Giáo trình Máy biến áp (Áp dụng cho trình độ trung cấp) - Trường Cao đẳng Lào Cai

động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng trị hiệu dụng khác nhau Nếu chia E1 cho E2 ta c ó: 2 1 2 1 W W E EK  (2.9) K được gọi là hệ số biến áp. - 13 - Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ngoài không khí có thể coi gần đúng U1=E1,U2=E2 ta có: 2 1 2 1 2 1 W W E E U UK  (2.10) Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1 Đối với máy tăng áp: U2<U1;W2<W1 Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, só thể coi gần đúng các quan hệ các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau: U2I2=U1I1 * Ví dụ 2.1: Cuộn dây của máy biền áp nối vào mạng điện 10000v, điện áp ở đầu cực thứ cấp là 100v, tính tỷ số biến áp, số vòng của cuộn thứ cấp, nếu số vòng cuộn sơ cấp là 21000. Giải. 100 100 10000 2 1  U UK 210 100 210001 2 2 1  K WW W WK vòng 1.4. Các thông số của MBA 1.4.1. Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Điện áp sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức U2đm (V, kV): Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức. Chú ý với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, còn máy biến áp ba pha điện áp là điện áp dây. 1.4.2. Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức Với máy biến áp một pha: ; 1 1 dm dm dm U S I  ; 2 2 dm dm dm U S I  Với máy biến áp ba pha: ; 3 1 1 dm dm dm U SI  ; 3 2 2 dm dm dm U SI  (2.1) - 14 - Hiệu suất MBA:  = 1 2 S S = 11 22 . . IU IU = (75 - >90)% (2.2) Nếu  = 1  S1 = S2  U2đm. I2đm = U1đm. I1đm Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi các thông số khác như: Tần số định mức fđm, số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc, phương pháp làm mát, 1.4.3 Công suất định mức của máy biến áp (S) Công suất định mức Sđm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp. - 15 - Bài 2: CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC, TỔN HAO NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP MỘT PHA 2.1. Các trạng thái làm việc của MBA Sơ đồ thay thế máy biến áp một pha  X1; R1: Điện kháng và điện trở của cuộn sơ cấp.  X2/ ; R2/ : Điện kháng và điện trở của cuộn thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp.  Xm; Rm: Điện kháng và điện trở của mạch từ.  I1: Dòng điện trong mạch sơ cấp.  Im: Dòng điện trong mạch từ.  I2/ : Dòng điện thứ cấp qui đổi.  U1: Điện áp đưa vào mạch sơ cấp.  U2/ : Điện áp thứ cấp qui đổi.  Qui ước: Sơ đồ tương đương cuả MBA là 1 mạng 2 cửa với U1  U2, nên sẽ gặp khó khăn trong vấn đề tính toán các thông số của máy. Để đơn giản hóa vấn đề trên, khi thành lập sơ đồ thay thế, người ta có những qui ước sau:  Xem như điện áp ra và điện áp vào của máy là bằng nhau: U2/ = U1 và I2/ = I1 , ta có: U1 = U2. KBA và I1 = BAK I 2 ; (2.11)  Từ đó ta có các hệ quả: Z2/ = Z2. KBA2 . Hay là: Hình 2.1. SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MBA 1 PHA U1P I2/ X2/ R1 X1 Xm Rm Im I1 R2/ ZTải U2/ Suy ra: U2/ = U2. KBA và I2/ = BAK I 2 (2.12) Quy đổi R2/ = R2. KBA2 và X2/ = X2. KBA2 (2.13) Quy đổi - 16 - Với: R2; X2 lần lượt là điện trở và điện kháng thật của cuộn thứ cấp.  Theo lý thuyết mạch điện ta cũng có các biểu thức: 2.1.1 Chế độ không tải Là trạng thái mà điện áp đưa vào sơ cấp là điện mức và phía thứ cấp hở mạch. Có thể khái quát trạng thái như sau: U1 = U1đm; I2 = 0 Do không nối với tải (hở mạch phía thứ cấp) nên cuộn thứ cấp không tham gia trong mạch. Mặt khác, tổng trở mach từ rất lớn hơn tổng trở cuộn dây sơ cấp nên có thể xem như cuộn sơ cấp cũng không tồn tại, ta có các sơ đồ tương đương  Dòng điện không tải (dòng điện từ hóa): I0 = Im = m dm Z U1 = (3 –10)%. I1đm. (2.15)  Tổn hao không tải (tổn hao từ hóa): P0 = I02. Rm = U1đm. I0. Cos0. (với: Cos0 = m m Z R Z R  0 0 ). Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0. Hệ số công suất lúc không tải thấp. Cosφ0 = 3.01,0 0 2 0 2 0 2 00 2 0     QP P XR R (2.16) Từ những đặc điểm trên khi sử dụng không nên để máy ở tình trạng không tải hoặc non tải. Z1 = 2 1 2 1 XR  Zm = 22 mm XR  (2.14) Z2/ = 2/ 2 2/ 2 XR  Quy đổi - 17 - Hình 2.8. Sơ đồ MBA không tải  Kết luận: Khi MBA không tải vẫn tiêu thụ một lượng công suất tác dụng để từ hóa mạch từ và tồn tại dòng điện không tải trong cuộn sơ cấp. Tổn hao không tải thường gọi là tổn hao sắt từ: P0 = P0 = PFe ; ΔPst = p1,0/50B2(f/50)1,3G (2.17) Trong đó : P1,0/50 là công suất tổn hao trong lá thép khi tần số 50Hz và từ cảm 1 T. Đối với lá thép kỹ thuật điện 3413 dày 1,35 mm, P1,0/50 = 0,6 W/kg. B từ cảm trong thép (T) G khối lượng trong thép (kg) 2.1.2 Chế độ có tải Khi MBA mang tải điện áp trên tải sẽ sụt một lượng U so với lúc không tải, lượng sụt áp này phụ thuộc vào độ lớn và tính chất của tải. Hình 2.9. Sơ đồ thay thế của MBA 1 pha U1P I2/ X2/ R1 X1 Xm Rm Im I1 R2/ ZTải U2/ - 18 - Đặc tính ngoài của MBA được biểu diễn như đồ thị Từ đồ thị ta được: U2 = U2đm – U (2.18) (2.19) Với:   = dmI I 2 2 = dmS S 2 2 (2.20) Là hệ số phụ tải, đặc trưng cho độ lớn của phụ tải.  Cos2: Hệ số công suất của phụ tải.  2: Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên tải, đặc trưng cho tính chất phụ tải.  Độ lớn phụ tải được thể hiện qua hệ số  như sau:  Máy biến áp non tải: I2 < I2đm   < 1  U giảm; U2 tăng.  Máy biến áp đầy tải: I2 = I2đm   = 1  U = Uđm ; U2 = const.  Máy biến áp quá tải: I2 > I2đm   > 1  U tăng; U2 giảm.  Tính chất phụ tải được thể hiện qua góc lệch pha 2 .  Khi tải có tính cảm kháng: Sin > 0  U > 0  U2 < U2đm.  Khi tải có tính dung kháng: Sin U2đm. U2 I2 I2đm U2đm U2 U (1) Hình Hình 2.11. Tính chất tải của MBA Sin >0 Cos Cos = Const Tải cảmkháng Tải dung kháng Sin <0 2 <0 2 >0 Sin U =  (UnR. Cos2 + UnX. Sin2) U% =  (UnR% . Cos2 + UnX% . Sin2) - 19 - 2.1.3 Chế độ ngắn mạch  Khái niệm về hiện tượng: MBA đang vận hành với các thông số định mức mà phía thứ cấp bị ngắn mạch thì gọi là ngắn mạch sự cố hay ngắn mạch vận hành. Trường hợp này sẽ gây nguy hiểm cho máy bởi dòng điện ngắn mạch sinh ra cực lớn. Thông thường, người ta sử dụng các thiết bị tự động (CB, FCO, máy cắt) để cắt MBA ra khỏi mạch khi gặp sự cố nói trên. Ngoài ngắn mạch sự cố, khi chế tạo và vận hành MBA; Người ta tiến hành ngắn mmạch thí nghiệm để kiểm nghiệm và xác định các thông số của máy. Thí nghiệm ngắn mạch: Là trạng thái mà phía thứ cấp được nối ngắn mạch và điện áp đưa vào sơ cấp được giới hạn sao cho dòng điện ngắn mạch sinh ra bằng dòng điện sơ cấp định mức. Trạng thái được khái quát: U2 = 0; U1 = Un = (3 – 10)%U1đm;  I2 = IN = I1đm (2.21) Khi tiến hành thí nghiệm ngắn mach, do điện áp nguồn rất thấp nên dòng điện không tải I0 không đáng kể có thể bỏ qua (hở mạch từ hóa), nên sơ đồ thay thế có dạng như hình vẽ: I. Đặt: Rn = R1 + R2/; Xn = X1 + X2 (2.22)  Tổng trở ngắn mạch: Zn = 22 nn XR  = dm n I U 1 . (2.23)  Tổn hao ngắn mạch: a Un Hình 2.13. Sơ đồ thay thế của MBA ngắn X2/ R1 X1 IN = I1ñm R2/ RN XN I1ñm Un b UnX UnR U1 = U1đm a. Ngắn mạch sự cố I2 = INM U1 = UNM b. Ngắn mạch thí nghiệm I2 = INM = I1đm I1đm Hình 2.12. Trạng thái ngắn mạch MBA - 20 -  Pn = I1đm2. Rn = Un. I1đm. Cosn. (với: Cos0 = n n Z R ). (2.24)  Nếu R1 = R2/; X1 = X2/ thì:  R1 = R2/ = 2 nR (2.25)  X1 = X2/ = 2 nX (2.26)  Sụt áp trên các phần tử:  UnR = I1đm. Rn. (2.27) UnR% = dm nR U U 1 . 100 = dm dm U I 1 1 Rn.100. (2.28)  UnX = I1đm. Xn. (2.29) UnX% = dm nX U U 1 . 100 = dm dm U I 1 1 Xn.100. (2.30)  Kết luận: Tổn hao ngắn mạch trong MBA chủ yếu là do 2 bộ dây quấn gây nên. Tổn hao này còn gọi là tổn hao đồng: Pn = PCu = PCu1 + PCu2 (2.31) Ví dụ 2.2 : Một MBA 1 pha có SBA = 100KVA; KBA = 2 1 U U = 400 000.10 ; I0 = 0,05Iđm. Các tổn hao P0 = 800W; Pn = 2400W; Điện áp ngắn mạch thí nghiệm Un% = 4. Giã sử R1 = R2/; X1 = X2/; R0 = Rm; X0 = Xm. Hãy tính. a. Các tham số lúc không tải của máy. b. Hệ số công suất lúc không tải. c. Các tham số ngắn mạch của máy. d. Vẽ sơ đồ thay thế của máy. Giải: Dòng điện sơ cấp định mức: I1đm = dm dm U S 1 = 3 3 10.10 10.100 = 10A. Dòng điện không tải: I0 = 0,05Iđm = 0,05. 10 = 0,5A. Các tham số không tải: Từ biểu thức P0 = I0đm. Rm.  Điện trở mạch từ: Rm = 2 0 0 I P = 26,0 800 = 3200. Tổng trở mạch từ được tính: Zm = 0 1 I U dm = 5,0 10000 = 20.000. - 21 -  Điện kháng mạch từ: Xm = 22 mm RZ  = 22 3200000.20  = 19.742. b. Hệ số công suất lúc không tải: Cos0 = m m Z R = 000.20 3200 = 0,16. c. Các tham số ngắn mạch: Điện áp ngắn mạch thí nghiệm được tính: Un = 0,04. 10000 = 400V.  Điện trở ngắn mạch: Rn = 2 1dm n I P = 210 2400 = 24.  Điện trở các cuộn dây: R1 = R2/ = 2 nR = 2 24 = 12. Tổng trở ngắn mạch: Zn = dm n I U 1 = 10 400 = 40.  Điện kháng ngăn mạch: Xn = 22 nn RZ  = 22 2440  = 32.  Điện kháng các cuộn dây: X1 = X2/ = 2 nX = 2 32 = 16. Điện áp trên các phần tử:  Sụt áp trên điện trở: UnR = I1đm. Rn = 10. 24 = 240V.  Tính theo tỉ lệ phần trăm: UnR% = dm nR U U 1 . 100 = 000.10 240 . 100 = 2,4%.  Sụt áp trên điện kháng: UnX = I1đm. Xn = 10. 32 = 320V.  Tính theo tỉ lệ phần trăm: UnX% = dm nX U U 1 . 100 = 000.10 320 . 100 = 3,2%. d. Sơ đồ thay thế như hình vẽ Hình 2.2. Sơ đồ thay thế của MBA1 - 22 - 2.2. Tổn hao năng lượng và hiệu suất của máy biến áp 2.2.1 Tổn hao năng lượng của máy biến áp Tổn hao trong mạch từ không phụ thuộc vào tải nên còn gọi là tổn hao không đổi. Còn tổn hao trong 2 bộ dây quấn phụ thuộc tải nên sẽ thay đổi khi tải của máy thay đổi. Vì vậy tổn hao này gọi là tổn hao biến đổi.  Tổn hao công suất được tính: (2.32)   Giản đồ năng lượng của MBA: 2.2.2. Hiệu suất của máy biến áp  Hiệu suất của MBA:  Điều kiện vận hành để đạt hiệu suất cực đại: Ta thấy hiệu suất của MBA phụ thuộc vào hệ số phụ tải . Vì vậy nếu cho máy vận hành với hệ số phụ tải thích hợp nào đó sẽ có hiệu suất lớn nhất. Người ta đã chứng minh được. max   = nP P0 (2.34) Ví dụ 2.3: Một MBA 1 pha có SBA = 100KVA; KBA = 2 1 U U = 400 000.10 ; I0 = 0,05Iđm. Các tổn hao P0 = 800W; Pn = 2400W; Điện áp ngắn mạch thí nghiệm Un% = 4. Giả sử R1 = R2/; X1 = X2/; R0 = Rm; X0 = Xm. Hãy tính: PBA = PFe + PCu1 + PCu2 = P0 + 2. Pn % = (1 – ndm n PPCosS PP ... . 2 02 2 0     ). 100 % = ( ndm dm PPCosS CosS ... .. 2 02 2    ). 100 (2.33 ) PCu1 PCu2 PFe P1 P2 Hình 2.3. Giản đồ năng lượng MBA - 23 - Điện áp trên tải khi định mức với Cos2 = 0,75 (trễ). Hiệu suất của máy ở tải S2 = 80% Sđm và Cos2/ = 0,8. Với tải là bao nhiêu thì hiệu suất cực đại? Tính giá trị hiệu suất đó. Ở trường hợp câu a, nếu dòng điện vượt trước điện áp thì kết quả thế nào. Giải: Trong ví dụ trên đã giải được các kết quả: UnR% = 2,4%; UnX% = 3,2%; Theo đề bài ta có: P0 = 800W; Pn = 2.400W; U2đm = 400V. a. Điện áp trên tải khi định mức: Do dòng điện tải chậm sau điện áp nên mạch có tính cảm kháng, nghĩa là Sin2 > 0. Vì vậy, ta có Cos2 = 0,75  Sin2 = 0,66. U2 = U2đm – U U% =  (UnR%. Cos2 + UnX%. Sin2) U% = 1 (2,4. 0,75 + 3,2. 0,66) = 3,912%V. Suy ra U = U% U2đm = 100 912,3 . 400 = 15,65V  Vậy: Điện áp trên tải là: U2 = U2đm – U = 400 – 15,65 = 384,35V. b. Hiệu suất của máy khi S2 = 80% Sđm và Cos2/ = 0,8. Hệ số phụ tải của MBA:  = dmS S 2 2 = dm dm S S 2 28,0 = 0,8. % =( ndm dm PPCosS CosS ... .. 2 02 / 2    ).100= 4,2.8,08,08,0.100.8,0 8,0.100.8,0 2 . 100 = 96,48% c. Khi dòng điện vượt trước điện áp nghĩa là mạch có tính dung kháng: Sin2 > 0. Vì vậy, ta có Cos2 = 0,75  Sin2 = – 0,66. U2 = U2đm – U U% =  (UnR%. Cos2 + UnX%. Sin2) U% = 1 (2,4. 0,75 + 3,2. (– 0,66)) = – 0,312%V. Suy ra U = U% U2đm = 100 312,0 . 400 = – 1,25V  Vậy: Điện áp trên tải là: U2 = U2đm – U = 400 – (– 1,25) = 401,25V. - 24 - Bài 3. XÁC ĐỊNH CỰC TÍNH CÁC CUỘN DÂY MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA 3.1. Xác định cực tính các cuộn dây máy biến áp bằng nguồn điện một chiều. Nguồn một chiều thích hợp được sử dụng là nguồn pin 1,5V. Hình 3.1: Xác định cực tính cuộn dây bằng xung một chiều Bước 1: Đấu nối các thiết bị như trên sơ đồ hình 3.1. Nối nguồn dương của pin vào đầu A, nguồn âm vào đầu X của cuộn dây điện áp cao. Bước 2: đóng xung dòng điện một chiều vào cuộn dây điện áp cao và quan sát chiều kim quay của Gommet. Khi kim chỉ xoay chiều dương là cùng cực tính. Khi kim chỉ xoay chiều âm là ngược cực tính. Chú ý: để kết quả thu được là chính xác, Gommet phải được mắc đúng cực tính. Thao tác đóng ngắt xung nhanh nhưng phải đủ để quan sát chiều quay của kim chỉ thị. 3.2. Kiểm tra cực tính bằng điện áp xoay chiều Bước 1: Đấu nối các thiết bị như trên sơ đồ. Bước 2: Cấp nguồn vào cuộn dây và quan sát chiều kim quay của Vonmet. - 25 - Bước 3: Kết luận: - Khi chỉ số điện áp sau lớn hơn chỉ số trước là ngược cực tính. - Khi chỉ số điện áp sau nhỏ hơn chỉ số trước là cùng cực tính. 3.3. Kiểm tra cực tính bằng phương pháp so sánh Hình 3.3: Kiểm tra cực tính bằng phương pháp so sánh Bước 1: nối các cuộn dây điện áp cao của cả hai máy biến áp song song với nhau bằng cách nối các dây dẫn cùng dấu với nhau. Bước 2: nối dây dẫn điện áp thấp X2, của cả hai máy biến áp với nhau, để dây dẫn X1 tự do. Bước 3: với các kết nối này, đưa giá trị điện áp vào các cuộn dây điện áp cao và đo điện áp giữa hai đầu dây tự do. Bước 4: Kết luận: Voltmet chỉ không hoặc một giá trị không đáng kể cho thấy cực tính tương đối của cả hai máy biến áp là giống nhau (các cực tính trên hình 3.3). - 26 - Bài 4. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA 4.1. Trình tự tính toán máy biến áp độc lập một pha Bước 1: Tính tiết diện thực của lõi thép: S0 = (0,9 – 0,93)S (cm2) Chọn = 0,9 nếu bề dày lá thép bằng 0,35 mm = 0,93 nếu bề dày lá thép bằng 0,5 mm = 0,8 – 0,85 nếu lá thép bị rỉ sét, lồi lõm. Với S = a x b (cm2) Kiểm tra công suất dự tính Pdt đối với kích thước mạch từ S0: Pdt = U2 . I2 (VA) (1) 2 0 2,1        SPcp (VA) (2) So sánh (1) và (2) nếu Pdt không lớn hơn Pcp hoặc lớn hơn không quá 10% thì mạch từ coi như tương ứng với công suất dự tính. Bước 2 : Tính số vòng dây quấn cho 1 vôn: N = 0S K (Vòng/ vôn) K : Là hệ số phụ thuộc vào độ từ thẩm của lõi thép S0 : Tiết diện thực của lõi thép (cm2) Bảng chọn hệ số K theo mật độ từ B B(wb/mm2) 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 K 64 56 50 45 41 37.5 34.5 32.4 30 Bước 3: Tính số vòng dây cuộn sơ cấp: W1 NU1 (vòng) Bước 4: Tính số vòng dây cuộn thứ cấp: Khi tính số vòng dây của cuộn thứ cấp, cần dự trù tăng thêm 1 số vòng dây để bù sự sụt áp do trở kháng của cuộn thứ cấp: W2 = (U2 + U2 )N (vòng) b a - 27 - Bảng chọn độ dự trù điện áp U2 P(VA) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500 U2 (%) 4,5 4 3,9 3 2,5 2,5 2,5 2,5 2 Bước 5: Tính tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp: - Tính tiết diện dây quấn sơ cấp: j IS 11  (mm2) hoặc )( 2 1 2 1 mmJU PS   Với: j: mật độ dòng điện : hiệu suất máy biến áp (thường lấy  = 0,85 – 0,9) Bảng chọn mật độ dòng điện J khi thời gian làm việc của máy biến áp làm việc liên tục 24/24. P(VA) 0 - 50 50 - 100 100 - 200 200 - 250 500 – 1000 J(A/mm2) 4 3,5 3.5 2,5 2 Trường hợp máy biến áp làm việc ngắn hạn 3 – 5 giờ, nơi để máy biến áp thông gió tốt. Có thể chọn J = 5A/mm2 để tiết kiệm khối lượng dây đồng - Tính tiết diện dây quấn thứ cấp: J IS 22  (mm2) Biết tiết diện dây dẫn tra bảng để xác định đường kính dây d1 và d2. Hoặc có thể dùng công thức: d = 1.13 S  d1 = 1.13 1S ; d2 = 1.13 2S 4.2. Tính toán số liệu để quấn hoàn chỉnh máy biến áp độc lập một pha. Bài tập ứng dụng 1: Quấn lại máy biến áp 1 pha gia dụng kiểu độc lập (cảm ứng). Biết: - Điện áp đầu vào U1 = 220V±5V; điện áp đầu ra lần lượt là 9V, 12V và 24V. - Kích thước lõi thép: a = 3,2 cm; b = 5,5cm; c = 1,2cm ; h = 4,7cm. Bài tập ứng dụng 2: Quấn lại máy biến áp 1 pha gia dụng kiểu độc lập (cảm ứng). Biết: - Điện áp đầu vào U1 = 220V±5V; điện áp đầu ra lần lượt là 9V, 24V và 36V. - Kích thước lõi thép: a = 5,2 cm; b = 8 cm; c = 3,4cm ; h = 6,8cm. - 28 - Bài 5. QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA 1. Thi công quấn bộ dây biến áp 1 pha a. Chuẩn bị khuôn : a: Chiều rộng trụ quấn dây b: Chiều dầy trụ quấn dây c: Khe hở cửa sổ h: Chiều cao trụ quấn dây * Hình vẽ khai triển: * Trình tự làm khuôn: TT Tên công việc dụng cụ, thiết bị Yêu cầu kỹ thuật 1 Đo kích thước, vạch dấu Bút chì, thước kẻ, bìa cách điện Đo và kẻ chính xác trên bìa cách điện 2 Cắt phần cần cắt bỏ của khuôn và mặt bích Kéo Cắt chính xác theo đường kẻ 3 Gấp bìa tạo thân khuôn Thước lá Gấp thẳng theo đường kẻ Khuôn quấn h - 2 c - 2 c - 2 b b a + 2 a + 2 a + 2 Cắt bỏ c-2 b + 2 a + 4 Mặt bích (mặt ốp) c h b a - 29 - 4 Khoan lỗ mặt bích Dùi nhọn (tự tạo) Khoan đủ lỗ dây ra theo yêu cầu 5 Ghép thân và mặt bích Keo 502 Các góc vuông, phẳng 6 Kiểm tra kích thước khuôn Lá thép chữ E Vừa, không bị kích 7 Ghép khuôn vào lõi khuôn Cưa gỗ, dao tông, khoan bàn, mũi khoan  12 Chắc chắn b./ Kỹ thuật quấn dây: Trước khi quấn dây phải lót 1 lớp bìa cách điện lên thân khuôn, gá khuôn lên bàn quấn, chọn đúng cỡ dây, đặt đầu dây đã luồn ống ghen cách điện lên thân khuôn và luồn qua lỗ khoan để lấy đầu dây ra. Ban đầu quấn lần lượt từng vòng một để hãm đầu dây, quấn đủ số vòng theo tính toán. * Chú ý: - Đầu dây lấy ra ở mọi vị trí phải luồn ống ghen cách điện - Dây quấn phải sóng, không chồng chéo, không có điểm vón, phải quấn chặt tay, lau mồ hôi tay thường xuyên bằng giẻ sạch - Với máy biến áp có đường kính dây từ 0,3 mm trở xuống có thể quấn nhanh trên máy quấn. - Với máy biến áp có đường kính dây từ 0,3 mm trở lên thì phải quấn sao cho sợi kề sợi, sóng theo lớp. Quấn hết một lớp phải lót 1 lớp bìa cách điện mỏng để thực hiện quấn lớp tiếp theo được dễ dàng và tăng cường cách điện cho từng lớp. - Đầu dây cuối cùng phải được hãm chặt vào thân ống dây bằng dây gai hoặc băng vải. - Giữa các cuộn dây sơ cấp và dây thứ cấp quấn trên cùng 1 trụ thì phải lót 1 lớp bìa cách điện thật tốt. - Lớp ngoài cùng bọc 1 lớp bìa cách điện để tránh xây xước dây quấn. - 30 - c. Ghép lõi thép: - Lõi thép phải được ghép chặt, đều, phẳng. - Dùng búa gỗ hoặc nêm gỗ và búa nguội để gõ, g cho lõi thép cân đối, ép chặt khung lõi thép bằng gông ép và các bu lông. d. Kiểm tra trước khi vận hành đo các thông số: - Sử dụng ôm kế kiểm tra cách điện giữa 2 cuộn dây, giữa cuộn dây với lõi sắt. Nếu 2 cuộn dây chạm nhau hoặc chạm lõi sắt phải tháo toàn bộ rồi quấn dây lại. - Đấu điện nguồn kiểm tra điện áp U2 có đúng thiết kế không. e. Sấy sơ bộ: Thường trong điều kiện môi trường ẩm thấp, lớp êmay và bìa cách điện rất dễ hút ẩm nên phải sấy sơ bộ cho khô hơi ẩm. f. Tẩm sơn cách điện: Thường các MBA làm việc trong điều kiện môi trường ẩm thấp phải tẩm sơn cách điện, bằng cách: Nhúng toàn bộ MBA vào sơn cách điện đến lúc không thấy bọt khí nổi lên nữa mới lấy MBA ra, hoặc đổ sơn cách điện từ từ vào các cuộn dây. g. Sấy lại và xuất xưởng: Sau khi tẩm sơn phải sấy lại cho khô sơn, kiểm tra cách điện, điện áp thứ cấp một lần nữa rồi cho xuất xưởng. - 31 - 2. Những hư hỏng thông thường và phương pháp khắc phục Hư hỏng Nguyên nhân Biện pháp sửa chữa Máy biến áp không hoạt động - Không có nguồn vào MBA hoặc dây quấn sơ cấp bị hở mạch. - Dây dẫn điện đế mba bị đứt. - Tiếp xúc xấu ở đảo điện hay cọc nối. - Dùng VOM kiểm tra đầu vào mba. - Ngắt mạch nối với nguồn mba, dùng VOM kiểm tra từng phần để tìm ra điểm đứt mạch. - Siết chặt các cọc nối, làm sạch bề mặt tiếp xúc. Nối nguồn vào mba cầu chì bảo vệ nổ. - Ngắn mạch phía sơ cấp hoặc thứ cấp. - Cuộn dây bị chập nhiều vòng dây. - Cuộn dây bị cháy. - Phụ tải lớn. - Quan sát tìm ra điểm ngắn mạch. Cần thiết phải tháo vỏ máy để xem xét. - Quấn dây mới. - Giảm bớt phụ tải. Máy phát ra tiếng kêu ”rè rè” và có hiện tượng bị rung. - Điện áp đặt vào sơ cấp cao hơn định mức. - Quá tải. - Các lá thép không được ghép chặt. Nếu máy mới quấn lại: - Cuộn dây thiếu vòng. - Mạch từ kém chất lượng. - Dùng VOM kiểm tra lại nguồn. - Giảm bớt phụ tải. - siết chặt lại mạch từ. - Tính và quấn dây lại. - Thay mạch từ tốt hơn. Sờ vào vỏ bị giật - Cuộn dây chập vào lõi thép. - Tháo mạch từ thay cách điện mớI giữa cuộn dây và lõi thép. - 32 - - Cách điện ở các cọc nốI trên vỏ máy bị hư. - Các dây nốI từ cuộn dây đến các bộ phận bên trong vỏ máy bị bong cách điện chạm vào vỏ máy hay mạch từ - Thay đệm cách điện mới. - Tháo vỏ máy để tìm ra chỗ hỏng cách điện Máy biến áp phát nóng nhiều - Quá tải - Điện áp đặt vào sơ cấp lớn hơn định mức. - Cách điện giữa các lá thép bị hỏng - Giảm bớt phụ tải - Kiểm tra lại điện áp nguồn và vị trí các công tắc xoay điều chỉnh điện áp - Sơn cách điện lại bề mặt các lá thép 3. Các pan thông thường trong máy biến áp. * Pan chạm masse: - Trường hợp này gây hiện tượng điện giật, nếu kèm sự nổ cầu chì, bốc khói nhẹ thì do sự chạm masse đã làm chập mạch cuộn dây. - Có thể do bị chạm giữa các cọc nối với vỏ sắt hoặc có sự cố nối tắt giữa các cọc nối ở các đảo điện. Dùng đèn thử hoặc ôm kế kiểm tra các điểm cần lưu ý để xác định nơi bị chạm, chập mạch... sau đó sửa chữa lại cho hết bị chạm masse. - Nếu máy biến áp vẫn vận hành bình thường, thì nơi bị chạm chỉ có 1 chỗ, có thể đường dây ra cọc nối bị tróc lớp cách điện chạm vào vỏ bọc máy biến áp hoặc cọc nối bị lỏng lẻo chạm bỏ bọc hoặc chạm masse ở lớp dây tiếp cận với mạch từ. Trường hợp sau cùng này, nếu quan sát không thấy được chỗ chạm masse. - Nếu máy biến áp vẫn vận hành bình thường mà gây sự giật nhẹ. Trường hợp này máy biến áp không bị chạm masse mà do máy biến áp bị ẩm, điện trở cách điện bị suy giảm (nếu dùng bút thử điện thấy cách điện bằng Mê-gôm kế sao cho trên 1 M là tốt. Nếu không đạt, lớp cách điện bị lão hoá cần phải quấn lại toàn bộ. * Máy biến áp đang vận hành bị nổ cầu chì: - Nếu máy biến áp bị phát nhiệt thái quá, có thể là do mạch tiêu thụ quá lớn. Thay lại dây chì đúng cở và cho máy biến áp vận hành không tải, nếu vẫn bình thường chứng tỏ lúc trước máy biến áp làm việc quá tải. - Nếu máy biến áp vận hành không tải mà cầu chì vẫn nỗ thì chắc chắn máy biến áp chập vòng trong cuộn dây, phải quấn dây lại. - 33 - - Đối với máy biến áp có công suất nhỏ thì sự chập vòng khó làm cầu chì nổ ngay nhưng có sự phát nhiệt rất nhanh. - Đối với máy biến áp nạp ắc quy, chỉnh lưu toàn kỳ, lưu ý diode bị hỏng nối tắt. Hoặc mắc nhầm 2 cọc (+) và cọc (-) vào bình ắc quy - Nếu máy biến áp bị phát nhiệt thái quá, có thể là do mạch tiêu thụ * Máy biến áp vận hành bị rung lên, kèm sự phát nhiệt: - Do dòng điện tiêu thụ quá lớn, quá công suất của máy nên máy biến áp rung lên phát tiếng rè, để lâu phát nhiệt nhanh, chóng cháy máy biến áp. Để khắc phục cần giảm bớt tải. - Do mắc không đúng với điện áp nguồn, nhầm vào nguồn có điện áp cao. - Do mạch từ ghép không chặt. Phải siết chặt lại các bulong ép giữa các lá sắt của mạch từ và tẩm verni vào cuộn dây và vào các khe hở để chèn cứng các lá sắt lại, dính chặt hơn. - Do bản chất lá sắt của mạch từ kém phẩm chất, quá rỉ sét hoặc quấn thiếu vòng dây. * Máy biến áp không vận hành: - Nếu đèn báo không sáng hoặc không cảm thấy máy biến áp rung nhè nhẹ do có dòng điện vào, thì lưu ý đường dây vào bị hở mạch, cọc nối dây vào không tiếp điện, hoặc tiếp xúc xấu ở đảo điện. - Nếu đèn báo sáng, vôn kế hoạt động mà điện áp lấy ra không có, phải xem lại cọc nối dây ra bị tiếp điện xấu, đứt dây ra... Dùng vôn kế hoặc bút thử điện dò tìm để xác định chỗ pan để khắc phục. - Nếu bị hở mạch ở bên trong cuộn dây, có thể do mối nối dây cẩu thả, không hàn chì nên tiếp điện xấu sau một thời gian sử dụng, hoặc dây quấn bị gảy đứt... Trường hợp này phải tháo ra quấn lại. - 34 - - Đối với nạp ắc quy, có thể diode chỉnh lưu bị hỏng đứt mạch. Trường hợp này dễ phát hiện khi dùng vôn kế đo có điện áp xoay chiều U2, nhưng không có điện áp ra UDC chỉ cần thay mới diode mà thôi. * Máy biến áp lúc vận hành, lúc không: - Nhìn chung do nguồn điện cung cấp vào máy biến áp lúc có, lúc không hoặc điện áp ra bị đứt quảng, chính là do tiếp xúc xấu. Nên kiểm tra lại từ nguồn điện cung cấp đến máy biến áp và từ máy biến áp đến mạch tiêu thụ. Lưu ý nơi cầu dao chính, xiết lại các ốc vít xiết dây chì cho chặt, cạo sạch nơi tiếp điện hết ten đồng tại cầu dao chính, các cọc nối ở máy biến áp... * Một số pan trong máy biến áp gia dụng: Ngoài số pan nêu trên đối với máy biến áp gia dụng cò có một số pan như sau: - Chuông báo sớm nhưng điện áp ra vẫn không cao do tắc te điều khiển chuông bị hỏng, nên thay cái mới. - Chuông không báo, mặc dù điện áp ra quá điện áp định mức. Do tắc te bị hỏng làm hở mạch chuông, cuộn dây chuông bị cháy. - Đèn báo không sáng nhưng máy biến áp vẫn hoạt động bình thường. Do bị đứt bóng, mạch đèn bị hở mạch. - Vôn kế chỉ sai trị số điện áp. Hiệu chỉnh lại và đối chiếu với vôn kế chuẩn hoặc thay vôn kế mới. - Không tăng được điện áp ra đến điện áp định mức. Do điện áp nguồn xuống quá thấp ngoài khoảng cho phép của máy biến áp hoặc do quá tải (máy biến áp rung rần lên). Trường hợp này do sự thiết kế máy biến áp, cuộn sơ cấp quấn dư vòng nên có trở kháng lớn gây sự sụt áp lớn bên trong cuộn dây. Vì thế không thể nâng điện áp lên được, khi điện áp nguồn bị suy giảm thái quá. * Một số pan trong máy biến áp nạp ắc quy: Ngoài số pan nói chung, còn riêng đối với máy biến áp xạc ắc quy có các trường hợp sau: - Máy biến áp phát nhiệt thái quá, nổ cầu chì hoặc công tắc bảo vệ quá tải (OVERLOAD) của máy xạc cắt mạch. Cần phải xem lại bình ắc quy có bị chạm nối tắt không. Hoặc diode chỉnh lưu toàn kỳ bị nối ngắn mạch. - Máy biến áp mới vận hành đã phát tiếng rung rè và phát nhiệt. Cần cắt mạch ngay, vì do nối nhầm các cọc (+) và cọc (-) vào bình ắc quy, gây ra dòng điện nạp lớn trong máy biến áp. Nếu để lâu có thể làm hỏng diode, cháy máy biến áp (trường hợp không có công tắc bảo vệ quá tải). - Máy biến áp nạp bình yếu. Do điện áp xạc bình thấp hơn điện áp của ắc quy. Lưu ý 1 diode bị hỏng đứt (chỉnh lưu cầu 4 diode), không xạc bình được (chỉnh lưu bán kỳ). - 35 - 4. Bài tập thực hành * BÀI TẬP 1: Quấn MBA cảm ứng 1 pha biết các thông số sau: a = 24; b = 34; h= 36; c = 13, U1 = 220 (V); U2 = 12 (V), j = 4(A/mm2); K = 50 1. Tính toán số liệu dây quấn: a/ Tính tiết diện đo: Sđ = a.b (cm2) = b/ Tính tiết diện thực: St = (0,8 ữ 0,9)Sđ = (cm2) c/ Tính công suất: 2 2,1        t SP = (VA) d/ Tính số vòng dây quấn cho 1 vôn: N = tS K = (Vòng/ vôn) e/ Tính dòng điện sơ cấp: 1 1 U PI  (A) f/ Tính tiết diện dây quấn sơ cấp: j IS 11  (mm2) j = 3 - 7 (A/mm2) g/ Tính đường kính dây sơ cấp:  1 1 2 Sd  (mm) h/ Tính số vòng cuộn dây sơ cấp: W1 NU1 (vßng) i/ Tính dòng điện thứ cấp: U1 U2 - 36 - 2 2 U PI  (A) k/ Tính tiết diện dây quấn sơ cấp: j IS 22  (mm2) j = 3 ữ 7 (A/mm2) l/ Tính đường kính dây sơ cấp:  2 2 2 Sd  (mm) m/ Tính số vòng cuộn dây sơ cấp: W2 NU 2 (vòng) 2. Làm khuôn: a. Hình vẽ khai triển: 3. Trình tự quấn dây: tt Tên công việc Vật liệu, dụng cụ Yêu cầu kỹ thuật Chú ý 1 Gá khuôn Chắc chắn 2 Quấn dây Thứ cấp - Bìa cách điện 0,3 - Dây điện từ 0.6 - Dao tre - Dây gai - Hãm chặt đầu dây - Các vòng dây phải sát nhau - Lót bìa cách điện giữa các lớp - Quấn chặt, không xước men dây - Tăng cường cách điện lớp trong cùng - Lồng ống ghen vào đầu cuộn dây - Giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp phải lót 1 lớp bìa cách điện đảm bảo cách điện tốt. - Lớp ngoài cùng bọc 1 lớp bìa cách điện để tránh sây xước men dây Sơ cấp - Bìa cách điện 0,3 - Dây điện từ 0.2 - Dao tre - Dây gai - Hãm chặt đầu dây - Rải đều dây trên lõi khuôn, quấn chồng lớp nọ lên lớp kia - Quấn chặt, không 34 12 12 34 34 25 25 25 11 36 26 - 37 - xước men dây - Cuộn dây có điện áp nhỏ quấn bên trong cùng 3 Ráp lá sắt Búa gỗ, đệm gỗ - Ráp đủ, đều, gông chặt Ráp lá sắt chữ E trước, chữ I sau, ráp 2 lá một 4 Kiểm tra Đồng hồ vạn năng Các cuộn dây phải thông mạch, không chạm chập 5 Vận hành thử Nguồn điện, phụ tải - Thử không tải và có tải thời gian khoảng 30 phút, nghe tiếng kêu của máy: Máy phải làm việc êm, không có tiếng kêu ồn về từ, không bị rung. - Ur theo đúng yêu cầu An toàn - 38 - Bài 6. CẤU TẠO NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 6.1. Máy biến áp tự ngẫu Là loại máy biến áp mà cuộn dây thứ cấp là 1 phần của cuộn sơ cấp hoặc ngược lại. Nguyên lý của loại máy biến áp này hoàn toàn tương tự như MBA 2 dây quấn.  Đặc điểm:  Tiết kiệm, kinh tế hơn MBA cách ly.  Cùng một tiết diện lõi thép MBA tự ngẫu cho công suất lớn hơn. Kém an toàn, không dùng trong những trường hợp cần có độ an toàn cao 6.2. Tính toán quấn máy biến áp tự ngẫu 1 pha. Quấn MBA tự ngẫu 1 pha biết các thông số sau: a = 66; b = 50; h = 95; c = 31,5; U1 = 110 (V); U2 = 220 (V); j = (4A/mm2); k = 50; điện áp mạch cảm ứng: U = 6 (V) và 12 (V). Sơ đồ đấu dây: a. MBA tự ngẫu loại giảm áp U2 U1 U2 U1 b. MBA tự ngẫu loại tăng áp Hình 6.1. MBA Tự ngẫu Rơ le điện áp Stắc te 12 v -3 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 110 80 12 0 16 0 22 0 22 11 v 0 6 v -2 - 39 - 1/ Tính các số liệu: a/ Tính tiết diện đo: Sđ = a.b = (cm2) b/ Tính tiết diện thực: St = (0,8 ữ 0,9)Sđ = (cm2) c/ Tính công suất biến điện: 2 2,1        tbd SP (VA) d/ Tính công suất hữu dụng: 2 11 U U PP bdhd   (VA) e/ Tính dòng điện : 2U PI hd (A) f/ Tính tiết diện dây quấn: j I S  (mm2) j = 3 ữ 7 (A/mm2) g/ Tính đường kính dây sơ cấp:  Sd 2 (mm) h/ Tính số vòng dây quấn cho 1 vôn: N = tS K (Vòng/ vôn) K : Là hệ số phụ thuộc vào độ từ thẩm của lõi thép K = 45 ữ 60 i/ Tính số vòng quấn cho từng khoảng. Khoảng từ số -3 đến số 7 quấn 10 vôn / 1 khoảng k/ Tính số vòng quấn cho cả máy: W = 250. N (Vòng). - 40 - Bài 8. QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 8.1. Trình tự quấn dây TT TÊN CÔNG VIỆC VẬT LIỆU, DỤNG CỤ YÊU CẦU KỸ THUẬT CHÚ Ý 1 Quấn dây Cuộn tự ngẫu - Dây điện từ d = 1(mm) - Dây gai - Bìa cách điện dầy 0,3 - Các vòng dây sát vào nhau. - Đầu dây để dài khoảng 30 (cm) - Lồng ống ghen - Hãm chặt đoạn lấy đầu dây ra - Không để xước men dây - Lót cách điện giữa các lớp Lót bìa cách điện - Bìa cách điện dầy 0,5 đến 1 (mm) - Kéo cắt giấy Cách điện tốt nt Cuộn cảm ứng - Dây điện từ d = 1(mm) - Bìa cách điện dầy 0,3 Theo yêu cầu của phụ tải, tính chọn đường kính dây cho phù hợp 2 Ráp các lá sắt Búa gỗ, đệm gỗ Ráp đủ, đều, gông chặt Ráp lá sắt chữ E trước, chữ I sau, ráp 2 lá một 3 Đấu dây Dao con, kìm điện - Cạo sạch cách điện - Đầu dây phải tiếp xúc tốt Không cạo cách điện quá dài 4 Kiểm tra Đồng hồ vạn năng Các cuộn dây phải thông mạch, không chạm chập 5 Vận hành thử Nguồn điện, phụ tải - Máy làm việc êm - Điều chỉnh điện áp tác động của rơ le phù hợp. An toàn - 41 - 8.2. Thực hiện quấn hoàn chỉnh 1 máy biến áp tự ngẫu một pha. Bài tập ứng dụng 1: Tính toán quấn lại MBA tự ngẫu, biết điện áp đầu vào là 220V, điện áp đầu ra lần lượt là 48V, 110V. Kích thước lõi thép sẵn có đo tại xưởng. Bài tập ứng dụng 2: Tính toán quấn lại MBA tự ngẫu, dùng cho tải có công suất 1500W. Biết điện áp đầu vào là 220V, điện áp đầu ra lần lượt là 110V. Kích thưỡc lõi thép sẵn có đo tại xưởng. Yêu cầu: - Căn cứ vào các dữ liệu đầu bài tính toán các thông số để quấn dây máy biến áp. - Làm khuôn quấn dây. - Quấn dây theo trình tự. - Kiểm tra và vận hành thử. - 42 - Bài 9. MÁY BIẾN ÁP HÀN 1. Đặc điểm của máy biến áp hàn Máy biến áp hàn là thiết bị điện được dùng chủ yếu trong ngành công nghệ cơ khí chế tạo cho các máy hàn mini điện hay các máy hàn điện có công suất lớn. Hình 9.1: Một số máy biến áp hàn 1 pha thông dụng Máy biến áp hàn được chia thành nhiều loại có cấu tạo và đặc tính khác nhau tuỳ theo phương pháp hàn (hồ quang, hàn điện).trong đó hai loại thường được sử - 43 - dụng là MBA hàn có lõi từ di động và máy hàn có bộ tự cảm riêng. Nguyên lý làm việc của máy hàn hoàn toàn giống với MBA thuần túy. Hình 9.2. Máy biến áp hồ quang làm việc có cuộn kháng Các máy biến áp hàn hố quang được chế tạo sao cho có đặc tính ngoài U2 = f(I2) rất dốc để hạn chế đựơc dòng điện ngắn mạch và đảm bảo hồ quang được ổn định. Muốn điều chỉnh dòng điện hàn cần phải có thêm một cuộn cảm phụ có điện kháng thay đổi được bằng cách thay đổi khe hở δ của lõi thép của cuộn cảm. MBA hàn hồ quang thường có điện áp không tải bằng 60 ÷ 75 V và điện áp ở tải định mức bằng 30 V. Công suất của MBA hàn vào khoảng 20 kVA và nếu dùng cho hàn tự động thì có thể lên tới hàng 100 kVA. 2. Quấn dây máy biến áp hàn 2.1. Chuẩn bị: - Vật tư: Dây emay dẹt hoặc tròn, băng mộc cách điện, bìa cách điện, tre, gỗ, ống gen, chì hàn, nhựa thông ... - Thiết bị: Các thiết bị, lõi thép MBA. - Dụng cụ đồ nghề: Kìm, kéo, tuốc nơ vít, cưa, bàn quấn, mỏ hàn ... 2.2. Trình tự thực hiện: - Lấy số liệu dây quấn máy biến áp. Bước 1: Xác định dòng và các cấp điện áp ra, tháo các vít liên kết vỏ. - 44 - Bước 2: Xác định kiểu quấn máy biến áp Bước 3: Tháo các đầu dây giữa các chi tiết trên vỏ máy với máy. Bước 4: Xác định số vòng dây, đường kính/tiết diện dây, tháo và vẽ lại sơ đồ - Bảng kê các thiết bị - vật tư TT Thiết bị - vật tư SL Đơn vị Ghi chú 1 Ê may tròn 2,24 (hoặc dẹt 6,5 x 1,2) 2 Kg Ê may 1,25 3 Kg 2 Phích cắm1 pha 1 Cái 3 Lõi sắt 1 Bộ 4 Bìa cách điện 0,5 m 5 Ống ghen cách điện 5 Cái 6 Gỗ 20 x 250 20 cái 7 Khoan tay 1 cái 8 Băng mộc 2 Cuộn 9 Bộ dụng cụ nghề điện 01 Bộ c. Tính toán quấn lại: Biết U2; I2 và kích thước lõi thép: Bước 1: Xác định công suất MBA: Công suất toàn phần: S = S2 = U2.I2 (VA) Đối với MBATN có công suất tự biến áp: STN = S2 (1 - U2/U1) (VA) đối với MBA giảm áp STN = S2 (1 – U1/U2) (VA) đối với MBA tăng áp Bước 2: Xác định tiết diện lõi thép: Đối với lõi thép có dạng chữ E + I ta có: At = (1,1 ÷ 1,2) 2S Đối với MBA cảm ứng. At = (1,1 ÷ 1,2) TNS Đối với MBATN. Khi XĐ được At ta chọn số lượng lá thép sao cho đảm bảo At = a.b (Cm2) ngoài ra cần tính tới việc hạn chế tổn hao, tăng hiệu suất, hạn chế sụt áp U2 khi có tải và tiết kiệm được dây quấn. Thông thường để đảm bảo yêu cầu KT nên chọn: a ≤ b ≤ 1,5a. Với a là kích thước riêng theo từng chủng loại lá thép. Bước 3: Xác định số vòng tạo ra 1 vôn sức điện động cảm ứng: W0 = tA  (vòng/vôn)  = 36 ÷ 60 phụ thuộc vào chất lượng lõi thép. Cuộn sơ cấp: W1 = W0.U1 (vòng) Cuộn thứ cấp: W2 = W0.U2 (vòng) Đối với MBA cảm ứng phải tính tới sụt áp khi mang tải: KSA = 1,05 ÷ 1,2 - 45 - Bước 4: Xác định tiết diện dây quấn: S2 = I2/J (mm2) Với J là mật độ dòng điện cho phép. Đối với dây đồng J = 3 ÷ 5 (A/mm2) S1 = I1/J (mm2) Với MBA 2 dây quấn. S1 = S2/ (mm2) Với MBA TN, trong đó  là hiệu suất,  = 0,85 ÷ 0,9 Với MBATN ta có Ic = I2 – I1 (A) Từ tiết diện dây ta xác định đường kính dây theo bảng tra hoặc tính quy đổi theo công thức: d =  S4 (mm) - Tháo lõi thép máy biến áp Bước 1: Tháo các lá thép chữ I ra khỏi bộ lõi thép. Bước 2: Kiểm tra và làm sạch các lá thép - Tháo dây cũ của máy biến áp: Bước 1: Cân xác định trọng lượng bộ dây Bước 2: Tháo dây cũ từng lớp 1 và đếm số vòng đến khi thấy đầu dây ra, ghi số vòng dây trên vị trí tương ứng của sơ đồ đã vẽ. Tương tự thực hiện đến hết. Bước 3: Từ số vòng dây trên các vị trí của sơ đồ ta xác định điện áp các khoảng. 2.3. Thi công quấn bộ dây biến áp một pha: - Quấn cuộn dây sơ cấp - Quấn cuộn dây thứ cấp. - 46 - Bài 10. TẨM SẤY MÁY BIẾN ÁP Trong công nghiệp sản xuất máy điện, việc sấy và tẩm chất cách điện (sơn cách điện/verni cách điện) cho máy biến áp rất quan trọng. Trong các trường hợp sửa chữa nhỏ, đơn chiếc, việc tẩm sấy máy biến áp còn khá hạn chế. Nhưng nếu biết kỹ thuật sấy tẩm, và làm đúng phương pháp thì vẫn đảm bảo chất lượng và tuổi thọ cho MBA. 1. Mục đích việc tẩm sấy cách điện cho dây quấn MBA + Tránh cho bộ dây quấn bị ẩm + Nâng cao độ chịu nhiệt + Tăng độ bền cách điện + Tăng cường độ bền cơ học + Chống được sự xâm thực của hóa chất 2. Công việc sấy tẩm động cơ gồm có 3 giai đoạn: + Sấy khô trước khi tẩm + Tẩm verni cách điện (sơn cách điện) vào bộ dây quấn + Sấy khô sơn cách điện trên bộ dây 3. Các phương pháp và qui trình tẩm sấy 3.1. Phương pháp tẩm sấy bằng tia hồng ngoại Cách sấy này khác với cách sấy nhiệt bằng điện trở. Chủ yếu nhờ vào khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ do tia hồng ngoại để biến thành nhiệt năng và bề mặt của vật được sấy. Như thế chất cách điện được làm khô dần từ lớp bên trong ra phía bên ngoài. Tia hồng ngoại được sản xuất ra bởi bóng đèn có tim khi được cho thắp sáng đỏ. Vì vậy nguồn điện cung cấp cho đèn sấy nên giảm thấp 20-30% điện áp định mức của đèn. Để tăng cường sự phản xạ nhiệt và phân phối đều nhiệt lượng nên lót kim loại sáng bóng bên trong tủ sấy. Thông thường cứ 1m3 cần 2-3Kw. 3.2. Phương pháp tẩm sấy bằng dòng điện Phương pháp này cho dòng điện vào bộ dây quấn và dùng dây quấn tỏa nhiệt để tự sấy khô chất cách điện đã tẩm. Như thế nhiệt tỏa ra từ bên trong làm bay hơi dung môi, khô nhanh chất cách điện. Khi sấy MBA, điện áp đưa vào bộ dây quấn khoảng 15-20% điện áp định mức của bộ dây quấn. Dòng điện qua bộ dây quấn có thể bằng dòng điện định mức. Cần trang bị 1 rơ le bảo vệ để tránh dòng điện sấy vượt quá định mức. Thời gian sấy ít nhất 05 giờ. Sau khi sấy xong phải kiểm tra điện trở cách điện bằng me gôm kế (500V). Ở nhiệt độ còn nóng 95-100°C điện trở cách điện của lõi thép ít nhất phải lớn hơn 1Mê ga ôm. - 47 - 3.3. Phương pháp tẩm sấy bằng điện trở nhiệt Phương pháp này là dùng điện trở sấy phát sinh nhiệt. Dùng nhiệt phát sinh đó đưa qua bộ dây MBA. Các cơ sở sửa chữa nhỏ lẻ thường dùng bóng đèn Halogen công suất lớn (150- 250W) thắp trong lòng stato để sinh nhiệt. - 48 - Bài 11. MÁY BIẾN ÁP BA PHA 1. Khái niệm, công dụng Máy biến áp ba pha là một thiết bị điện từ tĩnh được chế tạo ra để truyền tải năng lượng hoặc đưa các tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện với nhau thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ của Faraday. Máy biến áp 3 pha đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống truyền tải điện năng. Thiết bị này chủ yếu được sử dụng rộng rãi và phổ biến cho mục đích công nghiệp để tạo ra năng lượng điện, truyền tải và phân phối. Máy biến áp 3 pha được sử dụng và lắp đặt ở những nơi phải tiêu thụ một lượng điện năng vô cùng lớn như cao ốc, chung cư, bệnh viện, trạm biến áp 2. Các loại máy biến áp ba pha Thông thường, các máy biến áp sẽ được phân loại dựa trên các cấp điện áp, môi trường lõi được sử dụng, cách bố trí cuộn dây, sử dụng và nơi lắp đặt máy. - Máy biến áp 3 pha kiểu kín - Máy biến áp 3 pha kiểu hở - Máy biến áp khô a. Máy biến áp 3 pha kiểu kín Máy biến áp 3 pha kiểu kín làm mát qua các cánh giãn nở. Khi nhiệt độ tăng cao trong VH thì các cánh này sẽ tự giãn nở ra, không khí thổi trực tiếp qua các cánh giúp máy hạ nhiệt. b. Máy biến áp 3 pha kiểu hở Máy biến áp 3 pha kiểu hở có chu trình làm mát qua bình dầu phụ, cánh tản nhiểu dạng nan quạt. Máy biến áp ba pha kiểu hở khác kiểu kín ở bình dầu phụ. - 49 - c. Máy biến áp khô Máy biến áp loại khô, còn được gọi là máy biến áp nhựa đúc, là máy biến áp điện có cuộn dây được bọc trong nhựa epoxy. Khác với máy biến áp thông thường, các cuộn dây và lõi từ của máy biến áp khô chịu áp lực bằng không khí. Máy biến áp khô được sinh ra để khắc phục những nhược điểm của máy biến áp dầu. Máy biến áp khô sử dụng trong các điều kiện đặc biệt như: ô nhiễm môi trường nặng, độ ẩm không khí cao hơn 95%, nhiệt độ môi trường xuống đến - 25oC. 3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp ba pha a. Cấu tạo của máy biến áp ba pha Để sử dụng được ở những hệ thống lưới điện lớn, máy biến áp 3 pha được thiết kế tương đối phức tạp. Cấu tạo của máy biến áp ba pha gồm 3 thành phần chính: - Lõi thép là một trong những thành phần chính cấu tạo nên máy biến áp 3 pha. Lõi thép của máy biến áp 3 pha có 3 trụ từ để quấn dây và gông từ để khép kín mạch - 50 - từ. Lõi thép của máy được làm từ những lá thép kỹ thuật điện, 2 mặt phủ sơn cách điện và được ghép lại với nhau thành hình trụ. - Dây quấn máy 3 pha có 6 dây quấn đồng được bọc cách điện, quấn quanh trụ. Dây quấn đảm nhiệm việc nhận năng vào và truyền năng lượng ra trong quá trình máy vận hành. - Vỏ máy là bộ phận cũng khá quan trọng, giúp bảo vệ và duy trì tuổi thọ cho máy biến áp. Thông thường, vỏ máy biến áp 3 pha được làm từ nguyên liệu nhựa, sắt, thép,... tùy theo kết cấu của máy và từng hãng máy biến áp 3 pha mà chúng sẽ được cấu tạo khác nhau. b. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp ba pha Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha là hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng điện được tạo ra bên trong cuộn dây nối với một hiệu điện thế sơ cấp và một dải từ trường biến thiên nằm trong lõi sắt của cuộn dây dẫn. Dải từ trường biến thiên này có tác dụng tạo ra một hiệu điện thế thứ cấp. Hiệu điện thế thứ cấp này có thể bị thay đổi bởi hiệu điện thế sơ cấp thông qua từ trường. Tóm lại, máy biếp áp 3 pha hoạt động dựa trên 2 hiện tượng vật lý đó là dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường và sự biến thiên từ thông bên trong cuộn dây tạo ra hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện từ) Máy biến áp 3 pha được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn bởi tính ứng dụng cao của nó. Máy biến áp 3 pha được sử dụng và lắp đặt ở những nơi phải tiêu thụ một lượng điện năng vô cùng lớn như cao ốc, chung cư, bệnh viện, trạm biến áp Để sử dụng được ở những hệ thống lưới điện lớn. 4. Các đại lượng định mức MBA 4.1 Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Điện áp sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức U2đm (V, kV): Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức. Chú ý với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, còn máy biến áp ba pha điện áp là điện áp dây. 4.2. Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức Với máy biến áp một pha: ; 1 1 dm dm dm U SI  ; 2 2 dm dm dm U SI  Với máy biến áp ba pha: - 51 - ; 3 1 1 dm dm dm U SI  ; 3 2 2 dm dm dm U SI  (2.1) Hiệu suất MBA:  = 1 2 S S = 11 22 . . IU IU = (75 - >90)% (2.2) Nếu  = 1  S1 = S2  U2đm. I2đm = U1đm. I1đm Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi các thông số khác như: Tần số định mức fđm, số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch Un%, chế độ làm việc, phương pháp làm mát, 4.3. Công suất định mức của máy biến áp (S) Công suất định mức Sđm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp. 5. Tổ nối dây của máy biến áp a. Khái niệm về cực tính của MBA 3 pha Các cuộn dây trong MBA đều được qui ước cực tính; một đầu gọi là đầu đầu, thì đầu kia là đầu cuối. Nếu chỉ có 1 cuộn dây thì việc xác định cực tính là không cần thiết. Nhưng nếu có từ 2 cuộn dây trở lên cùng làm việc thì phải xác định chính xác cực tính của chúng. Cực tính cuộn dây sẽ quyết định chiều dòng điện chạy trong cuộn dây đó. Sau khi đã qui ước cực tính cho 1 cuộn dây nào đó, thì các cuộn dây còn lại xác định theo qui ước đó. Trên sơ đồ, đầu đầu của cuộn dây được đánh dấu (*), còn đầu cuối thì bỏ trống. b. Tổ đấu dây Các cuộn dây của MBA 3 pha có thể đấu Y hoặc đấu  tùy vào điện áp định mức của các cuộn dây và điện áp cần cấp cho tải. Tổ đấu dây được hình thành do sự phối hợp cách đấu dây ở sơ cấp và thứ cấp. Tổ đấu dây cho biết góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp, đồng thời cũng xác định được điện áp định mức của các cuộn dây cũng như điện áp định mức của MBA. Tổ đấu dây Y/Y – 12: Sơ đồ được biểu diễn như hình vẽ, có các đặc điểm: - 52 - Hình . Sơ đồ tổ đấu dây MBA ba pha Số 12: Cho biết điện áp thứ cấp trùng pha với điện áp sơ cấp. Tổ đấu dây này thường sử dụng cho các MBA phân phối ở mạng hạ thế. Tổ đấu dây Y/ – 11: Sơ đồ được biểu diễn như hình trên, có các đặc điểm: Sơ cấp: Đấu Y, Thứ cấp: Đấu . Số 11: Cho biết điện áp thứ cấp chậm pha 300 so với điện áp sơ cấp. Qui ước xác định góc lệch pha: Dùng mặt số đồng hồ, với qui ước: Kim dài: Biểu thị góc pha của điện áp sơ cấp đặt cố định ở số 12. Kim ngắn: Là góc lệch pha của điện áp thứ cấp (so với sơ cấp) di chuyển ở các con số còn lại, mỗi con số cách nhau là 300. Hình vẽ a biểu thị góc lệch pha của tổ đấu dây Y/Y – 12, còn hình b biểu thị góc lệch pha của tổ đấu dây Y/ – 11 Hình 2.19. Góc lệch pha của tổ đấu dây MBA 3 pha 12 6 3 9 U1 U2 a. Góc lệch pha tổ đấu dây Y/Y – 12 12 6 3 9 U1 U2 b Góc lệch pha tổ đấu dây Y/ – 11 - 53 - 6. Đấu nối máy biến áp - 54 - Bài 13. BỘ NẠP ẮC QUY Theo tiêu chuẩn IEEE và khuyến cáo của nhà sản xuất thì dòng sạc bình ắc quy sẽ được chọn như sau: - Đối với Bình ắc quy Ni-Cd kiềm: Isạc = 0.2C5 (A). Ví dụ, bình Ni-Cd kiềm có dung lượng 100Ah thì dòng nạp được chọn là 0.2*100=20A. - Đối với Bình ắc quy Axit-chì (hở & kín): Isạc = 0,1C10 (A). Ví dụ, bình Axit-chì có dung lượng 100Ah thì dòng sạc được chọn là 0.1*100=10A. Tuy nhiên, trên thực tế bạn hoàn toàn có thể lựa chọn loại bình sạc lớn hoặc nhỏ hơn. Tuy nhiên, với dòng sạc lớn hơn, thời gian sạc sẽ được rút ngắn nhưng nhiệt độ của bình sẽ tăng nhanh hơn có thể dẫn tới phồng rộp, hư hại cho bình. Còn khi chọn dòng sạc nhỏ, thời gian sạc sẽ lâu hơn. * Bộ sạc ắc quy tự động. Các bước thao tác - Kẹp đúng cực dương (+) và âm (-) của sạc vào Âm và Dương của bình ắc quy. - Cắm phích cắm điện của bộ sạc vào điện lưới 220VAC, sau đó bật công tắc nguồn ON đèn Power sáng là bộ sạc hoạt động tốt. - Kẹp đúng cực Dương (+) và Âm (-) của sạc vào Âm và Dương của bình ắc quy, đèn sạc online sáng và nghe tiếng rơ le đóng “Tách” la bình đang được sạc, - 55 - nếu kẹp sai cực thì đèn không sáng và rơ le không đóng cần kẹp lại cho đúng. Khi bình ắc quy đầy điện thế đến 80% thì đèn sạc Online sẽ tắt, sau đó bộ sạc vẫn tiếp tục chế dộ sạc bảo dưỡng đến khi đầy bình. - Chế độ quạt làm mát: Quạt làm mát chỉ chạy khi nhiệt độ của bộ sạc lên cao và tự động tắt khi nhiệt độ xuống thấp. * Lưu ý: Khi cắm đầu vào 220VAC vào điện lưới bật công tắc nguồn lên, dùng đồng hồ đo đầu ra của bộ sạc sẽ không có điện áp ra, muốn có điện áp ở đầu ra thì cần phải kẹp hai cực của bộ sạc vào một bình ắc quy để đèn sạc Online sáng và Rơle đóng, khi đó đầu ra sẽ có điện. - Đối với ắc quy 12V, (thì phải mắc nối tiếp 2 bình 12V): Khi bình ắc quy cần sạc quá yếu điện áp chỉ còn khoảng dưới 8VDC khi sạc thì chỉ có đèn sạc Online sáng nhưng Rơ le không đóng, bình không được sạc. Để sạc được bình yếu này thì làm như sau: lấy 1 bình ắc quy 12V còn đủ điện, cắm đầu vào của bộ sạc lên điện lưới, bật công tắc nguồn lên đèn Power sáng, kẹp đúng cực dương và âm của bộ sạc vào bình còn đủ điện, đèn Online sáng và rơ le đóng “Tách”, khi đó kẹp hai cực của bộ sạc vào hai cực của bình đang yếu đèn sạc Online và Power vẫn sáng là bình yếu đang được sạc. - Đối với ắc quy 24V: Khi bình ắc quy cần sạc quá yếu điện áp chỉ còn khoảng dưới 20VDC khi sạc thì chỉ có đèn sạc Online sáng nhưng rơ le không đóng, bình không được sạc. Để sạc được bình yếu này thì làm như sau: lấy 1 bình ắc quy 24V còn đủ điện, cắm đầu vào của bộ sạc lên điện lưới, bật công tắc nguồn lên đèn Power sáng, kẹp đúng cực dương và âm của bộ sạc vào bình còn đủ điện, đèn Online sáng và rơ le đóng “Tách”, khi đó kẹp hai cực của bộ sạc vào hai cực của bình đang yếu đèn sạc Online và Power vẫn sáng là bình yếu đang được sạc. - 56 - TÀI LIỆU THAM KHẢO. - Công nghệ chế tạo máy điện và máy biến áp – Nguyễn Đức Sỹ – NXB Giáo dục. Hà Nội – 1995. - Máy điện – Tập I, II – Vũ Gia Hanh; Trần Khánh Hà; Phan Tử Thụ; Nguyễn Văn Sáu – NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà nội – 2001. - Tnhs toán sửa chữa các loại máy điện quay và máy biến áp – Tập I, II – Nguyễn Trọng Thắng; Nguyễn Thế Kiệt – NXB Giáo dục. Hà Nội – 1993. - Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa máy điện - Tập III - Nguyễn Trọng Thắng; Nguyễn Thế Kiệt – NXB Giáo dục. Hà Nội – 1993. - Kỹ thuật quấn dây – Minh Trí – NXB Đà Nẵng – 2000. - Quấn dây sử dụng và ửa chữa động cơ điện xoay chiều thông dụng – Nguyễn Xuân Phú; Tô Đằng - NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà nội - 1989. - 57 -