Giáo trình Mô đun 20: Máy biến áp - Nghề Điện dân dụng
1
BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH & XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Tên mô đun: Máy biến áp
NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ-TCDN
Ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề)
Hà Nội, năm 2012
2
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có
thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích
kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
3
LỜI GIỚI THIỆU
Trong giai đoạn xây dựng và phát triển đất nước “Công nghiệp hóa,
hiện đại hóa”. Xã hội ngày càng đòi hỏi một nguồn nhân lực trẻ vững về lý
thuyết và chuyên sâu về tay nghề. Do đó cuốn giáo trình Máy biến áp được biên
soạn theo Chương trình của tổng cục day nghề. Mục đích của giáo trình là giới
thiệu những vấn đề cơ bản nhất về các loại máy biến áp của chuyên ngành đào
tạo. Vì vậy người dạy và người học cần tham khảo thêm các giáo trình khác có
liên quan đến ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn.
Trong quá trình biên soạn giáo trình, chúng tôi có tham khảo nhiều
tài liệu, giáo trình đang sử dụng học tập, kết hợp với kinh nghiệm bản thân đưa
ra kiến thức phù hợp với đối tượng sử dụng và gắn liền với thực tế sản xuất, đời
sống hàng ngày để nâng cao tính thực tiễn của giáo trình và đạt chuẩn quốc gia
chuyên ngành điện dân dụng.
Mô đun Máy biến áp được xây dựng nhằm phục vụ cho các yêu cầu nói
trên. Nội dung mô đun bao gồm 14 bài như sau:
Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp (cảm ứng) một pha
Bài 2: Các trạng thái làm việc của máy biến áp cách ly một pha
Bài 3: Tổn hao năng lượng và hiệu suất của máy biến áp cách ly một pha
Bài 4: Xác định cực tính các cuộn dây của máy biến áp cách ly một pha
Bài 5: Tính toán máy biến áp cách ly một pha
Bài 6: Quấn dây máy biến áp cách ly một pha
Bài 7: Cấu tạo nguyên lý làm việc của máy biến áp tự ngẫu
Bài 8: Tính toán máy biến áp tự ngẫu một pha
Bài 9: Quấn dây máy biến áp tự ngẫu
Bài 10: Máy biến áp hàn
Bài 11: Tẩm sấy máy biến áp
Bài 12: Máy biến áp ba pha
Bài 13: Máy điều chỉnh điện áp bằng tay một pha
Bài 14: Bộ nạp ắc qui
Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo
trình khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê.
Chúng tôi rất cảm ơn các cơ quan hữu quan của TCDN, BGH và các thày
cô giáo trường CĐN Bách nghệ Hải Phòng và một số giáo viên có kinh nghiệm,
cơ quan ban ngành khác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm tác giả hoàn thành
giáo trình này.
Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm
khuyết; rất mong các thày cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào
tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng
hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của Mô đun nói riêng và ngành
điện dân dụng cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung.
4
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ:
Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng
Khoa Điện – Điện tử
Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng
Email: khoadienbn@gmail.com
Hà Nội, ngày…..tháng…. năm 2013
Nhóm biên soạn
1. Chủ biên: Phạm Minh Cường
2. Nguyễn Duy Thanh
3. Phạm Văn Việt
4. Mai Ngọc Phong
5
MỤC LỤC
TRANG
BÀI 1 ............................................................................................................... 10
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY
MỘT PHA........................................................................................................ 10
1. Khái niệm, công dụng .............................................................................. 10
2. Cấu tạo máy biến áp cách ly một pha. ...................................................... 11
3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp cách ly một pha. ............................. 12
4. Các thông số của máy biến áp. ................................................................. 14
5. Đo điện áp, xác định tỉ số biến đổi của máy biến áp. ................................ 14
BÀI 2 ............................................................................................................... 17
CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY MỘT PHA
......................................................................................................................... 17
1. Trạng thái làm việc không tải của máy biến áp......................................... 17
2. Trạng thái làm việc có tải. ........................................................................ 21
3. Trạng thái làm việc ngắn mạch................................................................. 24
BÀI 3 ............................................................................................................... 28
TỔN HAO NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY
MỘT PHA........................................................................................................ 28
1. Tổn hao năng lượng...................................................................................... 28
2. Hiệu suất của máy biến áp........................................................................ 30
BÀI 4 ............................................................................................................... 31
XÁC ĐỊNH CỰC TÍNH CÁC CUỘN DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY
MỘT PHA........................................................................................................ 31
1. Phương pháp xác định cực tính các cuộn dây máy biến áp. ...................... 31
2. Thực hiện xác định các cuộn dây máy biến áp bằng nguồn điện 1 chiều... 32
3. Thực hiện xác định cực tính các cuộn dây máy biến áp bằng nguồn điện
xoay chiều........................................................................................................ 34
4. Đấu nối và vận hành thử máy biến áp....................................................... 35
5. Kiểm tra thông số ..................................................................................... 38
BÀI 5 ............................................................................................................... 39
TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY MỘT PHA...................................... 39
1. Tổng quan. ............................................................................................... 39
2. Trình tự tính toán máy biến áp độc lập cách ly một pha dựa trên sơ đồ biến
áp và tham số dòng điện, điện áp phía sơ cấp và thứ cấp (Bài toán thuận)........ 39
6
3. Trình tự tính toán máy biến áp độc lập cách ly một pha dựa vào kích thước
lõi thép (bài toán ngược) .................................................................................. 43
4. Các bài tập ứng dụng tính toán máy biến áp. ............................................ 44
BÀI 6 ............................................................................................................... 48
QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA........................................................ 48
1.Quy trình quấn dây.................................................................................... 48
2. Thực hiện quấn dây hoàn chỉnh máy biến áp độc lập một pha có đầy đủ các
số liệu dây quấn và mạch từ ............................................................................. 60
3. Cấp nguồn và kiểm tra thông số máy biến áp ........................................... 62
BÀI 7 ............................................................................................................... 64
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 64
1.Khái niệm, công dụng. .............................................................................. 64
2. Cấu tạo của máy biến áp tự ngẫu.............................................................. 64
3.Nguyên lý hoạt động. ................................................................................ 65
4. Ưu nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu. ................................................ 66
5. Tháo lắp máy biến áp tự ngẫu một pha công suất nhỏ. ............................. 67
BÀI 8 ............................................................................................................... 70
TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU ....................................................... 70
1. Phương pháp tính toán máy biến áp tự ngẫu một pha dựa trên sơ đồ biến áp
và tham số công suất, dòng điện, điện áp phía sơ cấp và phía thứ cấp, cuộn dây
của máy biến áp có cùng kích cỡ đường kính (bài toán thuận) ......................... 70
2.Phương pháp tính toán máy biến áp tự ngẫu một pha dựa vào kích thước lõi
thép, cuộn dây của máy biến áp có cùng kích cỡ đường kính (bài toán ngược). 71
3. Các bài tập ứng dụng tính toán máy biến áp tự ngẫu. ............................... 73
BÀI 9 ............................................................................................................... 76
QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU MỘT PHA ..................................... 76
1. Quy trình quấn dây................................................................................... 76
2. Thực hiện quấn hoàn chỉnh máy biến áp tự ngẫu một pha với các số liệu
tính toán. .......................................................................................................... 78
3. Cấp nguồn, kiểm tra thông mạch máy biến áp tự ngẫu. ............................ 80
BÀI 10 ............................................................................................................. 82
MÁY BIẾN ÁP HÀN ...................................................................................... 82
1. Đặc điểm và phân loại máy biến áp hàn. .................................................. 82
2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy biến áp hàn. .................... 82
3. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục............................................. 85
4. Quấn dây máy biến áp hàn. ...................................................................... 89
7
Bài 11............................................................................................................... 93
TẤM SẤY MÁY BIẾN ÁP.............................................................................. 93
1. Mục đích của việc tẩm sấy ....................................................................... 93
2. Các phương pháp và quy trình tẩm sấy..................................................... 93
3. Tẩm sấy máy biến áp................................................................................ 95
Bài 12............................................................................................................... 98
MÁY BIẾN ÁP 3 PHA .................................................................................... 98
1.Công dụng................................................................................................. 98
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................. 98
3. Các đại lượng định mức. .......................................................................... 99
4. Các tổ nối dây máy biến áp 3 pha. .......................................................... 100
5. Đấu nối máy biến áp............................................................................... 101
BÀI 13 ........................................................................................................... 103
MÁY ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG TAY MỘT PHA............................... 103
1. Công dụng, cấu tạo, nguyên lý làm việc. ................................................ 103
2. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp................................................................ 104
3. Bảo dưỡng sửa chữa. ............................................................................ 109
BÀI 14 ........................................................................................................... 111
BỘ NẠP ẮC QUY......................................................................................... 111
1. Công dụng, cấu tạo, nguyên lý làm việc. ................................................ 111
2. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp xoay chiều thành một chiều.................... 112
3. Quy trình thiết kế máy nạp ắc quy 220/12V – 5A................................... 115
4. Bảo dưỡng sửa chữa............................................................................... 120
8
MÔ ĐUN: MÁY BIẾN ÁP
Mã mô đun: MĐ 20
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí mô đun: Mô đun được bố trí sau khi học xong các môn học chung,
các môn học/ mô đun: An toàn lao động; Mạch điện; Vẽ điện; Vật liệu điện; Kỹ
thuật điện tử cơ bản; Khí cụ điện hạ thế; Đo lường điện và không điện; Nguội cơ
bản
- Tính chất của mô đun: Là mô đun cơ sở nghề.
Mục tiêu của mô đun:
*Về kiến thức:
Trình bày được về cấu tạo, nguyên lý làm việc, công dụng và các thông số
của máy biến áp độc lập (cách ly) một pha, ba pha và các máy biến áp đặc biệt:
Máy biến áp tự ngẫu, máy áp đo lường, máy biến áp hàn.
*Về kỹ năng:
- Tính toán được các thông số kỹ thuật cần thiết để quấn hoàn chỉnh một
máy biến áp một pha (S < 5 kVA).
- Phân tích được các hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng của máy biến áp
một pha công suất nhỏ (S < 5kVA ).
- Sửa chữa, bảo dưỡng máy biến áp một pha công suất nhỏ ( S<5 kVA)
- Lắp ráp, sửa chữa được bộ nạp ắc quy, máy điều chỉnh điện áp bằng tay
đạt yêu cầu kỹ thuật.
*Về thái độ:
- Có đầy đủ năng lực, tinh thần trách nhiệm và tác phong công nghiệp
Nội dung của mô đun:
Thời gian
Số
TT
Tên các bài trong mô đun
Tổng Lý
số thuyết
Thực
hành
Kiểm
tra*
Cấu tạo và nguyên lý làm việc
1
của máy biến áp (cảm ứng) một 4
pha
3
1
0
Các trạng thái làm việc của máy
biến áp cách ly một pha
Tổn hao năng lượng và hiệu suất
của máy biến áp cách ly một pha
Xác định cực tính các cuộn dây
của máy biến áp cách ly một pha
Tính toán máy biến áp cách ly
một pha
2
3
4
5
4
2
3
1
3
2
1
1
1
0
0
0
0
4
2
4
9
Quấn dây máy biến áp cách ly
một pha
Cấu tạo nguyên lý làm việc của
máy biến áp tự ngẫu
Tính toán máy biến áp tự ngẫu
một pha
Quấn dây máy biến áp tự ngẫu
6
7
14
4
2
2
2
10
2
2
0
0
8
9
4
2
14
14
2
2
2
1
2
10
12
1
2
0
0
1
10 Máy biến áp hàn
11 Tẩm sấy máy biến áp
12 Máy biến áp ba pha
4
1
Máy điều chỉnh điện áp bằng tay
một pha
13
8
2
6
0
14 Bộ nạp ắc qui
Cộng:
8
90
3
30
5
55
5
10
BÀI 1
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY MỘT PHA
Mã bài: MĐ 20.01
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc, công dụng và
thông số của máy biến áp một pha.
- Đo điện áp, xác định được tỉ số biến đổi của máy biến áp.
- Có đầy đủ năng lực, tinh thần trách nhiệm và tác phong công nghiệp
Nội dung:
1. Khái niệm, công dụng
Mục tiêu:
Trình bày được khái niệm, định nghĩa, công dụng của máy biến áp cách ly
một pha
1.1. Khái niệm
Chúng ta đã biết, nguồn điện xoay chiều một pha được sử dụng trong gia
đình hay sinh hoạt gồm có nhiều cấp điện áp như: 220VAC, 110VAC, 36VAC,
24VAC, 12VAC… Để thực hiện được công việc từ nguồn điện một pha có cấp
điện áp định mức, biến đổi thành nguồn điện một pha có cấp điện xoay chiều gọi
là: Máy biến áp
Trong thực tế, máy biến áp cách ly một pha có loại: Một dây quấn, hai dây
quấn. Dây quấn gồm có 2 cuộn dây được quấn riêng biệt. Nhưng đều dựa trên
một nguyên lý đó là nguyên lý cảm ứng điện từ.
Định nghĩa:
Máy biến áp là máy điện tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện
từ, dùng để biến đổi của hệ thống dùng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang
điện cấp điện áp khác, nhưng vẫn giữ nguyên tần số
Ký hiệu máy biến áp 1 pha trên sơ đồ:
U
1
U
2
1.2. Công dụng máy biến áp cách ly một pha.
Máy biến áp cách ly một pha được sử dụng để phân phối năng lượng ở
mức điện áp kinh tế nhất và cũng để tận dụng năng lượng một cách hiệu quả tiện
lợi và an toàn.
Máy biến áp cách ly dùng để cách ly giữa các mạch điện với nhau hoặc
giữa các khối tín hiệu một chiều được duy trì từ tín hiệu xoay chiều liên tục với
các mạch điện và để hạn chế nhiễu tín hiệu từ trong nhiều mạch điện.
Máy biến áp cách ly một pha được sử dụng để biến đổi nguồn điện xoay
chiều sang nguồn điện một chiều. Trong đó, máy biến áp đóng vai trò là thiết bị
trung gian phối hợp với các thiết bị khác. Máy biến áp gồm có một cuộn dây thứ
cấp được liên hệ với nhau thông qua từ trường cảm ứng. Máy biến áp có lõi sắt
11
hay lõi có thể biến đổi được, phụ thuộc vào chức năng hoạt động và ứng dụng
của nó. Như máy hàn hồ quang.
Máy biến áp không có mạch từ bằng lõi thép mà hoàn toàn bằng không
khí, thì đó là máy biến áp lõi không khí. Nhưng máy biến áp đó có từ thông kém
hơn và thường được sử dụng với công suất thấp, trong các mạch điện từ.
2. Cấu tạo máy biến áp cách ly một pha.
Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo của lõi thép, dây quấn, vỏ máy của máy biến
áp cách ly một pha.
Máy biến áp có cấu tạo gồm 3 phần chính: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
2.1. Lõi thép.
Hay còn gọi là mạch từ dùng để dẫn từ trường trong máy. Nó được chế
tạo bằng vật liệu dẫn từ tốt như lõi thép lá kỹ thuật điện (Tôn sillic) có chiều dày
từ 0,35 ÷ 0,5 mm. Cắt thành hình chữ U, I, E. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi
thép trên bề mặt các lá thép có lớp sơn cách điện ghép với nhau.
a – Mạch từ dạng I
b – Mạch từ dạng E, I
a – Mạch từ dạng U, I
a – Mạch từ dạng hình xuyến
a)
b)
Hình 1.1: Các dạng mạch từ
của máy biến áp
c)
d)
Lõi thép bao gồm phần trụ và gông từ:
- Trụ là phần của mạch từ trên có đặt dây quấn.
- Gông từ là phần của mạch từ dùng để nối giữa các trụ , tạo thành một
mạch từ khép kín.
- Mạch từ gồm có 2 loại: Là kiểu trụ và bọc.
+ Mạch từ không có gông từ bao xung quanh cuộn dây gọi là mạch từ
kiểu lõi (trụ).
+ Mạch từ có gông bao xung quanh cuộn dây gọi là mạch từ kiểu vỏ
(bọc).
Gông
Cuộn
dây
Trụ
a)
b)
Hình 1.2: Mạch từ kiểu lõi và kiểu vỏ máy biến áp
12
a) Mạch từ kiểu lõi (trụ).
b) Mạch từ kiểu vỏ (bọc).
2.2. Dây quấn
Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng đồng hay nhôm, có tiết
diện tròn hay dẹt (chữ nhật). Phía ngoài có phủ sơn cách điện hoặc cotton thủy
tinh. Là nơi có tác dụng tạo ra từ trường và cảm ứng ra sức điện động. Dây quấn
gồm có nhiều vòng dây tạo thành lớp, nhiều lớp tạo thành cuộn dây và được
lồng vào trụ của mạch từ máy biến áp.
Các máy biến áp thường có 2 dây quấn:
- Dây quấn gọi là sơ cấp được nối với nguồn điện.
- Dây quấn gọi là thứ cấp được nối ra tải.
Tùy theo cấu tạo của mạch từ kiểu lõi hay bọc mà cuộn dây cao áp và hạ
áp có thể quấn theo kiểu đồng tâm hay riêng biệt hoặc xen kẽ. Giữa cuộn dây
cao áp, hạ áp có lớp cách điện tốt.
2.3. Vỏ máy biến áp.
Vỏ máy được chế tạo bằng tôn sắt, kiểu thùng có đáy chữ nhật để bảo vệ
máy biến áp. Trên vỏ máy có lỗ thoáng để tạo trao đổi nhiệt của máy biến áp với
bên ngoài môi trường.
Phía trước vỏ máy lắp đặt các thiết bị chỉ thị, chỉ báo và các thiết bị điều
khiển. Phía sau thường lắp đặt dây kết nối với nguồn điện hay phụ tải. Trên vỏ
máy có tem ghi các thông số của máy biến áp.
3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp cách ly một pha.
Mục tiêu: Trình bày được các nguyên lý làm việc của máy biến áp cách ly một
pha
3.1. Sơ đồ nguyên lý
Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
3.2. Nguyên lý làm việc.
* Quá trình hình thành suất điện động (E).
Ta xét một máy biến áp một pha hai dây quấn hình 1.3:
Khi đấu cuộn dây sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều một pha có điện
áp U1 và tần số f1. Trong cuộn dây w1 xuất hiện dòng điện i1 là dòng điện xoay
chiều chạy trong w1 sinh ra từ thông Φ biến thiên trong lõi sắt được xác định Φ
= Φmsinωt.
i
1
i
2
U1
U
2
W1
W2
Z
t
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha hai cuộn dây quấn
Trong máy biến áp, ngoài từ thông chính biến thiên trong lõi thép còn một
phần móc vòng ra ngoài không khí rất nhỏ gọi là từ thông tản.
13
Từ thông chính móc vòng trong cuộn w1. Theo định luật cảm ứng điện từ ,
sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn w1 sức điện động cảm ứng
d
dt
e w .
e1 có trị số:
(1.1)
1
1
Trong đó: - w1 là số vòng dây của cuộn sơ cấp (w1)
d
dt
-
là tốc độ biến thiên của từ trường
Từ thông Φ biến thiên móc vòng sang cuộn dây w2 làm cảm ứng vào cuộn
dây w2 sức điện động e2 có trị số:
d
dt
e2 w2.
(1.2)
Ta có Φ = Φmsinωt mà ω = 2πf. Chúng ta lấy đạo hàm e1 có:
d(m.sint)
e w1.
→ e1 = -w1.ω.Φm.cosωt
(1.3)
(1.4)
1
dt
Tương tự như vật ta có:
e2 = -w2.ω.Φm.cosωt
Mà cosωt = -sin(ωt – π/2)
Suy ra: e1 = w1ω1Φmsin(ωt – π/2)
e2 = w2ω2Φmsin(ωt – π/2)
(1.5)
(1.6)
Như vậy: Sức điện động chậm pha so với từ thông một góc π/2
- Nếu như bỏ qua điện trở của dây quấn w1 và w2, từ thông tản ra ngoài
không khí thì U1≈ E1; U2≈ E2
Chúng ta cần chú ý:
- U2 chính là điện áp được biến đổi để cung cấp cho tải hoạt động.
- Nếu như máy biến áp làm việc không tải thì có dòng I2 = 0. Lúc này từ
thông chính chỉ do dòng I1 sinh ra.
- Nếu máy biến áp làm việc có tải thì có dòng I2 ≠ 0. Lúc này từ thông
chính do dòng I1 và I2 sinh ra:
2 . Trị số sức điện động:
1
- Trị số cực đại của sức điện động sơ cấp Em1:
Em1 = w1.ω.Φm (mà ω = 2πf)
- Vì vậy giá trị hiệu dụng của E1 là:
Em1
2 f .w1.1 2
(1.7)
(1.8)
E1
.w1. f .m
2
2
2
Suy ra: E1 = 4,44.w1.f.Φm
Tương tự như vậy: E2 = 4,44.W2.f.ɸm
* Tỉ số máy biến áp.
Là chúng ta xây dựng mối quan hệ giữa sức điện động E1 và E2
E1 w1
k
(1.9)
E2 w2
k được gọi là tỉ số biến áp.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:
U1 ≈ E1; U2 ≈ E2
U1 E1 w1
k
Vì vậy :
U2 E2 w2
14
Nếu bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, ta có: P1 ≈ P2 hay U1.I1 ≈
U1 I1
k
U2.I2 → Suy ra:
U2 I2
Từ đó ta thấy rằng:
+ Khi U2 > U1, W2 > W1. Đây là máy biến áp tăng áp.
+ Khi U2 < U1, W2 < W1. Đây là máy biến áp hạ áp.
Như vậy, một máy biến áp lý tưởng nghĩa là không có các tổn hao thì điện
áp sơ cấp và thứ cấp tỉ lệ với số vòng dây quấn. Dòng điện sơ cấp và thứ cấp sẽ
tỉ lệ nghịch với số vòng dây quấn của nó.
4. Các thông số của máy biến áp.
Mục tiêu: Trình bày được các thông số của máy biến áp cách ly một pha.
Là các đại lượng định mức, được cung cấp từ nhãn hiệu của máy biến áp.
Nhằm đảm bảo cho người vận hành khai thác, vận hành sao cho máy biến áp
làm việc an toàn và đạt hiệu quả kinh tế nhất. Các thông số bao gồm:
Công suất biểu kiến hay còn gọi là dung lượng của máy biến áp Sđm. Đơn
vị là: VA, KVA. Là đại lượng đặc trưng cho khả năng chuyển tải năng lượng
của máy biến áp, thường được tính tại thứ cấp. Công suất biểu kiến máy biến áp
cách ly một pha, được tính như sau:
Sđm= U2đm.I2đm
(1.10)
- Điện áp định mức sơ cấp U1đm. Đơn vị là: V, KV. Là trị số điện áp của
nguồn đặt vào cuộn sơ cấp của máy biến áp khi máy làm việc bình thường.
- Điện áp định mức thứ cấp U2đm. Đơn vị là V, KV. Là trị số điện áp lấy ra
từ cuộn thứ cấp của máy biến áp, khi máy biến áp không tải và đối với máy biến
áp có tải thì là điện áp định mức.
- Dòng điện định mức sơ cấp I1đm. Đơn vị là A, KA. Là giá trị dòng điện
chạy trong cuộn dây sơ cấp, khi dòng điện trong cuộn dây thứ cấp là định mức.
- Dòng điện định mức thứ cấp I2đm. Đơn vị là A, KA. Là giá trị dòng điện
chạy trong cuộn thứ cấp khi điện áp thứ cấp là định mức và phụ tải là định mức.
Đối với máy biến áp một pha, thì giá trị dòng điện định mức của cuộn sơ
U
I1
cấp được tính như sau:
(1.11)
S1
- Tần số định mức fđm. Đơn vị là Hz. Là giá trị tần số của nguồn điện đặt
vào cuộn dây sơ cấp.
- Điện áp ngắn mạch Uk % hay Un %. Là giá trị điện áp đặt vào cuộn dây
sơ cấp khi cuộn dây thứ cấp bị ngắn mạch.
Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi các thông số khác như: Trọng lượng của
máy biến áp, ngày tháng sản xuất và sơ đồ đấu dây.
5. Đo điện áp, xác định tỉ số biến đổi của máy biến áp.
Mục tiêu:
- Trình bày được phương pháp đo các thông số điện áp của máy biến áp
cách ly một pha.
- Thực hiện đúng phương pháp đo điện áp và xác định được tỉ số của máy
biến áp cách ly một pha.
- Có đầy đủ năng lực, tính kỷ luật và tác phong công nghiệp.
15
5.1. Đo điện áp.
*Phương pháp đo điện áp của máy biến áp cách ly một pha.
Thường sau khi bảo dưỡng, sửa chữa hay trước khi lắp đặt máy biến áp
cách ly một pha vào hệ thống để cung cấp năng lượng cho phụ tải. Chúng ta phải
đấu thứ máy biến áp làm việc có tải định mức để kiểm tra thông số. Đơn giản
nhất là phải kiểm tra được điện áp định mức cấp cho cuộn dây sơ cấp và điện áp
định mức của cuộn thứ cấp. Dựa vào hai thông số U1đm và U2đm, ta sẽ xác lập
được tỉ số của máy biến áp cách ly một pha.
Để làm được điều này, chúng ta thực hiện phương pháp như sau:
Chúng ta đấu máy biến áp theo sơ đồ (Hình 1.4).
Trên sơ đồ này thiết bị để đo điện áp U1 và U2 có thể dùng thiết bị đo vôn
mét lắp trực tiếp hay có thể dùng thiết bị đo cầm tay là đồng hồ vạn năng. Vì
vậy thực hiện phương pháp này, chúng ta có hai cách đo điện áp.
- Cách thực hiện 1 :
Bước 1. Công tác chuẩn bị thiết bị, vật tư, dụng cụ điện.
+ Máy biến áp cách ly một pha và đọc thông số trên tem nhãn máy biến áp
như U1đm, U2đm, Sđm.
K
1
3
4
W2
W1
V
V
Ztdm
2
Hình 1.4 : Sơ đồ đấu dây máy biến áp
+ Đồng hồ vôn mét để đo U1đm và U2đm. Chúng ta chọn đồng hồ có thang
đo bằng 120% điện áp định mức.
+ Chọn phụ tải bằng với tải định mức của máy biến áp.
+ Chọn công tắc K theo tính chọn, dựa vào giá trị dòng điện định mức của
máy biến áp.
+ Chuẩn bị nguồn điện xoay chiều một pha có điện áp bằng điện áp định
mức cuộn dây sơ cấp.
+ Dây điện và vật tư phụ cần thiết.
Bước 2. Đấu dây theo sơ đồ (Hình 1.4).
+ Đấu đồng hồ vôn mét, một đồng hồ song song với cuộn dây sơ cấp, một
đồng hồ song song với cuộn dây thứ cấp.
+ Đấu hai cực sau của công tắc K song song với đồng hồ vôn mét của
cuộn dây sơ cấp.
+ Đấu phụ tải có Pđm và Uđm song song với cuộn dây thứ cấp.
+ Đấu nguồn cấp cho cuộn dây sơ cấp vào hai cực trước của công tắc K.
Bước 3. Cấp nguồn và kiểm tra số đo điện áp.
16
+ Kiểm tra an toàn hệ thống, khu vực thực hiện và cấp điện theo quy trình
an toàn lao động.
+ Đóng công tắc K, cấp điện cho máy biến áp
+ Ghi lại giá trị điện áp của đồng hồ vôn mét. Ghi đúng điện áp U1 và U2.
Bước 4. Kết thúc và vệ sinh công nghiệp .
+ Ngừng cấp điện cho bài thực hành.
+ Tháo thiết bị, vật tư và vệ sinh công nghiệp khu thực hành.
- Cách thực hiện 2 : Cách này ta thực hiện như cách 1, khác là dùng đồng
hồ vạn năng cầm tay để đo thông số điện áp U1 và U2.
Khi ta đóng mở công tắc K, chúng ta điều chỉnh núm của đồng hồ vạn
năng về vị trí AVC có điện áp lớn hơn và gần với điện áp định mức của cuộn sơ
cấp. Đưa hai đầu que đo vào điểm 1 và 2 trên sơ đồ, đọc giá trị điện áp đo được
trên thang đo chuẩn nhất. Đó là điện áp U1. Cũng thực hiện như vậy, chúng ta đo
được điện áp U2 tại điểm 3 và 4
17
BÀI 2
CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA
MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY MỘT PHA
Mã bài: MĐ 20.02
Mục tiêu:
- Trình bày được các trạng thái làm việc của máy biến áp.
- Khảo sát và vẽ được đặc tính U = f(i).
- Có đầy đủ năng lực, tinh thần trách nhiệm và tác phong công nghiệp.
Nội dung:
Khi chúng ta vận hành khai thác máy biến áp, thường có 3 trạng thái làm
việc của máy biến áp: Trạng thái không tải, trạng thái có tải, trạng thái ngắn
mạch.
Để nghiên cứu các trạng thái này, chúng ta dùng sơ đồ nguyên lý chuyển
sang sơ đồ thay thế tương đương về điện. Trong đó, E1 và E2 là sức điện động
cảm ứng của hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp bằng từ thông chính Φm, R1, R2 là
điện trở (nội trở) của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, X1 và X2 là điện kháng của
cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, Zt là điện trở phụ tải.
Tùy thuộc vào giá trị của điện trở phụ tải để phân biệt 3 trạng thái làm
việc của máy biến áp.
- Trạng thái không tải khi Zt = ∞.
- Trạng thái không tải khi 0 < Zt < ∞.
- Trạng thái không tải khi Zt = ꢀ.
1. Trạng thái làm việc không tải của máy biến áp.
Mục tiêu:
- Trình bày được trạng thái làm việc không tải của máy biến áp cách ly
một pha.
- Thực hiện và tính toán được trạng thái làm việc không tải của máy biến
áp.
- Có đầy đủ năng lực, tính kỷ luật và tác phong công nghiệp.
1.1. Trạng thái làm việc không tải.
m
R
1
R
2
X
1
X
2
I
2
= 0
I
1
I
1=I0
U
1
U
2
Rth
Xth
t1
W2
W
1
a)
b)
Hình 2.1
Trạng thái không tải là trạng thái cuộn dây sơ cấp được nối với nguồn
điện định mức và thứ cấp hở mạch (Hình 2.1a).
Sơ đồ thay thế tương đương (Hình 2.1b).
Phương trình cân bằng điện áp:
18
Khi đóng điên áp xoay chiều 1 pha U1 vào cuộn w1, sinh ra dòng điện I1
chạy trong w1 có điện trở thuần R1, gây ra sụt áp là I1.R1. Đồng thời từ thông
chính do I1.w1 sinh ra làm cảm ứng trong w1 sức điện động (theo 1.7) là: E1 =
4,44.w1.f.Φm
Đồng thời I1 còn sinh ra từ thông tản (Φt1) chỉ móc vòng ở cuộn dây sơ
cấp, nên nó cảm ứng trong w1 suất điện động tỉ lệ với dòng điện I1. Đó là:
dy
e L
, suất điện động này chậm pha so với I1 một góc π/2.
t1
i
dt
Khi máy biến áp không tải I2 = 0, ta có phương trình:
U1 I1.Z1 E.Z
U I .R E E
1 , nếu bỏ qua từ thông tản thì
là tổng trở
1
1
1
t1
1
1
Z1 R2 X12
dây quấn sơ cấp có trị số:
cuộn dây sơ cấp. Hay:
. Mà X1 = ω.L gọi là điện kháng của
1
U1 I0.Z1 E
I0(Z1 Zth) I0.R
=
(2.1)
1
0
Z Z Z
Bởi vì
là tổng trở máy biến áp không tải.
0
1
th
1.2. Đồ thị véc tơ.
Ta thấy ở trạng thái không tải thì I2 = 0,
cho nên I1 = I2 (I1chính là dòng từ hóa).
Cách vẽ: chúng ta chọn Φm làm gốc, E1
và E2 chậm pha sau Φm một góc π/2
1.3. Thực hiện thí nghiệm không tải.
Phương pháp thí nghiệm:
I1X1
U1
I1R1
Mục đích của thí nghiệm không tải xác
định các tổn hao, hệ số máy biến áp k, các
thông số của sơ đồ thay thế R0, X0, P0 và
cosφ0. Sơ đồ thí nghiệm được giới thiệu (Hình
2.3).
Trong quá trình thí nghiệm, chúng ta
cần đo các thông số sau: U1, U2, I0 và P0 khi
thay đổi điện áp nguồn cấp U1 từ giá trị 0 đến
U1 đm
-E1
I1
Øm
E2
E1
Hình 2.2
MBA
A
W
V
U1
U2
V
Hình 2.3: Thí nghiệm không tải
Khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp U1 = Udm, ta xác định được các thông
số sau:
19
∆PFe bằng tổn hao công suất trong mạch từ. Hệ số biến áp U1/U2 = k.
Dòng điện không tải I0. Dựa vào các thông số thí nghiệm để tính toán các tham
số của sơ đồ thay thế bao gồm:
2
- Điện trở mạch từ: R0 = ∆P0/I0
(2.2)
(2.3)
X0 Z 2 R
2
- Điện kháng mạch từ:
M
M
Trong đó: Z0 = U1đm/I0. Tổng trở mạch từ
- Hệ số công suất không tải: cosφ0 = ∆P0/I0.U1đm
* Thực hiện thí nghiệm không tải:
(2.4)
Trước khi vào làm thí nghiệm, chúng ta cần nhắc lại mục đích của thí
nghiệm và các tham số cần tính toán theo các công thức (2.2), (2.3), (2.4).
Làm thí nghiệm, giáo viên làm mẫu và học sinh, học sinh thực hành theo
quy trình sau:
a. Máy biến áp tự ngẫu
b. Đồng hồ vạn năng
c.Máy biến áp cách ly một pha
d.Hộp điện trở (tải)
Bước 1: Công tác chuẩn bị vật tư, thiết bị và an toàn lao động.
- Thực hiện mặc bảo hộ lao động nghề điện.
20
- Khảo sát hiện trường nơi thực hành.
- Chuẩn bị thiết bị, vật tư như: Máy biến áp cách ly một pha 220/110V,
5/10 (A). Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điên áp và thay đổi được cấp nguồn
cho cuộn sơ cấp của máy biến áp một pha. Ampe kế, volt kế, walt kế và dụng cụ
đo cầm tay như Ampe kìm, đồng hồ vạn năng. Dây điện đảm bảo cho dòng định
mức của máy biến áp đi qua làm việc lâu dài và các vật tư phụ. Dụng cụ nghề
điện.
Bước 2: Lắp đặt thiết bị theo (Hình 2.4)
MBATN
L
MBA
A
A
U
1
N
l
k
A
W
Hình 2.4
Bước 3: Lắp đặt đường dây.
Chọn đúng tiết diện dây, bấm đầu cốt, đấu dây chính xác bằng dụng cụ
nghề điện.
Bước 4: Kiểm tra nguội và đấu dây tiếp đất.
Kiểm tra đường dây không bị chạm chập, ngắn mạch và đường dây tiếp
đất bằng đồng hồ vạn năng. Dùng Mê gôm mét cẩn thận và đúng kỹ thuật đo
lường điện.
Bước 5: Cấp nguồn điện.
Đóng cắt nguồn ba lần, theo dõi sự nguy hiểm ở khu vực thực hành và
thiết bị không có vấn đề gì. Lần thứ ba mới đóng nguồn cấp cho máy biến áp
hoạt động. Điều chỉnh điện áp cấp cho máy biến áp thông qua biến áp tự ngẫu
theo bảng thông số đo và ghi lại kết quả để làm báo cáo thu hoạch.
Bước 6: Hoàn công.
Dựa vào thông số của các mức điều chỉnh điện áp ghi kết quả vào bảng
2.1.
Bảng 2.1. Đo các thông số theo bảng sau:
U1(V) 40
U2(V)
60
80
100 120 140 160 180 200 220
Tải về để xem bản đầy đủ
122 trang
10/01/2024
3780
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mô đun 20: Máy biến áp - Nghề Điện dân dụng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_20_may_bien_ap_nghe_dien_dan_dung.pdf
