(NB) Giáo trình Quấn dây máy biến áp cung cấp cho người học những kiến thức như: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp độc lập một pha; Các trạng thái làm việc, tổn hao năng l ượng và hiệu suất của máy biến áp độc lập một pha; Xác định cực tính các cuộn dây của máy biến áp độc lập một pha; Tính toán máy biến áp độc lập một pha; Quấn dây máy biến áp độc lập một pha;...Mời các bạn cùng tham khảo!
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA - 9 - 1.1 Công dụng của máy biến áp
Cấu tạo
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
* Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type)
Trụ được chế tạo từ các lá thép hình chữ U và chữ I, nhằm giảm thiểu từ thông rò lớn do cuộn dây sơ cấp tạo ra Để hạn chế hiện tượng này, các cuộn dây được chia thành hai phần, với mỗi phần được đặt trên một trụ của lõi thép, giúp tối ưu hóa hiệu suất của máy biến áp.
Bọc loại này được cấu thành từ các lá thép hình chữ E và chữ I, bao bọc các cuộn dây quấn, tạo ra một mạch từ có hiệu suất cao và được ứng dụng rộng rãi.
- Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, các sợi dây dẫn được mắc song song cho những dây quấn có dòng điện lớn Bên ngoài dây quấn được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
- Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
- Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 1.2 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Máy biến áp một pha loại bọc có cấu trúc dây quấn được tạo thành từ nhiều lớp bánh dây, được đặt trong trụ lõi thép Để đảm bảo hiệu suất, cần có cách điện tốt giữa các lớp dây quấn, giữa dây quấn và lõi thép Dây quấn nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, trong khi dây quấn nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
* Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Máy biến áp có nhiều loại, nhưng tất cả đều hoạt động theo nguyên lý giống nhau Bài giảng này sẽ tập trung vào máy biến áp một pha và ba pha, trong khi các loại máy biến áp khác sẽ được đề cập sơ lược ở phần cuối chương để các bạn tự tìm hiểu thêm.
1.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Hình 1.5 sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
W1=N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp
W2=N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp
: Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ
Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn
Khi kết nối dây quấn sơ cấp w1 với nguồn điện xoay chiều có điện áp u1, dòng điện sơ cấp i1 sẽ chạy qua dây quấn này Dòng điện i1 tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, và từ thông này liên kết cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
1 (2.4) Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp
Khi máy biến áp không tải với dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 bằng 0, từ thông chính chỉ được sinh ra từ cuộn dây w1 và có giá trị bằng dòng từ hóa.
Khi máy biến áp hoạt động với tải, dây quấn thứ cấp kết nối với tải Zt sẽ chịu tác động của sức điện động cảm ứng e2, từ đó dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải Đồng thời, từ thông chính trong lõi thép được tạo ra bởi cả hai cuộn dây Với điện áp U1 biến thiên theo dạng sin, từ thông chính cũng sẽ biến thiên theo dạng cos.
E1 và E2 đại diện cho trị số sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp Mặc dù sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng trị hiệu dụng của chúng lại khác nhau.
K được gọi là hệ số biến áp
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:
(2.10) Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1 Đối với máy tăng áp: U2 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 < 0 U < 0 U2 > U2đm
(1) Hình Hình 2.11 Tính chất tải của MBA
Cos Cos = Const Tải cảmkháng
Khái niệm về hiện tượng:
MBA hoạt động với các thông số định mức, nhưng khi phía thứ cấp xảy ra ngắn mạch, hiện tượng này được gọi là ngắn mạch sự cố hoặc ngắn mạch vận hành Tình trạng này có thể gây nguy hiểm cho máy do dòng điện ngắn mạch rất lớn Để bảo vệ thiết bị, người ta thường sử dụng các thiết bị tự động như cầu dao (CB), thiết bị cắt (FCO) và máy cắt để ngắt MBA khỏi mạch khi xảy ra sự cố.
Trong quá trình chế tạo và vận hành máy biến áp (MBA), việc thực hiện các thí nghiệm ngắn mạch là rất cần thiết để kiểm nghiệm và xác định các thông số kỹ thuật của máy.
Trạng thái này xảy ra khi phía thứ cấp được nối ngắn mạch, và điện áp đưa vào sơ cấp được giới hạn, đảm bảo rằng dòng điện ngắn mạch sinh ra tương đương với dòng điện sơ cấp định mức.
Khi thực hiện thí nghiệm ngắn mạch với điện áp nguồn thấp, dòng điện không tải I0 trở nên không đáng kể và có thể bỏ qua, dẫn đến sơ đồ thay thế đơn giản hơn Cụ thể, U2 = 0 và U1 = Un = (3 – 10)%U1đm, tương đương với I2 = IN = I1đm.
Tổng trở ngắn mạch: Z n = R n 2 X n 2 = dm n
Hình 2.13 Sơ đồ thay thế của MBA ngắn
U 1 = U 1đm a Ngắn mạch sự cố
U 1 = U NM b Ngắn mạch thí nghiệm
Hình 2.12 Trạng thái ngắn mạch MBA
P n = I 1đm 2 R n = U n I 1đm Cos n (với: Cos0 n n
Sụt áp trên các phần tử:
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:
Ví dụ 2.2 : Một MBA 1 pha có SBA = 100KVA; KBA 2
10 ; I0 0,05Iđm Các tổn hao P0 = 800W; Pn = 2400W; Điện áp ngắn mạch thí nghiệm
Để tính toán các tham số của máy, đầu tiên xác định Un = 4, với R1 = R2 và X1 = X2, cùng với R0 = Rm và X0 = Xm Cần tính toán các tham số lúc không tải, hệ số công suất lúc không tải, các tham số ngắn mạch, và vẽ sơ đồ thay thế của máy.
Dòng điện sơ cấp định mức: I1đm dm dm
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
Tổng trở mạch từ được tính: Zm 0
Điện kháng mạch từ: Xm = Z m 2 R m 2 = 20.000 2 3200 2 = 19.742 b Hệ số công suất lúc không tải: Cos0 m m
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
Điện trở các cuộn dây: R1 = R2 / 2
Tổng trở ngắn mạch: Zn dm n
Điện kháng ngăn mạch: Xn = Z n 2 R n 2 = 40 2 24 2 = 32
Điện kháng các cuộn dây: X1 = X2 / 2
32 = 16 Điện áp trên các phần tử:
Sụt áp trên điện trở:
Tính theo tỉ lệ phần trăm:
Sụt áp trên điện kháng:
Tính theo tỉ lệ phần trăm:
320 100 = 3,2% d Sơ đồ thay thế như hình vẽ
Hình 2.2 Sơ đồ thay thế của MBA1
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
Tổn hao trong hai bộ dây quấn phụ thuộc vào tải của máy, do đó sẽ thay đổi theo sự biến động của tải Chính vì vậy, loại tổn hao này được gọi là tổn hao biến đổi.
Tổn hao công suất được tính:
Giản đồ năng lượng của MBA:
2.2.2 Hiệu suất của máy biến áp
Điều kiện vận hành để đạt hiệu suất cực đại:
Hiệu suất của MBA (Máy Biến Áp) phụ thuộc vào hệ số phụ tải , do đó việc vận hành máy với hệ số phụ tải phù hợp sẽ tối ưu hóa hiệu suất Nghiên cứu đã chứng minh điều này.
Ví dụ 2.3 : Một MBA 1 pha có SBA = 100KVA; KBA 2
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
Hình 2.3 Giản đồ năng lượng MBA Điện áp trên tải khi định mức với Cos2 = 0,75 (trễ)
Hiệu suất của máy ở tải S2 đạt 80% Sđm với hệ số công suất Cos2 = 0,8 Để xác định tải tối ưu cho hiệu suất cực đại, cần tính toán giá trị hiệu suất tại tải đó Trong trường hợp dòng điện vượt trước điện áp, kết quả sẽ có sự khác biệt đáng kể so với tình huống thông thường.
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 Sin2 > 0 Vì vậy, ta có Cos2 = 0,75 Sin2 = 0,66
Vậy: Điện áp trên tải là: U2 = U2đm – U = 400 – 15,65 = 384,35V b Hiệu suất của máy khi S2 = 80% Sđm và Cos2 / = 0,8
Hệ số phụ tải của MBA: S dm
96,48% c Khi dòng điện vượt trước điện áp nghĩa là mạch có tính dung kháng: Sin2 >
0 Vì vậy, ta có Cos2 = 0,75 Sin2 = – 0,66
Vậy: Điện áp trên tải là: U2 = U2đm – U = 400 – (– 1,25) = 401,25V.
XÁC ĐỊNH CỰC TÍNH CÁC CUỘN DÂY MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA
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
Để đảm bảo kết quả chính xác, cần mắc đúng cực tính cho Gommet Thao tác đóng ngắt xung cần thực hiện nhanh chóng nhưng vẫn phải đủ thời gian để quan sát chiều quay của kim chỉ thị.
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
- 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.
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
Kết luận: Voltmet chỉ ra rằng cả hai máy biến áp có cực tính tương đối giống nhau, thể hiện qua giá trị không hoặc giá trị không đáng kể (như mô tả trong hình 3.3).
TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA
Trình tự tính toán máy biến áp độc lập một pha
Bước 1: Tính tiết diện thực của lõi thép:
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
Kiểm tra công suất dự tính Pdt đối với kích thước mạch từ S0:
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:
K : Là hệ số phụ thuộc vào độ từ thẩm của lõi thép
S0 : Tiết diện thực của lõi thép (cm 2 )
Bảng chọn hệ số K theo mật độ từ B
Bước 3: Tính số vòng dây cuộn sơ cấp:
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:
Bảng chọn độ dự trù điện áp U 2 P(VA) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500
Bước 5: Tính tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp:
- Tính tiết diện dây quấn sơ cấp: j
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
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/mm 2 để tiết kiệm khối lượng dây đồng
- Tính tiết diện dây quấn thứ cấp:
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 S 1 ; d2 = 1.13 S 2
Tính toán số liệu để quấn hoàn chỉnh máy biến áp độc lập một pha
Bài t ập ứng dụng 1: Qu ấn lại máy bi ến 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 t ập ứng dụng 2: Qu ấn lại máy biến áp 1 pha gia dụng k i ểu 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.
QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA
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
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
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
4 Khoan lỗ mặt bích Dùi nhọn (tự tạo) Khoan đủ lỗ dây ra theo yêu cầu
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
Chắc chắn b./ Kỹ thuật quấn dây:
Trước khi quấn dây, cần lót một lớp bìa cách điện lên thân khuôn và gá khuôn lên bàn quấn Chọn đúng cỡ dây và đặt đầu dây đã luồn ống ghen cách điện lên thân khuôn, sau đó luồn qua lỗ khoan để lấy đầu dây ra Bắt đầu quấn từng vòng một để hãm đầu dây, quấn đủ số vòng theo tính toán.
- 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
Đối với máy biến áp có đường kính dây từ 0,3 mm trở lên, cần quấn dây sao cho các sợi kề sát nhau và theo lớp Sau khi hoàn thành một lớp quấn, hãy lót một lớp bìa cách điện mỏng để dễ dàng thực hiện quấn lớp tiếp theo và tăng cường khả năng 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 c Ghép lõi thép:
- Lõi thép phải được ghép chặt, đều, phẳng
Sử dụng búa gỗ hoặc nêm gỗ kết hợp với búa nguội để điều chỉnh lõi thép cho cân đối, đồng thời ép chặt khung lõi thép bằng gông ép và bu lông Trước khi vận hành, cần kiểm tra và đo các thông số để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Sử dụng ôm kế để kiểm tra cách điện giữa hai cuộn dây và giữa cuộn dây với lõi sắt Nếu phát hiện hai cuộn dây chạm nhau hoặc chạm vào lõi sắt, cần tháo toàn bộ và quấn lại dây để đảm bảo an toàn.
- Đấu điện nguồn kiểm tra điện áp U2 có đúng thiết kế không e Sấy sơ bộ:
Trong môi trường ẩm thấp, lớp êmay và bìa cách điện dễ bị hút ẩm, do đó cần tiến hành sấy sơ bộ để loại bỏ độ ẩm Tiếp theo, thực hiện tẩm sơn cách điện để bảo vệ hiệu quả.
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 cho đến khi không còn bọt khí nổi lên, sau đó lấy MBA ra, hoặc có thể đổ sơn cách điện từ từ vào các cuộn dây Cuối cùng, tiến hành sấy lại và chuẩn bị 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.
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
- Quan sát tìm ra điểm ngắn mạch Cần thiết phải tháo vỏ máy để xem xét
Máy phát ra tiếng kêu ”rè rè” và có hiện tượng bị rung
- Điện áp đặt vào sơ cấp cao hơn định mức
- Các lá thép không được ghép chặt
Nếu máy mới quấn lại:
- Mạch từ kém chất lượng
- Dùng VOM kiểm tra lại nguồn
- 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
- 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
- Điện áp đặt vào sơ cấp lớn hơn định mức
- Cách điện giữa các lá thép bị hỏng
- 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
Các pan thông thường trong máy biến áp
- 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 xảy ra tình trạng chạm giữa các cọc nối với vỏ sắt hoặc sự cố nối tắt giữa các cọc nối ở các đảo điện Để xác định vị trí bị chạm hoặc chập mạch, cần sử dụng đèn thử hoặc ôm kế để kiểm tra các điểm quan trọng Sau khi xác định được nơi gặp sự cố, tiến hành sửa chữa để khắc phục tình trạng chạm masse.
Nếu máy biến áp hoạt động bình thường, chỉ có một vị trí bị chạm, có thể do đường dây ra cọc nối bị tróc lớp cách điện chạm vào vỏ máy biến áp hoặc cọc nối bị lỏng lẻo chạm vào bọc Trường hợp nghiêm trọng hơn là chạm masse ở lớp dây tiếp cận với mạch từ, nhưng trong trường hợp này, có thể không quan sát thấy vị trí chạm masse.
Nếu máy biến áp hoạt động bình thường nhưng gây ra cảm giác giật nhẹ, có thể do máy bị ẩm và điện trở cách điện suy giảm Để kiểm tra, sử dụng bút thử điện hoặc Mê-gôm kế, nếu điện trở cách điện dưới 1 MΩ, lớp cách điện đã lão hóa và cần phải quấn lại toàn bộ.
* Máy biến áp đang vận hành bị nổ cầu chì:
Nếu máy biến áp phát nhiệt quá mức, nguyên nhân có thể là do mạch tiêu thụ quá lớn Để khắc phục, hãy thay dây chì đúng kích thước và cho máy biến áp hoạt động không tải Nếu nhiệt độ vẫn ổn định, điều này chứng tỏ máy biến áp trước đó đã hoạt động 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
- 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:
Khi máy biến áp tiêu thụ dòng điện vượt quá công suất cho phép, nó sẽ rung và phát ra tiếng rè, dẫn đến tình trạng quá nhiệt và nguy cơ cháy nổ Để khắc phục vấn đề này, cần giảm tải cho máy biến áp.
- Do mắc không đúng với điện áp nguồn, nhầm vào nguồn có điện áp cao
Để đảm bảo mạch từ ghép chặt chẽ, cần siết chặt các bulong ép giữa các lá sắt và tẩm verni vào cuộn dây cùng các khe hở Việc này giúp gia cố các lá sắt, làm cho chúng dính chặt hơn và tăng cường độ bền của mạch từ.
- 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 máy biến áp không rung nhẹ do không có dòng điện, cần kiểm tra xem đường dây vào có bị hở mạch, cọc nối dây vào có tiếp điện hay không, hoặc có tiếp xúc kém ở đảo điện hay không.
Nếu đèn báo sáng và vôn kế hoạt động nhưng không có điện áp đầu ra, cần kiểm tra lại cọc nối dây ra để phát hiện vấn đề tiếp điện kém hoặc dây bị đứt Sử dụng vôn kế hoặc bút thử điện để xác định vị trí sự cố nhằm khắc phục hiệu quả.
Nếu cuộn dây bị hở mạch bên trong, nguyên nhân có thể do mối nối dây không chắc chắn hoặc không được hàn chì, dẫn đến tình trạng tiếp điện kém sau một thời gian sử dụng Ngoài ra, dây quấn cũng có thể bị gãy đứt Trong trường hợp này, cần tháo ra và quấn lại để khắc phục sự cố.
Khi nạp ắc quy, nếu diode chỉnh lưu bị hỏng hoặc đứt mạch, tình trạng này sẽ dễ dàng được phát hiện bằng cách sử dụng vôn kế để đo điện áp xoay chiều U2, nhưng sẽ không có điện áp đầu ra.
UDC chỉ cần thay mới diode mà thôi
* Máy biến áp lúc vận hành, lúc không:
Nguồn điện cung cấp cho máy biến áp có thể không ổn định hoặc điện áp ra bị gián đoạn do tiếp xúc kém Do đó, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống từ nguồn điện đến máy biến áp và từ máy biến áp đến mạch tiêu thụ Hãy chú ý đến cầu dao chính, siết chặt các ốc vít nối dây, và làm sạch các điểm tiếp điện bằng đồng tại cầu dao và các cọc nối của 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
Khi điện áp ra không đạt mức định mức, nguyên nhân có thể do điện áp nguồn quá thấp hoặc do quá tải, dẫn đến hiện tượng máy biến áp rung lắc Thiết kế của máy biến áp với cuộn sơ cấp quấn dư vòng tạo ra trở kháng lớn, gây sụt áp đáng kể trong cuộn dây Do đó, khi điện áp nguồn giảm quá mức, việc nâng điện áp lên trở nên không khả thi.
* 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 có thể gặp tình trạng phát nhiệt quá mức, dẫn đến nổ cầu chì hoặc kích hoạt công tắc bảo vệ quá tải của máy xạc cắt mạch Do đó, cần kiểm tra bình ắc quy xem có bị chạm nối tắt hay không, cũng như kiểm tra diode chỉnh lưu toàn kỳ để đảm bảo không bị nối ngắn mạch.
Máy biến áp mới hoạt động phát ra tiếng rung rè và sinh nhiệt, cần phải cắt mạch ngay lập tức Nguyên nhân là do kết nối nhầm các cọc (+) và (-) vào bình ắc quy, dẫn đến dòng điện nạp lớn trong máy biến áp Nếu tình trạng này kéo dài, có thể gây hỏng diode và cháy máy biến áp, đặc biệt là khi không có công tắc bảo vệ quá tải.
Máy biến áp nạp bình yếu có thể xảy ra khi điện áp sạc bình thấp hơn điện áp của ắc quy Một vấn đề phổ biến là khi một diode trong chỉnh lưu cầu bốn diode bị hỏng, dẫn đến việc không thể sạc bình do chỉnh lưu bán kỳ không hoạt động hiệu quả.
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/mm 2 ); K = 50
1 Tính toán số liệu dây quấn: a/ Tính tiết diện đo:
Sđ = a.b (cm 2 ) = b/ Tính tiết diện thực:
St = (0,8 ữ 0,9)Sđ = (cm 2 ) c/ Tính công suất:
P = (VA) d/ Tính số vòng dây quấn cho 1 vôn:
K = (Vòng/ vôn) e/ Tính dòng điện sơ cấp:
I P (A) f/ Tính tiết diện dây quấn sơ cấp: j
S 1 I 1 (mm 2 ) j = 3 - 7 (A/mm 2 ) g/ Tính đường kính dây sơ cấp:
1 2 S d (mm) h/ Tính số vòng cuộn dây sơ cấp:
W1 U 1 N (vòng) i/ Tính dòng điện thứ cấp:
I P (A) k/ Tính tiết diện dây quấn sơ cấp: j
S 2 I 2 (mm 2 ) j = 3 ữ 7 (A/mm 2 ) l/ Tính đường kính dây sơ cấp:
2 2 S d (mm) m/ Tính số vòng cuộn dây sơ cấp:
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
- 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
- Rải đều dây trên lõi khuôn, quấn chồng lớp nọ lên lớp kia
26 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
Khi thử nghiệm máy, hãy để máy hoạt động không tải và có tải trong khoảng 30 phút Trong quá trình này, lắng nghe tiếng kêu của máy; máy phải hoạt động êm ái, không phát ra tiếng ồn lớn và không bị rung lắc.
- Ur theo đúng yêu cầu
CẤU TẠO NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
Máy biến áp tự ngẫu
Máy biến áp này có cuộn dây thứ cấp là một phần của cuộn sơ cấp hoặc ngược lại, hoạt động theo nguyên lý tương tự như máy biến áp hai dây quấn.
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
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/mm 2 ); k = 50; điện áp mạch cảm ứng: U = 6 (V) và 12 (V)
Sơ đồ đấu dây: a MBA tự ngẫu loại giảm áp
U1 U1 U2 b MBA tự ngẫu loại tăng áp
1/ Tính các số liệu: a/ Tính tiết diện đo:
Sđ = a.b = (cm 2 ) b/ Tính tiết diện thực:
St = (0,8 ữ 0,9)Sđ = (cm 2 ) c/ Tính công suất biến điện:
P S (VA) d/ Tính công suất hữu dụng:
I P hd (A) f/ Tính tiết diện dây quấn: j
S I (mm 2 ) j = 3 ữ 7 (A/mm 2 ) g/ Tính đường kính dây sơ cấp:
d 2 S (mm) h/ Tính số vòng dây quấn cho 1 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:
QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
Trình tự quấn dây
- Các vòng dây sát vào nhau
- Đầu dây để dài khoảng 30 (cm)
- Hãm chặt đoạn lấy đầu dây ra
- Không để xước men dây
- Lót cách điện giữa các lớp
- Bìa cách điện dầy 0,5 đến 1 (mm)
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
- Điều chỉnh điện áp tác động của rơ le phù hợp
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
- Căn cứ vào các dữ liệu đầu bài tính toán các thông số để quấn dây máy biến áp
- Quấn dây theo trình tự
- Kiểm tra và vận hành thử.
MÁY BIẾN ÁP HÀN
Đặc điểm của máy biến áp hàn
2 Phân loại máy biến áp hàn
3 Cấu tạo của các loại máy biến áp hàn
4 Quấn dây máy biến áp hàn 12 12
10 Bài 10: Tẩm sấy máy biến áp 4 2 2
1 Mục đích của việc tẩm sấy
2 Các phương pháp và qui trình tẩm sấy
3 Tẩm sấy máy biến áp
11 Bài 11: Máy biến áp ba pha 12 4 8
3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc
4 Các đại lượng định mức
5 Các tổ đấu dây máy biến áp ba pha 4 2 2
6 Đấu nối máy biến áp 4 4
12 Bài 12: Máy điều chỉnh điện áp bằng tay một pha 12 2 10
1.Công dụng, cấu tạo, nguyên lý làm việc
3 Nguyên tắc điều chỉnh điện áp
13 Bài 13: Bộ nạp ắc qui 8 2 4 2
1 Công dụng, cấu tạo, nguyên lý làm việc
3 Nguyên tắc điều chỉnh điện áp
Bài 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỘC LẬP 1 PHA
1.1 Công dụng của máy biến áp
Trong hệ thống điện, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng Các nhà máy điện lớn thường nằm xa các trung tâm tiêu thụ, do đó cần xây dựng đường dây truyền tải điện Điện áp đầu ra của máy phát thường chỉ đạt vài chục kV, vì vậy để truyền tải công suất lớn và giảm tổn hao, điện áp cần được nâng cao Do đó, máy biến áp tăng áp được lắp đặt ở đầu đường dây, trong khi máy biến áp giảm áp được sử dụng ở cuối đường dây để cung cấp điện với điện áp từ 0,4-6kV cho phụ tải.
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
* Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type)
Trụ được cấu tạo từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu từ thông rò Để tối ưu hóa hiệu suất, các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được bố trí sao cho không cắt nhau, với mỗi cuộn dây được chia đôi và đặt trên một trụ của lõi thép, nhằm hạn chế lượng từ trường sinh ra.
Bọc được cấu tạo từ các lá thép hình chữ E và chữ I, tạo thành một lõi thép bao quanh các cuộn dây quấn Thiết kế này hình thành một mạch từ có hiệu suất cao, được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực.
- Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật Đối với các dây quấn chịu dòng điện lớn, các sợi dây dẫn được mắc song song nhằm giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy Ngoài ra, bên ngoài dây quấn còn được bọc lớp cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động.
- Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
- Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 1.2 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Máy biến áp một pha loại bọc có hình dạng đặc trưng với dây quấn được tạo thành từ nhiều lớp bánh dây, được đặt trong trụ lõi thép Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần có cách điện tốt giữa các lớp dây quấn, giữa dây quấn và lõi thép Dây quấn kết nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, trong khi dây quấn kết nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
* Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Máy biến áp có nhiều loại, nhưng tất cả đều hoạt động dựa trên nguyên lý chung Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào máy biến áp một pha và ba pha, trong khi các loại máy biến áp khác sẽ được đề cập sơ lược ở phần cuối chương để bạn có thể tự tìm hiểu thêm.
1.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Hình 1.5 sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
W1=N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp
W2=N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp
: Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ
Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn
Khi kết nối dây quấn sơ cấp w1 với nguồn điện xoay chiều có điện áp u1, dòng điện sơ cấp i1 sẽ chạy qua dây quấn này Dòng điện i1 tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này liên kết với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là: dt w d e
1 (2.4) Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp
Khi máy biến áp không tải và dây quấn thứ cấp ở trạng thái hở mạch, dòng điện i2 bằng 0, từ thông chính chỉ được sinh ra bởi cuộn dây w1 với trị số đúng bằng dòng từ hóa.
Khi máy biến áp hoạt động với tải, dây quấn thứ cấp kết nối với tải Zt sẽ chịu tác động của sức điện động cảm ứng e2, qua đó dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải Lúc này, từ thông chính trong lõi thép được sinh ra đồng thời bởi cả hai cuộn dây Do điện áp U1 biến thiên theo dạng sin, nên từ thông chính cũng sẽ biến thiên theo dạng cos.
E1 và E2 là giá trị sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp Mặc dù sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng giá trị hiệu dụng của chúng lại khác nhau.
K được gọi là hệ số biến áp
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:
(2.10) Đối với máy tăng áp: U2>U1;W2>W1 Đối với máy tăng áp: U2