Tài liệu:

TÍNH TOÁN VÀ THI
CÔNG QUẤN DÂY
MÁY BIẾN ÁP


















TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP

PHẦN I. TÍNH TOÁN LÍ THUYẾT MÁY BIẾN ÁP

BƯỚC 1. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC TIÊU CHUẨN CỦA LÁ THÉP CHỮ
E, I.
Hình 1: Hình dạng của các lá thép

Ký hiệu và tên gọi các kích thước cơ bản của khung thép:
 a: bề rộng trụ giữa của lõi thép .
 b: bề dày của khung thép máy biến áp.
 c: bề rộng cửa sổ khung thép.
 h: bề cao cửa sổ lỏi thép.
Lưu ý:
Các kích thước trên có thể được tính theo đơn vị (mm) hoặc (cm)
 Các kích thước a, c, h được đo trực tiếp tên mỗi 1 lá thép E, I.
 Riêng kích thước b được xác định gián tính bằng cách đo trực tiếp chiều dày của mỗi 1
lá thép E, I sau đó đếm tổng số l
 thép E, I rồi xác định bề dày b theo công thức:

b = bề dày của 1 lá thép*tổng số lá thép

 Chú ý với lá thép kỹ thuật điện tiêu chuẩn thuộc dạng tôn cán nóng hoặc cán lạnh vận
hành tại tần số lưới điện f=50 Hz, thì bề dày tiêu chuẩn của lá thép thường là 0.35 hoặc
0.5 mm.

Hình 2: Kích thước tổng quát của lá thép

Sau khi xác định được toàn bộ kích thước của khung thép tiêu chuẩn ta có thể xác định
được khối lượng của lõi thép máy biến áp.
Gọi W
fer

là khối lượng của khung thép biến áp; với giá trị khối lượng riêng của lõi thép
là 7,8kg/dm
3
ta xác định khối lượng khung thép theo công thức sau:

W
fer
= 46,8.a
2
.b

Với: W
fer
tính theo đơn vị (kg)
a, b theo đơn vị (dm)



Tiết diện từ thông móc vòng xuyên qua các dây quấn được tính theo công thức:

A
t
= a.b

Trong đó A
t
: là tiết diện trụ giữa lõi thép (đơn vị cm
2
)
a, b: các kích thước của khung thép (đơn vị cm)


Công suất máy biến áp:
 Công suất của máy biến áp kiểu bọc (dây quấn chỉ đặt ở trụ giữa hình chữ E, I)

P =



 Công suất của máy biến áp kiểu lõi (dây quấn được quấn trên 2 trụ của lõi thép hình
chữ U)

P =












BƯỚC 2. XÁC ĐỊNH n
V
(SỐ VÒNG DÂY QUẤN TẠO RA 1 VOLT SỨC ĐIỆN
ĐỘNG CẢM ỨNG)
Trong bước này chúng ta cần thực hiện 2 thao tác là:


1. Chọn mật độ từ thông (hay từ cảm) B để tính toán lõi thép.
2. Áp dụng công thức tính sức điện động tạo ra trong dây quấn máy biến áp để tính n
V




Trong đó: n
V
(vòng/volt) ; B (T) ; A
t
(cm
2
)
Chú ý:
 Ở đây 45 là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tần số và chất lượng lõi thép
 Với là thép kỹ thuật điện có chiều dày tiêu chuẩn từ 0,35mm đến 0,5 mm, lá thép thuộc
dạng tôn cán nóng có hàm lượng silic từ 2% đến 4% chúng ta chọn giá trị từ thông
B=1T đến B=1,2T (hàm lượng silic thấp dẫn đến từ cảm thấp); đây là lá thép kỹ thuật
điện thuộc dạng dẫn từ đẳng hướng
 Với là thép kỹ thuật điện có chiều dày tiêu chuẩn từ 0,35mm đến 0,5 mm, lá thép thuộc
dạng tôn cán lạnh có hàm lượng silic khoảng 4% chúng ta chọn giá trị từ thông
B=1,4T đến B=1,6T ; đây là lá thép kỹ thuật điện thuộc dạng dẫn từ định hướng với
các lá thép có hình dạng đặc biệt như hình xuyến…vv và không thuộc hình dạng chữ
E, I.









BƯỚC 3: XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ TÍNH TOÁN SỐ VÒNG DÂY
QUẤ N CỦA MÁY BIẾN ÁP













Theo lí thuyết thì số vòng
dây quấn của các cuộn
dây máy biến áp được xác
định theo sức điện động cảm ứng trong các bộ dây sơ cấp và thứ cấp.
Gọi U
1
và U
2
lần lượt là điện áp ở các đầu sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp chúng ta
có thể tính toán số vòng dây quấn máy biến áp theo quan hệ:

N

1
= n
V
.U
1

N
2
=(1,05÷1,1). n
V
. U
2


Hình 3. S
ơ đ
ồ nguy
ên lí máy bi
ến áp

Trong đó:
N
1
và N
2
lần lượt là số vòng dây quấn ở cuôn sơ cấp và thứ cấp.
Khoảng giá trị 1,05÷1,1 được coi như tỉ số chênh lệch giữa sức điện động tại dây
quấn sơ cấp so với điện áp định mức tại thứ cấp lúc đầy tải.
BƯỚC 4: CHỌN MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN (J) , ƯỚC LƯỢNG HIỆU SUẤT ( ) ,
CHỌN GIÁ TRỊ HỆ SỐ LẤP ĐẨY (K

LĐ
) VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH DÂY
QUẤN SƠ CẤP VÀ THỨ CẤP.

 Muốn chọn được giá trị mật độ chính xác, chúng ta phải dựa vào công suất của máy
biến áp. Ta có số liệu tham khảo của 1 số máy biến áp sau:

 Với J = 4 (A/mm
2
) - Công suất từ (0 - 50 VA)
 Với J = 3,5 (A/mm
2
) - Công suất từ ( 50 - 100VA)
 Với J = 3 (A/mm
2
) - Công suất từ (100 - 200VA)
 Với J = 2,5 (A/mm
2
) - Công suất từ ( 200 - 250VA)
 Với J = 2 (A/mm
2
) - Công suất từ ( 500 - 1000VA)
 Với biến áp công suất thấp ta có thể chọn J = 5 - 10 (A/mm
2
)

 Gọi là hiệu suất của máy biến áp, ta có công thức tính hiệu suất của máy biến áp 1
pha như sau:

= = =


Trong đó:
S
1
, S
2
lần lượt là công suất biểu kiến cung cấp vào phía sơ cấp và thứ cấp
Từ công thức tính hiệu suất ta suy ra được quan hệ sau:

=



 Với mật độ dòng điện J đã chọn ở trên, chúng ta suy ra được tỉ số tiết diện (s) của dây
quấn sơ cấp và thứ cấp theo quan hệ sau:

s = =


Gọi s
1
,

s
2
lần lượt là tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp
d
1,
d
2

là đường kính dây trần phía sơ cấp và thứ cấp
Suy ra:
= = = =



Tóm lại ta có quan hệ sau:

hay =

Lưu ý:
Với dây quấn sơ cấp và thứ cấp là dây điện từ tiết diện tròn tráng men, thì đường
kính dây có tính lớp men bọc (d
tm
) và đường kính dây trần (d
dt
) có mối quan hệ
sau:

d
tm
[mm] = d
dt
[mm] + 0.05[mm] & = 1,1÷1,44





Trong quá trình tính ước lượng sơ bộ, chúng ta có thể thiết lập quan hệ sau đây để loại

bỏ ảnh hưởng chênh lệch giá trị giữa &



 Gọi K
lđ
là hệ số lấp đầy cửa sổ lõi thép; K
lđ
được tính như sau:

K
lđ
=
Thông thường chọn = 0,36

 Gọi A
cs
là tiết diện cửa sổ lõi thép
A
cs
= c.h [mm
2
]


Trong đó:
A
cs
có đơn vị là mm
2

a, b tính bằng mm
Lưu ý: đối với lá thép tiêu chuẩn ta có

c = ; h [mm]

Suy ra:
A
cs
= = 0,75a
2
[mm
2
]





Kết hợp với các công thức ra ta suy ra được:

= [mm]

Chọn giá trị = 0,46, ta xác định được tiết diện dây quấn có lớp tráng men ở cuộn
sơ cấp và thứ cấp theo quan hệ:




Giải hệ các phương trình trên, ta suy ra được tiết diện dây quấn có tính lớp tráng men
của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: đường kính có cách điện và đường kính dây trần của

phía dây sơ cấp và thứ cấp

BƯỚC 5: ƯỚC LƯỢNG CÔNG SUẤT BIỂU KIẾN BÊN PHÍA SƠ CẤP

Dựa vào tiết diện dây trần bên phía sơ cấp và thứ cấp cùng với giá trị mật độ dòng điện
(J) đã tính ở bước 4, chúng ta tính được dòng điện định mức qua dây quấn khi mang
đầy tải (tải đúng định mức) theo công thức sau:



Căn cứ vào giá trị dòng điện tính được chúng ta xác định được công suất biểu kiến
cung cấp từ cuộn thứ cấp đến tải là:



BƯỚC 6: TÍNH TOÁN SỐ VÒNG DÂY QUẤN 1 LỚP, SỐ LỚP CẦN QUẤN
CỦA BỘ DÂY SƠ CẤP VÀ THỨ CẤP
 Kích thước và vật liệu làm khuôn dây quấn
 Bề dầy giấy cách điện giữa các lớp quấn
Phần này sẽ tính toán cụ thể ở phần tính toán số liệu chính xác cho máy biến áp thi
công.




























PHẦN II. TÍNH TOÁN SỐ LIỆU MÁY BIẾN ÁP

Ở phần này chúng ta sẽ tính toán các số liệu ở các bước phần I












Hình 4: kích thước
(mm) thực của khung
thép
chuẩn
Kích thước trên là kích thước khung chuẩn của máy biến áp có bán trên thị trường để
thi công.
a = 26mm; b= 0,05 x 70=35mm; c = = 13 mm; h = = 39 mm
Với các kích thước trên ta tính được:
 KL lõi thép W
fer
= 46,8.a
2
.b = 46,8.0,26
2
.0,35 1.1(kg)
 Tiếp diện trụ giữa lõi thép A
t
= a.b = 2,6.3,5= 9,1(cm
2
)
 Công suất máy biến áp: P = (A
t
/1.2)
2
= (9.1/1.2)
2
= 57 VA
 Số vòng trên volt n

V
= = = 4,1
 Vì theo yêu cầu quấn máy biến áp sẽ cho ra 2 mức điện áp là 9v và 12v nên ta có số
vòng quấn ở cuộc sơ cấp và thứ vấp như sau:
Số vòng dây quấn ở cuộn sơ cấp:
N
1
= n
V
.U
1
= 4.220 = 880 vòng
Số vòng dây quấn tạo ra điện áp 9v ở cuộn thứ cấp là:
N
2
= 1,1.n
V
.U
2
= 1,1.4.9= 39.6 vòng
Số vòng dây quấn tạo ra điện áp 12v ở cuộn thứ cấp là:
N
2
= 1,1.n
V
.U
2
= 1,1.4.12 = 52,8 vòng

 Tính toán tiết diện dây quấn

 Vì công suất máy biến áp đạt P = 57 VA so sánh với các số liệu cung cấp ở Bước 4
suy ra mật đô dòng điện J= 3,5 [A/mm
2
]. Thông thường chúng ta sẽ chọn hệ số lấp
đầy của máy biến áp K
lđ
=0,46
 Hiệu suất ( ) của máy biến áp sẽ dao động từ 0,7 tùy thuộc vào kĩ thuật chế
tạo máy biến áp. ở đây do quá trình quấn dây là thủ công sẽ có rất nhiều khe hở dẫn
đến giảm hiệu suất máy biến áp, vì vậy chúng ta chọn = 0,80.
 Diện tích cửa sổ lõi thép A
cs
= c.h = 13.39 = 481 [mm
2
]
 Xác định thiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp theo hệ phương trình sau:



Với
N
1
= 880 (vòng) số vòng quấn ở cuộn sơ cấp
Đầu ra thứ cấp 9v:
N
2
= 40 (vòng) số vòng quấn ở cuộn thứ cấp
Đầu ra thứ cấp 12v:
N
2

= 53 (vòng) số vòng quấn ở cuộn thứ cấp

S
1 tm
, s
2 tm
: lần lượt là tiết diện có lớp tráng men ơ cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.









Giải hệ phương trình trên ta suy ra được:
 Đầu ra thứ cấp 9v:


= 20

s
1 tm
= 0,12 mm d
1
= = 0,39 mm
s
2 tm
= 2,52 mm d

2
= = 1,7 mm
 Đầu ra thứ cấp 12v:


=
s
1 tm
= 0,15 mm d
1
= = 0.40 mm
s
2 tm
= 2,25 mm d
2
= = 1,6 mm

Chú ý:
Tuy là tạo ra 2 mức điện áp khác nhau, nhưng do cùng quấn trong trong 1 máy biến áp
(cùng kích thước khung, hệ số lấp đầy …) nên sẽ chọn cùng tiết diện ở đầu sơ cấp và
thứ cấp ở 2 mức điện áp 9v & 12v và sẽ chỉnh tròn số các giá trị được tính được theo
các kích thước có sẵn, do các nhà sản xuất quy định.
Sau khi xem xét thực tế nên sẽ chỉnh lại các giá trị
d
1
= 0.35mm, d
2
= 1,15 mm.







 Công suất biểu kiến
Dựa vào tiết diện dây trần ở cuộn sơ cấp và thứ cấp, giá trị mật độ dòng điện đã chọn,
chúng ta tính dòng điện định mức qua dây quấn khi đầu tải .
I
1
= J.s
1 dt
= 3,5.0,3 = 1,05A
I
2
= J.s
2 dt
= 3,5.1,1 = 3,85A
Suy ra:
Công suất biểu kiến bên phía thứ cấp của máy biến áp là
Với đầu ra 9V
S
2
= U
2.
I
2 dt
= 9.3,85 = 34,65 (W)
Với đầu ra 12V
S
2

= U
2.
I
2 dt
= 12.3,85 = 46,20 (W)
 Số vòng quấn 1 lớp và số lớp quấn ở cuộn sơ cấp và thứ cấp
Kích thức lòng của khung quấn dây








Cuộn sơ cấp
trên 1 lớp = = 100
Số vòng
vòng/lớp
Số lớp quấn = = 8,8
Cuộn thứ cấp
số vòng trên 1 lớp = vòng/lớp
số lớp quấn tạo ra 9v = = 1,3 lớp lớp
số lớp quấn tạo ra 12v = = 1,7 lớp 2 lớp

Các thông số của máy biến áp đã tính toán.

Thông số sơ cấp
Thứ cấp
9v 12v

Số vòng/volt (n
V
)

4 4 4
Tiết diện [mm] 0,1 0,9 0,9
Đường kính dây
có lớp tráng men
[mm]
0,35 1,15 1,15
Đường kính dây
trần [mm]
0,3 1,1 1,1
Số vòng dây
quấn[vòng]
880 40 53
Số vòng trên lớp
[vòng/lớp]
100 30 30
Số lớp [lớp] 9 2 2
Công suất của
máy biến áp
[VA]
57 VA
Công suất biểu
kiến S [W]
231 34,65 46,20













PHẦN III: THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP

1. Khung quấn dây bẳng nhựa có bán trên thị trường
Lưu ý:
Khi tính toán số vòng lớp dây quấn, bề cao quấn dây xác định theo kích thước đã trừ
đi bề dầy của khung quấn (phần khung quấn che phía trên mặt của bộ dây). Gọi bề cao
dùng quấn là bề cao hiệu dụng H
hd
, ta có công thức tính H
hd
như sau:

H
hd
= h - 2*(bề dày khung quấn dây)




2. Khung quấn dây bằng giấy cách điện


Trong hình trên trình bày phương pháp quấn dây có khung quấn bằng giấy cách
điện.