Bước đầu tiên trong thiết kế máy biến áp là

GIÁO VIÊN: Lê Văn HiểuTRUNG TÂM KTTH – HN TUY HOÀ SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO PHÚ YÊN Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 1. Xác đònh công suất máy biến ápS2 = U2.I2 = 24 x 2 = 48 (VA)Vậy: Công suất máy biến áp cần chế tạo: Sđm = U2.I2 2. Tính toán mạch từ: a. Chọn mạch từ:a: chiều rộng trụ dây quấnb: chiều dày trụ dây quấnc: độ rộng cửa sổh: chiều cao cửa sổa/2: độ rộng lá thép chữ IBài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:1. Xác đònh công suất máy biến áp Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:mdhiSS 2,1=Shi = a.b diện tích hữu ích trụ (cm2)Sđm công suất đònh mức MBASt = Shiklkl là hệ số lắp đầy được cho trong bảng 8- 1Diện tích thực của trụ lõi thép1. Xác đònh công suất máy biến Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA Hệ số lắp đầy được tra theo bảngLoại máy biến áp Hệ số lắp đầyMBA âm tần 0.7 – 0.8 MBA dùng trong gia đình 0.9 MBA lõi pherit 1 Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:n = KtnShi* Ktn:Hằng số thực nghiệm lấy giá trò từ 42 – 50 tuỳ theo chất lượng lõi thép nếu: thép tốt chọn Ktn thấp và ngược lại Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:- Số vòng dây cuộn sơ cấp: N1 = U1. n- Số vòng dây cuộn thứ cấp: N2 = (U2 + 10%U2).nTrong đó: - n là số vòng/vôn- 10%U2 là lượng sụt áp khi có tải của dây quấn thứ cấp1. Xác đònh công suất máy biến Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:Tra bảng để chọn số vòng dâyTiết diện hữu ích Số vòng/vôn Tiết diện hữu ích Số vòng/vôn2 9.5 18 2.16 6.3 20 1.98 4.7 22 1.710 3.8 24 1.612 3.2 26 1.514 2.7 28 1.416 2.4 30 1.3 Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:4. Tính tiết diện dây dẫn:Sdd = IJTrong đó: Sdd: là tiết điện dây (mm2)I: là cường độ dòng điện (A)J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)Tra bảng 8-4 trang để tìm J 1. Xác đònh công suất máy biến Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 4. Tính tiết diện dây dẫn:Bảng chọn mật độ dòng điện cho phépCông suất (VA) Mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)≥ 50450 – 100 3.5100 – 200 3200 – 500 2.5500 – 1000 2 Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:4. Tính tiết diện dây dẫn:Sdd = IJ1. Xác đònh công suất máy biếnI1 = S1JI2 = S2J* Dòng điện sơ cấp và thứ cấp được tính:* Tra bảng để chọn mật độ dòng điện và tính tiết diện 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:4. Tính tiết diện dây dẫn:* Tiết diện dây cuộn sơ cấp:Sdd1 = I1J* Tiết diện dây cuộn thứ cấp:Sdd2 = I2J1. Xác đònh công suất máy biến Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:4. Tính tiết diện dây dẫn:5. Đường kính dây:Từ Sdd ta có thể tính đường kính (d) được không? Tại sao?Vì dây dẫn ta sử dụng là dây dẫn tròn, nên Sdd chính là diện tích của đường tròn. Sdd = dπ241. Xác đònh công suất máy biến Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 5. Đường kính dây:Đối với máy biến áp nhỏ, khi chọn mật độ trung bình D = 2,5, ta có công thức:11.5.0 Id =22.5.0 Id = Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 5. Đường kính dây:Tra bảng 8-5 đå tìm d (đường kính dây) Đường kính dây dẫn Tiết diện day dẫn0.07 0.00380.08 0.00500.09 0.00630.1 0.00780.12 0.01130.14 0.0150.15 0.0170.18 0.0250.20 0.031 Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 5. Đường kính dây:Tra bảng 8-5 đå tìm d (đường kính dây) Đường kính dây dẫn Tiết diện day dẫn0.22 0.3080.25 0.0490.30 0.0700.35 0.0960.40 0.1250.45 0.1590.60 0.2830.70 0.380.80 0.50 Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 2. Tính toán mạch từ:a. Chọn mạch từ:b. Tính tiết diện lõi thép:3. Tính số vòng dây của các cuộn dây:4. Tính tiết diện dây dẫn:5. Đường kính dây:6. Tính diện tích cửa sổ lõi thép: Diện tích của sổ được tính theo công thức1. Xác đònh công suất máy biếnScs = h.c ( theo kinh nghiệm h = 3c sẽ tiết kiệm vật liệu. Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 6. Tính diện tích cửa sổ lõi thép:Tổng diện tích 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm diện tích cửa sổ là:* Ssc = N1.Sdq1* Stc = N2.Sdq2Trong đó: Scs; N1; Sdq1; N2; Sdq2; Trong thực tế còn thêm phần cách điện và khoảng hở, người ta dùng hệ số lắp đầy KlCông suất máy biến áp Hệ số lắp đầy (Kl)10 – 100 0.2100 – 500 0.3500 trở lên 0.4 Bài 8: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 6. Tính diện tích cửa sổ lõi thép Diện tích của sổ được tính theo công thức: Scs = h x c ≥ Ssc + StcKlChú ý: - Nếu của sổ quá rộng sẽ lãng phí vật liệu. - Nếu của sổ nhỏ hơn yêu cầu cần xử lí như sau:+ Chọn lại lõi thép.+ Tăng tiết diện trụ quấn (tăng số lá thép).+ Giảm tiết diện dây dẫn (giảm công suất MBA) 1. Hãy tính số vòng dây quấn cho một MBA có U1 = 220V; U2 = 36; I2 = 2,5ABÀI TẬP 2. Tính tiết diện lõi thép để quấn một MBA có U1 = 220V; U2 = 36; I2 = 2,5ABÀI TẬP 3. Tính toán thiết kế hoàn chỉnh một máy biến áp có các số liệu sau: U1 = 220V; U2 = 6V, 9V, 12V, 15V, 24V, 36V; I2 = 3A.BÀI TẬP

Giáo án điện dân dụng THPT - BÀI 8- TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA I/ MỤC TIÊU BÀI HỌC: 1. Kiến thức: - HS nắm được quy trình chung để tính toán thiết kế MBAmột pha công suất nhỏ. - Hiểu được yêu cầu,cách tính của từng bước khi thiết kế MBA một pha công suất nhỏ. 2. Kĩ năng: - Thực hiện được quy trình chung để tính toán thiết kế MBA một pha công suất nhỏ. - Thực hiện được các bước tính toán: Xác định công suất,tính toán mạch từ, tính số vòng dây của các cuộn dây,tính tiết diện dây quấn, tính diện tích cửa sổ lõi thép,sắp xếp dây quấn trong cửa sổ. 3. Thái độ: - HS có ý thức tìm hiểu cách tính toán thiết kế MBA và liên hệ trong thực tế. II/ CHUẨN BỊ BÀI GIẢNG: - Nghiên cứu bài 8-SGK . - Đọc tài liệu tham khảo liên quan đến bài giảng. - Dây quấn máy biến áp, lõi thép máy biến áp, kìm, tuavít,… III/ TIẾN TRÌNH BÀI DẠY: 1/Ổn định lớp:2’ Kiểm tra sĩ số lớp học. 2/Kiểm tra bài cũ:3’ Câu hỏi: Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp? 3/Đặt vấn đề vào bài mới: Muốn thiết kế máy biến áp một pha công suất nhỏ ta phải thực hiện những quy trình như thế nào?Chúng ta hãy nghiên cứu nội dung bài 8. 4/Nội dung bài giảng mới: 80’ Hoạt động của thầy và trò TG Nội dung bài giảng Hoạt động 1: Tìm hiểu qui trình chung *GV diễn giải: Việc tính toán chính xácMBA ở 30’ I/Quy trình chung để tính toán thiết kế MBA một pha công suất nhỏ. * Tính toán thiết kế MBA gồm những bước sau : 1. Xác định công suất Máy biến chế độ có tải rất phức tạp vì phải giải quyết giới hạn tănh nhiệt độ tối đa và sụt áp trong giới hạn cho phép.Để giải quyết các vấn đề này,khi tính toán cần phải tiến hành một số phép tính khá phức tạp.Trong bài này,chúng ta sử dụng phương pháp dựa vào những kết quả thực nghiệm,đơn giản nhưng vẫn đảm bảo tính áp. 2. Tính toán mạch từ. 3. Tính số vòng dây của các cuộn dây. 4. Tính tiết diện dây quấn. 5. Tính diện tích cửa sổ lõi thép. * Chọn công suất MBA điều chỉnh: Công suất Tính toán của MBA được tính theo công thức sau: Stt = Kđ.iiPcos(1+kdt) (VA) Trong đó: - Kđ là hệ số đóng đồng thời và lấy bằng 0,61 tuỳ theo số tải chính xác. *GV đưa ra các bước tính toand thiết kế MBA. *GV hướng dẫn HS cách chọn công suất MBA trong gia đình.Giải thích các thông số trong công thức. nhiều hay ít và tính hoạt động đồng thời của chúng. - Pi là công suất của từng thiết bị mắc vào mạch. - cos là hệ số công suất của từng thiết bị mắc vào mạch,cụ thể: +Đèn sợi đốt và các dụng cụ nhiệt điện cos = 1 +Đèn ống,tủ lạnh,máy điều hòa: cos = *GV đưa ra ví dụ,tính toán cụ thể để HS dễ hiểu. GV gọi học sinh lên giải bài tập *GV giả thích: Ta có thể coi khi dùng lò sưởi thì bỏ quạt,tủ lạnh và 0,4 0,6 +Quạt điện: cos = 0,6 0,8 +Máy thu thanh thu hình: cos = 0,8 0,9 Ví dụ: Chọn MBA điều chỉnh cung cấp cho tủ lạnh 110W, đèn ống 40W, 2quạt trần 110W, 2quạt bàn 55W, lò sưởi 550W, ấm đun nước 1500W,1ti vi 100W, 1máy quay băng 80W. Điện áp giờ cao điểm là 130V, bình thường là 220V. Giải Lấy kdt=20% ; Kđ=1,ta có: Stt= 2,019,010015005504,040=2605Vngược lại.Khi dùng ti vi thì không dùng quay băng.Do đó phụ tải lớn nhất gồm đèn ống 40W,lò sưởi 550W,ấm đun nước 1500W,ti vi 100W. A Ta có dòng điện tính toán phía sơ cấp là: Itt= AUStt201302605min Như vậy: Máy biến áp được chọn phải có công suất lớn hơn Stt hoặc cường độ dòng điện sơ cấp lớn hơn Itt. Hoạt động 2: Tìm hiểu các bước tính toán MBA 1 pha CS nhỏ *GV đưa ra hai 50’ II/Các bước tính toán cụ thể MBA một pha công suất nhỏ. 1.Xác định công suất MBA: - Công suất của cuộn sơ cấp MBA(P1)có thể tính từ công suất cách tính: - Dựa vào hiệu suất thì: 2112PPPP - Dựa vaò công thức: S1 = S2 = U2.I2  Sđm = U2.I2 * GV thuyết trình: Khi chọn mạch từ,cần chú ý trụ và cửa sổ.Trụ của của cuộn dây thứ cấp MBA(P2)nhờ biểu thức: P1 = 2P (VA) Trong đó:  - Hiệu suất của MBA (thường lấy  = 0,850,95).Công suất MBA càng nhỏ thì  càng nhỏ. - Nếu hiệu suất của MBA cao thì: S1 = S2 = U2.I2 Công suất MBA cần chế tạo là: Sđm = U2.I2 (U2,I2 - Điện áp,dòng điện thứ cấp định mức của MBA theo yêu cầu thiết kế). 2.Tính toán mạch từ: mạch từ phải có tiết diện phù hợp với công suất của máy.Cửa sổ phải có kích thước phù hợp để có thể đặt vừa cuộn dây. a)Chọn mạch từ: Mạch từ của MBA nhỏ thường là mạch từ kiểu bọc,được ghép bằng lá thép chữ E và chữ I (hình 8.1) có các thông số như sau: a: chiều rộng trụ quấn dây. b: chiều dày trụ quấn dây. c: độ rộng cửa sổ. h: chiều cao của sổ. a/2: độ rộng lá thép chữ I Đối với loại MBA công suất nhỏ,khi chọn mạch từ cần xét đến tiết diện của trụ lõi thép mà trên đó sẽ đặt cuộn dây. *GV diễn giải: Diện tích trụ quấn dây phải phù hợp với công suất MBA. *GV giải thích: Trong thực tế,lõi thép được ép chặt nhưng vẫn có độ hở giữa các lá thép do độ cong vênh và lớp sơn cách điện của lá thép.Vì vậy cần phải tính diện tích thực của b)Tính diện tích trụ quấn của lõi thép. Đối với mạch từ kiểu bọc,diện tích trụ quấn dây được tính gần đúng bằng công thức: Shi = 1,2.dmS Trong đó: + Shi = a.b là diện tích hữu ích trụ,tính bằng (cm2). + Sđm là công suất MBA,tính bằng (VA). Diện tích thực của trụ lõi thép: St = lhikS Trong đó kl là hệ số lấp đầy được cho trong bảng: Bảng 8-1.Hệ số lấp đầy kl trụ lõi thép. *HS kẻ bảng hệ số lấp đầy để áp dụng khi tính toán, thiết kế MBA. Loại MBA kl MBA âm tần 0,8 MBA dùng trong gia đình 0,9 MBA lõi ferit 1 GV giao bài tập cho học sinh HS nghiêm cứu và trả lời Bài tập: Hãy chọn mạch từ để quấn một MBA công suất 30VA,có điện áp sơ cấp là U1=220V,điện áp thứ cấp là U2= 12V,hiệu suất MBA  = 0,7. *GV yêu cầu HS đưa ra kết quả. (Tra bảng 8-2,ta có diện tích hữu ích của trụ thép là Shi = 6,6cm2) *GV diễn giải: Với một MBA và tần số nhất định,số vòng của một cuộn dây phụ thuộc vào tiíet diện trụ lõi thép đã chọn và chất lượng lõi thép.Có nhiều cách tính số vòng dây của các cuộn dây,Trong khuôn khổ bài học,chúng ta chọn cách tính qua đại lượng trung gian là “số vòng/vôn”,ký hiệu 3. Tính số vòng dây của các cuộn dây. - Để tính được số vòng dây của các cuộn dây,ta xem bảng 8-3 về quan hệ giữa tiết diện lõi thép và số vòng/vôn (với tần số 50Hz và cường độ từ cảm B = 1,2T). *Bảng 8-3.Quan hệ giữa tiết diện lõi thép và số vòng /vôn Với tần số 50Hz và cường độ từ cảm B = 1,2T Tiết diện lõi thép hữu ích(cm2) Số vòng/vôn 4 9,5 là n-số vòng tương ứng cho mỗi vôn điện áp sơ cấp hay thứ cấp. *HS kẻ và ghi bảng 8-3. *GV Câu hỏi: Tại sao số vòng dây cuộn TC lại cộng thêm 10% điện áp TC? (Trong công thức tính N2,10%U2là lượng sụt áp khi có tải của dây quấn TC). 6 6,3 8 4,7 10 3,8 12 3,2 14 2,7 16 2,4 18 2,1 20 1,9 22 1,7 24 1,6 26 1,5 28 1,4 30 1,3 *GV đưa ra ví dụ để HS áp dụng tính toán. *GV hướng dẫn HS làm ví dụ bằng cách đặt câu hỏi gợi mở: +Đề bài ch S = 30VA,từ đó ta có thông số nào? +Tìm được Shita sẽ tìm được đại lượng nào? +Hãy tính N1và N2? Từ đó ta tính được số vòng dây cuộn SC: N1 = U1.n Số vòng dây cuộn TC: N2 = (U2 + 10%U2).n Ví dụ: Tính số vòng dây quấn cho MBA với những thông số sau: công suất 30VA,có điện áp sơ cấp là U1=220V,điện áp thứ cấp là U2 = 12V,hiệu suất MBA  = 0,7. Giải: -Từ thông số S =30VA,tra bảng 8-2 ta có diện tích hữu ích của trụ thép là:Shi=6,6cm2. -Từ đó tra bảng 8-3 lấy số vòng/vôn là: 4,7 vòng/V(có thể lấy n=5vòng/vôn). Vậy số vòng dây sơ cấp là: N1 = 220.5 = 1100 (vòng) Số vòng dây cuộn TC là: N2 = (12+1,2).5 = 66(vòng) *GV giải thích: Tiết diện dây quấn của các cuộn dây SC và TC tỉ lệ thuận với dòng điện và tỉ lệ 4.Tính tiết diện dây quấn (hoặc đường kính dây quấn). a)Tính tiết diện dây quấn. - Mật độ dòng điện cho phép(A/1mm2) là số ampe/1mm2 nghịch với mật độ dòng điện cho phép. Vậy mật độ dòng đện cho phép là gì? *HS theo dõi bảng (8-4) mật độ dòng điện cho phép để tính toán. dây dẫn khi vận hành liên tục mà không sinh ra phát nóng nguy hiểm và tổn thất lớn,được xác định bằng thực nghiệm.Công suất MBA càng nhỏ thì mật độ dòng điện cho phép càng lớn. Bảng8-4.Mật độ dòng điện cho phép Công suất(VA) Mật độ dòng điện cho phép(A/mm2)  50 4 50 100 3,5 GV hướng dẫn học sinh cách tính tiết diện dây quấn HS chú ý theo dõi GV đưa ra bảng 8-5 để HS tra bảng. *HS theo dõi bảng (8-5) làm tư liệu. 100 200 3 200 500 2,5 500 1000 2 Vậy tiết diện dây quấn được tính như sau: Sdd =JI (mm2) Trong đó: - Sdd là tiết diện dây quấn (mm2). - I là cường độ dòng điện (A). - J: mật độ dòng điện cho phép(A/mm2). b)Tính đường kính dây quấn. Để đơn giản trong tính toán,ta có thể tra bảng để tìm tiết diện và đường kính dây quấn sau khi đã tính được dòng điện SC và TC.Sau khi đã tính được tiíet diện dây quấn,ta tiến hành tra bảng 8-5 đựoc giá trị đường kính dây quấn hoặc ngược lại. *GV vẽ hình và chỉ dẫn cho HS thấy rõ cửa sổ lõi thép của MBA. *GV đưa ra 2 cách tính cửa sổ lõi 5.Tính diện tích cửa sổ lõi thép. - Hình chữ nhật bị bao bọc bởi mạch từ khép kín gọi là cửa sổ lõi thép,đó là một thông số quan trọng khi tính toán. - Diện tích cửa sổ được tính như sau: Scs = h.c (Theo kinh nghiệm h3c sẽ tiết kiệm được vật liệu và hình dáng MBA đẹp). thép. *GV giải thích về hệ số lấp đầyKl: Trong thực tế còn thêm phần cách điện và khoảng hở,người ta dùng hệ số lấp đầy cửa sổ Kl được cho trong bảng 8-6. Cách tính diện tích của cửa sổ lõi thép: Cách1: -Tính tổng tiết diện 2cuộn dây SC và TC chiếm diện tích cửa sổ là: SSC = N1.1dqS ; STC = N2. 2dqS Trong đó: +N1 , N2 là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp. +1dqS ,2dqS là tiết diện dây quấn SC và TC. -Diện tích cửa sổ được tính: Scs = h.c lTCSCKSS  . Cách2: - Tra bảng số vòng dây/1cm2(Bảng 8-7). - Từ đó tiến hành tính diện tích cửa sổ lõi thép: Scs = h.c2211nNnN n1- Số vòng dây/cm2 của cuộn sơ cấp. n2- Số vòng dây/cm2 của cuộn thứ cấp. Chú ý: * Các cỡ dây ở trên có thay đổi chút ít tuỳ theo nhà chế tạo. *GV đưa ra các bước sắp xếp dây quấn trong cửa sổ. 6.Sắp xếp dây quấn trong cửa sổ. -Tính số vòng dây mỗi lớp: ĐK dây có cách điện h IV.TỔNG KẾT BÀI HỌC: 5’ *GV kết luận: Tra các bảng sẵn có và theo những phương pháp tính toán trên,chúng ta có thể xác địnhấcc thông số của bất kỳ một MBA nhỏ nào. Số vòng dây mỗi lớp = - - 1 -Tiếp đó ,tính số lớp dây quấn bằng cách chia tổng số vòng cho số vòng của mỗi lớp: Số lớp dây quấn = Số vòng dây Số vòng dây mỗi lớp - Khái niệm chumg về máy biến áp - Phân loại máy biến áp - Khái niệm máy biến áp V. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN TỰ HỌC Câu 1: Khi nối cuộn sơ cấp máy biến áp với nguồn điện một chiều sẽ xảy ra hiện tượng gì? Tại sao? Câu 2: Nêu khái niệm và công dụng của máy biến áp một pha công suất nhỏ? VI. TỰ ĐÁNH GIÁ VÀ RÚT KINH NGHIỆM