Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
Trờng trung cấp nghề cơ điện & kỹ thật nông lâm đông bắc
**********************************
Giáo trình
Giáo trình
Máy điện và truyền động điện
Tháng 6 năm 2008.
2
Mục lục
Nội dung Trang
Lời nói đầu.
4
Chơng I: Một số vấn đề chung về máy điện.
5
1. Khái niệm và phân loại máy điện. 5
2. Các định luật cơ bản dùng trong máy điện. 6
3. Các loại vật liệu chủ yếu dùng trong máy điện. 8
4. Các đại lợng định mức của máy điện. 10
Chơng II: Máy biến áp.
11
1. Khái niệm và phân loại máy biến áp. 11
2. Máy biến áp 1 pha. 12
3. Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ. 15
4. Máy biến áp 3 pha. 24
5. Máy biến áp hàn. 25
6. Những h hỏng và cách sửa chữa máy biến áp. 26
Chơng III: Máy điện một chiều.
28
1. Khái niệm và phân loại máy điện một chiều. 28
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều. 28
Chơng IV: Máy điện không đồng bộ.

32
1. Khái niệm và phân loại máy điện không đồng bộ. 32
2. Từ trờng của dòng điện xoay chiều hình sin. 33
3. Động cơ điện không đồng bộ ba pha. 36
Chơng V: Máy điện đồng bộ.
41
1. Khái niệm và phân loại máy điện đồng bộ. 41
2. Máy phát điện đồng bộ. 42
3. Động cơ điện đồng bộ. 44
Chơng VI: Dây quấn máy điện quay.
47
1. Những vấn đề chung về dây quấn Stato động cơ điện KĐB 3 pha. 47
2. Cách thiết lập giản đồ dây quấn 3 pha loại dây quấn 1 lớp. 48
3. Cách thiết lập giản đồ dây quấn 3 pha loại dây quấn 2 lớp. 52
4. Những vấn đề chung về dây quấn Stato động cơ điện KĐB 1 pha. 58
5. Dây quấn Stato động cơ điện KĐB 1 pha điện dung có ZA = ZB. 58
6. Dây quấn Stato động cơ điện KĐB 1 pha điện dung có ZA = 2ZB. 62
7. Những vấn đề chung về dây quấn máy điện một chiều. 66
Chơng VII: Phụ tải và phần cơ khí của truyền động điện.
75
1. Phần cơ khí của truyền động điện. 75
2. Phụ tải của truyền động điện. 75
3. Đặc tính cơ của động cơ điện và của máy sản xuất. 75
4. Các trạng thái làm việc của truyền động điện. 79
Chơng VIII: Các đặc tính và các trạng thái làm việc của một số
động cơ điện.
80
1. Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 80
2. Khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 86
3

3. Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 88
4. Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 89
5. Khởi động động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 92
6. Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 94
7. Các đặc tính và trạng thái làm việc của động cơ điện một chiều
kích từ hỗn hợp.
96
Chơng IX: Điều khiển tốc độ truyền động điện.
97
1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lợng điều chỉnh tốc độ. 98
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 99
3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ bằng cách thay đổi
thông số nguồn.
101
Lời nói đầu
Đất nớc ta đang trong quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc. Cùng
với xu thế phát triển chung của thế giới, nớc ta đã đạt đợc những thành tựu nhất định
trong kinh tế, kỹ thuật, năng suất lao động đợc nâng cao, đời sống nhân dân ngày
càng đợc ổn định. Trong đó phải kể đến lỗ lực đa điện lới quốc gia về tất cả các vùng
miền trên cả nớc. Đi kèm với quá trình đó, các máy điện đã đợc sử dụng rộng rãi
không chỉ trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải, nông lâmnghiệp . v.v..
mà còn đợc sử dụng cả trong dân dụng.
Để bắt kịp với sự phát triển chung của xã hội, nhà trờng đã không ngừng đổi
mới nội dung, phơng pháp giảng dạy với mục đích phấn đấu đạt kết quả cao nhất
trong nhiệm vụ giáo dục, đào tạo.
Giáo trình Máy điện Truyền động điện là một giáo trình tổng hợp của hai
môn học riêng biệt: Máy điện và Truyền động điện. Căn cứ vào nhiệm vụ và mục
tiêu đào tạo, giáo trình Máy điện Truyền động điện đợc biên soạn với mục đích
4
cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về một số loại máy điện thông dụng,

cách sử dụng và khai thác các loại máy điện. Trên cơ sở kiến thức đợc trang bị, học
sinh có thể vận dụng để giải quyết các vấn đề có trong thực tế đời sống, trong quá
trình sản xuất.
5
Chơng 1
Một số vấn đề chung về máy điện
1. Khái niệm - Phân loại Máy điện.
1.1. Khái niệm máy điện.
Là thiết bị điện từ, làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ, dùng để biến
đổi dạng năng lợng nh cơ năng thành điện năng (máy phát điện) và biến đổi điện
năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi thông số điện nh biến đổi
điện áp, dòng điện, tần số, số pha ...vv nhờ có mạch từ (lõi thép) và dây quấn.
1.2. Phân loại máy điện.
Máy điện có nhiều loại đợc phân theo nhiều cách khác nhau, ví dụ phân loại
theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo loại dòng điện, theo nguyên lý làm
việc...vv. Trong giáo trình này ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lợng.




a. Máy điện tĩnh.
6
Máy điện
Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay
Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều
Máy
không
đồng
bộ
Máy

đồng
bộ
Máy
biến
áp
Động
cơ
không
đồng
bộ
Máy
phát
không
đồng
bộ
Động
cơ
đồng
bộ
Máy
phát
đồng
bộ
Động
cơ
một
chiều
Máy
phát
một

chiều
Thờng gặp đó là máy biến áp, làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ do
sực biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tơng đối với nhau.
Máy điện tĩnh thờng dùng để biến đổi thông số điện năng, do tính chất thuận
nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính chất thuận
nghịch. Ví dụ: Máy biến áp biến đổi điện năng có thông số U
1
, I
1
, f thành điện năng
có thông số U
2
, I
2
, f., hoặc ngợc lại biến đổi hệ thống điện U
2
, I
2
, f thành hệ thống
điện U
1
, I
1
, f, (hình vẽ).
b. Máy điện quay.
Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ , lực điện từ do từ tr-
ờng và dòng điện các cuộn dây có chuyển động tơng đối với nhau gây ra. Loại máy
điện này thờng dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc cơ
năng thành điện năng (máy phát điện). Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch nghĩa
là máy điện có thể làm việc ở hai chế độ máy phát điện và động cơ điện.

2. Các định luật cơ bản dùng trong máy điện.
2.1. Định luật cảm ứng điện từ.
Trờng hợp từ thông () biến thiên xuyên qua vòng dây: Khi từ thông () biến
thiên xuyên qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động, nếu chọn
chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút
chai (hình vẽ), sức điện động cảm ứng trong một vòng dây đợc viết theo công thức
Mácxoen nh sau:
e = -
dt
d

Dấu trên hình vẽ chỉ chiều từ thông đi từ ngoài
vào trong, nếu cuộn dây có W vòng,
sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là:
e = -
dt
Wd

=
dt
d

Trong đó: = W gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây. Đơn vị đo của từ
thông là wb (vebe), sức điện động đo bằng vôn.
Trờng hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trờng: Khi thanh dẫn chuyển động
thẳng vuông góc với đờng sức từ trờng (đó là trờng hợp thờng gặp trong máy phát
điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng ra sức điện động e, có trị số là: e = Blv.
7
Trong đó: B - từ cảm đo bằng T (tesla);
l - chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ

trờng đo bằng m);
v - tốc độ của thanh dẫn đo bằng m/s.
2.2. Định luật lực điện từ.
Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng vuông góc với đờng sức từ trờng (đó
là trờng hợp thờng gặp trong động cơ điện), thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác
dụng vuông góc có trị số là: F
dt
= Bil
Trong đó: B từ cảm đo bằng T;
i - dòng điện đo bằng A (ampe);
l - chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn đo bằng m;
F
dt
- Lực điện từ đo bằng N (Niutơn).

8
3. Các loại vật liệu chủ yếu dùng trong máy điện:
Vật liệu chế tạo máy điện bao gồm vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu
cách điện và vật liệu kết cấu.
3.1. Vật liệu dẫn điện.
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện, vật liệu dẫn điện
dùng trong máy điện tốt nhất là Đồng, vì chúng không đắt lắm lại có điện trở suất ()
tơng đối nhỏ, ngoài ra ngời ta còn dùng Nhôm và các hợp kim khác nh Đồng thau,
Đồng phốt pho.
Để chế tạo dây quấn ngời ta thờng dùng Đồng, đôi khi cả nhôm và đợc cách
điện với nhau bằng vật liệu cách điện nh sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy nhựa hoá học,
sơn êmay. Với các máy điện có công suất nhỏ và trung bình, điện áp sử dụng dới 700
vôn thờng dùng dây êmay vì lớp cách điện mỏng, đạt độ bền yêu cầu đối với các bộ
phận khác nh vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trợt.
3.2. Vật liệu dẫn từ.

Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, ngời ta dùng các vật
liệu sắt từ để làm mạch từ nh thép lá kỹ thuật điện, thép lá thờng, thép đúc, thép rèn,
gang ít khi đợc dùng vì dẫn từ không tốt.
ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50 Hz thờng dùng thép lá kỹ
thuật điện có độ dày từ 0,35 đến 0,5 mm, trong thành phần của thép có từ 2 5% Si
(silic để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy). ở tần số cao hơn dùng thép lá
kỹ thuật điện có độ dày từ 0,1 đến 0,2 mm, tổn hao công suất trong thép lá là do hiện
tợng từ trễ và dòng điện xoáy sinh ra đợc đặc trng bằng suất tổn hao.
Thép lá kỹ thuật điện đợc chế tạo bằng phơng pháp cán nóng và cán nguội,
hiện nay máy biến áp và máy điện thờng dùng thép cán nguội vì có độ từ thẩm cao
hơn và công suất tổn hao nhỏ hơn loại cán nóng.
ở đoạn mạch từ có từ trờng không đổi, thờng dùng thép đúc, thép rèn hoặc
thép lá.
3.3. Vật liệu cách điện.
Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện
cách ly với nhau, cách ly giữa các bộ phận dẫn điện với nhau. trong máy điện vật liệu
cách điện phải có độ bền cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và có độ bền cơ
9
học cao, độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn, quyết định nhiệt độ
cho phép của dây dẫn và do đó quyết định tải của nó. Nếu tính năng của vật liệu cách
điện cao thì lớp cách điện mỏng và kích thớc máy giảm.
Chất cách điện chủ yếu gồm 4 nhóm: Chất hữu cơ thiên nhiên nh giấy, vải lụa;
Chất vô cơ nh amiăng, mica, sợi thuỷ tinh; Các chất tổng hợp; Các loại men, sơn
cách điện.
Chất cách điện tốt nhất là mica, song tơng đối đắt nên chỉ đợc dùng trong các
máy điện có điện áp cao, thông thờng chỉ dùng các vật liệu nh giấy, vải, sơi...vv,
chúng có độ bền cơ cao, mềm, rẻ tiền xong dẫn nhiệt xấu, hút ẩm, cách điện kém, do
đó dây dẫn phải tẩm xấy sơn cách điện để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện.
Căn cứ vào độ bền nhiệt, vật liệu cách điện đợc chia ra làm nhiều loại cấp cách
điện sau:

Cấp
cách
điện
Vật liệu
T
0
giới hạn cho
phép vật liệu
(0
0
c)
T
0
trung bình
cho phép dây
quấn (0
0
c)
A
Sợi Xenlulô, bông hoặc tơ tẩm trong vật liệu hữu
cơ lỏng
105 100
E Vài loại màng tổng hợp 120 115
B
Amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính và vật liệu
gốc mica
130 120
F
Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thuỷ tinh có chất
kết dính và sợi tổng hợp

155 140
H
Vật liệu gốc mica, Amiăng, Sợi thuỷ tinh phối
hợp chất kết dính và tẩm silíc hữu cơ
180 165

Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí, hydro) hoặc thể lỏng
(dầu máy biến áp).
3.3. Vật liệu kết cấu.
Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học nh
trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thờng là gang,
thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo.
10
4. Các đại lợng định mức của máy điện.
4.1. Điện áp định mức.
Là điện áp định mức đã quy vào dây quấn của máy điện, ký hiệu là U
đm
.
4.2. Dòng điện định mức.
Là dòng điện định mức đã quy vào dây quấn của máy điện ứng với công suất
định mức và điện áp định mức, ký hiệu là I
đm
.
4.3. Công suất định mức.
Là công suất định mức của máy điện, là công suất biểu kiến định mức, ký
hiệu là S
đm
.
Ngoài ra còn tần số định mức: f
đm

, số pha, sơ đồ đấu nối dây...vv
Câu hỏi ôn tập chơng 1
Câu 1. Anh/Chị hãy nêu khái niệm và phân loại máy điện?
Câu 2. Anh/Chị hãy trình bầy các định luật cơ bản dùng trong máy điện?
Câu 3. Anh/Chị hãy nêu các loại vật liệu chủ yếu dùng trong máy điện?
Câu 4. Anh/Chị hãy nêu các đại lợng định mức của máy điện?
11
Chơng 2
Máy biến áp
1. Khái niệm và phân loại máy biến áp.
1.1. Khái niệm máy biến áp.
Để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp và ngợc
lại.
Trong hệ thống điện xoay chiều, hệ thống dùng để tăng, giảm điện áp gọi là
máy biến áp. Máy dùng để biến đổi từ điện áp thấp lên điện áp cao gọi là máy tăng
áp, máy dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp gọi là máy giảm áp .
1.2. Phân loại máy biến áp .
Theo công dụng gồm: Máy biến áp động lực gồm truyền tải và phân phối , có
công suất lớn và điện áp cao.
Máy biến áp Nguồn; Máy biến áp Hàn;Máy biến áp đo lờng; Máy biến áp an
toàn.
Theo thứ tự số pha: Máy biến áp 1 pha; Máy biến áp 2 pha; Máy biến áp 3
pha.
Theo phơng pháp làm mát: Máy biến áp khi tự làm mát bằng không khí có
công suất nhỏ.
Máy biến áp làm mát bằng dầu: Lõi sắt và cuộn dây đợc ngâm trong dầu biến
áp.
Máy biến áp kiểu dầu tuần hoàn cỡng bức.
Máy biến áp làm mát bằng kiểu thông gió mạnh , có quạt gió xung quanh vỏ .
1.3. ứng dụng của Máy biến áp .

Dùng để truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ . Nếu tăng điện
áp lên cao sẽ giảm đợc tổn thất công suất và tiết diện dây, giảm kim loại màu.


12

P =

CosIU
dd
.3
; I
d
=

CosU
P
d
.3


a
b
c
2. Máy biến áp 1 pha.
2.1. Cấu tạo của máy biến áp 1 pha.
Gồm 2 bộ phận chính:
* Lõi thép: Cấu tạo theo kiểu trụ hoặc kiểu vỏ, kiểu vành khăn (kiểu tròn).
Kiểu trụ: Là thép có kiểu khung chữ nhật (a).
Kiểu vỏ: Là thép kiểu liền hay chữ E và chữ I tạo nên (b).

Kiểu vành khăn: Lá thép mỏng, uốn thành cung tròn tạo nên (c).
* Dây quấn:
Thông thờng biến áp có 2 cuộn dây, dây quấn bằng dây đồng hoặc nhôm gọi
là dây điện từ, quấn xung quanh trụ lói thép. Dây quấn nối với nguồn điện gọi là dây
sơ cấp , ký hiệu W
1
. Dây quấn nối với phụ tải là dây quấn thứ cấp, ký hiệu là W
2
. Cả
2 cuộn dây thứ cấp và sơ cấp có thể quấn xung quanh một trụ hoặc 2 trụ lõi thép .
Giữa 2 cuộn dây và lõi thép phải đặt chất cách điện.
2.2. Nguyên lý làm việc.
Làm việc dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ.
Sơ đồ nguyên lý máy biến áp
13
Nếu ta đặt vào cuộn dây sơ cấp W
1
, điện áp xoay chiều U
1
sẽ sinh ra dòng
điện sơ cấp I
1
. Dòng điện sơ cấp I
1
sẽ sinh ra từ thông chạy trong lõi thép. Từ thông
này sẽ móc vòng qua cả 2 cuộn dây sơ và thứ, đó là từ thông tính theo định luật cảm
ứng điện từ.Từ thông sẽ biến thiên cảm ứng ở cuộn dây sơ cấp một sức điện động
là.
e
1

= -W
1
dt
d

Và cảm ứng ở cuộn dây thứ cấp , một sức điện động là.
e
2
= - W
2

dt
d

Trong đó: W
1
và W
2
là số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp . Hai sức
điện động này biến đổi theo hệ số sin và có trị số hiệu dụng là.
E
1
= 4,44 f w
1
max.
E
2
= 4,44 f w
2
max.

Trong đó: max: là trị số từ thông chính lớn nhất.
f: Là tần số lới điện .
Trong trờng hợp máy chạy không tải, thứ cấp hở mạch thì U
1
= E
1
; U
2
=E
2
.
Nếu chia E
1
cho E
2
ta có.
2
1
E
E
=
2
1
U
U
=
max2..44,4
max1..44,4
Wf
Wf

=
2
1
W
W
2
1
W
W
: Gọi là tỷ số máy biến áp và đặt = K.
Nếu K > 1 Tức W
1
> W
2
: Gọi là máy biến áp giảm áp.
Nếu K < 1 Tức W
1
< W
2
: Gọi là máy biến áp tăng áp.
2.3. Tổn thất và hiệu suất của máy biến áp.
Tổn hao đồng: Là tổn hao trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp sinh ra, ký hiệu là
Pđ.
Với sơ cấp : Pđ
1
= R
1
I
1
2

Với thứ cấp : Pđ
2
= R
2
I
2
2
Vậy tổn hao đồng do 2 cuộn dây sinh ra sẽ là :
Pđ = Pđ
1
+Pđ
2
= R
1
I
1
2
+ R
2
I
2
2
Trong đó: R
1
và R
2
là điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
14
I
1

và I
2
là dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Tổn hao trong lõi thép (tổn hao sắt từ ) Pst: Do hiện tờng từ trễ sinh ra và
dòng điện xoay (dòng Fu cô) trong lõi thép. Tổn hao này chỉ phụ thuộc vào từ thông
trong lõi phép nghĩa là điện áp đặt vào chứ không phụ thuộc vào dòng điện, không
thay đổi theo phụ tải. Do vậy tổn hao trong máy biến áp sẽ là :
P = Pđ + Pst
Hiệu suất của máy biến áp:
Công suất đa vào phía sơ cấp là P
1
.
Công suất lấy ra phía thứ cấp là P
2
. P
1
= P
2
+ P
Hiệu suất của máy biến áp sẽ là. =
1
2
P
P
=
PstPdP
P
++
2
2


2.4. Các thông số kỹ thuật của máy biến áp.
* Điện áp định mức:
- Điện áp sơ cấp định mức, điện áp đã quy vào dây quấn sơ cấp. Ký hiệu U
1
đm.
- Điện áp thứ cấp định mức là điện áp giữa 2 đầu dây quấn thứ cấp khi cuộn thứ
cấp có tải định mức và điện áp vào cuộn sơ cấp định mức, ký hiệu U
2
đm.
* Dòng điện định mức: Là đòng điện đã quy vào cho mỗi cuộn dây của máy biến
áp , ứng với công suất định mức và điện áp định mức , ký hiệu là Iđm , bao gồm
I
1
đm và I
2
đm.
* Công suất định mức: Là công suất biểu kiến trên các cực của dây cuốn thứ cấp ở
chế độ làm việc định mức, ký hiệu là Sđm.
Với máy biến áp 1 pha: Sđm = U
2
đm . I
2
đm.
Với máy biến áp 3 pha: Sđm =
3
. U
2
đm . I
2

đm.
Đơn vị tính là VAr hay KVAr. Trong đó U
2
đm và I
2
đm là điện áp và dòng
điện định mức của cuộn thứ cấp.
Tần số: Ký hiệu là f (f = 50 Hz).
2.5. Các tình trạng của máy biến áp.
Tình trạng ngắn mạch: Là tình trạng dây quấn thứ cấp bị ngắn mạch, khi bị
ngắn mạch, dòng điện sẽ tăng cao từ 10 đến 20 lần dòng điện định mức, cho nên sẽ
gây lên cháy hỏng. Tuyệt đối không đợc để thứ cấp ngắn mạch.
15
Tình trạng phụ tải: Là máy làm việc nối đúng phụ tải để dòng điện sơ cấp
không vợt quá trị số cho phép xong cũng có thể lớn hơn một chút nhng trong thời
gian ngắn.
Để đánh giá mức độ tải, ngời ta đa ra hệ số Kt.
Kt =
dmI
I
2
2

dmI
I
1
1
Nếu Kt = 1: Là máy đợc mang tải định mức;
Nếu Kt > 1: Là máy đang làm việc quá tải;
Nếu Kt < 1: Là máy đang làm việc non tải.

Tình trạng không tải: Là tình trạng sơ cấp có điện áp đặt vào định mức, còn
thứ cấp hở mạch, do đó công suất đa vào máy chỉ bù vào tổn hao trong máy và dòng
điện chủ yếu chỉ để tạo ra từ trờng trong máy nên hệ số cos thấp. Do vậy không đợc
để máy không tải hoặc non tải.
3. Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ.
3.1. Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ loại cách ly (tự cảm).
Là loại máy có cuộn sơ cấp và thứ cấp riêng biệt, cách ly nhau.
Chọn mạch từ làm theo công thức : S = 1,2
P
( cm
2
).
Trong đó: S: là tiết diện trụ lõi thép , đơn vị tính là cm
2
.
P: công suất tính bằng VA.
Vì độ hở là tôn và chất cách điện nên tiết diện thực tế cần lớn hơn khoảng 10%
do vậy tiết diện thực tế sẽ là : Stt = 1,1 S
Ví dụ: Tính Stt của máy biến áp có công suất 150 VA.
S = 1,2
P
= 1,2
150
14,5 cm
2
Stt = 1,1 S = 1,1 . 14,5 = 16 cm
2
Ngoài ra còn chọn theo bảng sau
Công suất VA Tiết diện thực tế cm
2

5 25 3 7
25 50 7 10
50 75 10 12
75 100 12 14
100 150 14 17
150 200 17 19
200 300 19 23
16
300 400 23 27
400 500 27 30
Tính số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp, theo công thức.
E
1
= U
1
= 4,44.f.W
1
. max; Mà max = S.B.10
-8
W
1
=
8
10....44,4
1

BSf
U
Trong đó: f là tần số lới điện (HZ). S là tiết diện lõi thép (cm
2

). B là cảm ứng
từ (GS) W
1
và U
1
là số vòng dây và điện trở sơ cấp.
Vậy: U
2
= 4,44 f.S.B.10
-8

W
2

=
8
10....44,4
2

BSf
U
Cảm ứng từ B trong tính toán thực tế trong khoảng 700 đến 1.400 GS.
Khi tính đợc W
2
, ta có thể tính W
1
theo công thức.
W
1
=

2
2
1
.W
U
U
Xong tổn thất điện áp trên thứ cấp khi không tải sẽ là .
U
2
= U
2
t + U
2
t . U %
Trong đó: U
2
t: là điện áp định mức thứ cấp khi có tải.
U%: là tỷ lệ % tổn thất điện áp.
Tổn thất điện áp phụ thuộc vào công suất máy
Công suất VA Tổn thất điện áp U% Công suất VA Tổn thất điện áp U%
5 10 25 15
12 17 50 12
75 10 300 7
100 8 400 6,5
200 7,5

Quan hệ giữa tiết diện lõi thép và số vòng/ vôn
Tiết diện hiệu dụng Cm
2
Số vòng/vôn( n

0
)
4 9,5
6 6,3
8 4,7
10 3,8
12 3,2
14 2,7
17
16 2,4
18 2,1
20 1,9
22 1,7
24 1,6
26 1,5
28 1,4
30 1,3
Tính tiết diện dây quấn: Sd = I/ J ( m m
2
).
Trong đó:
Sd: là tiết diện dây quấn ;
I: là cờng độ dòng điện (A);
J: là mật độ dòng điện (A/mm
2
).
Tra mật độ dòng điện theo bảng sau
Công suất VA Mật độ dòng tối đa (A/ mm
2
)

0-50 4
50-100 3,5
100-200 3
200-500 2,5
500-1000 2
Ví dụ: Tính Sd có dòng điện đi qua là 2A, công suất máy là 200 VA.
Ta tra bảng tìm dợc J = 3 ứng với công suất máy là 200VA .
Ta có: Sd = I/J = 2/3 = 0,66 mm.
18
B¶ng tra kÝch cì d©y §ång
§êng kÝnh d©y
(mm)
TiÕt diÖn d©y
mm
2
Khèi lîng d©y
dµi 1 km (kg)
®iÖn trë d©y dµi
1 km (
Ω
)
Sè vßng d©y
trªn cm
2
(w
0
)
0,05 0,00 196 0,01746 9100
0,06 0,00 283 0,0252 6310
0,07 0,00 383 0,0342 4630

0,08 0,00503 0,0447 3550
0,09 0,00 636 0,0566 2810
0,10 0,00 785 0,0 698 270 5500
0,11 0,00 950 0,0845 1813
0,12 0,0 1131 0, 1005 1524 4000
0,13 0,0 1327 0,1180 1296
0,14 0,0 1539 0,1368 1118 3100
0,15 0,0 1767 0,1571 974 2800
0,16 0,0 2010 0,1788 856
0,17 0,0 2270 0,202 758
0,18 0,0 2550 0,226 674 2070
0,19 0,0 284 0,252 606
0,20 0,0 314 0,279 548 1720
0,21 0,0 346 0,308 497 1400
0,23 0,0 415 0,369 415
0.25 0,0 491 0,436 351 1140
0,27 0,0 573 0,509 300
0,29 0,0 661 0,578 260 810
0,31 0,0 761 0,671 228
0,33 0,0 855 0,760 201
0,35 0,0 962 0,855 178,8 590
0,38 0, 1134 1,008 151,8
0,41 0, 1320 1,173 130,3 470
0,44 0, 1521 1,352 113,2 380
0,47 0, 1735 1,542 99,2
0,49 0, 1886 1,676 91,3 305
0,51 0, 201 1,816 84,1
0,53 0,221 1,961 77,8
0,55 0,238 2,11 72,3
0,57 0,255 2,27 67,5

0,59 0,273 2,43 63,0 215
0,62 0,302 2,68 57,0
0,64 0,322 2,86 53,4
0,67 0,353 3,13 48,7
0,69 0,347 3,32 46,0 160
0,72 0,407 3,62 42,3
0,74 0,430 3,82 40,0
0,77 0,466 4,14 36,9
19
0,80 0,503 4,47 34,2 125
0,83 0,541 4,81 31,8
0,86 0,581 5,16 29,6
0,90 0,636 5,66 27,0
0,93 0,679 6,04 25,3
0,96 0,724 6,43 23,8
1,00 0,785 6,78 21,9 80
1,04 0,849 7,55 20,3
1,08 0,916 8,14 18,79 68
1,12 0,985 8,75 17,47
1,16 1,057 9,40 16,28
1,20 1,131 16,05 15,22 58
1,25 1,227 10,91 14,02
1,30 1,327 11,80 12,96 50
1,35 1,431 12,73 12,01
1,40 1,539 13,69 11,18 44
1,45 1,651 14,68 10,41
1,50 1,767 15,71 9,74 39
1,56 1,911 16,99 9,00
1,62 2,06 18,32 8,36 33
1,68 2,22 19,71 7,75 30

1,74 2,38 21,1 7,23
1,81 2,57 22,9 6,70 26
1,88 2,78 24,7 6,19 23
1,95 2,99 26,5 5,76
2,02 3,20 28,5 5,38 20
2,10 3,46 30,8 4,97
2,26 4,01 35,7 4,29
2,44 4,68 41,6 3,68
2,63 5,43 48,3 3,17
2,83 6,29 55,9 2,73
3,05 7,31 65,0 2,35
3,28 8,45 75,1 1,04
3,53 9,79 87,0 1,758
3,80 11,34 100,8 1,581
4,10 13,20 117,4 1,303
4,50 15,90 141,4 1,082
4,80 18,10 160,9 0,951
5,20 21,20 188,8 0,812
TÝnh tiÕt diÖn cöa sæ lâi thÐp: Σ Sdp =
01
1
W
W
+
02
2
W
W
( cm
2

)
Trong ®ã: Σ Sdp lµ tiÕt diÖn tæng cña hai cuén d©y s¬ vµ thø, W
01
vµ W
02
lµ
sè vßng d©y cuén s¬ vµ cuéc thø cÊp trªn 1cm
2
.
20
W
1
vµ W
2
lµ sè vßng d©y cuén s¬ vµ cuén thø cÊp. Ngoµi ra ta cßn kÓ ®Õn b×a
c¸ch ®iÖn gi÷a hai cuén d©y víi nhau vµ hai cuén d©y víi lâi thÐp.

21
Scs = KS
Trong đó Scs là tiết điện cửa sổ . K là hệ số lấy tới 1,5đến 2,5 chọn . Chọn giá
trị lớn khi quấn bằng tay,chọn giá trị nhỏ khi quấn bằng máy.
Bài tập:
Chế tạo máy biến áp có điện áp sơ cấp là 220V,điện áp thứ cấp là 30V ,
dòng điện áp thứ cấp 2A. f = 50Hz .
Giải
Công suất máy : P = U
2
.I
2
= 30 .2= 60VA

Cờng độ dòng điện sơ cấp: I
1
= P/ U
1
= 6/ 220 0,27(A)
Tra bảng tìm tiết diện có P = 60VA thì tiết diện lõi thép là 11 cm
2
.Chọn lá
thép có bề dày bằng 0,4mm .
Ta có 32 : 0,4 = 80 lá
Tính tổn thất điện áp . Tra bảng có U% 11%.
Nên điện áp thứ cấp khi không có tải là .
U2 = U2t + U2t .
100
%U
= 30 +
100
11.30
33,3 (V)
Tra bảng ứng với s = 11 cm
2
, ta có n
0
= 3,5( vòng / vôn)
Vậy số vòng dây sơ cấp là .
W
1
= U,n
0
= 220.3,5 = 770 (vòng)

Và số vòng dây thứ cấp W
2
= U
2
.n
0
= 33,3.3,5 = 116,5 (vòng)
Tra bảng ứng với công suất máy P= 60VA.
Vật tiết diện dây quấn sơ cấp là.
S dq1 = I
1
/ J = 0,27/ 3,5 0.0771 ( mm
2
) # = 0,31mm
S dq2 = I
2
/ J = 0,2/ 3,5 0.57 ( mm
2
) # = 0,85mm
Tiết diện mặt cắt cuộn dây (tra bảng ):
W
01
= 215( vòng/Cm
2
)
W
02
= 80 (vòng/Cm
2
)

Ta có:
Sdp =
01
1
W
W
+
02
2
W
W
= 770/215 + 116/80 = 3,58 + 1,45 = 5,03( cm
2
).
Do quấn bằng tay , ta chọn hệ số K = 2.
22
Ta có Scs = K Sdp = 2.5,03 = 10,06 ( cm
2
)
Chọn S
CS
= 10,06 ( cm
2
) có chiều cao cửa sổ là 5 cm, chiều rộng là 2,1 cm .
3.2. Tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ loại tự ngẫu.
Cấu tạo máy biến áp 1 pha công suất nhỏ loại tự ngẫu, gồm có cuộn dây vừa là
sơ cấp vừa là thứ cấp, gọi tỷ số biến áp là K ta có:
K= U
1
/ U

2
= W
1
/ W
2
Nếu thay đổi vị trí vị trí điểm trợt B ta có thể thay đổi đợc số vòng dây W
2
, do
đó thay đổi đợc điện áp U
2
.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, tiết kiệm vật t, hiệu suất cao, xong giữa sơ cấp và
thứ cấp cùng dây nên có sự liên hệ về điện, cho nên cách điện phải tốt.Tỷ số biến áp
K 2
Cách tính toán biến áp tự ngẫu:
Pt = Pđ
UCA
UHAUCA


Trong đó: Pt: Là công suất từ để tính lõi thép biến áp ;
P
đ
: Là công suất điện định mức , U
CA
là điện áp phía sơ cấp ;
U
HA
: Là điện áp phía thứ cấp.
Ví dụ: Trên máy có ghi 220V/ 110V- 10A, có nghĩa là điện áp phía sơ cấp = 110

vôn, dòng điện 10 A.
ứng dụng chế tạo máy biến áp tự ngẫu (Sutvontơ).
23
Tạo ra nhiều điện áp khác nhau từ một trị số điểm áp của nguồn. Điều chỉnh
để điện áp pha có 1 trị số nhất định trong khi điện áp nguồn vào thay đổi.
Bài tập:
Tính điện áp lõi thép và dây quấn máy biến áp tự ngẫu có U = 220v/ 110 v -5A.
Giải :
Pđ = U
HA
.I
HA
= 110.5.= 550V
Pt = Pđ .
UCA
UHAUCA

= 550
220
110220

= 275 VA
Tiết diện hiệu dụng lõi thép:
S = 1,2.
P
= 1,2
2275
20 (cm
2
)

Tra bảng ta có N
0
= 1,7( vòng/ vôn).
Tổn thất điện áp U% 7,2%.

U2 =
100
%.2 UU
=
100
2,7.110
8(V)
Vì là biến áp tự ngẫu, do đó số vòng dây thứ cấp nằm trong sơ cấp, cộng thêm
số vòng dây tổn thất điện áp thứ cấp.
W
1,2
= ( 220 +8) . 1,7 = 388(vòng)
Tiết diện dây quấn:
I
1
= P
đ
/ U
1
= 550/ 220 = 2,5( A)
I
BC
= I
2
- I

1
= 5- 2,5 = 2,5( A)
Tra bảng có J = 2:
S
dq1
=
Sdq2
= I
1
/J = 2,5 / 2 = 1,25 mm
2
# =1,25(mm)
Tiết diện mặt cắt ta có: W
01,2
= 50 (vòng / cm
2
)
Sdp =
01
1
W
W
+
02
2
W
W
7,76 ( cm
2
)

Chọn K = 2 -> Scs = 2 x 7,7 15,5 (cm
2
).
Chọn lá thép có chiều rộng 4 cm, chiều xếp chồng là 5,5 cm. Lá thép dày 0,5
mm thì hết 110 lá. Cửa sổ có chiều rộng 2,25 cm, chiều cao 7 cm.
Cấu tạo máy biến áp tự ngẫu: Cấu tạo máy biến áp tự ngẫu có 4 nấc tăng lớn, 7
nấc tăng nhỏ, 3 nấc giảm vừa. Tiếp điểm đỉnh rơ le mắc nối tiếp vào nguồn sơ cấp.
Cuộn dây Rơle mắc song song. tuỳ theo điện áp cuộn dây.
24




4. Máy biến áp 3 pha.
4.1. Cấu tạo của máy biến áp 3 pha (có 2 kiểu chế tạo).
a. Kiểu mạch từ riêng:
Gồm 3 biến áp 1 pha giống nhau đấu theo sơ đồ 3 pha, có u điểm vận chuyển
tháo lắp dễ dàng, Sửa chữa thuận tiện song tốn nhiều vật t , chế tạo chiếm diện tích
không gian lớn , chỉ chế tạo khi cần có công suất lớn .
25
b. Kiểu mạch từ chung:
Lõi thép 3 trụ hoặc 5 trụ, dây quấn đợc mắc trên các trụ. Dây sơ cấp đợc ký
hiệu bằng chữ in hoa là AX, BY, CZ. Dây thứ cấp đợc ký hiệu chữ in thờng là ax
by, cz.
4.2. Tổ nối dây máy biến áp.
Dây quấn, sơ cấp và thứ cấp có thể đấu theo hình sao, hoặc hình tam giác, vậy
sẽ tạo ra các cách nối sau đây:
TT 1 2 3 4
Cuộn sơ cấp Y Y


Cuộn Thứ cấp Y

Y
5. Máy biến áp hàn.
5.1. Cấu tạo.
Là loại biến áp đặc biệt, dùng để hàn bằng phơng pháp hồ quang. Máy biến
áp hàn dùng cuộn kháng: Cuộn sơ cấp W
1
đợc nối vào nguồn điện 220 v, hoặc 380v.
Cuộn thứ cấp W
2
nối tiếp với cuộn kháng số 3, điện áp khi không tải khoảng 70
vôn, khi có tải: U
2đm
= 30(V). Dòng điện hàn có thể thay đổi đợc bằng cách có thể
thay đổi khe hở (6) của cuộn kháng (3) bằng cách di chuyển lõi thép động số 7 (hình
vẽ a).
Máy biến áp hàn dùng mạch từ chung: Cuộn kháng số (3) và cuộn kháng thứ
cấp W
2
đợc quấn trên mạch từ chung. Lõi thép động số (7) để thay đổi khe hở dẫn
đến thay đổi dòng điện hàn (hình vẽ b).
26