SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA MÁY BIẾN ÁP CỠ NHỎ NGHỀ CƠ ĐIỆN NÔNG THÔN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành kèm thao Quyết định số 285.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Khái niệm chung
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng hiệu quả Công dụng của máy biến áp rất đa dạng, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, công nghiệp, sinh hoạt hàng ngày và nhiều lĩnh vực khác Nhờ vào tính năng chuyển đổi điện áp phù hợp, máy biến áp góp phần đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện.
Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển vượt bậc, với nhiều loại, hình dạng và mẫu mã máy biến áp đa dạng và phong phú Người kỹ thuật về điện không chỉ nắm vững nguyên lý hoạt động, kết cấu và vận hành máy biến áp mà còn phải tính toán các thông số của MBA trong các chế độ làm việc khác nhau, lựa chọn và sửa chữa thiết bị phù hợp Để truyền tải và phân phối điện năng đi xa một cách hiệu quả và kinh tế, cần sử dụng các thiết bị tăng áp và giảm áp đầu và cuối đường dây, gọi chung là máy biến áp.
Công dụng của máy bíên áp
Hệ thống truyền tải và phân phối điện sử dụng máy biến áp để tối ưu hóa quá trình truyền tải điện năng Các nhà máy điện lớn thường nằm xa trung tâm tiêu thụ, do đó cần xây dựng các đường dây truyền tải điện có điện áp cao để giảm tổn thất công suất Máy biến áp tăng áp được đặt tại đầu đường dây để nâng cao điện áp truyền tải, trong khi máy biến áp giảm áp đặt cuối đường dây để phù hợp với điện áp phụ tải từ 0,4 đến 6kV, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong phân phối điện.
Phân loại máy biến áp
Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:
- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện
- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…
- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều
- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo
- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử
Máy biến áp có nhiều dạng khác nhau nhưng đều hoạt động dựa trên nguyên lý chung Trong bài giảng, chúng ta sẽ tập trung phân tích chủ yếu các loại máy biến áp một pha và ba pha để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động Các loại máy biến áp khác sẽ được giới thiệu sơ lược ở phần cuối của chương, và các bạn được khuyến khích tự nghiên cứu thêm để nắm vững kiến thức.
Các đại lượng định mức
Các đại lượng định mức của máy biến áp là những yếu tố quan trọng quy định điều kiện kỹ thuật của thiết bị Những thông số này do nhà sản xuất cung cấp và thường được ghi rõ trên nhãn của máy biến áp để người dùng dễ dàng nhận biết và đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả.
4.1 Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Điện áp sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức U2đm (V, kV): Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức
Chú ý với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, còn máy biến áp ba pha điện áp là điện áp dây
4.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức
Với máy biến áp một pha:
Với máy biến áp ba pha:
Nếu = 1 S1 = S2 U2đm I2đm = U1đm I1đm
Trên máy biến áp còn ghi các thông số kỹ thuật quan trọng như tần số định mức (fđm), số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch (Un %), chế độ làm việc, phương pháp làm mát, giúp đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của thiết bị elektrische.
4.3 Công suất định mức của máy biến áp (S)
Công suất định mức Sđm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp
1 Trình bày được những khái niệm cơ bản về máy biến áp?
2 Giải thích được ý nghĩa các đại lượng định mức ghi trên nhãn máy biến áp?
MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
Cấu tạo và nguyên lý của máy biến áp
Máy biến áp bao gồm ba phần chính:
Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)
Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)
- Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type)
Trụ biến áp được tạo thành từ các lá thép hình chữ U và chữ I, giúp giảm thiểu lượng trường sinh ra do quá trình cuộn dây sơ cấp không cắt cuộn dây thứ cấp hoặc do máy biến áp có từ thông rò lớn Để hạn chế tối đa từ thông rò, các cuộn dây được chia thành hai phần, mỗi phần đặt trên một trụ của lõi thép, đảm bảo hiệu quả hoạt động của biến áp.
Loại bọc của thiết bị được tạo thành từ các lá thép hình chữ E và chữ I, giúp bảo vệ và tạo thành lõi thép chắc chắn Lõi thép này bao bọc các cuộn dây quấn, hình thành một mạch từ có hiệu suất cao, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống Nhờ đặc điểm này, loại bọc thép này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và thiết bị điện tử.
Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành
10 mạch kín gọi là gông từ
Dây quấn máy biến áp được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật để tối ưu hóa hiệu suất Đối với dây quấn có dòng điện lớn, thường sử dụng các sợi dây dẫn mắc song song nhằm giảm tổn thất do dòng điện xoáy trong dây dẫn Ngoài ra, dây quấn còn được bọc cách điện bên ngoài để đảm bảo an toàn và độ bền cho máy biến áp.
- Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)
- Dây quấn thứ cấp (Second Winding)
Hình 2.3 Hình dạng máy biến áp một pha loại trụ
Máy biến áp một pha loại bọc có dây quấn được tạo thành các bánh dây gồm nhiều lớp, đặt trong trụ của lõi thép Để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động, các lớp dây quấn, dây quấn và lõi thép phải được cách điện tốt với nhau Dây quấn sơ cấp liên kết với nguồn điện, trong khi dây quấn thứ cấp kết nối với tải và truyền năng lượng đã biến đổi Các phần phụ khác của máy biến áp cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động ổn định và an toàn của thiết bị.
Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ
1.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Hình 2.1 sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
W1=N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp
W2=N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp
: Từ thông cực đại sinh ra trong mạch từ
Như hình vẽ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha có hai dây quấn W1,W2
Khi nối dây quấn sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều có điện áp u1, dòng điện sơ cấp i1 sẽ chạy qua dây quấn sơ cấp Dòng điện i1 tạo ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép của biến áp Từ thông này kết nối đồng thời với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, gọi là từ thông chính, góp phần vào quá trình truyền năng lượng giữa các cuộn dây trong thiết bị.
Theo định luật cảm ứng điện từ sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp sức điện động cảm ứng là:
Cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động cảm ứng là:
Trong đó w1 vá w2 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp, thứ cấp
Khi máy biến áp không tải dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện i2 bằng không và từ thông chính chỉ do cuộn dây sơ cấp w1 sinh ra, với trị số chính xác bằng dòng từ hóa.
Khi máy biến áp có tải, dòng điện thứ cấp i2 cung cấp năng lượng cho tải dưới tác dụng của sức điện động cảm ứng e2 Dây quấn thứ cấp nối với tải Zt, làm xuất hiện từ thông chính trong lõi thép do cả hai cuộn dây sinh ra cùng lúc Điện áp U1 thay đổi theo dạng sóng sinus, gây ra sự biến thiên của từ thông chính theo dạng cosin.
E1, E2 là trị số sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp
Sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số, nhưng trị hiệu dụng khác nhau
Nếu chia E1 cho E2 ta có:
K được gọi là hệ số biến áp
Trong các trường hợp bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ngoài không khí, ta có thể gần đúng U1 bằng E1 và U2 bằng E2 Đối với máy tăng áp, điện áp đầu ra U2 lớn hơn U1, và công suất W2 lớn hơn W1, trong khi đó, đối với máy hạ áp, U2 nhỏ hơn U1 và W2 nhỏ hơn W1, phản ánh đặc điểm truyền tải năng lượng của các loại máy biến áp này.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, só thể coi gần đúng các quan hệ các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau: U2I2=U1I1
Trong ví dụ 2.1 về máy biến áp, cuộn dây của máy được kết nối với mạng điện 10.000V, còn điện áp ở đầu cực thứ cấp là 100V Tính tỷ số biến áp dựa trên các giá trị này, ta có tỷ số biến áp là 100:10.000 = 1:100 Với số vòng của cuộn sơ cấp là 21.000 vòng, số vòng của cuộn thứ cấp sẽ là 210 vòng, dựa trên tỷ số biến áp Điều này giúp xác định chính xác số vòng của cuộn thứ cấp phù hợp với đầu ra mong muốn.
Các chế độ làm việc của máy biến áp
Sơ đồ thay thế máy biến áp một pha
Hình 2.7 Sơ đồ thay thế máy biến áp
X1; R1: Điện kháng và điện trở của cuộn sơ cấp
X2 / ; R2 / : Điện kháng và điện trở của cuộn thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp
Xm; Rm: Điện kháng và điện trở của mạch từ
I1: Dòng điện trong mạch sơ cấp
Im: Dòng điện trong mạch từ
I2 / : Dòng điện thứ cấp qui đổi
U1: Điện áp đưa vào mạch sơ cấp
U2 / : Điện áp thứ cấp qui đổi
Trong sơ đồ MBA, mô hình tương đương là một mạng 2 cửa với U1 khác U2, điều này gây ra khó khăn trong việc tính toán các thông số của máy Để đơn giản hóa quá trình phân tích, cần áp dụng các phương pháp phù hợp giúp giảm độ phức tạp của mô hình và nâng cao độ chính xác trong dự đoán hiệu suất của hệ thống Việc hiểu rõ đặc điểm của mạng 2 cửa sẽ giúp các kỹ sư dễ dàng hơn trong việc thiết kế và tối ưu hóa các thiết bị điện.
R / 2 X / 2 trên, khi thành lập sơ đồ thay thế, người ta có những qui ước sau:
Xem như điện áp ra và điện áp vào của máy là bằng nhau:
Từ đó ta có các hệ quả: Z2 / = Z2 KBA 2 Hay là: R2 / = R2 K BA 2 và
Với: R2; X2 lần lượt là điện trở và điện kháng thật của cuộn thứ cấp
Theo lý thuyết mạch điện ta cũng có các biểu thức:
Z1 Zm Quy đổi Z2 / 2.1 Chế độ không tải
Là trạng thái mà điện áp đưa vào sơ cấp là điện mức và phía thứ cấp hở mạch
Có thể khái quát trạng thái như sau: U1 = U1đm; I2 = 0
Trong trường hợp không có nối với tải (hở mạch phía thứ cấp), cuộn thứ cấp không tham gia vào mạch, khiến dòng điện không tải (dòng từ hóa) chỉ xuất hiện trong sơ đồ Ngoài ra, tổng trở mạch từ rất lớn hơn so với tổng trở của cuộn dây sơ cấp, do đó có thể xem như cuộn sơ cấp cũng không tồn tại Vì vậy, các sơ đồ tương đương xác định dòng không tải trong mạch biến áp.
Tổn hao không tải (tổn hao từ hóa): P0 = I 2 R = U I Cos
Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0 Hệ số công suất lúc không tải thấp
Từ những đặc điểm trên khi sử dụng không nên để máy ở tình trạng không tải hoặc non tải
Khi MBA không tải, thiết bị vẫn tiêu thụ một lượng công suất tác dụng để duy trì từ trường và dòng điện không tải tồn tại trong cuộn sơ cấp Tổn hao không tải, còn gọi là tổn hao sắt từ, là phần năng lượng mất đi do các hiện tượng của từ trường trong lõi thép của máy biến áp Hiểu rõ về tổn hao không tải giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy biến áp và giảm thiểu tiêu thụ điện năng không cần thiết.
Trong đó : P1,0/50 là công suất tổn hao trong lá thép khi tần số 50Hz và từ cảm 1 T Đối với lá thép kỹ thuật điện 3413 dày 1,35 mm, P1,0/50 = 0,6 W/kg
G khối lượng trong thép (kg)
Khi máy biến áp (MBA) hoạt động dưới tải, điện áp trên tải sẽ giảm xuống một lượng ΔU so với trạng thái không tải, và mức độ sụt áp này phụ thuộc vào công suất cũng như tính chất của tải Đặc tính ngoài của MBA được thể hiện qua biểu đồ minh họa rõ ràng các đặc điểm liên quan đến quá trình vận hành của máy biến áp, giúp người kỹ thuật phân tích và điều chỉnh hoạt động của hệ thống điện một cách chính xác.
Từ đồ thị ta được: U2 = U2đm – U
Là hệ số phụ tải, đặc trưng cho độ lớn của phụ tải
Cos2: Hệ số công suất của phụ tải
Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên tải thể hiện đặc điểm của phụ tải, phản ánh tính chất phản kháng hoặc thuần học của hệ thống Độ lớn của phụ tải được xác định thông qua hệ số β, giúp đo lường mức độ phụ thuộc của dòng điện so với điện áp trên tải Hệ số β càng cao, phản ánh phụ tải có tính phản kháng mạnh, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải điện năng trong hệ thống Đặc trưng của phụ tải qua góc lệch pha và hệ số β là những yếu tố quan trọng để thiết kế và tối ưu hóa hệ thống phân phối điện năng.
Máy biến áp non tải: I2 < I2đm < 1 U giảm; U2 tăng
Máy biến áp đầy tải: I2 = I2đm = 1 U = Uđm ; U2 = const
Máy biến áp quá tải: I2 > I2đm > 1 U tăng; U2 giảm
Tính chất phụ tải được thể hiện qua góc lệch pha2
Khi tải có tính cảm kháng: Sin > 0 U > 0 U2 < U2đm
Khi tải có tính dung kháng: Sin < 0 U < 0 U2 > U2đm
Khái niệm về hiện tượng
Trong quá trình vận hành, MBA hoạt động thông qua các thông số định mức và xảy ra trường hợp thứ cấp bị ngắn mạch gọi là ngắn mạch sự cố hoặc ngắn mạch vận hành Chính tình trạng này gây nguy hiểm cho máy móc do dòng điện ngắn mạch sinh ra cực lớn, có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị hoặc nguy cơ mất an toàn hệ thống điện Việc phát hiện và xử lý nhanh chóng ngắn mạch vận hành là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn và duy trì hiệu quả hoạt động của hệ thống truyền tải điện.
2 người ta sử dụng các thiết bị tự động (CB, FCO, máy cắt) để cắt MBA ra khỏi mạch khi gặp sự cố nói trên
Trong quá trình chế tạo và vận hành MBA, việc thực hiện các phép đo ngắn mạch là bước quan trọng để kiểm nghiệm và xác định các thông số kỹ thuật của máy Có hai phương pháp chính được sử dụng là ngắn mạch sự cố và ngắn mạch thí nghiệm Phép đo ngắn mạch sự cố giúp xác định khả năng chịu quá dòng của MBA trong điều kiện thực tế, trong khi ngắn mạch thí nghiệm được thực hiện để kiểm tra các đặc tính kỹ thuật của máy qua các thử nghiệm kiểm tra Các phương pháp này đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của MBA trong hệ thống điện.
Hình 2.12 Trạng thái ngắn mạch MBA
Trạng thái ngắn mạch của máy biến áp xảy ra khi phía thứ cấp bị nối ngắn mạch, dẫn đến dòng điện sinh ra bằng dòng điện sơ cấp định mức Trong trạng thái này, điện áp ở sơ cấp được giới hạn để đảm bảo dòng ngắn mạch không vượt quá giới hạn an toàn, giúp bảo vệ thiết bị và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống Hiểu rõ về đặc điểm của trạng thái ngắn mạch là yếu tố quan trọng trong việc phân tích, thiết kế và vận hành máy biến áp hiệu quả, đảm bảo an toàn và độ bền của hệ thống điện.
Trong quá trình tiến hành thí nghiệm ngắn mạch, do điện áp nguồn rất thấp nên dòng điện không tải I0 có giá trị không đáng kể và có thể bỏ qua (tình trạng hở mạch từ hóa) Chính vì vậy, sơ đồ thay thế trong thí nghiệm có dạng như hình vẽ, giúp dễ dàng phân tích và đo lường các yếu tố chính của hệ thống.
Hình 2.13 Sơ đồ thay thế của MBA ngắn Đặt: Rn = R1 + R / ; Xn = X1 + X2
Sụt áp trên các phần tử:
Kết luận: Tổn hao ngắn mạch trong MBA chủ yếu là do 2 bộ dây quấn gây nên Tổn hao này còn gọi là tổn hao đồng:
Ví dụ 2.2 : Một MBA 1 pha có SBA = 100KVA;
Các tổn hao P0 bằng 800W và Pn là 2400W, cùng với điện áp ngắn mạch thí nghiệm Un% Giả sử R1 bằng R, X1 bằng X, R0 bằng Rm, và X0 bằng Xm để tính toán Đầu tiên, xác định các tham số không tải của máy nhằm đánh giá hiệu suất hoạt động Tiếp theo, tính hệ số công suất khi máy không tải để hiểu rõ khả năng truyền tải điện năng Sau đó, xác định các tham số ngắn mạch của máy để phân tích điện áp và dòng điện trong các trường hợp ngắn mạch Cuối cùng, vẽ sơ đồ thay thế của máy để mô hình hóa các đặc tính điện và từ để phục vụ công tác phân tích kỹ thuật.
Dòng điện sơ cấp định mức
Dòng điện không tải: I0 = 0,05Iđm = 0,05 10 = 0,5A
Các tham số không tải:
Từ biểu thức P0 = I0đm Rm Điện trở mạch từ:
Tổng trở mạch từ được xác định dựa trên việc tính toán điện kháng mạch từ, hệ số công suất không tải và các tham số ngắn mạch Trong đó, điện áp ngắn mạch thí nghiệm được xác định là Un = 0,04 × 10.000 = 400V, giúp đo lường điện trở ngắn mạch của hệ thống Đồng thời, điện trở các cuộn dây đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất và độ bền của mạch từ trong các ứng dụng kỹ thuật điện.
Tổng trở ngắn mạch: Điện kháng ngăn mạch: Điện kháng các cuộn dây: Điện áp trên các phần tử:
Sụt áp trên điện trở:
Tính theo tỉ lệ phần trăm:
Sụt áp trên điện kháng:
Tính theo tỉ lệ phần trăm: d Sơ đồ thay thế như hình vẽ
Hình 2.14 Sơ đồ thay thế của MBA1
Tính tóan số liệu dây quấn máy biến áp một pha
3.1 Lấy số liệu dây quấn máy biến áp a Lấy theo thông số cũ:
Bước 1: Xác định dòng và các cấp điện áp ra, tháo các vít liên kết vỏ
Bước 2: Xác định kiểu máy biến áp
Bước 3: Tháo các đầu dây giữa các chi tiết trên vỏ máy với máy
Bước 4: Xác định kiểu quấn dây, đường kính dây, tháo và vẽ lại sơ đồ U2 U1
Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp cảm ứng(a) và máy biến áp tự ngẫu(b)
Hình 2.16 Hình ảnh của máy biến áp nhỏ thông thường b Bảng kê các thiết bị - khí cụ Bảng 1.1:
TT Thiết bị - khí cụ SL Đơn vị Ghi chú
6 Giấy cách điện Dùng chung
7 ống ghen c Tính toán quấn lại: Biết U2; I2 và kích thước lõi thép:
Bước 1: Xác định công suất MBA:
Công suất toàn phần: S = S2 = U2.I2 (VA) Đối với MBATN có công suất tự biến áp:
STN = S2 (1 - U2/U1) (VA) đối với MBA giảm áp
STN = S2 (1 – U1/U2) (VA) đối với MBA tăng áp Bước 2: Xác định tiết diện lõi thép: Đối với lõi thép có dạng chữ E + I ta có:
At = (1,1 ÷ 1,2) Đối với MBA cảm ứng
Khi thiết kế XĐ, chúng ta chọn số lượng lá thép sao cho đảm bảo diện tích At bằng tích của hai hệ số a và b (Cm²) Ngoài ra, cần tính đến việc hạn chế tổn thất, nâng cao hiệu suất hoạt động, giảm sụt áp U2 khi có tải, và tiết kiệm dây quấn Thông thường, để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, nên chọn hệ số a và b sao cho a ≤ b ≤ 1,5a, với a là kích thước riêng theo từng loại lá thép.
(a) (b) Hình 2.17 Cấu trúc may biến áp kiểu trụ công suất nhỏ 1 pha(a) 3 pha(b)
Hình 2.18 Cách xác định kích thước a và b trên trụ quấn dây
Bước 3: Xác định số vòng tạo ra 1 vôn sức điện động cảm ứng:
= 36 ÷ 60 phụ thuộc vào chất lượng lõi thép
Cuộn thứ cấp: W2 = W0.U2 (vòng) Đối với MBA cảm ứng phải tính tới sụt áp khi mang tải: KSA = 1,05 ÷ 1,2 Bước 4: Xác định tiết diện dây quấn:
S2 = I2/J (mm 2 ) Với J là mật độ dòng điện cho phép Đối với dây đồng J = 3 ÷ 5 (A/mm 2 )
S1 = I1/J (mm 2 ) Với MBA 2 dây quấn
S1 = S2/ (mm 2 ) Với MBA TN, trong đó là hiệu suất, = 0,85 ÷ 0,9 Với MBATN ta có Ic = I2 – I1 (A)
Từ tiết diện dây ta xác định đường kính dây theo bảng tra hoặc tính quy đổi theo công thức: d = (mm)
*Tháo lõi thép máy biến áp
Bước 1: Tháo các lá thép chữ I ra khỏi bộ lõi thép
Bước 2: Tháo các lá thép chữ E ra khỏi bộ dây
Bước 3: Kiểm tra và làm sạch các lá thép
*Tháo dây cũ của máy biến áp:
Bước 1: Cân xác định trọng lượng bộ dây
Để tháo dây cũ, bạn tiến hành tháo từng lớp một và đếm số vòng dây cho đến khi thấy đầu dây ra, sau đó ghi nhớ số vòng ở vị trí phù hợp trên sơ đồ đã vẽ Quá trình này được lặp lại cho đến khi hoàn tất tháo hết dây Dựa vào số vòng dây đã ghi nhận ở các vị trí trên sơ đồ, bạn có thể xác định được điện áp của các khoảng khác nhau trong hệ thống.
3.2 Thi công quấn bộ dây biến áp một pha
*Thực hiện tính tóan quấn dây cho máy biến áp tự ngẫu có số liệu sau:
Bộ chỉnh tinh 9 vị trí, mỗi khoảng điều chỉnh 5 vôn
Bộ chỉnh thô 4 vị trí, khoảng điều chỉnh theo số liệu in sẵn trên vỏ máy
*Thực hiện tính tóan quấn dây cho máy biến áp cảm ứng có số liệu sau:
Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp 1 pha tự ngẫu
Bước 1: Làm lõi khuôn: (Bằng gỗ – Nếu chưa có khuôn nhựa chế tạo sẵn)
- Từ kích thước lõi thép, khai triển làm khuôn gỗ theo kích thước: (a + 1) x b x (h – 1) (mm)
Hình 2.20 Các kích thước cơ bản trên lõi thép gỗ
- Làm bóng các mặt, khoan lỗ sao cho đút lọt trục máy quấn dây theo đường tâm kích thước h
Trong bước 2, chúng ta cần khai triển các kích thước khuôn trên bìa cách điện để đảm bảo tính chính xác của sản phẩm Các thông số quan trọng bao gồm bề rộng lõi gỗ, bề dày lõi gỗ, chiều cao trụ quấn dây, và bề rộng cửa sổ lá thép chữ E Việc xác định chính xác những kích thước này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của bộ biến áp hoặc thiết bị điện tử.
Các tham số phụ thuộc bề dày bìa cách điện và số lớp của bìa l1, l2: Chiều dài cần thiết của các bìa cách điện
Hình 2.21 Xác định kích thước bìa cách điện 1
Hình 2.22 Xác định kích thước bìa cách điện 2 r -
Bước 3: Gia công thân khuôn trên bìa 1
- Dùng lõi gỗ định hình thân khuôn, đủ 2 lớp cắt bỏ phần thừa
- Khai triển bìa theo hình vẽ:
Hình 2.23.kích thước triển khai trên bìa cách điện 1
- Cắt bìa theo đường nét liền và gấp bìa theo đường nét đứt
Bước 4: Gia công tai khuôn (bìa 2)
- Chia bìa 2 thành 4 phần như hình vẽ:
- Cắt bìa theo đường nét liền và gấp bìa theo đường nét đứt
Hình 2.24 Kích thước triển khai trên bìa cách điện 2 Bước 5: Hoàn thành khuôn:
- Xác định vị trí và gián keo
- Lắp tai khuôn vào thân khuôn, cố định bằng keo gián
- Đánh dấu các vị trí và đục lỗ ra dây ra dây hoàn tất khuôn như hình vẽ
Hình 2.24 Triển khai lỗ dây ra trên khuôn
Bước 1: Cắt 2 miến ván mỏng để ép khuôn khi định vị trên máy quấn dây Bước 2: Định vị khuôn lên máy quấn dây, chú ý vị trí ra dây
Bước 3: Luồn ống gen dài từ 10 ÷ 15 (Cm) vào đầu dây, hãm dây trên khuôn
Bước 4 trong quá trình quấn dây là tiến hành quấn các vòng dây sát nhau theo thứ tự, đảm bảo lớp dây đều và chắc chắn Sau mỗi lớp quấn, cần lắp đặt lớp cách điện để bảo vệ dây và ngăn chặn hiện tượng chạm chập Khi đã hoàn thành đủ số vòng theo kế hoạch, thực hiện ra dây tại các vị trí đã được đánh dấu để đảm bảo chính xác và an toàn trong quá trình lắp đặt.
- Giấy lót cách điện giữa các lớp cắt rộng hơn so với khuôn 2 ÷ 3 (mm), được gấp mí chứa dây bên trong để khóa dây
- Kết thúc lớp chuyển sang lớp khác cần đặt khóa dây
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của quấn cảm ứng, các vòng dây phải được quấn cùng chiều và đầu dây cuối được khóa chặt bằng dây cô tông Khi quấn cảm ứng, cần đảm bảo cách điện phù hợp để tránh sự cố chập mạch Đồng thời, cần tính toán sụt áp khi mang tải để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống.
Các mép giấy cách điện, khóa khuôn, mối hàn nối dây đều nằm trên mặt a, đảm bảo an toàn và đúng kỹ thuật trong quá trình lắp đặt Khi thi công, cần xiết chặt tay để tránh làm phồng bộ dây, đồng thời kiểm tra đảm bảo kích thước h của khuôn không bị lệch, giúp duy trì chất lượng và độ chính xác của kết nối điện.
*Hoàn chỉnh các đầu dây ra
Bước 1: Lấy bộ khuôn dây ra khỏi máy quấn, tháo lõi gỗ khỏi khuôn
Bước 2: Nạo sạch cách điện các đầu dây, kiểm tra thông mạch
- Các đầu dây ra đều được luồn ống gen, các đầu dây mặt sau dài hơn so với đầu dây mặt trước 5 ÷ 7 (Cm)
- Ống gen được định vị sao cho không bị tuột ra khỏi các đầu dây, ống gen phải đủ dài phủ kín các đầu dây
*Lắp ghép các lá thép vào cuộn dây:
Bước 1: Luồn từng đôi một các lá thép chữ E theo 2 chiều xen kẽ nhau, đảm bảo số lượng và chặt
Bước 2: Luồn lá thép chữ I tương ứng vào các vị trí khuyết của lá thép chữ
Bước 3: Bắt chặt bộ lõi bằng cùm lõi
Bước 4: Kiểm tra chạm vỏ, đưa nguồn vào kiểm tra điều kiện làm việc của máy, điện áp ra, điện áp cảm ứng trên lõi thép
*Đấu hoàn chỉnh các đầu dây vào các vị trí tương ứng theo sơ đồ
Bước 1: Định vị các linh kiện vào các vị trí tương ứng trên vỏ máy, kiểm tra điều kiện làm việc của các linh kiện
Bước 2: Định vị bộ mạch từ, dây quấn vào vỏ máy
Bước 3: Hàn nối dây vào các vị trí tương ứng theo sơ đồ
Bước 4 trong quá trình kiểm tra hệ thống điện là kiểm tra điện áp nguồn và tìm điểm hàn qua bằng phương pháp dò Đồng thời, cần điều chỉnh thử tác động của rơ le để đảm bảo rơ le hoạt động linh hoạt trong phạm vi điện áp nhỏ thay đổi Việc này giúp xác định khả năng hoạt động chính xác của rơ le dưới các điều kiện điện áp khác nhau, đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và ổn định.
- Nếu có nhiều cấp điện áp ra khác nhau cần ghi rõ cấp điện áp ra
- Trường hợp đấu sử dụng lâu dài cần đấu dây lửa qua rơ le
Bước 1: Kiểm tra tổng thể việc đấu nối, điện trở cách điện,…
Bước 2: Đưa nguồn vào kiểm tra:
- Đèn báo, đồng hồ hiển thị, điện áp cảm ứng vỏ, các cấp điện áp ra,…
- Thử điều chỉnh tăng giảm điện áp và tác động bảo vệ của rơ le
- Thử tải, đo kiểm tra kết luận về chất lượng sản phẩm
- Thử tải và kiểm tra điều kiện làm việc: Tiếng kêu rè, rung, nóng …
* Các pan hư hỏng và biện pháp khắc phục
TT Hư hỏng Nguyên nhân Cách khắc phục
1 Không có điện nguồn vào
- Tiếp điểm rơ le đang mở - Nhấn phục hồi rơ le
- Tiếp điểm rơ le không tiếp xúc - Điều chỉnh vị trí tiếp xúc tiếp điểm
- Bẻ lại khung tiếp điểm
- Bộ chỉnh tinh đang ở vị trí 0 Chỉnh bộ chỉnh tinh đang ở vị trí 1
- Bộ chỉnh tinh hoặc thô không tiếp xúc
- Chỉnh tiếp xúc bộ chỉnh tinh ở vị trí 1 và bộ chỉnh thô ở vị trí 220
- Đứt dây - Hàn nối hoặc quấn lại
- Không tiếp xúc các mối hàn - Kiểm tra hàn lại
Rơ le không tác động khi quá áp
- Cháy cuộn dây rơ le - Quấn lại
- Kẹt tiếp điểm - Tìm vị trí kẹt khắc phục
- Stacte không tác động - Thay Stacte
- Đứt mạch, không tiếp xúc mạch - Tìm vị trí không tiếp xúc khắc phục
- Hàn sai vị trí que dò tác động - Dò lại vị trí tác động rơ le hàn lại
- Điện áp nguồn vào U1 sai - Chỉ KT lại khi điện áp U1 đúng
- Quấn sai vòng dây - Quấn lại
- Hàn sai vị trí các đầu dây - Kiểm tra tìm vị trí sai hàn lại
- Bộ điều chỉnh sai vị trí - Chỉnh bộ chỉnh tinh ở vị trí
1 và bộ chỉnh thô ở vị trí 220
Máy kêu, rung và nóng
- Bộ điều chỉnh ở vị trí không phù hợp với điện áp vào
- Chỉnh bộ chỉnh tinh và thô về vị trí phù hợp
- Bộ mạch từ ghép thiếu, lỏng - Cùm lại bộ mạch từ
- Làm lại khuôn, quấn lại
- Chập hoặc thiếu vòng dây - Khắc phục chạm chập
- Hàn sai vị trí các đầu dây - Kiểm tra tìm vị trí sai hàn lại
1 Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha?
2 Tính toán được các thông số để quấn máy biến áp một pha công suất nhỏ?
3 Sửa chữa được máy biến áp một pha công suất nhỏ đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và an toàn?
MÁY BIẾN ÁP BA PHA
Khái niệm về máy biến áp ba pha
MBA 3 pha dùng biến đổi nguồn điện AC 3 pha từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và giữ nguyên tần số Cơ bản về mặt cấu tạo MBA 3 pha cũng bao gồm các cuộn dây sơ cấp, thứ cấp quấn trên lõi thép Tùy vào kết cấu của lõi thép mà người ta chia ra các loại MBA 3 pha như sau:
Cấu tạo máy biến áp 3 pha
MBA 3 pha tổ hợp: Còn gọi là MBA 3 pha có mạch từ riêng, bao gồm 3 lõi thép giống nhau, trên đó có quấn các cuộn sơ cấp, thứ cấp Thông số của các cuộn dây cũng giống nhau hoàn toàn Nói cách khác: đây chính là sự tổ hợp 3 MBA 1 pha giồng nhau hoàn toàn
Hình 3.1 mô tả sơ đồ MBA ba pha với một vỏ, loại chỉ sử dụng một mạch từ Mạch từ có cấu tạo gồm 3 trụ, mỗi trụ quấn dây dẫn cho một pha riêng biệt, đảm bảo tính cân đối và hiệu quả hoạt động Các thông số kỹ thuật của bộ dây quấn được thiết kế đồng nhất để tối ưu hóa quá trình truyền tải điện năng Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại MBA này được thể hiện rõ trong hình 2.17, giúp người đọc hiểu rõ về cấu trúc và chức năng của hệ thống.
28 a Sơ đồ cấu tạo b.Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.2 Nguyên lý MBA 3 pha 1 vỏ
Các đại lượng định mức
3.1 Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Điện áp sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức U 2đm (V, kV): Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức
Chú ý với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, còn máy biến áp ba pha điện áp là điện áp dây
3.2 Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức
Với máy biến áp một pha:
Với máy biến áp ba pha:
Nếu = 1 S1 = S2U2đm I2đm = U1đm I1đm
Trên máy biến áp còn ghi rõ các thông số quan trọng như tần số định mức (fđm), số pha (m), sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch (Un%), chế độ làm việc, phương pháp làm mát nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của thiết bị.
3.3 Công suất định mức của máy biến áp (S)
Công suất định mức Sđm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp
4 Vận hành máy biến áp ba pha công suất nhỏ (S