đồ án máy biến áp ba pha

TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

PhÇn I : §¹i c¬ng vÒ m¸y biÕn ¸p
CHƯƠNG I. KHÁI NIỆM VỀ MÁY BIẾN
I.ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Để biến đổi điện áp của dòng địên xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp
thấp, hoặc ngược lại từ điện áp thấp đến điện áp cao, ta dùng máy biến áp.
Ngày nay do việc sử dụng điện năng rất rộng rãi, nên có những loại máy
biến áp khác nhau: Máy biến áp 1 pha, 3 pha, 2 dây quấn, 3 dây quấn…
Nhưng chúng dựa trên cùng một nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện
từ.
•
Định nghĩa : Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên,
làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện
xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện
áp khác với tần số không thay đổi. Hệ thống điện đầu vào máy biến áp
( trước lúc biến đổi ) có: Điện áp U 1, dòng điện I1 , tần số f. Trong các bản
vẽ máy biến áp được ký hiệu như hình vẽ
Hình 1.1: ký hiệu máy biến áp
Đầu vào của máy biến áp đối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp. Đầu ra
nối với tải gọi là thứ cấp. Các đại lượng, thông số sơ cấp trong ký hiệu có
ghi chỉ số 1 : số vòng dây W1 , điện áp sơ cấp U1 , dòng điện sơ cấp I1 công
suất sơ cấp P1 . Các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: số vòng dây
thứ cấp W2 , điện áp thứ cấp U2 , dòng điện thứ cấp I2 , công suất thứ cấp P2
Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn sơ cấp là máy biến áp tăng áp. Nếu điện áp
thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp giảm áp.
• Công dụng của máy biến áp:
Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải
và phân phối điện năng. Các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa trung
tâm tiêu thụ ( Khu CN, đô thị …) Vì thế cần phải xây dựng các đường dây

truyền tải điện năng. Điện áp thường là 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 KV. Để nâng
cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây, phải
giảm dòng điện chạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp. Vì vậy
đầu đường dây cần đặt máy biến áp tăng áp. Mặt khác điện áp của tải
thường khoảng 127 – 500 V; Động cơ công suất lớn thường 3-6 kV, vì vậy
ở cuối đường dây cần đặt máy biến áp giảm áp (hình vẽ)


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 1.2 : Sơ đồ truyền tải điện đơn giản
Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bị lò nung, trong
hàn điện làm nguồn cho các thiết bị điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp
khác nhau, trong lĩnh vực đo lường…

II. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP
A. CẤU TẠO
2.1 Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây:
+ Lõi thép
+ Dây quấn
+ Vỏ máy
2.1a: Lõi Thép
Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung dây để quấn dây
quấn.
Theo hình dáng lõi thép người ta chia ra:
a. Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ

Hình 2.1a . Một pha

Hình 2.1b. Ba pha

Dây quấn bao quanh trụ lõi thép loại này hiện nay rất thông dụng cho các
máy biến áp một pha và ba pha có dung lượng nhỏ và trung bình.
b. Máy biến áp kiểu bọc( hình vẽ )
c.


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 2.2 Máy biến áp kiểu bọc
Mạch từ được phân ra hai bên và bọc lấy một phần dây quấn. Loại này
thường chỉ dùng trong một vài ngành chuyên môn như máy biến áp dùng
trong lò luyện kim hay máy biến áp một pha công suất nhỏ dùng trong kỹ
thuật vô tuyến và truyền thanh.
d. Máy biến áp kiểu trụ bọc ( hình vẽ )

Hình 2.3 Máy biến áp kiểu trụ bọc: 3 pha

1 pha

Thường ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn ( 80 –
100 MVA/ 1 pha ) điện áp thật cao ( 220 – 400 kV). Kiểu trụ được phân
nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ, vừa
kiểu bọc.
2.1.b Lõi thép của máy biến áp có hai phần:
+ Phần trụ : ký hiệu bằng chữ T
+ Phần gông : Ký hiệu bằng chữ G
Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn còn gông là phần lõi thép nối các

trụ lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn.
Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ lá
thép kỹ thuật điện dày ( 0,35 đến 0,5 mm) có phủ sơn cách điện trên bề
mặt.
Trụ và gông có thể ghép với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc
ghép xen kẽ sau đó dung xà ép và bu long vít chặt lại ( hình vẽ)


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 2.4 Ghép rời lõi thép máy biến áp

Hình 2.5 Ghép xen kẽ lõi thép máy biến áp ba pha
Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy
phải được nối đất.
Đối với tôn silic cán nguội dị hướng để từ thông luôn đi theo chiều cán
là chiều có từ dẫn tới, lá thép được ghép từ các lá tôn có cắt chéo một
góc nhất định (hv)
được sử dụng khi chiều dài lá tôn khoảng từ 0,20 – 0,35mm

Hình 2.6 ghép rời tôn cản nguội máy biến áp
2.2 Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ nhận
năng lượng vào và truyền năng lượng ra.


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng cũng có thể bằng nhôm
nhưng không phổ biến.
Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây
quấn chính là: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ
2.2.1 Dây quấn đồng tâm : Tiết diện ngang là những vòng tròn đồng
tâm. Dây quấn HA thường được quấn phía trong gần trụ thép, còn dây
quấn CA quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn HA (hình vẽ )

Những kiểu dây quấn chính đồng tâm bao gồm :
+ Dây quấn hình trụ:

Dây quấn tròn nhiều lớp
Hình vẽ Dây quấn hình xoắn:


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

2.2.2 Dây quấn xen kẽ
Các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ dọc theo trụ thép. Vì chế tạo
cách điện khó khăn kém vững chắc. Về cơ học nếu các MBA kiểu trụ
hầu như không dùng kiểu dây quấn xen kẽ này

2.3. Vỏ Máy : bao gồm thùng và nắp thùng
2.3.1. Thùng máy biến áp: thùng máy biến áp làm bằng thép.Tuỳ theo
dung lượng của máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng khác
nhau.Lúc máy biến áp làm việc một phần năng lượng bị tiêu hao thoát
ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác làm
cho nhiệt độ của chúng tăng lên. Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành
liên tục với tải định mức trong thời gian quy định và không bị sự cố

phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu.
Đối với máy biến áp dung lượng lớn để giảm kích thước của máy và
tăng cường làm mát người ta dung bộ thùng dầu có ống hoặc thùng dầu
có bộ tản nhiệt. Những máy biến áp có dung lượng trên 1000 kVA
người ta dung bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để làm lạnh
2.3.2. Nắp thùng : dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết như
• Các sứ ra của dây quấn CA và HA
• Ống bảo hiểm
Ngoài ra trên nắp còn đặt bộ phận truyền động của bộ đổi nối các
đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA .


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

B. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến áp một pha hai dây quấn như
hình vẽ

Hình 2.7 Cấu tạo máy biến áp
Dây quấn sơ cấp 1 có W 1 vòng dây và dây quấn thứ cấp 2 có W 2 vòng
dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt 1 điện áp xoay chiều U 1 vào dây
quấn 1, trong đó sẽ có dòng I1. Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ
móc vòng với cả 2 cuộn dây quấn 1 và 2 cảm ứng ra các sức điện động
e1 và e2 . Dây quấn 2 có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện I 2 đưa ra tải
và điện áp U2 . Như vậy năng lượng của dòng điện 2 chiều đã được
truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
Giả thử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông
do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin:
φ = φ m sin ω t

Do đó theo định luật cảm ứng điện từ , sức điện động cảm ứng trong
dây quấn 1 và 2 sẽ là:

dφ
dφ sin ωt
= - w1 m
= - w1 ωφ m cos ω t
dt
dt
π
= 2 E1 sin( ωt - ) (2.1)
2
dφ
dφ sin ωt
e2 = - w2
= - w2 m
= - w2 ωφ m cos ω t
dt
dt
π
= 2 E2 sin( ωt - ) (2.2)
2

e1 = - w1

Trong đó:
E1 =

ωw1φ m
2πfφ m w1

=
= 4,44fϖ 1 φ m (2.3)
2
2


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ωw2φ m
2πfφ m w2
E2 =
=
= 4,44fϖ 2 φ m (2.4)
2
2

E1, E2 : Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và dây
quấn 2 .
Các biểu thức ( 2.1) và (2.2) cho thấy sức điện động cảm ứng trong dây
quấn chậm pha với từ thông sinh ra nó một góc

π
2

Dựa vào các biểu thức (2.3) và (2.4) người ta định nghĩa tỷ số máy biến
áp như sau:
k=

w1
E1

= w
E2
2

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U 1 ≈ E1 ; U2 =
E2 do đó k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn 1 và 2:
K=

U1
E1
=U
E2
2

C. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật của
máy. Các lượng này do nhà chế tạo máy quy định và thường ghi trên
nhãn máy biến áp.
1. Dung lượng hay công suất định mức S dm: là công suất toàn phần
( hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp tính bằng
(kVA) hay ( VA)
2. Điện áp dây sơ cấp định mức U1dm: là điện áp của dây quấn sơ cấp
tính bằng (kV) hay ( V). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì
người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh.
3. Điện áp dây thứ cấp định mức U2dm : là điện áp của dây quấn thứ cấp
khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định
mức tình bằng kV hay V
4. dòng điện dây định mức sơ cấp I1dm và thứ cấp I2dm là những dòng
điện dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức,
tính bằng ampe ( A) hay kiloampe ( kA). Có thể tính các dòng điện như

sau:
Đối với máy biến áp một pha:
S dm

I1dm = U
1 dm

S dm

I2dm = U
2 dm


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đối với máy biến áp ba pha:
I1dm =

S dm

S dm

I2dm = 3U
3U 1 dm
2 dm
5. Tần số định mức fdm tính bằng Hz . Thường các máy biến áp điện
lực có tần số công nghiệp là 50 Hz .
Ngoài ra trên nhãn của máy biến áp còn ghi những số liệu khác như : số
pha m; sơ đồ và tổ nối dây quấn ; điện áp ngắn mạch u n%; chế độ làm

việc …

D. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP CHÍNH
Theo công dụng, máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây :
1. Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối công suất
trong hệ thống điện lực
2. Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, cho thiết bị
chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện…
3. Máy biến áp tự ngẫu : Ứng dụng trong hệ thống điện lực để truyền
tải điện năng, máy biến áp tự ngẫu còn được dùng để mở máy động cơ
điện không đồng bộ. Máy biến áp tự ngẫu được dùng rộng rãi trong
phòng thí nghiệm để thay đổi liên tục điện áp.
4. Máy biến áp đo lường : Dùng để giảm các điện áp hoặc dòng điện lớn
khi đưa vào các đồng hồ đo vôn (ampe)
5. Máy biến áp thí nghiệm : Dùng để thí nghiệm các điện áp cao

E. TỔ NỐI DÂY MÁY BIẾN ÁP BA PHA
Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu
đấu dây sơ cấp so với kiểu dây thứ cấp . Nó biểu thị góc lệch pha giữa
các s. đ.đ dây sơ cấp và dây thứ cấp của máy biến áp. Góc lệch pha này
phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
- Chiều quấn dây
- Cách ký hiệu các đầu dây
- Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

2.4.1. Ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp ba pha

Các đầu tận cùng của dây quấn mỗi pha, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia
gọi là đầu cuối. Đối với dây quấn mỗi pha có thể tuỳ ý chọn đầu đầu và
đầu cuối nhưng trong toàn bộ biến áp phải chọn một cách thống nhất.
Giả sử ở dây quấn pha A đã chọn đầu đầu đến đầu cuối ngược chiều kim
đồng hồ thì dây quấn các pha còn lại cũng phải chọn như vậy.

Hình 2.8 Cách ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp
•
Cách chọn các đầu dây trong máy biến áp ba pha
Người ta quy ước cách ký hiệu các đầu dây quấn trong máy biến áp ba
pha theo hình vẽ.
Trong một số máy biến áp ba pha dây quấn, ngoài dây quấn cao áp và hạ
áp ra còn có thêm dây quấn điện áp trung bình. Người ta dùng chỉ số m
để ký hiệu cho lại dây quấn này. Ở đây ba đầu dây của ba pha được ký
hiệu là Am , Bm , Cm ba đầu cuối của chúng được ký hiệu là X m , Ym , Zm
đầu trung tính được ký hiệu là
Om.
Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu thì , người ta thường
đánh dấu các đầu tận cùng lên sơ đồ kí hiệu dây quấn cùa máy biến áp
với quy ước sau đây
Các đầu
Dây quấn Dây quấn Sơ đồ ký hiệu dây quấn
tận cùng
cao áp
hạ áp
A, B , C
a, b , c
Đầu đầu
X, Y, Z
x, y , z

Đầu cuối
O
o
Điểm
trung tính
Bảng 2.4.1: ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp ba pha

2.4.2 Cách đấu dây trong máy biến áp ba pha


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Dây quấn của máy biến áp ba pha có thể đấu hình sao (Y) hoặ đấu tam
giác ( ∆ ).Đấu sao thì đấu ba đầu cuối X ,Y ,Z ( x, y ,z) chụm lại với
nhau làm thành một mối còn ba đầu A,B,C (a, b, c) để tự do ( hình vẽ a)

(a)

(b)

( c)

Đấu tam giác thì đấu đầu của pha này chụm với đầu cuôí của pha kia
từng đôi một (hình vẽ b,c). Nếu đấu sao mà có thêm dây trung tính thì
được kí hiệu chữ Y0 . Dây quấn Y0 thường được áp dụng với máy biến
áp cung cấp cho tải hỗn hợp vừa dùng điện áp dây phục vụ cho công
nghiệp vừa dùng điện áp pha phục vụ cho dân dụng.
Người ta dùng một phân số để biểu thị cách đấu dây trong máy biến
áp ba pha. Chẳng hạn, một biến áp được ghi ∆ Y thì có nghĩa là dây quấn

cao áp được đấu tam giác , còn dây quấn hạ áp đấu sao.
Nếu đấu sao thì số vòng dây và cách điện mỗi pha được tính theo
điện áp pha , tiết diện dây được tính theo dòng điện dây
.
Nếu đấu tam giác thì số vòng dây và cách điện mỗi pha được tính
theo điện áp dây, tiết diện dây được tính theo dòng điện pha
Ở các máy truyền tải công suất, thường dây quấn cao áp được đấu sao
còn dây quấn hạ hạ áp được đấu tam giác vì như vậy thì phía cao áp điện
áp pha nhỏ đi 3 lần so với điện áp dây nên tiết kiệm được chi phí về
cách điện, phía hạ áp dòng điện pha nhỏ đi 3 lần so với dòng điện dây
nên giảm được kích thước dây quấn, thuận tiện cho chế tạo.
Trong các máy công suất lớn, dây quấn đều được đấu Y ∆ hoặc ∆ Y .
Trong các các máy công suất nhỏ hoặc trung bình ( dưới 1800 KVA) dây
quấn đều được đấu Y/Y0


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ngoài ra, trong một số loại biến áp người ta còn đấu theo kiêủ ziczăc (Z)
. Trong kiểu này , dây quấn mỗi pha được chia làm hai nữa bố trí trên
hai trụ và đấu như hình vẽ:

Hình 2.9 Cách đấu ziczắc cho dây quấn máy biến áp 3 pha
Kiểu này ít được dùng vì tốn nhiều dây quấn , chỉ gặp trong các thiết bị
đo lường và chỉnh lưu
2.4.2 Các Kiểu Tổ Nối Dây Trong Máy Biến Áp Ba Pha
Tổ nối dây trong máy biến áp nói chung do kiểu đấu dây sơ cấp và kiểu
đấu dây sơ cấp quyết định. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sđđ dây sơ
cấp và thứ cấp. Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

-Chiều dây quấn
-Các kí hiệu đầu dây và cuối dây
-Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp
Trong máy biến áp ba pha , ngoài các yếu tố trên , tổ nối dây còn phụ
thuộc vào cách đấu dây quấn hình sao hay tam giác. Ứng với các thứ tự
đấu khác nhau sẻ có góc lệch pha giữa các sđđ dây sơ cấp và thứ cấp là
300, 600 , ……360o
Trên thực tế người ta hay dùng kim đồng hồ để chỉ góc lệch pha và gọi
tên tổ nối dây thay cho độ. Theo cách này thì kim dài của đồng hồ chỉ
sức điện động. Dây sơ cấp đặt cố định ở số 12, Kim ngắn của nó chỉ sức
điện động dây thứ cấp đặt tương ứng ở các số 1,2 …, 12 tuỳ theo góc
lệch pha giữa chúng là 300 , 600 , …, 3600 . Như vậy trong máy biến áp
ba pha sẽ có 12 tổ nối dây


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Để cụ thể hơn, hãy xét một máy biến áp ba pha có hai dây quấn cùng
chiều, cũng cách ký hiệu, cũng đấu hình sao.như (hình vẽ a)

(a)

(b)


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(c )

Khi đó pha của sức điện động giữa hai điện áp dây hoàn toàn trùng nhau
và góc lệch pha giữa chúng sẽ bằng 0 0 hay 3600 ( h.b – h.c). Người ta
nói, biến áp thuộ tổ nối dây 12và ký hiệu là Y/Y – 12.
Nếu đổi chiều quấn dây hoặc đổi cách ký hiệu của dây quấn thứ cấp sẽ
có tổ nối dây Y/Y-6. hoán vị thứ tự các pha thứ cấp sẽ có các tổ nối dây
chẵn 2, 4 , 8 , 10.
Nếu bay giờ dây quấn sơ cấp đấu sao , dây quấn thứ cấp đấu tam giác

Thì góc lệch pha giữa điện áp dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp là
3300. Eab


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(a)

(b)

Thực tế ở Việt Nam và một số nước Đông Âu chỉ sản xuất máy biến áp
điện lực ba pha thuộc tổ nối dây Y/Y0 -12 …

III : CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN, QUẤN LẠI MÁY
BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ
Để tính toán các số liệu kỹ thuật cho một máy biến áp ta thực hiện các
bước sau đây:
- Tính công suất máy biến áp
- Tính tiết diện lõi sắt để tính tiết diện các cuộn dây
- Tính số lá sắt cần dùng
- Tính số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp

TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

- Tính tiết diện và đường kính dây
- Tính khoảng trống của khung biến áp để chứa các cuộn
dây( cửa sổ máy biến áp )
- Tính trọng lượng dây và lõi thép

3.1. CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP
1. Công suất định mức 1 pha của máy biến áp
Sf =

S
( VA)
m

Trong đó:
m: số pha của máy biến áp
Sf : Công suất định mức một pha
S : Công suất định mức của máy biến áp
2. Công suất định mức trên một trụ
S ’t =

S
= ( VA )
t

S’t : Công suất định mức trên một trụ

t: số trụ của máy biến áp
3. Dòng điện dây định mức:
- Phía sơ cấp :

S

I1 = 3U ( A)
1

Trong đó
I1 : Dòng điện dịnh mức phía sơ cấp
S : Công suất định mức máy biến áp
U1 : Điện áp pha định mức phía sơ cấp
- Phía thứ cấp :

•

•

I2 =

S

( A)

3U 2

I2 : Dòng điện dịnh mức phía sơ cấp
S : Công suất định mức máy biến áp
U2 : Điện áp pha định mức phía sơ cấp

Khi nối sao hoặc zichzac thì :
Phía sơ cấp : If1 = Id1

Uf1 =

Phía thứ cấp : If2 = Id2

Uf2 =

U d1
3
Ud2
3

Khi nối tam giác thì :
Phía sơ cấp :If1 =
Phía thứ cấp If2 =

I d1
3
Id2
3

;

Uf1 = Ud1

;

Uf2 = Ud2

TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

3.2 .Tính Toán Lõi Thép
Tý số tổn hao thép và tổn hao đồng
α =

∆Pst
P10
Bt
G
P10 ( Bt .10 −4 )Gt
(
)2 t
=
=
2
∆Pm
2,4 10000σ Gm
2,4σ Gm

σ là mật độ dòng điện khi khi công suất < 100W thì σ = 4,5 – 3,5

A/mm2
Khi công suất > 100 W thì σ =3,5 2,5A/mm2
Bt : Cường độ từ cảm trong trụ
Gt : Thành phần tiếp tuyến cường độ từ trường.
Tỷ số này ứng với tần số 50H z thì α = 0,5 – 0.4 ; Ứng với tần số 400H z

thì
α = 1,1 – 0,67. Khi máy biến áp làm việc xấp xỉ 100% công suất thì 0,8
– 0,4.
G

t
Tỷ số trọng lượng thép và đồng β = G
m
• Tiết diện của trụ sắt để quấn dây tỷ lệ thuận với công suất biến áp: Có
hai loại tiết diện
- Tiết diện đo ( Sd ) là tích số giữa chiều rộng của lá sắt ( chỗ quấn
dây ) x tổng bề dầy của các lá sắt sử dụng .
- Tiết diện thực ( St ) cũng là tích số của chiều rộng của lá sắt và
tổng bề dầy của các lá sắt sử dụng nhưng có trừ bớt khe hở giữa
các lá sắt .
Vì các lá sắt khi ghép lại có khe hở nên tiết diện chỉ bằng từ 85 – 93 %
tiết diện đo. Lá sắt càng mỏng thì sự chênh lệch càng ít.
Công thức để tính tiết diện lõi sắt :
- Tiết diện đo của lõi sắt
Sd = 1,32 S1 cm2
- Tiết diện thực của lõi sắt
St = 1,2 S1 cm2
Với S1 là công suất của một trụ
trong đó công suất S1 được tính như sau:
+ Với máy biến áp một pha
S1 = U1.I1 (VA)
+ Với máy biến áp ba pha
S1 = 3 U1I1 (VA)
Tiết diện thực của lõi thép có kể đến cách điện:

St

S’t = K cm2 ;
t

Tiết diện gông của máy biến áp lõi là:

Kt : hệ số điền đầy lõi thép


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ss = ( 1,15 – 1,2 )St cm2
Đối với máy biến áp kiểu bọc :
Ss = (0,5 – 0,6 )St cm2
Tiết diện có kể đến cách điện :
Ss

S’s = K ( cm2 ).
t
Hệ số điền đầy Kt có thể tra ở đồ thị như dưới đây

Hình 3.1 hệ số điền đầy phụ thuộc vào chiều dầy lá thép ( ∆P )
Với tiết diện là hình vuông thì cạnh a được tính bằng :
a=

S 't

(cm)

3.3 Số Lá Sắt Cần Dùng
Muốn tính số lá sắt cần dùng trước hết phải chọn mẫu kiểm lá sắt
Ví dụ : Dự định dùng lá sắt chữ E thì căn cứ vào chiều ngang tự chọn rồi
lấy tiết diện chia cho chiều ngang, ta sẽ được tổng bề dầy của các lá sắt.
Chọn chiều ngang bằng cách : đặt giả thiết rằng tiết diện, trụ sắt giữa có
dạng hình vuông để tìm cạnh của tiết diện đó rồi lấy chiều ngang tạm
thời đó so với kích thước như trên bảng.
Chiều dày thông dụng của lá sắt là 0,3mm; 0,4mm;0,5mm
Số lá sắt = Tổng bề dầy lá sắt / bề dầy một lá sắt.


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Khi không đòi hỏi độ chính xác cao thì có thể dùng biểu đồ tính số vòng
vôn theo tiết diện lõi sắt.

Hình 3.2 Biểu đồ tính số vòng vôn theo tiết diện lõi sắt

3.4 Dây Quấn
E1 = U1 – 0,5 ∆ U = 4,44BtStwf.10-8 ( V )
Trong đó : ∆ U =

∆u %.U 1
100

∆u %U 1
E1.10 8
U1 - 0,5. 1

100 ) .108
Vì vậy : W1 =
=(
4,44 Bt S t f
4,44.B t S t f
E1
Điện áp trên một vòng dây: e = ¦ W
1

Số vòng dây quấn thứ cấp:

∆u %U 1
E2
U 2 + 0,5∆U
U 2 + 0,5
W2 =
=
=
100
e
e
e

Tương tự ta có thể tính cho dây quấn thứ 3:
∆u %U 1
U 3 + 0,5∆U
E2
U 3 + 0,5
W2 =
=

=
100
e
e
e


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
------------(BẢNG TRA)-------------------------------------

Điện áp không tải trên dây quấn thứ cấp
U20 = E2 = e. W2
U30 = E3 = e. W3

3.5. Tiết Diện Dây Quấn
 Tiết diện dây quấn được tính theo dòng điện và mật độ dòng điện
cho phép. tiết diện > 10mm 2 nên chọn loại có tiết diện chữ nhật. Dây
quấn được bọc cách điện kiểu tráng men .
 Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với dòng điện
chạy trong dây dẫn và tỷ lệ nghịch với mật độ dòng điện cho phép.
 Mật độ dòng điện cho phép ( D ) là số Ampe/1mm 2 dây dẫn khi
máy biến áp làm việc liên tục mà không gây ra phát nóng nguy hiểm làm
hỏng dây dẫn.
Chỉ số này xác định bằng thực nghiệm
Công suất của biến áp càng nhỏ mật độ dòng cho phép càng lớn, có thể
tra theo bảng sau:

Hình 3.5.1 bảng tra mật độ dòng điện theo công suất tiêu thụ
Chú ý: Trong một số điều kiện trường hợp vật liệu tốt, dây dẫn

mới, có làm mát, người ta có thể tăng mật độ cho phép lên 1,5 lần.
Công thức tính tiết diện dây dẫn : S =

I
D

+ S : Tiết diện dây dẫn mm2
+ I : Cường độ dòng điện ( A )
+ D : Mật độ dòng điện ( A/mm2)
Khi đã biết tiết diện dây dẫn có thể tính được đường kính theo công
thức:
d=

S
0,785

Hoặc tra bảng tính sẵn.


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(VẽBảng sau)
3.6. Cửa sổ máy biến áp
Cửa sổ có chiều cao quá lớn làm tăng dòng từ hoá, tăng trọng lượng thép.
Nhưng nếu chiều cao quá bé sẽ làm tăng độ tăng nhiệt độ dây quấn và
tăng trọng lượng dây quấn.
Theo kinh nghiệm thì tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng cửa sổ nên chọn
như sau:
ht

k = r = 2,5 - 3
0
+ r0 : Chiều rộng cửa sổ
+ ht : Chiều cao cửa sổ được xác định theo ct:
ht = k .

S1 W1 + S 2 W2 + ...
( cm)
100ϕu

Trong đó ϕu = 0,2 – 0,3 là hệ số điền đầy cửa sổ
S1 và S2 … là diện tích tiết diện của dây dẫn.
Từ đó chiều rộng cửa sổ:
ht
k ( cm)

r0 =
Diện tích cửa sổ gần đúng là :
S1

Ocs = (0,5 − 0,7) S
t
Muốn tính chính xác chiều rộng cửa sổ, phải biết chiều rộng dây quấn, số
vòng của một lớp:
n1 =

ht − 2V1
d1

d1: đường kính dây quấn ( dây dẫn )
V1 : 2- 5m là khoảng cách giữa bối dây và gông
Với máy biến áp kiểu bọc lõi thép như h.v chỉ có một khe hở không khí
để lồng dây quấn


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

.

Chiều cao dây quấn được chế tạo nhỏ đi 5 – 10% khi đó :
N1 = 0,9

ht − 2V1
d1

Số lớp dây quấn sẽ là : m1 = W1/n1
Bề rộng dây quấn sơ cấp
∆ 1 = m 1 ( d1 - γ 1 )
γ 1 : Chiều dày cách điện lớp
Tính toán tương tự cho dây quấn thứ cấp để có n2 , m2 ∆ 2 ; γ 2 = γ 1
Ở máy biến áp ba pha dây quấn người ta thường đặt dây quấn sơ cấp ở
giữa 2 dây quấn thứ cấp.

3.7. Tính Trọng Lượng Dây Và Lõi Thép
3.7.1 Khối lượng dây đồng:
Khối lượng dây đồng bằng thể tích V cu cuộn dây đồng cần tính nhân với
trọng lượng riêng của đồng mcu::
Mcu = Vcu . mcu ( kg )

Trong đó :
Vcu - Thể tích khối đồng của các cuộn dây và được tính ( dm3 )
Vcu = Scu . l Với
2
Scu - Tiết diện dây dẫn ( dm )
l - chiều dài dây quấn của cuộn dây ( dm )
Trọng lượng riêng của đồng mcu = 8,9kg/dm3
chiều dài dây quấn được tính bằng cách lấy chu vi trung bình mỗi vòng
nhân với số vòng dây trong cuộn ( l = C v . W ). Các vòng của cuộn dây
có chu vi khác nhau cho nên gần đúng có thể lấy chu vi trung bình để
tính.
• Khi coi cuộn dây là khối trụ tròn
Chiều dài trung bình của các vòng dây có thể tính gần đúng bằng π . Dtb
khi đó :
l = W. π .Dtb
trong đó :
Dtb - đường kính trung bình của cuộn dây và được tính :
Dtb = ( Dt + Dn )/2


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Với Dt, Dn - đường kính ngoài của cuộn dây.
Đường kính trong của cuộn dây được tính:
Dt = DFe + 2cd+ 2cdt - nếu trụ tròn;
ở đây: DFe - đường kính trụ sắt;
cdt – Cách điện trong cùng với lõi.
Đường kính ngoài của cuộn dây được tính gần đúng:
Dn = Dt + 2.(d +cd ).nld

Chú ý: Với các cuộn dây bên ngoài, thì Dt của cuộn ngoài sẽ bằng Dn của
cuộn trong.
Nếu coi cuộn dây là khối hộp chữ nhật ( Cv = 2.(atb + btb ), thì chiều dài
dây đồng tính theo công thức:
l = W.2 .(atb + btb ),
Trong đó: atb = at + Bd - chiều rộng trung bình vòng dây;
btb = bt + Bd - chiều dài trung bình của vòng dây;
at, bt các kích thước trong của cuộn dây cần tính
3.7.2 Khối lượng lõi thép
Khối lượng lõi thép bằng thể tích VFe trụ và gông nhân với trọng lượng
riêng của sắt mFe
MFe = VFe.mFe (kg)
Trong đó:
VFe + VFeG
VFeT = QFeT.m.h: thể tích trụ.
VFeG = QFeG : thể tích gông
m- số trụ biến áp;
QFeT, QFeG - tiết diện trụ và gông.

IV:

TÍNH TOÁN CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG
BA PHA
Với số liệu:
U1dm = 380V Chọ kiểu đấu Y/Y0
Uf2dm = 45V ; 90V
Sdm = 500VA ; Tần số f = 50Hz
Có bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, và báo pha bằng đèn tín hiệu .

A.Công Suất Máy Biến Áp

4.1. Công suất định mức một pha của máy biến áp
Sf =

S
500
=
= 166,666 (VA)
m
3

4.2 Công suất định mức trên một trụ
St =

S
500
=
= 166,666 (VA)
t
3

• Ta có dòng điện dây định mức phía sơ cấp là :


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
S
500
I1 =
=
= 0,759 (A)

3U 11
3.380

Do dây quấn đấu Y/Y0 nên ta có If = Id hay :
If1 = Id1 = 0,779(A)
• Dòng điện dây phía thứ cấp :
S

500

I21 = 3U =
= 3,703 ( A)
3.45
21
S

500

I22 = 3U =
= 1,85 ( A)
3.90
22
4.3. Tiết Diện Sơ Bộ của Trụ

St = 1,2 S1 = 1,2 166.666 = 15,49 (cm2) = 15,5 (cm2)
Trong đó S1 là công suất của một trụ.
St

15,5

Tiết diện có kể đến cách điện S’t = K = 0,85 = 18,23 (cm2)
t
Trong đó Kt là hệ số điền đầy ( tra bảng… ) phụ thuộc vào chiều dầy của
một lá thép. Với chiều dầy một lá thép là 0,35cm nên ta chọn Kt = 0,85
Với lá thép tiêu chuẩn, chúng ta có quan hệ giữa các kích thước cơ bản
a,b với kích thước cửa sổ lõi thép của máy biến áp ba pha như sau:
c = a ; h = 3a .
Ta chọn chiều rộng của một trụ là a = 3,5 cm suy ra chiều dầy của một
trụ là b = ( 1,2 – 1,5)a ; ta lấy b = 1,2a = 1,2.3,5 = 4,2 (cm)
Vậy ta có chiều rộng của cửa sổ máy biến áp là c = a = 3,5 (cm);
Chiều cao của cửa sổ biến áp là h = 3a = 3.3,5 = 10,5 (cm)

4.4 Số Lá Sắt Cần dùng
Ta chọn lá sắt thuộc nhóm tôn Liên Xô cũ hình chữ I có độ dầy 0,35mm


TRƯỜNG DHSPKT HƯNG YÊN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
b
4,2
Số lá sắt cần dùng = 0,35 = 0,35 = 120 lá

B. Thiết Kế Dây Quấn

•
Điện áp một vòng dây
Uv = 4,44.f.Bt.St.10-4
Trong đó f là tần số dòng điện ( Hz)
St : Tiết diện của một trụ
Bt : Cường độ từ cảm trong trụ ( T )

Chọn Bt = 1,2 ( T )
Vậy Uv = 4,44.50.1,2.15,5.10-4 = 0,41 ( V/vòng)
Suy ra số vòng/1vôn = 1/0,41 = 2,439 (vòng /vôn)
Suy ra số vòng dây mỗi pha phía sơ cấp của biến áp là :
U 11

220

W1 = U = 0,41 = 536,58 (vòng) chọn bằng 537 vòng
v
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp :
U 21

45

W21 = U .W11.1,05 =
.537.1.05 = 115 ( vòng)
220
11
U 22

90

W22 = U .W11 .1,05 =
.537.1,05 = 230,6 ( vòng) chọn lấy bằng 231
220
11
vòng
1,05 là hệ số kể đến sự tổn thất điện áp trong máy biến áp

C.Tiết Diện Dây Dẫn Máy Biến Áp
1. Tiết diện dây dẫn phía sơ cấp
A1 =

I1
D

Trong đó :
A1 : Tiết diện dây dẫn phía sơ cấp
I1: Dòng điện phía sơ cấp
D : mật độ dòng điện ( A/mm2 ) với máy biến áp công suất 500VA, chế
độ là việc lâu dài liên tục. tra bảng 2.5.1 lấy D = 3 (A/m2)
0,759
= 0,253 (mm2)
3
4.0,253
4A1
Suy ra đường kính dây phía sơ cấp d1 =
=
= 0,567 (mm)
3,14
π

A1 =

2.Tiết diện dây dẫn phía thứ cấp ( tính cho cả cấp điện áp 45V theo cấp
điện áp 90V)