MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG MỘT PHA

Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Hình 5.2: Cấu tạo máy biến áp

Dùng để dẫn từ thơng chính của máy, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là

thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại.

Để giảm dòng điện xốy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai

mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép.

Lõi thép gồm hai bộ phận:

- Trụ là nơi để đặt dây quấn

- Gơng là phần khép kín mạch từ khép kín

Trụ và gơng tạo thành mạch khép kín

1.2.2. Dây quấn máy biến áp:

Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhơm có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngồi

dây dẫn có bọc cách điện.

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng trụ vào lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa

các dây quấn có cách điện với nhau và các dây có cách điện với lõi thép.

Máy biến áp thường có hai hay nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đặt trên cùng

một trụ thép, các dây quấn khác đặt lồng vào nhau.

Các làm mát bộ dây quấn: Máy biến áp có cơng suất nhỏ thì làm mát bằng khơng

khí, máy có cơng suất lớn thì làm mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt.

1.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp cảm ứng một pha:

Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U 1 sẽ có dòng điện

sơ cấp I1 chạy trong dây quấn sơ cấp W1.

Dòng điện I1 sinh ra từ thơng Φ biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thơng này móc

vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thơng chính.

Theo định luật cảm ứng điện từ:

e1 = - W1



d

dt



e2 = - W2



d

; W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

dt



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-48-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Hình 5.3: Hoạt động máy biến áp 1 pha

Khi máy biến áp không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện thứ cấp bằng

khơng, từ thơng chính trong lõi thép chi do dòng điện sơ cấp khơng tải sinh ra, có giá trị

bằng dòng điện từ hố.

Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e 2, có dòng điện thứ cấp

I2 cung cấp điện cho tải. Khi ấy từ thơng chính  do đồng thời cả hai dòng sơ cấp i 1 và

thứ cấp i2 sinh ra

Từ thông Φ biến thiên hình sin Φ = Φmax sinωt

Ta có:

e1 = - W1 dΦ/dt = 4,44 f W1Φmax 2 sin(ωt- π/2)

e2 = - W2 dΦ/dt = 4,44 f W2Φmax 2 sin(ωt- π/2)

trong đó E1=4,44 f W1Φmax, E2 =4,44 f W2Φmax

2. Các tỷ lệ của máy biến áp cảm ứng một pha:

2.1. Tỷ lệ giữa suất điện động và số vòng dây quấn:

k



E1 W1



;

E 2 W2



k được gọi là hệ số biến áp.



Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngồi khơng khí ta có:

k



E1 W1 U 1





E 2 W2 U 2



Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không liên hệ trực tiếp với nhau về điện

nhưng nhờ từ thơng chính, năng lượng đã chuyển từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp. Điện

áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn.

2.2. Tỷ lệ giữa điện áp và dòng điện:

Nếu bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ các

lượng sơ cấp và thứ cấp, ta có:

U2 I2 ≈ U1 I1 hoặc



U1 I 2

 k

U 2 I1



Như vậy, dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là nếu ta

lấy ra điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ.

Với



k > 1: Máy biến áp giảm áp



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-49-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



k < 1: Máy biến áp tăng áp

2.3. Tỷ số công suất của biến áp:

Một biến áp lý tưởng thì cơng suất ở sơ cấp và thứ cấp sẽ bằng nhau :

P1 = P2





V1.I1 = V2.I2



Nhưng trong thực tế công suất tiêu thụ ở thứ cấp luôn nhỏ hơn công suất của nguồn

cung cấp cho sơ cấp. Lý do là các cuon dây sơ cấp và thứ cấp có điện trở của dây dẫn nên

tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt, lõi từ có dòng điện cảm ứng do từ thơng thay đổi sẽ

tự kín mạch trong loixcungx tiêu hao một phần năng lượng dưới dạng nhiệt.

Biến áp khi có nguồn cung cấp vào cuộn sơ cấp, ở thứ cấp khơng tải cũng có tổn

hao trên biến áp gọi la tổn hao không tải. Thường tổn hao không tải khoảng 5% công suất

danh định của biến áp.

Khi biến áp có tải lớn nhất theo cơng suất danh định thì cơng suất cao nhất khoảng

80% đến 90%.

 max 



P2

.100% (80 90)%

P2



Công suất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của

dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho cơng suất càng lớn.

3. Tính tốn, thiết kế máy biến áp cảm ứng một pha cơng suất nhỏ:

3.1. Tính cơng suất máy biến áp:

- Xác định các số liệu cần thiết

+ Xác định áp sơ cấp U1

+ Xác định tải sơ cấp U2

+ Xác định dòng điện sơ cấp I1 (Iđm)

+ Xác định dòng điện thứ cấp I2

+ Xác định cơng suất ngỏ vào: P1 = U1. I1

+ Xác định công suất ngỏ ra: P2 = U2. I2

+ Xác định tần số của lưới điện f (Hz)

+ Xác định chế độ làm việc là ngắn hạn hay dài hạn.

Trong trường hợp chưa biết rỏ I2 ta xác định công suất máy biến áp phía thứ cấp:

S2 = U2.I2(VA)

- Ước lượng hiệu suất của biến thế, xác định dòng điện phía sơ cấp:

Bảng quan hệ hiệu suất theo S2 (theo Robert Kuhn)

S2 VA



3



10



25



50



100



1000



%



60



70



80



85



90



>90



Bieân soạn: Trần Văn Đạt



-50-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Bảng quan hệ hiệu suất theo S2 (theo AEG)

S2 VA



25



50



100



200



300



400



500



700



1000



%



76,5



84



85



86



88



90



90,5



91



92



Xác định dòng điện phía thứ cấp:

I1 



S2

trong đó : Hiệu suất máy biến áp

.U1



P1 



P2 S 2









3.2. Chọn mạch từ máy biến áp:

At 1,423.



S2

.K

B



Trong đó At : Là tiết diện tính tóan cần dùng (cm2)

S: Cơng suất biểu kiến cung cấp tại phía thứ cấp

B: Mật độ từ thông (0,8 – 1,2T)

(ta chọn mật độ từ thông từ 0,6-1,2, trong đó tol kém chất lượng chọn B thấp, tol tốt

chọn B lớn)

K: Hệ số lõi thép

- Nếu lõi thép hình E, I thì K = 1,0 đến 1,2

- Nếu lõi thép hình U, I thì K = 0,75 đến 0,85

Nếu lõi thép cho trước At = a.b

b



a



a

b



EI



c

h



Lõi thép hình chữ U, I



c



UI

h



Lõi thép hình chữ E, I



- Xác định tiết diện thực tế và độ dày cách điện của lõi thép độ bìa khi lõi thép độ

chênh lệch này sẽ được xác định = hệ số

Biên soạn: Trần Văn Đạt



At

A

a.b

k f  A tt  t 

A tt

kf

kf

-51-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



B = (1-1,5).a theo bề dày của lõi thép thì kf được xác định theo

- Nếu bề dày lá thép là 0,35mm thì K = 0,8 – 0,92

- Nếu bề dày lá thép là 0,5mm thì K = 0,85 – 0,95



b



a/2

a



a/2

a+h



a/2



a/2

2(a+c)



Khi đó Att = a.b

b = a  1,5a (khi a = b) và At = a.1,5a2( khi a = 1,5b)

Bề dày lõi thép



Kf

Thép ít ba vớ



Thép nhiều ba vớ



0,35mm



0,92



0,8



0,5mm



0,95



0,85



Khối lượng lõi thép

- Trường hợp lõi dạng E,I : Wth = 46,8.a2.b

- Trường hợp hình U,I : Wth = 15,6.a.b(2a + c + h)

Giả sử để thực hiện máy biến áp công suất 75VA ta chọn a trong khỏang từ 2,7cm

đến 3,6cm.

3.3. Tính số vòng dây:

- Xác định số vòng dây quấn trên một vôn sức điện điện động trong bộ dây sơ và

thứ cấp

Nvòng/vơn =



1

4,44. f . At .B.10  4



Trong đó:

N: Số vòng dây quấn trên 1 vơn

f là tần số lưới điện; với tần số f = 50Hz ta có thể tính như sau:

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-52-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Nvòng/vơn=



Giáo trình Điện



45

. At .B

45



Nếu B = 0,8 →Nvòng/vơn= .A .B

t

45,045



Nếu B = 1; → Nvòng/vơn= .A

t



37,54



Nếu B = 1,1 → Nvòng/vơn= A

t



Đơn vị: At = cm2; a = b = cm

S2 VA



5



10



25



50



75



100



150



200



300



 U%



20



17



15



12



10



9



8



7,5



7



- Xác định tổng số vòng dây quấn phía sơ cấp và thứ cấp:

Cuộn sơ cấp: N1 = nv.U1

Cuộn thứ cấp: N2 = (1,05  1,1)nv.U2

Trong đó :



N1: Số vòng dây quấn sơ cấp

N2: Số vòng dây quấn thứ cấp

U1: Điện áp của dây quấn sơ cấp

U2: Điện áp của dây quấn thứ cấp



3.4. Đường kính dây dẫn:

Chọn mật độ dòng điện J suy ra tiết điện và đường kính dây quấn phía thứ cấp và

sơ cấp

Mật độ dòng điện J chọn để xác định đường kính dây quấn phụ thuộc

- Cấp cách điện vật liệu

- Điều kiện giải nhiệt dây quấn

- Chế độ vận hành liên tục hay ngắn hạn



S2 VA



0 đến 50



50 đến 100



100 đến 200



200 đến 500



500 đến 1000



J(A/mm2)



4



3,5



3



2,5



2



Với vật liệu cách điện cấp A (nhiệt độ tối đa cho phép tại điểm nóng nhất 105 0 )

máy làm việc ngắn hạn không liên tục (6 đến 10giờ) ta chọn J cao hơn trong bảng trên từ

1,2 đến 1,5 lần.

S2 VA



0 đến 50



50 đến 100



100 đến 200



200 đến 500



500 đến 1000



J(A/mm2)



5 đến 6



4,5 đến 5,5



4 đến 5



3,5 đến 4,5



3 đến 4



- Xác định tiết diện và đường kính dây

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-53-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



I1

J



+ Sơ cấp d1 1,13

+ Thứ cấp d 2 1,13



I2

J



Mật độ dòng điện (A/mm2) thường ta chọn J từ 2,5 đến 6(A/mm2)

Ví dụ: Quấn máy biến áp theo yêu cầu U1 =110/200V; U2 = 24V, I2 = 5A

 Bước 1: Xác định các số liệu ban đầu

- Điện áp sơ cấp U1 = 110/220v

- Điện áp thứ cấp U2 = 6/9/12/24v

- Dòng điện thứ cấp định mức I2 = 5A

Do dòng điện I2 chưa biết rõ nên ta xác định công suất biểu kiến phía thứ cấp là:

S2 = U2.I2 = 24.5 = 120VA

 Bước 2: Xác định tiết diện tính tốn

A t 1,423.K.

Ag 



S2



1,423.



B



120

15,6cm 2

1



A t 15,6



16,4cm 2

K f 0,95



 Bước 3: Xác định kích thước thật của lõi thép

Xác định amin và amax theo Ag = 16,4cm2

Để quấn biến áp có cơng suất 120VA ta chọn a trong khoảng từ 3,3  4cm

Ta chọn a = 3,5cm

a min 



Ag

1,5







16,4

3,3cm

1,5



a max  A g  16,4 4cm



Xác định khối lượng lõi

Wth = 46,8.a2.b = 46,8.3,52.4,7 =2700g =2,7Kg

Như vậy ta chọn kích thước lõi thép sau:

a = 3,5cm

b = 4,7cm

Wth = 2,7kg

At = 15,6cm2

Ag = 16,4cm2 chọn lõi EI

* Chú ý: nếu mỗi là thép là 0,5mm và b = 47mm thì tổng số lá thép chữ E là 47/0,5 = 94

 Bước 4: Xác định số vòng quấn trên vơn

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-54-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



W0 



Giáo trình Điện



45

45



3Vòng / vơn

B.A t 1.15,6



 Bước 5: Xác định độ giảm thế phía thứ cấp lúc mang tải định mức

U20 = Ch.U2 = 1,075.24 = 26v ( tra bảng chọn ch = 1,075)

 Bước 6: Xác định số vòng dây sơ cấp và thứ cấp

W1 = U1.W0 = 220.3 = 660vòng

W2 = U20.W0 = 26.3 = 78vòng

 Bước 7: Xác định dòng điện sơ cấp

I1 



S2

120



0,6 A

.U1 0,89.220



 Bước 8: Xác định đường kính dây sơ cấp và thứ cấp

d1 1,13.



I1

0,6

1,13.

0,4mm

J

4,5



d 2 1,13.



I2

5

1,13.

1,3mm

J

4,5



220v



0v



110v



6v

9v

12v



220v



24v



4. Hiện tượng, nguyên nhân và cách khắc phục những hư hỏng thông thường của

máy biến áp dân dụng một pha

4.1. Hiện tượng:

- Hiện tượng 1: Cấp nguồn, MBA khơng hoạt động, khơng có điện áp ngõ ra.

- Hiện tượng 2: Cấp nguồn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ tác động ngay, có hiện

tượng nổ cầu chì hoặc cháy dây nguồn.

- Hiện tượng 3: Điện áp tăng cao, máy nóng nhiều, rung có tiếng kêu lạ...

- Hiện tượng 4: chạm vỏ máy bị điện giật.

4.2. Nguyên nhân:

- Nguyên nhân hiện tượng 1: Có thể bị đứt cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp hoặc do

tiếp xúc điện khơng tốt.



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-55-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



- Ngun nhân hiện tượng 2: Do chạm chập tại các đầu nối, đầu ra dây hoặc ráp sai

mạch...

- Nguyên nhân hiện tượng 3: Do chạm chập tại các đầu nối, đầu ra dây hoặc ráp sai

mạch, hư hỏng ở gallett...

- Nguyên nhân hiện tượng 4: Lõi thép chạm cuộn dây và chạm ra vỏ; Do các

đầu nối chạm vỏ hoặc gallett bị chạm...

4.3. Cách khắc phục:

- Cách khắc phục hiện tượng 1: Dùng Ohm kế, đèn thử, Volt kế kiểm tra tiếp xúc

điện hoặc đo điện áp ra của máy. Những điểm nhiều khả năng gây hở mach là: tại các ngỏ

vào ra; bộ phận chuyển mạch, đổi nối, bộ phận cấp nguồn ... Sửa chữa: hàn nối, cách điện

tốt sau khi sửa chữa.

- Cách khắc phục hiện tượng 2: Dùng Ohm kế kiểm tra, quan sát bằng mắt.

Sửa chữa cách ly các đầu dây, xử lý cách điện.

- Cách khắc phục hiện tượng 3: Đo điện áp vào/ ra, đối chiếu với tính tốn; Sửa

chữa cách ly các đầu dây, xử lý cách điện.

- Cách khắc phục hiện tượng 4: Kiểm tra cách điện bằng mêga Ohm kế hoặc Volt kế

( không dùng bút thử điện do dòng điện cảm ứng) sau đó xử lý cách điện.

C. Câu hỏi và bài tập:

1/ Trình bày các bước quấn dây máy biến áp?

2/ Trình bày cách tính cơng suất máy biến áp.

3/ Trình bày cách tính chọn mạch từ máy biến áp

4/ Trình bày cách tính số vòng dây quấn?

5/ Trình bày cách tính đường kính dây dẫn?



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-56-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Chương 4

MẠNG BA PHA

A. Mục tiêu của bài



Học xong chương này học viên sẽ có khả năng:

- Phân tích được khái niệm, đặc điểm và ý nghĩa mạch xoay chiều ba pha.

- Phân tích và vận dụng được các dạng sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha.

- Giải được các dạng bài tốn về mạng ba pha cân bằng.

B. Nội dung chính

Ngày nay điện sử dụng trong cơng nghiệp dưới dạng dòng điện xoay chiều ba pha

hình sin. Trong cơng nghiệp dùng các động cơ điện ba pha có cấu tạo đơn giản và đặc

tính làm việc tốt hơn loại động cơ điện một pha. Mặt khác việc truyền tải điện năng bằng

mạch điện ba pha cũng tiết kiệm được dây dẫn hơn việc truyền tải điện năng bằng dòng

điện một pha.

1. Khái niệm chung

1.1. Hệ thống ba pha cân bằng:

- Hệ thống mạch điện ba pha là tập hợp ba mạch điện một pha nối với nhau tạo

thành một hệ thống năng lượng chung, trong đó suất điện động ở mỗi mạch đều có dạng

hình sin, cùng tần số và lệch pha nhau 120o hay 1/3 chu kỳ.

- Suất điện động của mỗi pha được gọi là suất điện động pha.

- Hệ ba pha mà suất điện động các pha có biên độ bằng nhau gọi là hệ ba pha đối

xứng (hay hệ ba pha cân bằng).

- Nếu một trong các suất điện động có biên độ khác nhau, gọi là hệ thống ba pha

không đối xứng (hay hệ ba pha khơng cân bằng).

1.2. Đồ thị sóng dạng và đồ thị vectơ:

Nếu chọn pha đầu của sđđ e A của dây quấn AX bằng khơng, thì biểu thức tức thời

sức điện động ba pha là:

 Sức điện động pha A là:

eA = Em sin t = E 2 sin t.

 Sức điện động pha B là:







eB = Emsin(t – 120o)= E. 2 sin  t 



2 



3 



 Sức điện động pha C là:



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-57-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện









eC = Emsin(t + 120o)= E. 2 sin  t 



2 



3 



 Đồ thị dạng sóng:

e

eA



eB



eC

t



23



2



2



Đồ thị dạng sóng mạng điện xoay chiều 3 pha cân bằng

 Đồ thị vectơ:

EA



0



120

0



120



0



EC



120



EB



Đồ thị vecto mạng điện xoay chiều 3 pha cân bằng

1.3. Đặc điểm và ý nghĩa.

Hệ 3 pha so với 1 pha thì tiện lợi và kinh tế hơn. Để dẫn năng lượng 3 pha ta chỉ

cần dùng 3 hoặc 4 dây dẫn nên nối dây tiện lợi và tiết kiệm. Hệ 3 pha dễ dàng tạo ra từ

trường quay làm cho việc chế tạo đủ điện đơn giản và kinh tế hơn .

2. Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha cân bằng:

2.1. Các khái niệm.

- Dây dẫn nối với các điểm đầu A, B, C gọi là các dây pha, dây dẫn nối với điểm

trung tính gọi là dây trung tính.

- Mạch điện có 3 dây pha A, B, C và dây trung tính O(N) gọi là mạch điện 3 pha 4

dây. Mạch điện chỉ có 3 dây pha A, B, C, gọi là mạch điện 3 pha 3 dây.

- Dòng điện chạy trong các cuộn dây pha gọi là dòng điện pha: IP

- Dòng chạy trên các dây pha gọi là dòng điện dây: Id

- Dòng điện trung tính ký hiệu là: I0 (IN): chạy trên dây trung tính.

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-58-