Bài giảng Thực hành máy điện, truyền động điện - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Chia sẻ: Mucnang222 Mucnang222 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:235

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thực hành máy điện, truyền động điện với nội dung chủ yếu là hướng dẫn chi tiết cách quấn các loại máy điện tĩnh và quay thông dụng, cách xây dựng các đặc tính cơ của máy điện quay cũng như cách điều chỉnh tốc độ của chúng. Được trình bày cụ thể như sau: Quấn máy biến áp 1 pha; Quấn bộ dây stator động cơ không đồng bộ ba pha kiểu đồng tâm; Quấn bộ dây quạt bàn chạy tụ kiểu xếp đơn; Xác định các tham số của máy biến áp; Xây dựng đặc tính tải tĩnh, tải động và bù công suất phản kháng động cơ không đồng bộ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thực hành máy điện, truyền động điện - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH TẬP BÀI GIẢNG THỰC HÀNH MÁY ĐIỆN, TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TB2015-03-01 Ban biên soạn: Th.S Trần Thị Kim Dung Th.S Vũ Hải Thượng Th.S Phạm Thị Hoa NAM ĐỊNH, 2015
ii
LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước ta thì máy điện đóng vai trò rất quan trọng. Việc hiểu được bản chất và nguyên tắc điều khiển máy điện sẽ giúp chúng ta có những giải pháp hiệu quả cho sản xuất. Để làm được điều này, đối với sinh viên, ngoài việc học lý thuyết về máy điện, truyền động điện thì việc thực hành, thí nghiệm là yêu cầu bắt buộc. Khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã có bề dày giảng dạy thực hành máy điện, truyền động điện trong nhiều năm qua. Hiện nay, nhà trường đã trang bị nhiều thiết bị hiện đại phục vụ tốt hơn cho việc giảng dạy và học tập cho học phần này. Tuy nhiên, tài liệu hướng dẫn lại chưa đầy đủ và thống nhất. Chính vì vậy, chúng tôi đã biên soạn tập bài giảng “Thực hành máy điện, truyền động điện” với nội dung chủ yếu là hướng dẫn chi tiết cách quấn các loại máy điện tĩnh và quay thông dụng, cách xây dựng các đặc tính cơ của máy điện quay cũng như cách điều chỉnh tốc độ của chúng. Tập bài giảng gồm 10 bài như sau: Bài 1: Quấn máy biến áp 1 pha Bài 2: Quấn bộ dây stator động cơ không đồng bộ ba pha kiểu đồng tâm Bài 3: Quấn bộ dây quạt bàn chạy tụ kiểu xếp đơn Bài 4: Xác định các tham số của máy biến áp Bài 5: Xây dựng đặc tính tải tĩnh, tải động và bù công suất phản kháng động cơ không đồng bộ Bài 6: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Bài 7: Xây dựng các đặc tính của máy điện đồng bộ Bài 8: Xây dựng các đặc tính của động cơ một chiều Bài 9: Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều Bài 10: Quấn bộ dây stator động cơ không đồng bộ ba pha kiểu xếp kép Sinh viên trình độ đại học sẽ thực hành 9 bài đầu, sinh viên trình độ cao đẳng sẽ thay thế bài 7, 8 và 9 bằng bài 10 để thực hành. Tập bài giảng được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy, làm tài liệu học tập cho đối tượng là sinh viên khoa điện, điện tử của trường và cũng là tài liệu tham khảo cho các sinh viên, kỹ sư, kỹ thuật viên quan tâm nghiên cứu. i
Khi biên soạn chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan và phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để tập bài giảng có tính thực tiễn cao. Mặc dù đã cố gắng nhưng không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về bộ môn Cơ sở kỹ thuật điện, khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định. Các tác giả ii
MỤC LỤC Lời nói đầu ............................................................................................................................. i Mục lục ............................................................................................................................... iii Danh mục hình vẽ ................................................................................................................. 1 Danh mục bảng biểu ............................................................................................................. 5 Danh mục các từ viết tắt ....................................................................................................... 5 Bài 1: Quấn máy biến áp 1 pha ............................................................................................ 7 Bài 2: Quấn bộ dây stator động cơ không đồng bộ ba pha kiểu đồng tâm ......................... 39 Bài 3: Quấn bộ dây quạt bàn chạy tụ kiểu xếp đơn ............................................................ 67 Bài 4: Xác định các tham số của máy biến áp .................................................................... 80 Bài 5: Xây dựng đặc tính tải tĩnh, tải động và bù công suất phản kháng động cơ không đồng bộ ............................................................................................................................... 90 Bài 6: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ............................................................ 119 Bài 7: Xây dựng các đặc tính của máy điện đồng bộ ....................................................... 148 Bài 8: Xây dựng các đặc tính của động cơ một chiều ...................................................... 164 Bài 9: Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều .................................................................... 179 Bài 10: Quấn bộ dây stator động cơ không đồng bộ ba pha kiểu xếp kép ....................... 194 Các bản vẽ sử dụng trong khi thực hành .......................................................................... 207 Danh mục các tài liệu tham khảo ........................................................................................ iv iii
Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Ký hiệu máy biến áp và hình dáng máy biến áp ..............................................7 Hình 1.2 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản ................................................................ 8 Hình 1.3 Cấu tạo máy biến áp .........................................................................................8 Hình 1.4 Lõi thép kiểu bọc 1 pha ....................................................................................8 Hình 1.5 Ký hiệu MBA tự ngẫu ....................................................................................10 Hình 1.6 MBA TN một cấp điện áp vào, một cấp điện áp ra .........................................10 Hình 1.7 MBA TN hai cấp điện áp vào, hai cấp điện áp ra .............................................10 Hình 1.8 MBA TN bốn cấp điện áp vào và hai cấp điện áp ra ......................................11 Hình 1.9 Các kích thước cơ bản của lõi thép ................................................................ 13 Hình 1.10 Các kích thước cơ bản của lõi thép dạng U,I ...............................................13 Hình 1.11 Kích thước lõi thép .......................................................................................16 Hình 1.12 Chiều dày mỗi phần dây quấn ......................................................................17 Hình 1.13 Sơ đồ bố trí dây quấn máy biến áp ............................................................... 18 Hình 1.14 Các kích thước của bộ dây quấn MBA ........................................................19 Hình 1.15 Kích thước lõi thép tính sơ bộ .....................................................................20 Hình 1.16 Kích thước lõi thép sau khi điều chỉnh .........................................................22 Hình 1.17 Sơ đồ máy biến áp hạ áp ...............................................................................23 Hình 1.18 Sơ đồ máy biến áp tăng áp............................................................................23 Hình 1.19 Sơ đồ dây quấn MBA TN ví dụ 2.................................................................24 Hình 1.20 Sơ đồ dây quấn ví dụ 2 khi Uv = 80V...........................................................25 Hình 1.21 Sơ đồ dây quấn ví dụ 2 khi Uv = 250V.........................................................25 Hình 1.22 Kích thước lõi gỗ ..........................................................................................28 Hình 1.23 Cắt bìa làm khuôn .........................................................................................28 Hình 1.24 Gấp thân khuôn quanh lõi gỗ .......................................................................29 Hình 1.25 Lồng mặt bích cách điện che cạnh dây quấn ...............................................29 Hình 1.26 Lắp lõi gỗ và khuôn quấn dây vào bào quấn ...............................................30 Hình 1.27 Phương pháp giữ đầu đầu khi số lớp là chẵn ...............................................30 Hình 1.28 Phương pháp giữ đầu đầu khi số lớp dây quấn là lẻ.....................................31 Hình 1.29 Lót giấy cách điện sau khi quấn ...................................................................32 Hình 1.30 Đưa đầu dây ra khi quấn hết cuộn dây ..........................................................32 Hình 1.31 Hoàn chỉnh các đầu ra ..................................................................................33 Hình 1.32 Ghép lõi thép vào cuộn dây quấn..................................................................34 Hình 2.1 Sơ đồ trải dây động cơ 3 pha Z = 24 rãnh, 2p=4 kiểu đồng tâm ....................40 Hình 2.2 Dạng bìa lót rãnh ............................................................................................ 42 Hình 2.3 Đẩy bìa lót vào rãnh .......................................................................................42 1
Hình 2.4 Ép bìa vào rãnh ............................................................................................... 43 Hình 2.5 Hoàn chỉnh lót bìa rãnh ..................................................................................43 Hình 2.6 Đo xác định kích thước khuôn quấn ............................................................... 43 Hình 2.7 Hình dáng khuôn và ốp khuôn........................................................................44 Hình 3.1 Động cơ 1 pha kiểu điện dung ........................................................................68 Hình 3.2 Sơ đồ trải bộ dây Stator động cơ không đồng bộ 1 pha xếp đơn Z= 16, 2p =4 (Không có cuộn điều tốc) .............................................................................................. 69 Hình 3.3 Sơ đồ trải dây cuộn điều tốc động cơ quạt bàn Z = 16, 2p = 4 ......................69 Hình 3.4 Sơ đồ trải bộ dây Stator động cơ không đồng bộ 1 pha xếp đơn Z= 16, 2p = 4 (Có cuộn điều tốc) .........................................................................................................69 Hình 3.5 Sơ đồ đấu dây với hộp số quạt bàn 3 cấp tốc độ ............................................70 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý và mạch điện thay thế khi thí nghiệm không tải MBA .......80 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý và mạch điện thay thế khi thí nghiệm ngắn mạch MBA .....81 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm có tải máy biến áp .............................................82 Hình 4.4 Dạng đặc tính ngoài MBA ..............................................................................82 Hình 4.5 Dạng đặc tính hiệu suất MBA ........................................................................82 Hình 5.1 Đặc tính cơ dạng M-s của máy điện không đồng bộ ......................................91 Hình 5.2 Đặc tính cơ dạng  - M của động cơ không đồng bộ.....................................92 Hình 5.3 Đặc tính tải của động cơ không đồng bộ ........................................................92 Hình 5.4 Điểm làm việc ổn định của động cơ không đồng bộ ......................................93 Hình 5.5 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 1 pha ..............................................93 Hình 5.6 Đặc tính cơ động cơ 1 pha với tụ điện (hoặc điện trở) khởi động ..................94 Hình 5.7 Đặc tính cơ động cơ 1 pha với tụ khởi động và tụ làm việc ...........................94 Hình 5.8 Đường đặc tính hệ số công suất......................................................................95 Hình 5.9 Đặc tính hệ số công suất khi đổi nối Y- .......................................................95 Hình 5.10 Sơ đồ mạch nguyên lý bài tập 5.1 ................................................................ 97 Hình 5.11 Sơ đồ lắp ráp thiết bị bài tập 5.1 ...................................................................97 Hình 5.12 Đặc tính mômen M (N.m) và hệ số trượt s(%) theo tốc độ khi đấu Y .......100 Hình 5.13 Đặc tính công suất cơ P2 (W), cos và hiệu suất  theo tốc độ khi đấu Y 100 Hình 5.14 Đặc tính mômen M (N.m) và hệ số trượt s(%) theo tốc độ khi đấu  .......101 Hình 5.15 Đặc tính công suất cơ P2 (W), cos và hiệu suất  theo tốc độ khi đấu  .101 Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý bài tập 5.2 ........................................................................102 Hình 5.17 Sơ đồ lắp ráp bài tập 5.2 .............................................................................102 Hình 5.18 Đặc tính khởi động với tải “Pum/Fan” khi chuyển mạch ở tốc độ 500rpm .....................................................................................................................................104 Hình 5.19 Đặc tính khởi động với tải “Pum/Fan” khi chuyển mạch ở tốc độ 1000rpm .....................................................................................................................................104 2
Hình 5.20 Đặc tính khởi động với tải “Pum/Fan” khi chuyển mạch ở tốc độ 1500rpm .....................................................................................................................................105 Hình 5.21 Đặc tính khởi động với tải “Calender” khi hằng số tải L1 = 4 ...................106 Hình 5.22 Đặc tính khởi động với tải “Calender” khi hằng số tải L2 = 8 ...................106 Hình 5.23 Sơ đồ nguyên lý nối Y tụ bù .......................................................................107 Hình 5.24 Sơ đồ nguyên lý nối  tụ bù .......................................................................107 Hình 5.25 Sơ đố lắp ráp nối Y bộ tụ bù .......................................................................107 Hình 5.26 Sơ đồ nối  bộ tụ bù ...................................................................................108 Hình 5.27 Các đường đặc tính khi bộ tụ bù nối Y (1F) ............................................109 Hình 5.28 Các đường đặc tính khi bộ tụ bù nối  (1F) .............................................110 Hình 5.29 Sơ đồ nguyên lý bài tập 5.4 ........................................................................110 Hình 5.30 Sơ đồ lắp ráp bài tập 5.4 .............................................................................111 Hình 5.31 Đặc tính cơ động cơ 1 pha ..........................................................................112 Hình 5.32 Điểm làm việc ổn định tĩnh với tải Pum/Fan .............................................113 Hình 5.33 Điểm làm việc ổn định tĩnh với tải Hoist driver .........................................114 Hình 6.1 Đặc tính cơ khi đấu -Y//Y đảm bảo M = const ..........................................120 Hình 6.2 Đặc tính cơ khi đấu -Y//Y đảm bảo P = const ...........................................120 Hình 6.3 Sơ đồ khối điều chỉnh tốc độ bằng điều áp xoay chiều ................................121 Hình 6.4 Đặc tính cơ khi giảm điện áp đặt vào stato ..................................................121 Hình 6.5 Đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ bằng thêm điện trở phụ vào roto ............121 Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện-cơ ................................................122 Hình 6.7 Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh tầng điện .....................................................122 Hình 6.8 Đặc tính cơ của hệ BT-ĐC điều khiển theo luật U/f = const .......................123 Hình 6.9 Đặc tính cơ của hệ BT-ĐC khi điều chỉnh theo luật  = const ....................123 Hình 6.10 Sơ đồ khối hệ thống biến tần ......................................................................124 Hình 6.11 Sơ đồ khối biến tần trực tiếp ......................................................................124 Hình 6.12 Sơ đồ biến tần nguồn áp .............................................................................125 Hình 6.13 Vị trí chức năng chính các phím trên mặt biến tần ....................................126 Hình 6.14 Sơ đồ đấu dây biến tần VF-S9 kiểu SINK logic ........................................127 Hình 6.15 Sơ đồ nguyên lý vận hành động cơ trên panel điều khiển ..........................130 Hình 6.16 Sơ đồ nguyên lý vận hành động cơ đảo chiều trên panel ...........................131 Hình 6.17 Sơ đồ nguyên lý bài tập 6.1 ........................................................................135 Hình 6.18 Sơ đồ lắp ráp bài tập 6.1 .............................................................................135 Hình 6.19 Sơ đồ nguyên lý bài tập 6.2 ........................................................................137 Hình 7.1 Sơ đồ đấu dây thực hành lấy các đặc tính máy phát đồng bộ ......................148 Hình 7.2 Đặc tính không tải ........................................................................................149 Hình 7.3 Đặc tính ngoài...............................................................................................149 3
Hình 7.4 Đặc tính điều chỉnh .......................................................................................150 Hình 7.5 Mở máy theo phương pháp không đồng bộ của động cơ đồng bộ ...............150 Hình 7.6 Đặc tính hình V ............................................................................................151 Hình 7.7 Sơ đồ nguyên lý bài tập 7.1 ..........................................................................153 Hình 7.8 Sơ đồ lắp ráp bài tập 7.1 ...............................................................................153 Hình 7.9 Sơ đồ nguyên lý bài tập 7.4 ..........................................................................156 Hình 8.1 Sơ đồ nguyên lý ĐCMC KTĐL ...................................................................164 Hình 8.2 Đặc tính cơ ĐCMC KTĐL ...........................................................................164 Hình 8.3 Sơ đồ nguyên lý ĐCMC KTSS ....................................................................165 Hình 8.4 Đặc tính cơ ĐCMC KTSS ............................................................................165 Hình 8.5 Sơ đồ nguyên lý ĐCMC KTNT ...................................................................165 Hình 8.6 Đặc tính cơ ĐCMC KTNT ...........................................................................165 Hình 8.7 Sơ đồ nguyên lý ĐCMC KTHH ...................................................................166 Hình 8.8 Đặc tính cơ của ĐCMC KTHH ....................................................................166 Hình 8.9 Sơ đồ nguyên lý bài tập 8.1 ..........................................................................167 Hình 8.10 Sơ đồ đấu nối thiết bị bài tập 8.1 ................................................................167 Hình 8.11 Các đặc tính động cơ một chiều kích từ song song ....................................168 Hình 8.12 Sơ đồ nguyên lý bài tập 8.2 ........................................................................169 Hình 8.13 Sơ đồ lắp ráp bài tập 8.2 .............................................................................169 Hình 8.14 Các đặc tính động cơ một chiều kích từ nối tiếp ........................................170 Hình 8.15 Sơ đồ nguyên lý bài tập 8.3 ........................................................................171 Hình 8.16 Sơ đồ đấu nối thiết bị bài tập 8.3 ................................................................171 Hình 8.17 Các đặc tính động cơ một chiều KTHH trợ từ với 100% cuộn dây KTNT173 Hình 8.18 Các đặc tính động cơ một chiều kích từ hỗn hợp trợ từ với 70% cuộn dây KTNT...........................................................................................................................173 Hình 8.19 Các đặc tính động cơ một chiều kích từ hỗn hợp trợ từ với 30% cuộn dây KTNT...........................................................................................................................174 Hình 9.1 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến đổi (BBĐ) .......................179 Hình 9.2 Đặc tính cơ ĐCMC KTĐL khi giảm điện áp phần ứng ...............................180 Hình 9.3 Đặc tính cơ ĐCMC KTĐL khi giảm từ thông .............................................180 Hình 9.4 Đặc tính cơ ĐCMC KTĐL khi thêm điện trở phụ .......................................180 Hình 9.5 Sơ đồ nguyên lý bài tập 9.1 ..........................................................................182 Hình 9.6 Sơ đồ đấu nối thiết bị bài tập 9.1 ..................................................................183 Hình 9.7 Dạng đặc tính cơ khi giảm điện áp phần ứng ĐCMC KTĐL ......................184 Hình 9.8 Dạng đặc tính cơ khi giảm từ thông ĐCMC KTĐL .....................................185 Hình 9.9 Sơ đồ nguyên lý bài tập 9.2 ..........................................................................185 Hình 9.10 Sơ đồ đấu nối thiết bị bài tập 9.2 ................................................................185 4
Hình 9.11 Sơ đồ nguyên lý bài 9.3 với 100% cuộn kích từ nối tiếp ...........................187 Hình 9.12 Sơ đồ đấu nối thiết bị bài tập 9.3 ................................................................188 Hình 9.13 Sơ đồ đấu với 70% cuộn KTNT .................................................................190 Hình 9.14 Sơ đồ đấu với 30% cuộn KTNT .................................................................190 Hình 10.1 Sơ đồ trải bộ dây pha A, B stato động cơ 3 pha xếp kép, bước ngắn, Z = 24, 2p = 4, m = 3................................................................................................................195 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Xác định hệ số ép chặt Kf .................................................................................. 12 Bảng 1.2 Bảng quan hệ Chtheo S2 ..................................................................................... 14 Bảng 1.3 Quan hệ S2 với  theo Robert Kuhn ................................................................... 14 Bảng 1.4 Quan hệ S2 với  theo Anten Hopp .................................................................... 14 Bảng 1.5 Mật độ dòng điện, khi biến thế vận hành liên tục ............................................... 15 Bảng 1.6 Mật độ dòng điện khi biến thế làm việc ngắn hạn .............................................. 15 Bảng 1.7 Mật độ dòng điện theo nhiệt độ phát nóng ......................................................... 15 Bảng 1.8 Công suất của biến thế theo độ bền cơ học ........................................................ 16 Danh mục các từ viết tắt TT Từ viết tắt Diễn giải Tên tiếng Anh 1 AC Dòng điện xoay chiều Alternating Current 2 BBĐ Bộ biến đổi Converter 3 BT Bộ biến tần Inverter 4 DC Dòng điện một chiều Direct Current 5 ĐC ĐB Động cơ đồng bộ Synchronous Motor ĐC KĐB, Induction Motor, Asynchronous 6 Động cơ không đồng bộ M Motor 7 ĐCMC Động cơ một chiều DC Motor 8 ĐT Điều tốc Velocity regulation 9 GVHD Giáo viên hướng dẫn Instruction Teacher 10 KĐ Khởi động Start 11 KTĐL Kích từ độc lập Separate Excitation 12 KTHH Kích từ hỗn hợp Compound Excitation 13 KTNT Kích từ nối tiếp Series Excitation 14 KTSS Kích từ song song Shunt Excitation 15 LV Làm việc Run 16 MBA Máy biến áp Transformer 17 MBA CL Máy biến áp cách ly (cảm ứng) Isolation Transformer 5
18 MBA TN Máy biến áp tự ngẫu Auto Transformer 19 MF ĐB Máy phát đồng bộ Synchronous Generator 20 MSSV Mã số sinh viên Student Code 21 PC Máy tính cá nhân Personal Computer Đường truyền dẫn tuần tự đa 22 USB Universal Serial Bus năng 6
BÀI 1: QUẤN MÁY BIẾN ÁP 1 PHA I. Mục tiêu bài học - Kiến thức: Nhận biết được máy biến áp 1 pha cảm ứng và tự ngẫu, ưu nhược điểm của chúng - Kỹ năng: + Tính toán các thông số quấn máy biến áp 1 pha cảm ứng và tự ngẫu + Quấn hoàn thiện máy biến áp 1 pha, vận hành và kiểm tra các thông số kỹ thuật - Thái độ: Rèn luyện tính cẩn thận khi thực hiện tính toán thông số và quấn dây biến áp, thái độ học tập nghiêm túc, phát huy trí sáng tạo trong thực hành. Tổ chức nơi thực hành gọn, sạch, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. II. Lý thuyết liên quan 1. Máy biến áp cảm ứng 1.1. Định nghĩa, ký hiệu Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý cảm ứng từ dùng để biến đổi biến đổi điện áp của hệ thống điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. - Ký hiệu: - Hình dáng: Hình 1.1 Ký hiệu máy biến áp và hình dáng máy biến áp - Công dụng: + Máy biến áp (MBA) có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, nó là một khâu quan trọng dùng để truyền tải và phân phối điện năng. Để dẫn điện từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ điện cần phải có đường dây truyền tải điện (Hình 1.2). + Ngoài ra máy biến áp còn được dùng trong các thiết bị lò nung (máy biến áp lò), trong hàn điện (máy biến áp hàn), làm nguồn cho các thiết bị điện, điện tử cần nhiều cấp điện áp khác nhau, trong lĩnh vực đo lường (máy biến điện áp, máy biến dòng)... 7
Hình 1.2 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản - Đặc điểm: Máy biến áp cảm ứng thường có 2 cuộn dây, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cách ly hoàn toàn về điện nên mức độ an toàn khá cao. Năng lượng điện được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp qua mạch từ. Máy biến áp cảm ứng thường dùng trong hệ thống điện để truyền tải và phân phối điện năng, được gọi là máy biến áp điện lực. Ngoài ra, máy biến áp cảm ứng còn được dùng làm nguồn điện cho các mạch điện, máy hàn điện, máy biến áp đo lường ... 1.2. Cấu tạo Cấu tạo của MBA gồm hai phần cơ bản là mạch từ và dây quấn. + Mạch từ: Được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện, có chứa hàm lượng silic từ 1% đến 4% và có bề dày từ 0,35 đến 0,5 mm. Có hai dạng mạch từ chính là mạch từ kiểu bọc có dạng E, I và mạch từ kiểu trụ có dạng U, I. Mạch từ gồm 2 phần: - Trụ: Là phần để quấn cuộn dây - Gông: Là phần mạch từ nối liền các trụ quấn dây với nhau Hình 1.3 Cấu tạo máy biến áp Hình 1.4 Lõi thép kiểu bọc 1 pha + Dây quấn: Dây quấn có nhiệm vụ nhận năng lượng điện từ nguồn và truyền năng lượng điện ra tải. Dây quấn là dây điện từ làm bằng đồng hoặc nhôm, có bọc lớp vỏ e-may hoặc coton để cách điện. Dây quấn thường gồm 2 cuộn dây: - Cuộn sơ cấp: Nối song song với nguồn - Cuộn thứ cấp: Nối song song với tải 8
1.3. Nguyên lý làm việc Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Mắc cuộn sơ cấp vào nguồn điện, lấy điện áp ra ở cuộn thứ cấp. Đặt vào dây quấn sơ cấp 1 điện áp xoay chiều u1 sẽ có dòng điện sơ cấp i1 chạy trong dây quấn sơ cấp N1. Dòng điện i1 sinh ra từ thông biến thiên  khép mạch trong lõi thép và móc vòng (xuyên qua) đồng thời với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, gọi là từ thông chính:  = msint (1-1) Vì từ thông qua dây quấn sơ cấp có số vòng N1, dây quấn thứ cấp có số vòng N2 biến thiên nên theo định luật cảm ứng điện từ trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp xuất hiện sức điện động cảm ứng: d = 2 E sin(t-  ) e1 = -N1 (1-2) 1 dt 2 e2 = -N2 d = 2 E sin(t-  ) (1-3) 2 dt 2 Nhìn vào công thức e1 và e2, ta thấy e1 và e2 có cùng tần số nhưng có trị hiệu dụng khác nhau. E N k  1  1 gọi là hệ số máy biến áp (1-4) E 2 N2 k > 1 => N1 > N2 gọi là máy giảm áp k < 1 => N1 < N2 gọi là máy tăng áp 2. Máy biến áp tự ngẫu 2.1. Giới thiệu chung Máy biến áp tự ngẫu (MBA TN) có một số vòng chung giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Nếu so sánh MBA TN với MBA cảm ứng (MBA cách ly) cùng cấp công suất thì nó một số đặc điểm sau : - Lõi thép MBA TN nhỏ hơn, số vòng dây MBA TN ít hơn MBA cảm ứng - Đường kính dây quấn nhỏ hơn - Từ tản và ∆U% nhỏ hớn - Dễ chế tạo, giá thành hạ - Không an toàn bằng MBA cảm ứng * So sánh máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp cảm ứng: + MBA tự ngẫu chế tạo rẻ hơn MBA cảm ứng có cùng công suất. + MBA tự ngẫu tổn hao khi vận hành nhỏ hơn MBA cảm ứng. + Nhược điểm: Khi vận hành với lưới điện trung tính máy biến áp tự ngẫu phải nối đất nếu không sẽ không an toàn. Máy biến áp tự ngẫu yêu cầu cách điện cao hơn MBA cảm ứng. 9
Ký hiệu: u1 u2 u2 u1 2   a) b) Hình 1.5 Ký hiệu MBA tự ngẫu a) Máy giảm áp; b) Máy tăng áp 2.2. Các dạng sơ đồ thông dụng U2  Hình 1.6 MBA TN một cấp điện áp vào, một cấp điện áp ra (thường U1 = 180 ÷ 220V, U2 = 2 2 0 V) U2  Hình 1.7 MBA TN hai cấp điện áp vào, hai cấp điện áp ra (thường U1=60÷110V hay U1=160÷220V và U2 =110/220V) 10
U2  220V Hình 1.8 MBA TN bốn cấp điện áp vào và hai cấp điện áp ra 3. Tính toán thông số quấn máy biến áp 1 pha cảm ứng • Bước 1: Xác định các số liệu ban đầu - Điện áp định mức phía sơ cấp (U1) và phía thứ cấp (U2) - Dòng điện định mức phía thứ cấp I2 - Nếu không biết rõ I2 cần xác định công suất biểu kiến phía thứ cấp S2 S2 = U2.I2 (1-5) Trong đó S[VA]; U[V] ; I[A] - Tần số nguồn điện f - Chế độ làm việc: ngắn hạn hay dài hạn • Bước 2: Xác định tiết diện tính toán At cần dùng cho lõi thép S2 At  1,432K (1-6) Bm Trong đó: At- Tiết diện tính toán của lõi thép [cm2] S2- Công suất biểu kiến tại thứ cấp MBA [VA] K- Hệ số hình dạng lõi thép - Lõi thép dạng E, I : K = 1 ÷ 1,2 - Lõi thép dạng U, I : K = 0,75 ÷ 0,85 Bm- Mật độ từ thông trong lõi thép [T] - Với lõi thép dẫn từ không định hướng Bm = 0,8 ÷ 1,2T - Với lõi thép dẫn từ có định hướng Bm = 1,2 ÷ 1,6T • Bước 3: Chọn kích thước cho lõi thép, tính khối lượng lõi thép Gọi Ag là Tiết diện thực của lõi thép ta có Ag = a.b (1-7) Trong đó At ≠ Ag do: 11
- Bề dày lớp cách điện của lá thép - Độ ba via có trên biên lá thép do công nghệ dập định hình lá thép. Độ chênh lệch giữa At và Ag xác định bằng hệ số ép chặt Kf At Ag  K f (Kf tra bảng 1.1) (1-8) Bảng 1.1 Xác định hệ số ép chặt Kf Bề dày lá thép Kf (mm) Lá thép ít ba via Lá thép nhiều ba via 0,35 0,92 0,8 0,5 0,95 0,85 Khi biết được At , chọn Kf suy ra Ag từ đó chọn các kích thước của lõi thép a, b. Để dễ thi công quấn dây, thường giữa a, b có quan hệ về kích thước như sau : b = a ÷ 1,5a Suy ra : Ag = a . b = a2 (khi a = b) hoặc Ag = 1,5a2 ( khi 1,5a = b) tóm lại ta có thể xác định dãy giá trị cho a, khi biết Ag như sau: a mi n  a  a ma x với: Ag a min  ; a max  Ag (1-9) 1,5 Trong đó: a- Chiều rộng trụ quấn dây b- Chiều dầy của lõi thép Phối hợp các giá trị cho sẵn của a trong thực tế, chọn a thích hợp cho lõi thép, từ đó tính lại giá trị chính Khi định được a và b áp dụng các phép tính hình học ta suy ra khối lượng cần dùng cho lõi thép. a) Trường hợp lõi thép dạng E, I: Gọi c : bề rộng cửa sổ lõi thép; h : bề cao cửa sổ lõi thép Thể tích lõi thép (trừ đi khoảng không gian ở 2 cửa sổ) được tính như sau: V = 2ab(a + c + h) (1-10) Khối lượng riêng của lá thép kỹ thuật điện  = 7,8 Kg/dm3 - Khối lượng lõi thép là: Wth = .V = 7,8 x 2a.b(a + c + h) = 15,6a.b(a + c + h) (1-11) với Wth [kg]; a,b,c [dm]. - Trường hợp lõi thép E, I đúng dạng tiêu chuẩn (c = a/2, h = 3a/2) ta có: Wth = 46,8 a2 b (1-12) 12
Hình 1.9 Các kích thước cơ bản của lõi thép b) Trường hợp lõi thép dạng UI : Hình 1.10 Các kích thước cơ bản của lõi thép dạng U,I Tương tự: c, h là chiều rộng và chiều cao cửa sổ lõi thép - Thể tích lõi thép đã trừ đi cửa sổ là V = 2a.b.(a + c + h) [dm3] (1-13) - Khối lượng lõi thép là : Wth =15,6a.b.(2a + c + h) [Vòng/Vôn] (1-14) • Bước 4: Xác định số vòng dây tạo ra 1 volt sức điện động trong mỗi bối dây sơ và thứ cấp. 1 nv  (1-15) 4,44. f .Bm . At 45,045 Với f = 50Hz và At [cm2] thì: nv  Bm . At • Bước 5: Xác định độ sụt áp phía thứ cấp lúc mang tải định mức Gọi U20, U2 ; là điện áp phía thứ cấp lúc chưa mang tải và có tải . Độ sụt áp phần trăm: U20  U2 U U%  .100  ( 20  1).100 (1-16) U2 U2 13
Hoặc U 20 = Ch*U2 với Ch = U20/U2 có thể tra từ bảng 1.2 như sau : Bảng 1.2 Bảng quan hệ Chtheo S2 S2 (VA) Ch S2 (VA) Ch S2 (VA) Ch S2 (VA) Ch 5 1,35 50 1,12 180 1,060 700 1,032 7,5 1,28 60 1,11 200 1,058 800 1,030 10 1,25 70 1,10 250 1,052 900 1,028 15 1,22 80 1,09 300 1,048 1000 1,025 20 1,18 90 1,085 350 1,045 1500 1,020 25 1,16 100 1,08 400 1,042 2000 1,016 30 1,14 120 1,075 500 1,038 3000 1,009 40 1,13 150 1,065 600 1,035 • Bước 6: Xác định số vòng dây quấn tại sơ và thứ cấp Căn cứ vào nv, U1, U20, gọi N1 và N2 lần lượt là số vòng dây quấn phía sơ và thứ cấp, ta có : N1 = U1 * nv [Vòng] (1-17) N2 = U20* nv [Vòng] • Bước 7: Ước lượng hiệu suất η của máy biến áp, tính dòng điện phía sơ cấp Tra hiệu suất η theo các bảng sau: Bảng 1.3 Quan hệ S2 với  theo Robert Kuhn S2 (VA) 3 10 25 50 100 1000 η% 60 70 80 85 90 > 90 Bảng 1.4 Quan hệ S2 với  theo Anten Hopp S2 (VA) 3 50 100 150 200 300 500 750 1000 η% 86,4 87,6 89,6 90,9 91,3 93 93 95,3 94 Chọn được η% từ đó tính dòng điện phía sơ cấp: S I1  (1-18) .U1 • Bước 8: Chọn mật độ dòng điện J suy ra tiết diện và đường kính dây quấn phía sơ cấp và thứ cấp. Các căn cứ để chọn mật độ dòng điện J - Cấp cách điện vật liệu; - Điều kiện giải nhiệt dây quấn; 14
- Chế độ vận hành liên tục chạy ngắn hạn. Khi biến thế vận hành liên tục, điều kiện giải nhiệt kém chọn J theo bảng 1.5. Bảng 1.5 Mật độ dòng điện, khi biến thế vận hành liên tục S2 (VA) 0 - 50 50 – 100 100 – 200 200 – 500 500 – 1000 J(A/mm2) 4 3,5 3 2,5 2 Với vật liệu cách điện cấp A (nhiệt độ tối đa cho phép 1050C) máy làm việc ngắn hạn, không liên tục (6 – 10 giờ liên tiếp) có thể chọn J theo bảng 1.6. Bảng 1.6 Mật độ dòng điện khi biến thế làm việc ngắn hạn S2 (VA) 0 - 50 50 – 100 100 – 200 200 – 500 500 – 1000 J(A/mm2) 5 – 6 4,5 – 5,5 4– 5 3,5 – 4,5 3– 4 Ngoài ra ta cũng có thể chọn J theo nhiệt độ phát nóng cho phép theo bảng 1.7. Bảng 1.7 Mật độ dòng điện theo nhiệt độ phát nóng At J (A/mm2) J (A/mm2) At J (A/mm2) Độ J (A/mm2) (cm2) Độ gia nhiệt Độ gia nhiệt (cm2) gia nhiệt Độ gia nhiệt 400C 600C 400C 600C 1,0 4,6 5,5 6,0 2,3 2,8 1,4 4,0 4,9 6,5 2,25 2,7 2,0 3,5 4,3 7,0 2,2 2,6 2,4 3,3 4,0 7,5 2,15 2,6 2,8 3,1 3,7 8,0 2,1 2,5 3,0 3,0 3,6 9,0 1,9 2,4 3,5 2,8 3,4 10 1,8 2,3 4,0 2,7 3,3 15 1,6 1,9 4,5 2,6 3,2 20 1,4 1,8 5,0 2,4 3,0 30 1,25 1,5 5,5 2,35 2,8 40 1,15 1,4 Chọn được J suy ra đướng kính dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Gọi d1, d2 là đường kính dây dẫn tròn, chưa kể lớp cách điện của sơ và thứ cấp ta có: I1 d1  1,13 J (1-19) I d 2  1,13 2 J Bước 9: Chọn chiều dày cách điện làm khuôn quấn dây () và chiều cao hiệu dụng quấn dây Hhd: 15