trên lõi I
là y (với y >1). Khi U
v
=242 vôn ta có sự phân bố điện áp ở trạng thái
cha có điều chỉnh tơng ứng là
U
1
U
2
U
3
U
4
Sau khi điều chỉnh điện áp trên các cuộn sau khi điều chỉnh là:
U
12
=U
1
ì y
U
32
=U
3
ì y
U
22
=U
v

- (U
12
+U
32
)
=U
v
- (U
1
+U
3
)ì y.
U
242
=k
ba
ì U
22
.
U
42
=I
ra
ì x
4
=I
ra
ì W4
2
ì àì

l
S
ì 10
-4
.
= (k
ba
ì W2)
2
ìI
ra
ì àì
l
S
ì 10
-4
.
= 0,0379ì(k
ba
ì W
2
)
2
(vôn).
Ta có phơng trình:
U
22
ìk
ba
- (k

ba
ì W2)
2
ìI
ra
ì àì
l
S
ì 10
-4
- yì U
3
=U
rao
- U
v
= 226,6 -242
= -15,4 (vôn).
hay (k
ba
ì W
2
)
2
ì 0,0379 +U
3
ì y -U
22
ì k
ba

+15,4 =0:
giải phơng trình trên ta tìm đợc hệ số điều chỉnh y và từ đó ta tìm đợc hệ
số điều chỉnh điện áp trên các cuộn dây còn lại.từ thuật toán trên ta sẽ tính
cho một số trờng hợp mà xác suất nghiệm đợc coi là lớn.
1). Với sự phân bố: W
1
=40 (vòng) : W
2
= 40 (vòng) : W
3
=42
(vòng).
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
23
Đồ án tốt nghiệp
Khi U
v
=220 (vôn)thì ta có sự phân bố điện áp trên các cuộn dây tơng
ứng là:
U
1
=72,3 (vôn): U
2
=72,3 (vôn) : U
3
=74,4 (vôn).
Ta có phơng trình: 0,0379ì(k
ba
ì W
2

)
2
-k
ba
ì U
2
+U
3
+6,6 =0.
Thay vào ta có 60,6ì k
2
ba
-72,4ì k
ba
+80,8 =0.
Giải phơng trình ta thấy phơng trình vô nghiệm nghĩa là ta không tìm đợc
một hệ số biến áp nào để cho điện áp đầu ra là định mức khi điện áp vào là
định mức với điều kiện là không có sự điều chỉnh. Tơng tự cho những tr-
ờng hợp sau.
2). Với sự phân bố: W
1
=40 (vòng) : W
2
= 45 (vòng) : W
3
=37
(vòng).
Khi U
v
=220 (vôn)thì ta có sự phân bố điện áp trên các cuộn dây tơng

ứng là:
U
1
=72,3 (vôn): U
2
=81,45 (vôn) : U
3
=66,1 (vôn).
Ta có phơng trình: 0,0379ì(k
ba
ì W
2
)
2
-k
ba
ì U
2
+U
3
+6,6 =0.
Thay vào ta có 76,7ì k
2
ba
-81,4ì k
ba
+66,1 +6,6 =0.
Phơng trình vô nghiệm.
3). Với sự phân bố: W
1

=40 (vòng) : W
2
= 50 (vòng) : W
3
=32
(vòng).
Khi U
v
=220 (vôn)thì ta có sự phân bố điện áp trên các cuộn dây tơng
ứng là:
U
1
=72,3 (vôn): U
2
=90,9 (vôn) : U
3
=57 (vôn).
Ta có phơng trình: 0,0379ì(k
ba
ì W
2
)
2
-k
ba
ì U
2
+U
3
+6,6 =0.

Thay vào ta có 94,7ì k
2
ba
-90,9ì k
ba
+67 + 6,6 =0.
Phơng trình vô nghiệm.
4). Với sự phân bố: W
1
=40 (vòng) : W
2
= 55 (vòng) : W
3
=27
(vòng).
Khi U
v
=220 (vôn)thì ta có sự phân bố điện áp trên các cuộn dây tơng
ứng là:
U
1
=72,3 (vôn): U
2
=100 (vôn) : U
3
=48,8 (vôn).
Ta có phơng trình: 0,0379ì(k
ba
ì W
2

)
2
-k
ba
ì U
2
+U
3
+6,6 =0.
Thay vào ta có 114,6ì k
2
ba
- 100ì k
ba
+48,8 + 6,6 =0.
Phơng trình vô nghiệm
5). Với sự phân bố: W
1
=40 (vòng) : W
2
= 60 (vòng) : W
3
=22
(vòng).
Thiết kế bộ nguồn ổn áp công suất lớn
24
§å ¸n tèt nghiÖp
• Khi U
v
=220 (v«n)th× ta cã sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c cuén d©y t¬ng

øng lµ:
U
1
=72,3 (v«n): U
2
=109 (v«n) : U
3
=40,8 (v«n).
Ta cã ph¬ng tr×nh: 0,0379×(k
ba
× W
2
)
2
-k
ba
× U
2
+U
3
+6,6 =0.
Thay vµo ta cã 136× k
2
ba
- 109× k
ba
+40,8 + 6,6 =0.
Ph¬ng tr×nh v« nghiÖm.
6). Víi sù ph©n bè: W
1

=40 (vßng) : W
2
= 65 (vßng) : W
3
= 17
(vßng).
• Khi U
v
=220 (v«n)th× ta cã sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c cuén d©y t¬ng
øng lµ:
U
1
=72,3 (v«n): U
2
=118 (v«n) : U
3
=29,8 (v«n).
Ta cã ph¬ng tr×nh: 0,0379×(k
ba
× W
2
)
2
-k
ba
× U
2
+U
3
+6,6 =0.

Thay vµo ta cã 160× k
2
ba
- 118× k
ba
+29,8 + 6,6 = 0.
Ph¬ng tr×nh v« nghiÖm.
7). Víi sù ph©n bè: W
1
=40 (vßng) : W
2
= 70 (vßng) : W
3
=12
(vßng).
• Khi U
v
=220 (v«n)th× ta cã sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c cuén d©y t¬ng
øng lµ:
U
1
=72,3 (v«n): U
2
= 126,7 (v«n) : U
3
=20,9 (v«n).
Ta cã ph¬ng tr×nh: 0,0379×(k
ba
× W
2

)
2
-k
ba
× U
2
+U
3
+6,6 =0.
Thay vµo ta cã 185× k
2
ba
-126,7× k
ba
+ 20,9 + 6,6 =0.
Ph¬ng tr×nh v« nghiÖm.
8). Víi sù ph©n bè: W
1
=40 (vßng) : W
2
= 75 (vßng) : W
3
= 7
(vßng).
• Khi U
v
=220 (v«n)th× ta cã sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c cuén d©y t¬ng
øng lµ:
U
1

=72,3 (v«n): U
2
=135,7 (v«n) : U
3
=12,6 (v«n).
Ta cã ph¬ng tr×nh: 0,0379×(k
ba
× W
2
)
2
-k
ba
× U
2
+U
3
+6,6 =0.
Thay vµo ta cã 213,2× k
2
ba
-135,7× k
ba
+ 12,6 + 6,6 =0.
Ph¬ng tr×nh cã nghiÖm k
ba1
=0,21.
vµ k
ba2
=0,427.

9). Víi sù ph©n bè: W
1
=45 (vßng) : W
2
= 40 (vßng) : W
3
=37
(vßng).
ThiÕt kÕ bé nguån æn ¸p c«ng suÊt lín
25