Tính toán dây cuốn cho may biến biến áp cách ly 1 pha

Tính toán dây cuốn cho may biến biến áp cách ly 1 pha Bước 1: xác định các thông số của may biến áp như : U:điện áp ;I :dòng điện ; tần số (f) suy ra công suất biểu kiến phí thứ cấp S2 = U21.I21+ U22.I22 + U23.I23 áp BƯỚC 2: Nếu áp dụng các công thức ước lượng thông thường, từ giá trị S2 ta định ra tiết diện cần dùng cho lõi thép biến áp At At=1,423Khd. Trong đó, đơn vị của các đại lượng là: [At] = [cm2];[S2] = [VA]; [B] = [T]. Atat a b Với Khd là hệ số hình dạng của lõi thép. nếu lõi thép dạng E,I thì Khd = 1+1,2; với lõi thép dạng U.I thì Kkd = 0.75+0.85 Atat a b Sau khi xác định được giá trị At ta có thể chọn a và b nhỏ để xác định kích thước lõi thép; thông thường b được xác định bằng cách đếm số lá thép và dựa vào bề dày của mỗi lá (0.5mm hay 0.35mm) để suy ra bề dày b . At = a . b BƯỚC 3: Xác định số vòng dây quấn phía sơ và thư cấp. *Trong thực hành để dễ tính toán,ta xác định đại lượng trung gian nv :số vòng tạo ra 1 volt sức điên động cảm ứng.ta có: E = 4,44 f B . At . N Khi E = 1 volt N = nv ; ta có được quan hệ sau: nv = Trong (10.6) đơn vị của các đại lượng là : [ f ] = [ Hz ]; f tần số nguồn điện xoay chiều [ B ] = [ T ] ; [ At ] = [ m2 ] [ nv ] = [ vòng /volt] *Khi xác định được nv ,số vòng dây bộ sơ cấp được xác định như sau: N1 = U1 . nv [ f ] = [ Hz ]; f tần số nguồn điện xoay chiều [ B ] = [ T ] ; [ At ] = [ m2 ] [ nv ] = [ vòng /volt] *Khi xác định được nv ,số vòng dây bộ sơ cấp được xác định như sau: N1 = U1 . nv Trong đó ; N1 : tổng số vòng cuộn dây sơ cấp U1 : điện áp định mức cuộn dây sơ cấp *Đối với biến áp hai dây quấn, khi tính toán số vòng thứ cấp ta căn cứ vào giá trị điện áp thứ cấp không tải U20. Theo định nghĩa trong lý thuyết máy điện , gọi rU% là phần trăm sụt áp tại thứ cấp lúc mang tải so với lúc không tải , vậy: rU% = Trong đó: U20 : điện áp không tải thứ cấp U2 : điện áp định mức thứ cấp Theo Beyaert, khi tính toán ta có thể ước lượng rU% theo cấp công suất của biến áp, ta có thể định nghĩa đại lượng Ch sau đây để dễ tính toán : vậy = Ch. U2 Trong trường hợp, tính toán chính xác , ta dựa theo S2 để ước lượng Ch (tra bảng 10.1), trong trường hợp ước lượng nhanh, ta có thể chọn Ch = 1,05 (giá trị Ch nhỏ ứng với S2 lớn, và Ch lớn khi S2 bé) BƯỚC 4 Căn cứ theo giá trị dòng điện định mức tại các cuộn dây thứ cấp, ta định được công suất thứ cấp biến áp S2 , và có thể ước lượng gần đúng hiệu suất biến áp rồi suy ra dòng điện phía sơ cấp. * Trong trường hợp tổng quát, khi phía thứ cấp có nhiều ngõ ra (giả sử trong hình 10.1, ta có 3 ngõ ra); và ngõ vào có 2 mức nhập U11 và U12 Tổng công suất phía thứ cấp là S2 = *Dòng điện phía thứ cấp được tính như sau: Tại ngõ vào U11: I11 = Bảng 10.1: Quan hệ giữa hệ số rU% theo công suất biểu kiến S2 (Theo Beyaert) S2(VA) 5 10 25 50 75 100 150 200 300 rU% 20 17 15 12 10 9 8 7.5 7 (Theo Tranformatoren Fabrik Magnus ta có rU% theo S2 khi phụ tải thuần trở Cos=1) S2(VA) 25 50 75 100 200 150 rU% 8 6.6 6.4 6 5.2 5.9 S2(VA) 250 400 500 600 1000 750 rU% 5 4.3 4 3.9 3.75 3.8 (B ảng rU% tại phụ tải thuần trở theo Schindler) S2(VA) 100 200 300 500 700 1000 1200 1500 rU% 4.5 4 3.9 3 2.5 2.5 2.5 2.5 Quan hệ Ch theo S2 S2(VA) Ch% S2(VA) Ch% S2(VA) Ch% S2(VA) Ch% 5 1.35 50 1.12 180 1.06 700 1.032 7.5 1.28 60 1.11 200 1.058 800 1.03 10 1.25 70 1.1 250 1.052 900 1.028 15 1.22 80 1.09 300 1.048 1000 1.025 20 1.18 90 1.085 350 10.45 1500 1.02 25 1.18 100 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 5: Chọn mật độ dòng điện J; căn cứ vào giá trị dòng điện (tính được ở mỗi bộ dây) để suy ra đường kính dây quấn cho mỗi bộ dây d = 1,128 Trong đó: [ d ] = [mm]; [I] =[A]; [J] =[A/mm2] S2(VA) 050 50 100200 200 500 j 4 3.5 3 2.5 2 Bước 6 : Kiểm tra hệ thống lấp đầy kld diện tich cửa sổ lõi thép. Khi dung lõi thép E,I có kích thước đúng tiêu chuẩn,kích thước sổ mạch từ có các kích thước là : . bề rộng cửa sổ . bề cao cửa sổ h= Gọi Acs : là diện tích mạch từ Sau đó ,căn cứ theo số liệu dây quấn ( số vòng và đường kính dây ) ta xác định tổng tiết diện choán chỗ dây quấn trong cửa sổ cà suy ra hệ số lấp đầy cửa sổ . Kld = (10 . 19) Nếu kld = 0,36 đến 0,46 là phù hợp . Gọi pthép là khối lượng riêng của thép kỹ thuật điện, pthép =7,8kg / dm3. Khối lượng lõi thép = Thể tích lõi thép x khối lượng riêng. Với lõi thép tiêu chuẩn ta có thể tích lõi thép được xác định như sau. Thể tích lõi thép =[( . 3a ) - 2 ( c . h )] . b = ( – ) . b = 6a2b Vậy khối lượng lõi thép ( Wth) là : Wth = 6a2b . 7,8 = 46,8a2b. Tóm lại: Wth = 46,8a2b. Trong đó: [ Wth ] = [ Kg ] ; [ a ] = [ b ] = [ dm ] . BƯỚC 7:Chọn bề dày cách điện làm khuôn quấn dây ( ekh ) và kích thước lõi gỗ ( hay lõi nhôm ) làm lõi quấn dây. * Thông thường bề dày cách điện làm khuôn quấn dây được chọn để đảm bảo độ bền cơ là chính,như vậy có thể chon ekh theo cấp công suất của biến áp ( xem bảng 10.4 ) Bảng 10.4 . Chọn bề dầy khuôn ekh theo cấp công suất biến áp S2 . S2 ( VA ) 1 10 10 200 200 500 500 1000 ekh ( mm ) 0,5 1 2 3 4 Trong bước tính trên khi tính được At , chọn a và b , ta căn cứ theo giá trị b tìm được , suy ra số lá thép cho lõi thép theo bề dầy mỗi lá thép ; tuy nhiên khi thi công thực sự , lúc ghép tất cả các lá thép lại với nhau , bề dầy lõi thép sẽ lớn hơn b tính toán ( Như vậy , bề dầy thực sư dùng làm lõi và khuôn quấn biến áp có bề dầy lớn hơn b , ta gọi bề dầy này là b’ , với b’ = = ( 10.22) Kích thước của khuôn quấn có thể chon như sau (xem hình 10.8 ) akh = a + ( 1 đến 2 mm ) bkh = b + ( 1 đến 2 mm ) Hhd = bề cao hiệu dụng khuôn quấn dây Hhd = h – [ 2 ekh + ( 1 đến 2 mm ) ] BƯỚC 8: Xác định số vòng 1 lớp cho từng bộ dây. Gọi SV : số vòng / 1 lơp dây quấn Như vậy SV/lớp = Ta ghi SV / lớp = Trong đó Kq = 0,08 dây đồng tiết diện tròn tráng email Kq = 0,9 0,93 dây đồng bọc cotton , tiết diện dây tròn . Với dây đồng tiết diện chữ nhật ta có : Kq = 0,8 0,85 *Từ giá trị SV của từng bộ dây sơ và thứ cấp , ta căn cứ theo số vòng dây của mỗi bộ dây để đinh ra số lớp ( SL) cho từng bộ dây , ta có : Số lớp ( SL ) = = Theo Beyaert bề dày cách điện lớp được xác định như sau: = *Cuối cùng ta xác định bề dày của mỗi bộ dây quấn Gọi e là bề dày cuộn dây ,ta xác định tổng quát như sau : = *Sau khi tính xong bề dầy cho từng cuộn dây , ta xác định bề dầy tổng cộng của cả bộ dây ; cuối cùng căn cứ theo bề dày cửa sổ mạch từ ta kiểm tra lại hệ số lấp đầy cuộn dây theo bề dầy choán chỗ dây quấn . Ta có = : sắp xếp thứ tự dây cuốn Căn cứ vào bề dầy của phần dây cuốn ta xách dịnh bề dài trung bình cho mỗi vòng dây () ta giả sử cuộn sơ cấp có thứ cấp là và , là bề dầy tương ứng . Gọi là bề dầy củ khuôn từ đó ra xách định chiều dài trung bình cho một vòng dây tương tụ cho cuộn thứ cấp Đối với dây sơ cấp :tổng bề dài Thứ cấp: Căn cứ vào số vòng dây cuốn đường kính dây,và bề dài trung bình cho mỗi vòng dây ta xách địn khối lượng cho từng loại dây cuốn d = (mm) w = kg Thi du Cho máy biến áp với các thôing số sau U11= 110V: U12=220 I21 = 3 (Am) ;U21= 30(V) ;U22=60 (V); I22 = 2(Am) ;U23= 18 (V);I23 = 1 (A) BƯỚC 2: Chọn mật độ từ thông dùng cho lõi thép là B=1,2T lõi thép dạng EI. ta có; At=1,423Khd. Sơ bộ chọn At =20cm2 *Từ giá trị ta có thể chọn amax = khi a=b và amin = .Khi b=1,5a .Suy ra: amax = = 4,47cm amin = = 3,65cm Tóm lại ta có thể chọn a trong khoảng giá trị từ 3,7cm đến 4,5cm (Trong khoảng giá trị này, các giá có trong thực tế thường gặp là 3,8cm; 4,2cm và 4,5cm) Gỉa sử chọn a= 3,8cm với At= 20cm2 Suy ra Nếu vói mỗi lá thép là 0,5mm và b=5,3mm;ta cần có bộ lõi thép dùng làm biến thế nói trên có 106 lá thép (106 lá thép E và 106 lá thép I) Tính lại chính xác At: At = a.b =3,8.5,3 = 20,14 cm2 BƯỚC 3:Xác định số vòng tạo ra một volt sức điện động cảm ứng ta có: *Xác định tổng số vòng phía sơ cấp: Mỗi cuộn dây sơ cấp tương ứng với 110V vào (khi xem U1 = E1) ta có số vòng tương ứng 110V nhập vào là: N11 = N12 = 110.nv = 110.1,86 = 204,6 = 205 vòng *Muốn xác định số vòng thứ cấp, ta cần xác định các giá trị điện áp thứ cấp lúc không tải Ta có: S21 = U21 . I21 = 30.5 = 150VA S22 = U22 .I22 = 60.2 = 120VA S23 = U23 .I23 = 18.1 =18VA Áp dụng bảng 10.1 ta suy ra hệ số Ch cho mỗi bộ dây thứ cấp như sau: Khi :S21 = 150VA; Ch 21 =1,065 S22 = 120VA; Ch22 =1,075 S23 =18VA; Ch23 = 1,2 Suy ra các giá trị điện áp không tải trên mỗi bộ phận thứ cấp như sau U210 = Ch21.U21 =1,065 .30 = 31,95 =32V U220 = Ch22 .U22 =1,075 .60 =64,5V U230 = Ch23 .U23 =1,2 .18 =21,6V Số vòng dây cho mỗi bộ dây quấn thứ cấp N21 = U210 nv = 32 .1,86 = 59,52 =60 vòng N22 = U220.nv = 64,5 .1,86 = 119,97 = 120 vòng N23 = U230.nv = 21,6 .1,86 = 40,17 = 40 vòng BƯỚC 4: Với tổng công suất phía thứ cấp là S2 = 288VA Áp dụng bảng 10.2 ta có thể chọn % Từ đó ta tính được dòng điện phía sơ cấp Khi nhập vào sơ cấp U11 = 110V, dòng sơ cấp là I11= =3 (A) Khi nhập vào sơ cấp U12 = 220V dòng sơ cấp là I12 = 1.5(A) Bước 5 theo bảng 10.3 với S2 = 288VA,vận hành liên lục ,điều kiện giải nhiệt kém , ta chọn j= 2,5mm2 nếu biến áp cách điện mức E,R ta chọn j=4 Pha thứ cấp với I21 = 5(A) tương tụ d22 = 0.8mm ; d23 = 0.6mm dường kính dâ sơ cấp được tính như sau với U = 110V; I = 3(A) d11 = 1mm doạn nhập vào 220v, I = 1,5A BƯỚC 6: kích thước lõi thép a= 3,8cm ;b= 5,3cm cm Ta có khối lượng lõi thép wth = 46,8a2 b =3,58kg diện tích cử sổ lõi thép Acs =1083 Dây cuốn Số vòng Đường kính (mm) Đường kính có cách điện() Tiết diện dâ có cách điện) Tổng tiết diện bộ dây Phần sơ cấp 205 1 1,05 966 177.5 Phần sơ cấp 110220V 205 0.7 0.75 0.442 90.5 Phần thứ cấp ( U21 = 30V ) 60 1.15 1.2 1.13 67.8 Phần thứ cấp ( U22 = 60V ) 120 0.8 0.85 0.567 68.04 Phần thứ cấp ( U23 = 18V ) 40 0.6 0.65 0.332 13.28 ( Tổng tiết diện cả bộ sơ cấp và thứ cấp ) = 417,22 mm2. Với diện tích của sổ mạch từ là Acs = 1083 mm2 , suy ra hệ số lấp đầy theo diện tích choán chỗ trong cửa sổ như sau : (thỏa) BƯỚC 7: Chọn bề dầy cho giấy làm khuôn biến áp là ` ekh = 1,5 mm. Bề dầy lõi thép (b) khi có tính ảnh hưởng ba-via tạo nên Các kích thước khuôn được xác định như sau : akh = a + 2mm = 40mm bkh = b’+ 1mm = 60mm Hkh = h – ( 2ekh + 1mm) = 53mm BƯỚC 8:áp dụng công thức tính (10.24) đến (10.28) ta tóm tắt kết quả sau : đối với dây quấn sơ cấp ( đoạn dây từ 0 đến 110V ). Ta gọi số vòng quấn 1 lớp là: =lớp Số lớp SL11 = lớp. ecd1 =1,4 chọn ecld11 = 0,35mm. Bề dầy phần dây quấn sơ cấp(từ 0V đến 110V),gọi bề dầy này là e1. E11= SL11 (dcd11 + ecd11 ) =5 ( 1,05+0,35 ) = 7mm b. đối với sơ cấp ( đoạn dây từ 110v đến 220v) ( vòng) (lớp ) Bề dấy cách điện lớp bề dầy cách điện cuộn sơ cấp tự đối với bộ dây thứ cấp ta suy ra như sau :U21 = 30Vlơp lớp = 0,3mm Bề dầy cuộn thứ cấp : Đối với cuộn dây thứ cáp U22 = 60V SL22 =2 lớp ; Dối với cuộn dây thứ cấp U =18v ; lớp chọn ; Ta có thể bố trí các ớp dây cuốn ,trong đó cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp được xác định như sau chọn = 0,7mm tổng bề dày cuộn dây cả khuôn giấy e = e11 = e11 +e12 + +e21 +e22 +e23 + ekh = 7+3,3+0,7+2,4+1+1,5 = 18,9mm Với bề rộng của cửa sổ lõi thép ta có không thỏa Nếu hiệu các lớp cách điện ta có Bề dầy cuộn sơ cấp (0 đến 110v):e11 = 5(1,05+0,1) = 5,75mm Từ (110 đến 220v) e12 = 3(0,75+0,1) = 2,55mm Bề dầy từng phần dây cuốn thứ cấp :e21 = 2(1,2+0,1) = 2,6mm ; e22 = 2(0,85+0,1) = 1,9mm ; e23 = 2(0,65+0,1) = 0,75mm ; Tổng bề dày của khuôn :e = 5,75+ 2,55 + 0,1+ 2,6 + 1,9 + 0,75 + 1,5 = 15,15mm ( thỏa) = 40 +1,5.2 = 4mm Dối với bộ dây sơ cấp co d= 0,7mm Ltb2 = 2() +12 = 2( 43+ 63) + = 220mm = 1,2dm Đối với bộ dây có d = 1mm = 246mm Đối với cuộn dây có d = o,8mm = 2(43+63)+ (2(2,55+5,75)+1,9) = 270mm =2,7dm Đối với bộ dây có d = 1,5mm = 2,842dm Đối với bộ dây thứ cấp có d = 0,6mm = 2(43+63) +(2(5,75 +1,9 +2,55 +2,6) +0,75) = 2,95dm Ta xác đinh dược khối lượng của bộ dây = 1,024kg = 1kg