Đề tài Nguyên lý hoạt động của các loại công tơ

điện xoáy I12, I22 tạo thành momen làm quay đĩa nhôm. Mômen quay Mq là tổng của các momen thành phần: Mq=C1I22+C2I12 C1,C2 là hệ số; - góc lệch pha giữa và b> Cấu tạo công tơ một pha Hai cuộn dây tạo thành 2 nam châm điện 1 và 2. cuộn dây một mắc song song với phụ tải có số vòng dây lớn và tiết diện nhỏ gọi là cuộn áp. cuộn dây 2 mắc nối tiếp với phụ tải có ít vòng, đuớng kính dây từ 1-2 mm gọi là cuộn dòng. Đĩa nhôm 3 gắn trên trục có thể quay tự do giữa cuộn 1 và 2. Trên trục gắn hộp số cơ khí để chỉ thị. Nam châm 4 có nhiệm vụ tạo momen hãm do từ trường của nó xuyên qua đĩa nhôm khi đĩa quay. Giản đồ véc tơ Khi có dòng điện I chạy qua phụ tải và qua cuộn dòng sẽ tạo ra từ thông cắt đĩa nhôm 2 lần. Điện áp U được đặt vào cuộn áp, dòng Iu tạo thành 2 từ thong xuyên qua đĩa nhôm và không xuyên qua đĩa nhôm. Ta có: =K1I =KuIu=KuU/Zu U: điện áp đặt lên cuộn áp Zu: tổng trở của cuộn áp; K1,Ku - hệ số tỉ lệ Do cuộn áp có điện trở thuần khá nhỏ so với cuộn kháng nên ta có thể coi ZuXu=2fLu Lu- điện cảm của cuộn dây f- tần số Do đó: = Ta có momen quay của cơ cấu chỉ thị kiểu cảm ứng: Mq=Cf. nếu ta coi thì Mq=Cf. Hay Mq=CKiK’uUI. Mq=KUI. K=CKiK’u; : góc lệch pha giữa Từ biểu đồ vectơ ta có: Nếu thực hiện thì và biểu thức trên sẽ là: Mq=KUI=KP Từ đó ta thấy momen tỉ lệ với công suất tiêu thụ Để có thể thực hiện người ta điều chinh góc tức là điều chỉnh bằng cách thay đổi vị trí sun từ của cuộn áp hoặc đỉều chỉnh góc nghĩa là thay đổi bằng cách them hoặc bớt vòng ngắn mạch của cộn dòng. Momen quay Mq làm cho đĩa nhôm quay, khi đĩa nhôm quay trong từ trường của nam châm vĩnh cửu, nó bị cản bởi momen cản Mc do từ trườn của nam châm khi xuyên qua đĩa nhôm tạo nên. MC=kIIM : từ thông do nam châm sinh ra IM: dòng điện xoáy sinh ra trong đĩa nhôm Trong đó IM=k2no; no: tốc độ quay đều của đĩa nhôm khi momen quay bằng momen cản. Nên ta có: Mc=k1k2no Và Mc=k3no Khi cân bằng giữa momen quay và momen cản ta có: Mq=Mc Và KP=k3no Trong khoảng thời gian t đĩa quay được n vòng vì vậy no=N/t suy ra N= CpPt=CpW Cp: hằng số của công tơ, Cp = N/W [vòng/kwh] II. Công tơ điện 3 pha đo năng lượng Công tơ này có 2 phần tử. Phần động gồm 2 đĩa nhôm được gắn vào cùng một trục. Mỗi đĩa nhôm đều nằm trong từ trường cuộn áp và cuộn dòng của các pha tương ứng. Các cuộn áp được mắc song song với phụ tải. Nam châm cản được đặt vào một trong 2 đĩa nhôm. Momen quay được tạo ra bằng tổng của 2 momen quay của 2 phần tử và năng lượng đo được chính là năng lượng của mạch 3 pha. III. Công tơ nhiều biểu giá 1. Nhu cầu và lợi ích thiết thực của công tơ nhiều biểu giá Một đặc điểm bất lợi đối với hệ thống điện lực Việt Nam là đồ thị phụ tải rất không bằng phẳng, gây ra nhiều khó khăn cho công tác quy hoạch, phát triển, vận hành hệ thống. Để khắc phục tình trạng trên cần phải áp dụng biện pháp điều hoà phụ tải. Đó là dung giải pháp bán giá điện theo thời gian sử dụng trong ngày cho khách hang sản xuất và kinh doanh dịch vụ. Theo biểu giá này thì giá điện trong giờ cao điểm sẽ cao hơn bình thường và ngược lại trong giờ thấp điểm. Để có thể đo đếm được chính xác điện năng sử dụng của khách hang theo thời gian sử dụng và các thong số quản lý phụ tải, Tổng công ty Điện Lực Việt Nam tiến hành lắp đặt công tơ điện tử nhiều biểu giá cho các khách hang thuộc đối tượng áp dụng giá điện theo thời gian sử dụng trong ngày. 2. Khả năng đo đếm của công tơ nhiều biểu giá Công tơ điện tử nhiều biểu giá cung cấp nhiều khả năng đo đếm theo thời gian sử dung điện của khách hang. Cấp chính xác của loại công tơ này tương đối cao, có thể là 0,2; 0,5; 1. Công tơ điện tử có thể được lập trình hoàn toàn cho các chức năng sử dụng của nó. Thông thường, theo yêu cầu của giá điện các công tơ điện tử có 8 đến 16 bộ ghi điện năng theo thời gian sử dụng, 4 đến 8 bộ ghi nhu cầu công suất cực đại, 7 đến 12 mức khác nhau. Dung lượng bộ nhớ cho phép ghi dữ liệu phụ tải khoảng 60-90 ngày. Các khả năng này cho phép thực hiện các biểu giá điện theo thời gian sử dụng phức tạp trong ngày của từng năm. Một số loại công tơ điện tử còn có khả năng ghi lại biểu đồ phụ tải và đưa ra các tín hiệu cảnh báo khi khách hang sử dụng quá công suất trong giờ cao điểm. Các công tơ điện tử thường được lập trình để có được khả năng đo đếm sau: Tổng điện năng hữu công Tổng điện năng vo công Điện năng sử dụng giá bình thường Điện năng sử dụng giá cao điểm Điện năng sử dụng giá thấp điểm Công suất sử dụng cực đại trong thời gian bình thường Công suất sử dụng cực đại trong thời gian cao điểm Công suất sủ dụng cực đại trong thời gian thấp điểm Thời điểm công suất cực đại của thời gian thường Thời điẻm công suất cực đại của thời gian cao điểm Thời điẻm công suất cực đại của thời gian thấp điểm Số lần mất điện Thời điểm mất điện Số lần cài đặt lại Thời điểm cài đặt lại Số lần lập trình Thời điểm lập trình 3. Cấu tạo nguyên lý hoạt động Đây là một loại công tơ có hai hay nhiều bộ số và bộ số chỉ làm việc trong thời gian ấn định. Điện năng tiêu thụ ghi được trên mỗi bộ số ứng với một biểu giá quy định. Trừ bộ số ra thì nó có cấu tạo giống công tơ thông thường. Công tơ điện tử được lập trình để đọc dữ liệu tại chỗ qua cổng thong tin quang hoặc đọc từ xa qua công RS232. Việc đọc công tơ và cài đặt chương trình cho công tơ được thực hiện trực tiếp bằng máy tính hoặc bằng thiết bị cầm tay. Một trong những ứng dụng hữu ích của công tơ điện tử là cho phép đọc tín hiệu từ xa. Tại trung tâm sử lý số liệu có thể đọc được kết quả đo đếm của công tơ qua mạng điện thoại mà không cần đến nơi trực tiếp đặt công tơ, kết quả đọc được lưu trữ dưới dạng các file dữ liệu nên công việc sử lý dữ liệu trên máy tính rất thuận lợi. IV. Công tơ chỉ thị số Dựa trên cảm ứng Hall được tóm tắt như sau: Nếu dọc theo tấm mạch bán dẫn cho chạy qua một dòng điện, dưới tác dụng của một từ trường có hướng vuông góc với dòng điện đó sẽ xuất hiện một điện thế theo hướng cắt ngang vuông góc với hướng dòng điện. Bộ biến đổi gồm một tấm bản dẫn mỏng: Hai đầu tấm bán dẫn (1 và 2) được nối với một nguồn dòng bên ngoài. Điểm tác động của cảm ứng từ theo hướng mũi tên trên hai đầu cực( 3 và 4) sẽ xuất hiện sức điện động gọi là sức điện động Hall và bằng: Trong đó : RX : hằng số Hall phụ thuộc vào chất liệu của tấm bán dẫn a, l, n : kích thước hình học của bộ biến đổi Hall U : độ linh động của các phần tử dẫn điện I : dòng điện trong bộ biến đổi : góc giữa véc tơ cảm ứng B và mặt phẳng bộ biến đổi Khi đo công suất và năng lượng, trong bộ biến đổi phải bảo đảm được sự phụ thuộc giữa các đại lượng đầu vào với điện thế Un trên tải và dòng điện In qua tải. Có hai phương án chế tạo: - Một là, qua cuộn dây tạo ra tử trường sẽ có dòng điện chạy qua, dòng điện này chạy qua tải In , còn dòng điện qua bộ biến đổi tỉ lệ thuận với hiệu điện thế trên bộ biến đổi. - Hai là, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường sẽ tỉ lệ với hiệu điện thế trên tải Un. Còn dòng điện qua bộ biến đổi sẽ tỉ lệ thuận với dòng điện qua tai In. Trong thực tế cách thứ nhất được ứng dụng rộng rãi hơn vì trong cách thứ hai khi đầu cuộn dây tạo ra từ trường vào mạch song song, do ảnh hưởng gây bởi thành phần điện cảm, sai số do tần số sẽ tăng. Khi dòng điện ổn định, sức điện động EX cũng sẽ ổn định, với dòng điện có dạng song hình sin tần số EX sẽ có thành phần ổn định và biến thiên: trong đó: K1, K2 là những hệ số tỉ lệ, chúng phụ thuộc vào tính chất của bộ biến đổi và các thong số của hệ thong tạo từ thong. K3 hệ số biến đổi điện áp ra dòng điện. : góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp phụ tải. Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của một công tơ chỉ thị số: Các phần tử đo 7. Bàn phím điều khiển Bộ biến đổi điện áp ra tần số 8. Chỉ thị số Bộ vi sử lý 9,10. Nguồn cấp điện Cửa cho tín hiệu vào 11. Cổng kêt nối máy tính Cửa phát xung năng lượng Cửa nhận tín hiệu xung kiểm tra Chương IV. ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG I.1 Đo công suất tác dụng Công suất và năng lượng là các đại lượng cơ bản của hệ thống điện. Các đại lượng này có liên quan nhiều đến nền kinh tế quốc dân, vì vậy việc xác định công suất và năng lượng là nhiệm vụ rất quan trọng. Đối với mạch một chiều công suất tác dụng được tính theo biểu thức: P=UI Với mạch xoay chiều một pha: P=UI= Với mạch xoay chiều 3 pha: P= Nếu mạch 3 pha hoàn toàn đối xứng ta có: = Tuy nhiên trong mạch điện 3 pha thực tế, phụ tải thường không đối xứng. Để thực hiện phép đo công suất tổng trong mạch 3 pha ta hãy xét trường hợp chung, đó là mạch 3 pha 3 dây với tải hình sao không có dây trung tính với tải bất kỳ: Trong đó: là các giá trị tức thời của điện áp dây là các giá trị tức thời của điện áp fa là các dòng tức thời của các pha Có thể viết các phương trình sau: tại N ta có: =0 Ta có => = = Dựa vào kết quả trên ta có thể tính công suất trong mạch 3 pha theo một trong 3 biểu thức: = = = I.2 Đo công suất tác phản kháng Công suất phản kháng được tính theo biểu thức: Q=UI I.2.1 Đo công suất phản kháng trong mạch một pha Khác với công suất tác dụng, công suất phản kháng tỉ lệ với . Để tạo ra được góc phải làm sao tạo được góc lệch giữa véctơ dòng và áp của cuộn dây điện áp trong oatmet. Muốn vậy người ta mắc them một điện trở R1 song song với cuộn áp sau đó mắc nối tiếp cuộn dây điện cảm L2 và điện trở R2. Với cách mắc trên đẵ tạo ra được góc lệch pha giữa U và Iu trong cuộn áp một góc bằng cách chọn các thong số của mạch thích hợp. Khi đó góc lệch của oatmet là: S= k/Zu : Độ nhạy của oátmet phản kháng I.2.2 Đo công suất phản kháng trong mạch 3 pha Công suất phản kháng của mạch 3 pha có thể coi là tổng công suất phản kháng của từng pha. Khi tải đối xứng ta có: Để công suất phản kháng của mạch 3 pha tải đối xứng, ta có thể sử dụng oátmet đo công suất tác dụng nhưng mắc theo sơ đồ sau dưới. Trong đó cuộn dòng của oatmet mắc vào pha A, cuộn áp mắc vào pha B và pha C. Đồ thị véc tơ Trong trường hợp này ta có: Theo sơ độ vectơ Công suất phản kháng trong mạch 3 pha đối xứng được tính: ChươngV. CÁC TIÊU CHUẨN THỬ NGHIỆM I. Định nghĩa về các đại lượng của công tơ 1. Dòng cơ bản (Ib): giá trị dòng điện mà ứng với giá trị này, đặc tính liên quan của công tơ mắc trực tiếp được ấn định. 2. Dòng danh định (Idd): giá trị mà dòng ứng với giá trị này, đặc tính liên quan của công tơ làm việc có máy biến dòng được ấn định. 3. Dòng cực đại (Imax): giá trị dòng điện cao nhất công tơ có thể chịu được mà vẫn thoả mãn yêu cầu về độ chính xác theo tiêu chuẩn này. 4. Điện áp chuẩn: giá trị điện áp mà ứng với điện áp này, đặc tính liên quan của công tơ được ấn định. 5. Tần số chuẩn: giá trị tần số mà ứng với tần số này, đặc tính liên quan của công tơ được ấn định. 6. Chỉ số cấp chính xác: số nêu các giới hạn sai số cho phép tính bằng phần trăm, đối với mọi giá trị dòng trong khoảng từ 0.1Ib đến Imax hoặc trong khoảng tử 0.05Ib đến Imax đối với hệ số công suất bằng một. 7. Sai số phần trăm: II. Các phép kiểm định Kiểm tra bên ngoài Kiểm tra độ bền cách điện Điều kiện thử nghiệm chung: Quy trình thử nghiệm theo TCVN 6099-1996 Trước tiên thử nghiệm điện áp xung sau đó thử nghiệm điện áp xoay chiều. Đối với các thử nghiệm này thì thuật ngữ “đất” có ý nghĩa sau: Trong trường hợp vỏ công tơ làm bằng kim loại thì đất là bản than vỏ công tơ dược đặt trên một bề mặt dẫn điện phẳng. Trong trường hợp vỏ công tơ hoặc một phần vỏ làm bằng vật liệu cách điện thì đất là một lá mỏng dẫn điện bao bọc công tơ tiếp xúc với tất cả những phần tử dẫn điện có thể chạm tới được và được nối với bề mặt dẫn điện phẳng trên đó đặt đế công tơ. Trong khi thử nghiệm điện áp xung và điện áp xoay chiều, các mạch không chịu thử nghiệm đều đưọc nối vào đất như chỉ dẫn sau đây: Không được xảy ra phóng điện bề mặt và phóng điện chọc thủng. Thử nghiệm điện áp xung Thử nghiệm điện áp xoay chiều Thực hiện theo bảng sau. Điện áp thử nghiệm phải thực chất là hình sin, tần số nằm giữa 45 Hz và 65 Hz, và được đặt trong 1 min. Nguồn điện phải có khả năng cung cấp ít nhất là 500 VA. Trong khi thực hiện các thử ngiệm đối với đất thì các mạch phụ có điện áp chuẩn nhỏ hơn hoặc bằng 40V phải được nối đất. Giá trị hiệu dụng của điện áp thử nghiệm Các điểm đặt điện áp thử nghiệm 2KV Các thử nghiệm được tiến hành khi vỏ kín, công tơ đã lắp đủ nắp và nắp đầu nối giữa một bên là tất cả mạch dòng, mạch áp, cũng như các mạch phụ kiện có điện áp chuẩn lớn hơn 40V, được nối với nhau và một bên là đất. giữa các mạch điện không nối với nhau trong vận hành. 4 KV (đối với thử nghiệm ở điểm a ) 40V (đối với thử nghiệm thuộc điểm c) Các thử nghiệm bổ xung đối với những công tơ có vỏ cách điện thuộc cấp bảo vệ II. a. giữa một bên là tất cả các mạch dòng, mạch áp, cũng như các mạch phụ có điện áp chuẩn lớn hon 40V, được nối với nhau và một bên là đất.(*) b. kiểm tra sự phù hợp với các điểu kiện quy định ở 4.2.7 bằng cách xem xét. c. giữa một bên là tất cả các bộ phận dẫn điện bên trong công tơ được nối với nhau, một bên là tất cả các bộ phận dẫn điện bên ngoài vỏ công tơ mà que thử có thể cham đến, được nối với nhau. (**) 1.thử nghiệm ở điểm a phần B đựoc thực hiện khi vỏ nắp kín, công tơ dã đủ nắp và nắp đầu nối. 2. thử nghiêm ở điểm c phần B không cần thực hiện, nếu như thử nghiệm ỏ điểm b không có gì nghi vấn. Kiểm tra tỉ số truyền và cơ cấu đếm Ta biết rằng với mọi giá trị của phụ tải thì tốc độ quay của công tơ tỉ lệ thuận với điện năng tiêu thụ. Tốc độ quay của đĩa công tơ sẽ được truyền lên bộ số. Cấu tạo của công tơ phải thoả mãn được công thức: C.N = P.t Trong đó: C: Hằng số công tơ N: Số vòng quay của đĩa công tơ P: Công suất điện phụ tải t: Khoảng thời gian tiêu thụ điện năng Ta có thể kiểm tra bằng cách đếm từng vòng hoặc theo một trong hai phương pháp: Phương pháp công suất thời gian hoặc phương pháp dung công tơ chuẩn. Ta điều chỉnh sao cho U=Udm, I=Idm. Trong khoảng thời gian đó bộ số sẽ dịch chuyển một đơn vị nhất định. Từ đó ta sẽ xác định được mức độ đếm của cơ cấu. Ta có: (Phương pháp công suất thời gian) (Phương pháp dung công tơ chuẩn) Trong đó: S: cấp chính xác của công tơ kiểm W0, W: Số chỉ điện năng ghi được ỏ công tơ chuẩn và công tơ kiểm P: Công suất đưa vào công tơ tính theo wattmet t: thời gian kiểm tra Kiểm tra tự quay Như ta đã biết momen ma sát của công tơ do phải quay hộp số và do ma sat giữa trục trụ là rất lớn, mômen này gây nên sai số của công tơ. Để khử momen này cần phải tạo ra một momen bù ban đầu Mb bằng cách gây ra một từ thong lêch trong không gian và trong thời gian với bằng một lá sắt từ đặt trong mạch từ của cuộn áp:Mb= Để thay đổi momen bù ta thay đổi vị trí của lá sắt từ bằng vít chỉnh vị trí. Thường momen bù lớn hơn momen ma sat. Khi chúng tự quay ta chỉnh biên áp BA1 sao cho điện áp bằng điện áp định mức U=Udm Dòng điện đi qua oatmet, công tơ, ampemet bằng khong I=0, lúc này oátmet chỉ khong và công tơ phải đứng yên. nếu công tơ quay đó là hiện tượng tự quay, ta điều chỉnh vít đến khi công tơ đứng yên. - Hiệu chỉnh góc (hiệu chỉnh góc ) Đặt U=Udm, I=Idm; điều chỉnh góc lệch pha tức là , khi đó oatmet chỉ “0”. Công tơ đứng yên, nếu công tơ vẫn quay tức Để điều chỉnh ta điều chỉnh bộ phân nhánh từ của cuộn áp hoặc điều chỉnh bằng cách điều chỉnh vòng ngắn mạch của cuộn dòng đến khi công tơ đứng yên. Kiểm tra ngưỡng độ nhạy Công tơ phải khởi động được và tiếp tục ghi khi có dòng cho trong bảng sau: Công tơ dùng để cấp chính xác của công tơ 1 2 Hệ số công suất Nối trực tiếp 0.004 Ib 0.005 Ib 1 Nối qua máy biến dòng 0.002 Idd 0.003 Idd 1 6. Xác định sai số cơ bản Các giới hạn sai số tính bằng phần trăm: a>Công tơ một pha và nhiều pha chịu tải cân bằng Giá trị dòng đối với công tơ đối với công nối trực tiếp tơ nối qua máy biến dòng Hệ số công suất Giới hạn sai số tính bằng phần trăm đối với công tơ cấp chính xác 1 2 0,05Ib I 0,1Ib 0,02IddI0,05Idd 1 1,5 2,5 0,1IbI0,2Imax 0,05IddI0,05Imax 1 1,0 2,0 0,1IbI0,2Ib 0,05IddI0,1Idd 0,5L 0,8C 1,5 1,5 2,5 - 0,2IbIImax 0,1IddIImax 0.5L 0,8C 1,0 1,0 2,0 - Khi có yêu cầu đặc biệt của khách hàng 0,2IbIIb 0,1IddIIdd 0,25L 0,5C 3,5 2,5 - - b> Công tơ nhiều pha mang tải một pha nhưng có điện áp các pha cân bằng đặt vào mạch điện áp Giá trị dòng đối với công đối với công tơ nối trực tiếp tơ nối qua máy biến dòng Hệ số công suất Giới hạn sai số tính bằng phần trăm đối với công tơ cấp chính xác 0,1Ib I Imax 0,05IddIImax 1 2,0 3,0 0,2Ib I Imax 0,1IddIImax 0,5L 2,0 3,0 Đo sai lệch giữa sai số phần trăm khi công tơ mang tải một pha và ba pha cân bằng ở dòng điện cơ bản và hệ số công suất bằng một đối với công tơ nối trực tiếp và ở dòng danh định và hệ số công suất bằng một đối với công tơ nối qua máy biến dòng, không được vượt quá 1,5% dối với công tơ cấp chính xác 1 và 2,5% đối với công tơ cấp chính xác 2. Chương VI. THIẾT KẾ THIẾT BỊ KIỂM ĐỊNH Xuất phát từ yêu cầu thực tế công tơ đo đếm điện năng các loại được quy về 2 loại chủ yếu: - Loại 1 pha và loại 3 pha 4 dây - Loại 3 pha 3 dây 2 cơ cấu Vấn đề cần giải quyết là tạo nên một bộ nguồn có khả năng kiểm được hai loại công tơ nói trên. Từ đó ta tiến hành tính toán lắp ráp bàn kiểm công tơ thỏa mãn phương pháp đo công suất 3 pha bằng 2 oát mét hoặc oát mét 3 pha 2 cơ cấu Căn cứ vào tiêu chuẩn về bàn kiểm công tơ, yêu cầu đặt ra là: - Nguồn áp , nguồn dòng phải riêng rẽ - Dòng điện phải thay đổi được từ 0 đến 250% giá trị định mức của công tơ - Điện áp ra phải là điện áp định mức 220V hoặc 380V - Dòng điện và điện áp phải có góc lệch pha bằng 00, 300, 900 và biến đổi liên tục - Dạng sóng điện áp phải đạt được dạng sóng hình sin có độ méo cho phép - Thỏa mãn được phương pháp đo công suất bằng hai oát mét hoặc oát mét 3 pha 2 cơ cấu Từ những yêu cầu trên quyết định chọn phương án thiết kế 2 pha lẻ (A và C) rồi ghép lại. nếu dùng 3 oát mét lẻ có thể sử dụng 3 mạch 3 pha lẻ ghép lại Sơ đồ khối của mạch kiểm công tơ 1 pha và 3 pha 4 dây: Sơ đồ khối mạch một pha Sơ đồ khối mạch 3 pha 4 dây Trong đó công tơ 3 pha 4 dây được sử dụng 3 mạch lẻ 1 pha ghép lại. mỗi mạch 1 pha cấp cho 1 phần tử của công tơ và 1 phần tử của oát mét (công tơ mẫu) điện áp UAO, UAB đưa vào bộ tạo góc lệch pha tạo ra UA2 được tạo đưa vào mạch tạo dòng IOA sao cho IA và vecto U có góc lệch pha tùy ý. Bộ biến đổi góc góc φ có khả năng tạo ra UA2 sao cho qua bộ tạo dòng tạo ra được IA hợp với UAO một góc theo ý muốn. Thiết kế bộ tạo áp Chọn máy biến áp tự ngẫu 1 pha tăng áp có các số liệu sau Str = 1000 VA U1 = Udm = 220 V U2 = 600 V Có 4 cấp điện áp thứ cấp: 127V, 220V, 300V, 600V 1. Công suất tính toán Theo công thức (8-19) sách thiết kế máy biến áp của Phạm Văn Bình và Lê văn Doanh ta có: Stt = Str(1-U2/U1) Stt = 1000(1- 600/220) = 633.33 (VA) 2. Dòng điện phía sơ cấp Có Stt = U1I1 Dòng điện phía sơ cấp : I1===2,88 (A) 3. Dòng điện phía thứ cấp máy biến áp: Stt= U2.I2 Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2= 4. Tính sơ bộ mạch từ Tiết diện sơ bộ trụ Chọn máy biến áp một pha dây quấn trên trụ giữa, tiết diện trụ tính theo công thức kinh nghiệm: St= Trong đó : C : số trụ máy biến áp KQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát chọn KQ=6 (làm mát bằng không khí) f : tần số điện áp lưới Vậy: St= b. Đường kính trụ dt= (cm) Chọn tỉ số h= 2,2.4,6= 10,12 (cm) chọn h=10 (cm) Chọn loại thép tôn silic, tổn thất 1,3w/kg, bề dày 0,5mm chọn B=1T Tính dây quấn 5. Số vòng dây cuộn sơ cấp máy biến áp: Số vòng dây cuộn thứ cấp máy biến áp: Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Với dây dẫn đồng, máy biến áp khô chọn J1=J2=2,75 A/mm2 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: chọn dây dẫn tròn, cách điện cấp B có tiết diện chuẩn: d1=1,16 mm S1=1,0568 mm2 mCu=9,4 g/m R=0,0163 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1=I1/S1 = 2,88/1,0568=2,72 A/mm2 Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp: Chọn dây dẫn tròn cách điện cấp B có tiết diện chuẩn: S2=0,4072 mm2 d2=0,72 mm mCu=3,6 g/m R=0,0423 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp: J2= Kết cấu dây dẫn sơ cấp Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp: W11= Trong đó kc=0,95 là hệ số ép chặt h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 0,2 cm Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: Chọn số lớp n11=6 lớp. Như vậy 464 vòng chia làm 6 lớp. 5 lớp đầu mỗi lớp có 79 vòng, lớp thứ 10 có 69 vòng Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy S01=0,1 cm Chu vi trong của cuộn sơ cấp: Dt1= (dt+0,2).4=(4,6+0,2).4=19,2 (cm) Chọn bể dầy giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11=0,2 mm Bề dầy cuộn sơ cấp Bd1=(d1+cd11).n11=(1,16+0,2).6=0,816(cm)22. Chu vi ngoài cuộn sơ cấp Dn1= Chu vi trung bình cuộn sơ cấp Dtb1= Chiều dài dây quấn sơ cấp: l1=w1.Dtb. =21,76.464=100,9664(m) Kết cấu dây quấn thứ cấp Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp. h1=h2=10 cm Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp W12= Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp lớp Chọn số lóp dây quấn thứ cấp n12=10 lớp. chọn 9 lớp đầu có 132 vòng, lớp 10 có 78 vòng. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp cd12=0.2 cm Chu vi trong cuộn thứ cấp Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd2=0,2mm Bề dầy cuộn thứ cấp Bd2=(d2+cd2).n12 =(0,072+0,02).10=0,92 (cm) Chu vi ngoài cuộn thứ cấp Chu vi trung bình cuộn thứ cấp Dtb2= (cm) Chiều dài dây quấn thứ cấp l2= Chọn khoảng cách giữa cuộn thứ cấp đến gông: cd22=1 cm Tính số vòng dây ứng với các cấp điện áp ở thứ cấp W127=127. = 268 (vòng) W220=220. = 464 (vòng) W300=300. = 633 (vòng) Tính kích thước mạch từ Số lá thép dùng trong một trụ n = d/0,5= 0,95.4,6/0.05=87 lá Tiết diện hiệu quả của trụ QT= 0,95.21,35=20,2825 cm2 Để đơn giản ta chọn gông như trên Tiết diện gông: Qg=2,3.4,6=10,58 cm2 Tiết diện hiệu quả của gông Qhg=0,95.10,58=10,051 cm2 Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ BT= T Mật độ từ cảm trong gông Bg= T Chiều rộng cửa sổ c = S01 + cd12 + Bd1 + Bd2+cd22 = 0,1+0,2+0,816+0,92+1=3,036(cm) Chiều rộng mạch từ C= 3,036.2+2,3.2+4,6=15,272 (cm) Chiều cao mạch từ H=10+2,3.2=14,6(cm) Tính khối lượng của sắt và đồng Thể tích của trụ VT=QT.h=20,2825.10=202,825 (cm3) Thể tích gông Vg=2.2,3.4,6.10+2.2,3.4,6.16,672=564,38(cm3) 47.Khối lượng của trụ MT=VT.mFe=0,202825.7,85=1,592 (kg) 48. Khối lượng của gông Mg=Vg.mFe=0,56438.7,85=4,43 (kg) 49. Khối lượng đồng MCu=(L1.mCu+L2.mCu)=100,9664.9,4+360,417.3,6=2,138 (Kg) Tính các thông số của máy biến áp 50. Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C R1= 51. Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C R2= 52. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp Rba= 53. Sụt áp trên điện trở máy biến áp (V) 54. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp Xba= 55. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp Lba= 56. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp V 57. Tổng trở ngắn mạch quy đổi vể thứ cấp Zba= 58.Dòng điện ngắn mạch (A) 59. Điện áp ngắn mạch phần trăm II. Thiết kế bộ tạo dòng Bộ tạo dòng điện có các thông số sau: Stk = 3000 VA U1 = Udm = 220 V Phía thứ cấp tạo ra 7 cấp dòng điện: I2= (0,5; 1; 2,5; 5; 10; 25; 50) A 1.Dòng điện phía sơ cấp I1= I1=A 2.Tính sơ bộ mạch từ a. Tiết diện sơ bộ trụ Chọn mạch từ có 2 trụ, tiết diện mỗi trụ tính theo công thức kinh nghiệm: Q= Trong đó : C : số trụ bộ tạo dòng KQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát chọn KQ=6 (làm mát bằng không khí) f : tần số điện áp lưới Vậy: Q= b> Đường kính trụ dt= (cm) chọn dt= 5,7 cm Chọn tỉ số h= 2,3.5,7= 13(cm) Chọn loại thép tôn silic, tổn thất 1,3w/kg, bề dày 0,5mm,chọn B=0,8 T Tính dây quấn 3.Số vòng dây cuộn sơ cấp bộ tạo dòng 4.Số vòng dây cuộn thứ cấp 5.Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy tạo dòng Với dây dẫn đồng, máy biến áp khô chọn J1=J2=3,2 A/mm2 6.Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: chọn dây dẫn tròn, cách điện cấp B có tiết diện chuẩn: d1=2,83 mm S1=6,29mm2 mCu=55,9 g/m R=0,00278 7.Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1=I1/S1 = 18,94/6,29=3,01A/mm2 8.Tiết diện dây dẫn thứ cấp của bộ tạo dòng Chọn dây dẫn tròn cách điện cấp B có tiết diện chuẩn: S2=15,9 mm2 d2=4,5 mm mCu=142 g/m R=0,0011 9.Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp: J2= Kết cấu dây dẫn sơ cấp 10.Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp: W11= Trong đó kc=0,95 là hệ số ép chặt h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 0,2 cm 11.Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: 12.Chọn số lớp n11=9 lớp. Như vậy 377 vòng chia làm 9 lớp 8 lớp đầu mỗi lớp có 42 vòng, lớp thứ 9 có 41 vòng. 13. Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy S01=0,1cm 14. Chu vi trong của cuộn sơ cấp: Dt1= (dt+0,1).4=(5,7+0,1).4=23,32 (cm) 15. Chọn bể dầy giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11=0,2 mm 16. Bề dầy cuộn sơ cấp Bd1=(d1+cd11).n11=(2,86+0,2).9=2,754(cm)17. Chu vi ngoài cuộn sơ cấp Dn1