Khảo sát bộ nguồn P46 và P52 thiết kế máy biến áp

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Ñeà taøi: KHAÛO SAÙT BOÄ NGUOÀN P46 VAØ P52 THIEÁT KEÁ MAÙY BIEÁN AÙP GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN: VUÕ BAÛO TUYEÂN SINH VIEÂN THÖÏC HIEÄN : NGUYEÃN VAÊN LAÂM LÔÙP : 95KÑÑ TP.HOÀ CHÍ MINH 2-2000 BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP.HOÀ CHÍ MINH ÑOÄC LAÄP -TÖÏ DO- HAÏNH PHUÙC TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân sinh vieân : NGUYEÃN VAÊN LAÂM Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ Teân ñeà taøi: Khaûo saùt boä nguoàn P46 vaø P52 Thieát keá maùy bieán aùp boä nguoàn Caùc soá lieäu ban ñaàu: Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh : Caùc baûn veõ: 5. Giaùo vieân höôùng daãn: VUÕ BAÛO TUYEÂN 6. Ngaøy giao nhieäm vuï: 13 -12-1999 7. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï: 28-2-2000 Giaùo vieân höôùng daãn Thoâng qua boä moân Ngaøy… Thaùng … Naêm2000 Chuû nhieäm boä moân BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN Hoï vaø teân sinh vieân : NGUYEÃN VAÊN LAÂM Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ Teân ñeà taøi: Khaûo saùt boä nguoàn P46 vaø P52 Thieát keá maùy bieán aùp boä nguoàn Noäi dung luaän vaên toát nghieäp: Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân höôùng daãn: Giaùo vieân höôùng daãn (kyù vaø ghi roõ hoï teân) VUÕ BAÛO TUYEÂN BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN Hoï vaø teân sinh vieân : NGUYEÃN VAÊN LAÂM Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ Teân ñeà taøi: Khaûo saùt boä nguoàn P46 vaø P52 Thieát keá maùy bieán aùp boä nguoàn Noäi dung luaän vaên toát nghieäp: Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân phaûn bieän: Giaùo vieân phaûn bieän (kyù vaø ghi roõ hoï teân) Lôøi Noùi Ñaàu Trong quaù trình hoïc taäp taïi nhaø tröôøng, thöïc taäp ño löôøng laø moân hoïc quan troïng. Noù giuùp cho sinh vieân hieåu saâu vaø nhôù kyõ lyù thuyeát ñaõ ñöôïc hoïc, ñoàng thôøi cuûng coá kieán thöùc cho moät soá moân hoïc khaùc. Moân thöïc taäp ño löôøng ñieän caàn raát nhieàu boä nguoàn AC/DC. Tuy nhieân, caùc boä nguoàn naøy ñaõ ñöôïc trang bò töø tröôùc naêm 1975 vaø ñöôïc söû duïng lieân tuïc cho ñeán nay. Vì vaäy, vieäc hö hoûng ôû caùc boä nguoàn naøy raát thöôøng xaûy ra. Tröôùc kia, heä thoáng ñieän cung caáp cho boä nguoàn phuø hôïp vôùi ñieän aùp söû duïng chung cho caû tröôøng laø 110V. Nhöng hieän nay, heä thoáng ñieän söû duïng cho tröôøng coù caáp ñieän aùp laø 220V, phoøng thí nghieäm ño löôøng laïi chöa ñuû trang thieát bò ñeå boá trí töøng moân hoïc vaø baûo quaûn caùc boä nguoàn. Thöïc teá, coù raát nhieàu boä nguoàn bò sai caáp ñieän aùp so vôùi caùc giaù trò chuaån ban ñaàu. Vôùi ñeà taøi: “KHAÛO SAÙT BOÄ NGUOÀN P46 VAØ P52 - THIEÁT KEÁ MAÙY BIEÁN AÙP BOÄ NGUOÀN”, chuùng toâi ñaõ tieán haønh khaûo saùt thöïc teá hai boä nguoàn P46 vaø P52 ñeå töø ñoù coù theå tính toaùn thieát keá laïi moät soá phaàn trong hai boä nguoàn. Qua 6 tuaàn laøm vieäc khaån tröông, toâi ñaõ coá gaéng hoaøn thaønh ñeà taøi naøy. Tuy nhieân, duø coá gaéng theá naøo cuõng khoâng traùnh khoûi thieáu soùt. Mong quí thaày coâ vaø baïn beø ñoùng goùp ñeå taäp luaän aùn naøy ñöôïc hoaøn chænh hôn. Thaùng 2 naêm 2000 Sinh vieân thöïc hieän Taäp luaän vaên ñaõ hoaøn thaønh ñuùng thôøi gian qui ñònh cuûa nhaø tröôøng. Keát quaû naøy ñaït ñöôïc laø nhôø söï höôùng daãn taän tình cuûa Thaày Coâ trong nhaø tröôøng suoát naêm naêm qua, cuøng vôùi söï noå löïc cuûa baûn thaân. Em xin chaân thaønh caûm ôn coâ Vuõ Baûo Tuyeân ñaõ tröïc tieáp höôùng daãn vaø giuùp ñôõ em hoaøn thaønh luaän vaên toát nghieäp naøy ñuùng thôøi haïn. Em xin caùm ôn thaày Leâ Vieát Phuù ñaõ giuùp ñôõ em khi thöïc hieän ñeà taøi. Caûm ôn caùc baïn sinh vieân ñaõ ñoùng goùp yù kieán giuùp toâi hoaøn thaønh taäp luaän vaên toát nghieäp naøy. MUÏC LUÏC Nhieäm vuï luaän aùn Lôøi môû ñaàu Lôøi caûm taï Muïc luïc PHAÀN A: KHAÛO SAÙT BOÄ NGUOÀN TAÏI PHOØNG THÖÏC TAÄP ÑO LÖÔØNG Chöông 1: Giôùi thieäu boä nguoàn P46 vaø P52 1 I. Giôùi thieäu 1 II. Caáu taïo chung cuûa hai boä nguoàn 1 Chöông 2 : Sô ñoà maïch thöïc teá cuûa boä nguoàn P46 vaø P52 7 I. Boä nguoàn P46 7 1. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä nguoàn P46 7 2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng 8 II. Boä nguoàn P52 9 1. Sô ñoà nguyeân lyù 9 2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng 10 3. Caùc giaù trò khaûo saùt 10 PHAÀN B: THIEÁT KEÁ VAØ TÍNH TOAÙN Chöông 1: Lyù thuyeát tính toaùn maùy bieán aùp 13 I. Nguyeân lyù laøm vieäc maùy bieán aùp 13 II. Caùc coâng thöùc cô baûn veà maùy bieán aùp 13 III. Phaân loaïi maùy bieán aùp 14 IV. Caùc böôùc tính toaùn maùy bieán aùp coâng suaát nhoû 15 1. Loõi theùp 15 2. Daây quaán 17 Chöông 2: Thieát keá boä nguoàn P46 26 I. Tính maùy bieán aùp 26 II. Khaûo saùt cuoän caûm L 32 Chöông 3: Thieát keá boä nguoàn P52 36 I. Maùy bieán aùp 1 36 II. Maùy bieán aùp 2 39 III. Phöông aùn söû duïng maïch ñieàu chænh ñieän aùp 42 1. Maïch nguoàn ñoâi 12V 42 2. Maïch ñieàu chænh ñieän aùp 0÷ 30V; 1,3A 42 Chöông 4: Thieát keá maùy bieán aùp töï ngaãu 46 I. Giôùi thieäu 46 II. Hình daïng Variac 46 III . Nguyeân taéc hoaït ñoäng 47 Chöông 5: Phöông aùn thieát keá maïch chænh löu 49 I. Maïch chænh löu toaøn soùng 49 II. Tính choïn nguoàn chænh löu DC 49 PHAÀN C: KEÁT LUAÄN VAØ ÑEÀ NGHÒ PHAÀN D: PHUÏ LUÏC TAØI LIEÄU THAM KHAÛO PHAÀN A KHAÛO SAÙT BOÄ NGUOÀN TAÏI PHOØNG THÖÏC TAÄP ÑO LÖÔØNG ÑIEÄN CHÖÔNG I GIÔÙI THIEÄU BOÄ NGUOÀN P46 VAØ P52 Giôùi thieäu: Ñeå thöïc haønh thí nghieäm ño löôøng ñaït hieäu quaû cao, yeâu caàu caàn phaûi coù moät boä nguoàn vôùi nhieàu caáp ñieän aùp khaùc nhau. Caùc caáp ñieän aùp naøy coù theå ñieàu chænh ñöôïc cuõng nhö moät soá caáp coá ñònh khaùc.Vì vaäy, yeâu caàu trò soá doøng ñieän vaø ñieän aùp hay noùi caùch khaùc laø coâng suaát phaûi ñaûm baûo oån ñònh vaø chính xaùc. Vôí yeâu caàu naøy, ngöôøi thieát keá phaûi tính theo coâng suaát qui ñònh. Hieän nay, caùc boä nguoàn AC/DC trong phoøng thí nghieäm ño löôøng ñöôïc hoaït ñoäng ôû caáp ñieän aùp 110V, trong khi nguoàn ñieän cung caáp taïi caùc xöôûng hieän nay laø 220V. Ñieàu naøy, thöïc söï gaây khoù khaên cho vieäc baûo trì vaø vaän haønh. Do ñoù, caàn phaûi tính toaùn laïi sao cho phuø hôïp vôùi caùc caáp ñieän aùp ngoõ vaøo vaøngoõ ra cho phuø hôïp. Phoøng thí nghieäm hieän taïi ñöïôc trang bò boä nguoàn P52 vaø P46. Caùc boä nguoàn ñöôïc trang bò töø tröôùc naêm 1975, ñöôïc söû duïng lieân tuïc cho ñeán nay.Vì vaäy, caùc boä nguoàn ñeàu coù hö hoûng. Ngoõ ra cuûa caùc boä nguoàn nhö sau: 1. Boä nguoàn P46: 2 ngoõ ra 120V-10AMP Max 2 ngoõ ra 0÷120VAC-3.5AMP Max (Ñieàu chænh ñöôïc). 1 ngoõ ra 22.5V-10AMP Max vaø 45VAC-5AMP Max 1 ngoõ ra 18VDC-10 AMP Max vaø 36VDC -5AMP Max 2. Boä nguoàn P52: 1 ngoõ ra 120VAC –10AMP Max 1 ngoõ ra 0÷350VDC-150mAMP Max (Ñieàu chænh ñöôïc). ngoõ ra 0÷25VDC vaø 0÷100mA (Ñieàu chænh ñöôïc). ngoõ ra 6VAC, 12VAC-2.5AMP coá ñònh. Caáu taïo chung cuûa 2 boä nguoàn: Bao goàm caùc phaàn chính sau: Bieán aùp caùch ly. Bieán aùp töï ngaãu. Maïch chænh löu. Baûo veä quaù taûi vaø ngaén maïch. 1. Bieán aùp caùch ly: Nhieäm vuï: Thay ñoåi ñieän aùp nguoàn theo yeâu caàu thieát keá. - ÔÛ boä nguoàn P46 coù moät bieán aùp caùch ly bieán ñoåi ñieän aùp 22.5V-10A vaø 45V-5A, moät cuoän caûm sau boä loïc. - ÔÛ boä nguoàn P52 coù 2 bieán aùp: moät bieán aùp bieán ñoåi ñieän aùp ñöa qua boä ñieàu chænh ñeå coù ñieän aùp 0÷25VDC vaø doøng 0÷100mA vaø moät bieán aùp coù ngoõ ra ñieàu chænh 0÷350VDC vôùi doøng 150mA. Hoaït ñoäng chung cuûa bieán aùp caùch ly laø: Khi coù ñieän aùp xoay chieàu vaøo phaàn sô caáp, doøng ñieän caûm öùng cho ñieän aùp ngoõ ra thöù caáp. Hình 1. Caáu taïo maùy bieán aùp caùch ly Thöôøng ta söû duïng loõi theùp E_I,U_I ñeå quaán daây.Tæ soá bieán aùp: 2. Bieán aùp töï ngaãu: Bieán aùp töï ngaãu laø moät daïng bieán aùp ñaëc bieät, ngoõ ra coù theå thay ñoåi ñieän aùp theo nhieàu caáp, tuøy theo yeâu caàu thieát keá. Trong phoøng thí nghieäm ño löôøng, bieán aùp töï ngaãu ñöôïc duøng laø loõi theùp hình truï, cuoän daây ñoàng ñöôïc quaán theo loõi theùp hình truï. Khi ta thay ñoåi soá voøng daây treân beà maët cuoän daây thì ta thay ñoåi ñieän aùp töø 0÷120V. 3. Chænh löu: Khi coù yeâu caàu ñieän aùp ngoõ ra laø DC maø ngoõ vaøo laø AC thì baét buoäc ta phaûi duøng boä chænh löu ñieän aùp, ñoàng thôøi loïc nguoàn ñeå coù moät ñieän aùp DC oån ñònh ít gôïn soùng. 4. Baûo veä quaù taûi: Trong boä nguoàn thöïc taäp hieän nay, thieát bò baûo veä ñöôïc duøng laø boä Aptomat. Aptomat laø khí cuï ñieän duøng ñeå töï ñoäng ñoùng ngaét maïch ñieän, baûo veä quaù taûi, ngaén maïch, suït aùp. Aptomat coøn goïi laø caàu dao töï ñoäng, thöôøng ñöôïc goïi laø Aptomat khoâng khí vì hoà quang ñöôïc daäp taét trong khoâng khí. Aptomat coù yeâu caàu sau: 1. Cheá ñoä laøm vieäc ôû ñònh möùc cuaû Aptomat phaûi laø cheá ñoä laøm vieäc daøi haïn, nghóa laø chæ soá doøng ñieän ñònh möùc chaïy qua Aptomat laâu bao nhieâu cuõng ñöôïc. Maët khaùc, maïch doøng ñieän cuûa Aptomat phaûi chòu ñöôïc doøng ñieän lôùn (khi coù ngaén maïch) luùc caùc tieáp ñieåm cuûa noù ñaõ ñoùng hay ñang ñoùng. 2. Aptomat phaûi ngaét ñöôïc trò soá doøng ñieän ngaén maïch lôùn coù theå vaøi chuïc kA. Sau khi ngaén ñöôïc doøng ñieän ngaén maïch, Aptomat phaûi ñaûm baûo laøm vieäc toát ôû chæ soá doøng ñieän ñònh möùc. 3. Ñeå naâng cao tính oån ñònh nhieät vaø ñieän ñoäng cuûa caùc thieát bò ñieän, haïn cheá söï phaù hoaïi do doøng ñieän ngaén maïch gaây ra, Aptomat phaûi coù thôùi gian caét beù. Muoán vaäy, thöôøng phaûi keát hôïp löïc thao taùc cô hoïc vôùi thieát bò daäp hoà quang beân trong Aptomat. Ñeå thöïc hieän yeâu caàu thao taùc baûo veä coù choïn loïc, Aptomat caàn phaûi coù khaû naêng chænh trò soá doøng ñieän taùc ñoäng vaø thôøi gian taùc ñoäng. Ñeå coù theå hieåu roõ veà Aptomat ta thöû khaûo saùt nguyeân lí vaø caáu taïo cuaû Aptomat nhö sau: a. Nguyeân lí laøm vieäc: Sô ñoà nguyeân lí ñieän cuûa Aptomat doøng ñieän cöïc ñaïi vaø Aptomat ñieän aùp thaáp ñöôïc trình baøy nhö sau: 4 6 2 3 1 5 Hình 2. Sô ñoà nguyeân lí Aptomat doøng ñieän cöïc ñaïi ÔÛ traïng thaùi bình thöôøng, sau khi ñoùng ñieän, Aptomat ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi ñoùng tieáp ñieåm nhôø moùc raêng 1 khôùp vôùi 5 cuøng moät cuïm vôùi tieáp ñieåm ñoäng. Khi maïch ñieän quaù taûi hay ngaén maïch, nam chaâm ñieän 2 seõ huùt phaàn öùng 4 xuoáng laøm nhaû moùc 1, caàn 5 ñöôïc töï do, keát quaû caùc tieáp ñieåm cuûa Aptomat ñöôïc môû roäng döôùi taùc duïng cuûa loø xo 6, maïch ñieän bò ngaét. 6 1 3 2 4 Hình 3. Sô ñoà Aptomat ñieän aùp thaáp Treân hình 3, khi suït aùp quaù möùc, nam chaâm ñieän 1 seõ nhaû phaàn öùng 8 laøm nhaû moùc 2, do ñoù caùc tieáp ñieåm cuûa Aptomat cuõng ñöôïc môû ra döôùi taùc ñoäng cuaû löïc loø xo 4, maïch ñieän bò caét. Cuïm nam chaâm 2 (ôû hình 3) goïi laø moùc baûo veä quaù taûi hay ngaén maïch. Cuïm nam chaâm 1(hình 3) ñöôïc goïi laø moùc baûo veä suït aùp hay maát ñieän aùp. b. Phaân loaïi vaø caáu taïo: * Phaân loaïi: Theo keát caáu, ngöôøi ta chia Aptomat ra ba loaïi:1 cöïc, 2 cöïc, 3cöïc. Theo thôøi gian thao taùc, ngöôøi ta chia Aptomat ra loaïi taùc ñoäng khoâng töùc thôøi vaø taùc ñoäng töùc thôøi. Tuøy theo coâng duïng baûo veä, ngöôøi ta chia Aptomat ra loaïi Aptomat cöïc ñaïi theo doøng ñieän, cöïc tieåu theo ñieän aùp, doøng ñieän ngöôïc… * Caáu taïo: 1. Tieáp ñieåm: Aptomat thöôøng ñöôïc cheá taïo coù hai caáp tieáp ñieåm (chính vaø hoà quang) hoaëc ba caáp tieáp ñieåm (chính, phuï, hoà quang). Khi ñoùng maïch, tieáp ñieåm hoà quang ñoùng tröôùc, tieáp theo laø tieáp ñieåm phuï, sau cuøng laø tieáp ñieåm chính. Khi caét maïch thì ngöôïc laïi, tieáp ñieåâm chính môû tröôùc, sau ñeán tieáp ñieåm phuï, cuoái cuøng laø tieáp ñieåm hoà quang. Nhö vaäy, hoà quang chæ chaùy treân treân tieáp ñieåm hoà quang, do ñoù baûo veä ñöôïc tieáp ñieåm chính ñeå daãn ñieän. Duøng theâm tieáp ñieåm phuï ñeå traùnh hoà quang chaùy lan vaøo laøm hö haïi tieáp ñieåm chính. Tieáp ñieåm cuûa aùptomat thöôøng ñöôïc laøm baèng hôïp kim goám chòu ñöôïc hoà quang nhö Ag-W,Cu-W,Ni. 2. Hôïp daäp hoà quang: Ñeå Aptomat daäp ñöôïc hoà quang trong taát caû caùc cheá ñoä laøm vieäc cuûa löôùi ñieän, ngöôøi ta thöôøng duøng hai kieåu thieát bò daäp hoà quang laø: kieåu nöûa kín vaø kieåu hôû. Kieåu nöûa kín ñöôïc ñaët trong voû kín cuûa aptomat vaø coù loå thoaùt khí. Kieåu naøy coù giôùi haïn caét khoâng quaù 50kA. Kieåu hôû ñöôïc duøng khi giôùi haïn doøng ñieän caét lôùn hôn 50KA hoaëc ñieän aùp lôùn hôn 1000V. Trong buoàng daäp hoà quang thoâng duïng, ngöôøi ta duøng nhöõng taám theùp xeáp thaønh löôùi ngaên ñeå phaân chia hoà quang thaønh nhieàu ñoaïn ngaén thuaän lôïi cho vieäc daäp hoà quang. 3. Cô caáu truyeàn ñoäng caét Aptomat: Truyeàn ñoäng caét Aptomat thöôøng coù hai caùch: Baèng tay vaø baèng cô ñieän (ñieän töø vaø ñoäng cô ñieän). Ñieàu khieån baèng tay ñöôïc thöïc hieän vôùi caùc Aptomat coù doøng ñieän ñònh möùc khoâng lôùn hôn 600A. Ñieàu khieån baèng ñieän töø (nam chaâm ñieän) ñöôïc öùng duïng ôû caùc Aptomat coù doøng ñieän lôùn hôn (ñeán 1000A). Boä nguoàn taïi phoøng thí nghieäm P46 vaø P52 ñöôïc söû duïng daïng Aptomat baèng tay (coù doøng nhoû hôn 50A). Ñeå taêng löïc ñieàu khieån baèng tay ngöôøi ta coøn duøng moät tay daøi phuï theo nguyeân lí ñoøn baåy. Ngoaøi ra, coøn coù caùch ñieàu khieån baèng ñoäng cô ñieän hoaëc khí neùn. 4. Moùc baûo veä: Aptomat töï ñoäng caét nhôø caùc phaàn töû baûo veä, goïi laø moùc baûo veä. Moùc baûo veä quaù taûi (quaù doøng) ñeå baûo veä thieát bò ñieän khoûi bò quaù taûi, ñöôøng thôøi gian-doøng ñieän cuûa moùc baûo veä phaûi naèm döôùi ñöôøng ñaëc tính cuaû ñoái töôïng caàn baûo veä. Ngöôøi ta thöôøng duøng heä thoáng ñieän töø vaø rôle nhieät laøm moùc baûo veä ñaët beân trong Aptomat. Moùc kieåu ñieän töø coù cuoän daây maéc noái tieáp vôùi maïch ñieän chính. Khi doøng ñieän vöôït quaù trò soá cho pheùp thì phaàn öùng bò huùt vaø moùc seõ ñaäp vaøo khôùp rôi töï do, laøm tieáp ñieåm cuûa Aptomat môû ra. Ñieàu chænh vit ñeå thay ñoåi löïc khaùng cuûa loø xo, ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc trò soá doøng ñieän taùc ñoäng. Moùc kieåu rôle nhieät ñôn giaûn hôn caû, coù keát caáu töông töï nhö rôle nhieät coù phaàn töû phaùt noùng ñaáu noâí tieáp vôùi maïch ñieän chính, taám kim loaïi keùp daõn nôû laøm nhaû khôùp rôi töï do ñeå môû tieáp ñieåm cuûa Aptomat khi coù quaù taûi. Moùc baûo veä suït aùp (baûo veä ñieän aùp) cuõng thöôøng duøng kieåu ñieän töø, cuoän daây maéc song song vôùi maïch ñieän chính. c. Caùch löïa choïn Aptomat: Vieäc löïa choïn Aptomat chuû yeáu döïa vaøo: Doøng ñieän tính toaùn ñi trong maïch Doøng ñieän quaù taûi. Tính thao taùc coù choïn loïc. Ngoaøi ra löïa choïn Aptomat caàn phaûi caên cöù vaøo ñaëc tính laøm vieäc cuûa phuï taûi, laø Aptomat khoâng ñöôïc pheùp ngaét khi coù quaù taûi ngaén haïn thöôøng xaûy ra trong ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng nhö doøng ñieän khôûi ñoäng, doøng ñieän ñænh trong phuï taûi coâng ngheä. Yeâu caàu chung laø doøng ñieän ñònh möùc cuûa moùc baûo veä Aptomat khoâng ñöôïc beù hôn doøng ñieän tính toaùn Itt cuûa maïch Iaùptoâ > Itt Tuøy theo ñaëc tính laøm vieäc vaø ñieàu kieän cuï theå cuûa phuï taûi, ngöôøi ta höôùng daãn löïa choïn doøng ñieän ñònh möùc cuûa moùc baûo veä baèng 125%, 150% so vôùi doøng ñieän tính toaùn. CHÖÔNG 2 SÔ ÑOÀ MAÏCH THÖÏC TEÁ CUÛA BOÄ NGUOÀN P46 VAØ P52. I. Boä nguoàn P46: 1. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä nguoàn P46: 2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: - Aptomat laøm nhieäm vuï ñoùng ngaét nguoàn ñoàng thôøi baûo veä quaù taûi trong maïch ñieän. Trong maïch naøy, loaïi Aptomat ñöôïc söû duïng ñoùng ngaét caû luùc hai boä daây. - Khi baät coâng taét nguoàn, tieáp ñieåm A seõ ñöôïc noái B, C seõ ñöôïc noái D vaø Line seõ ñöôïc noái vôùi Load. Ñieän aùp seõ ñi töø A sang B ñi vaøo bieán aùp töï ngaãu (Variac). Bieán aùp töï ngaãu naøy ñöôïc ñieàu chænh baèng tay ñeå laáy ra ñieän aùp theo daõy ñieàu chænh töø 0÷120V.Ngoõ ra cuûa Variac ñöôïc ñöa vaøo ñieåm C vaø D. Taïi ñaây, ñieän aùp ñöôïc ñöa qua bieán aùp 1. Bieán aùp 1 coù nhieäm vuï haï aùp nguoàn xuoáng coøn 22,5VAC-10A hoaëc 45VAC-5A. Ngoõ ra cuûa bieán aùp 1 ñöôïc ñöa ñeán CT1 nhaèm chuyeån ñoåi töø 22,5V-10A sang 45VAC-5A. Khi baät coâng taéc CT1 ôû vò trí 1, hai cuoän thöù caáp n21 vaø n22 ñöôïc noái tieáp vôùi nhau neân aùp ra 45VAC-5A. Khi baät coâng taéc CT1 sang vò trí 3, hai cuoän thöù caáp n21 vaø n22 ñöôïc maéc song song nhau laøm cho soá voøng quaán giaûm nhöng tieát dieän daây quaán taêng gaáp ñoâi, neân doøng taêng gaáp ñoâi (10A) vaø aùp giaûm coøn 22,5V. Ngoõ ra thöù caáp cuûa bieán aùp 1 ñöôïc ñöa ra hai ñaàu beân ngoaøi boä nguoàn, ñoàng thôøi ñöôïc chænh löu qua boä loïc ñeå ñöôïc ñieän aùp 18VDC-10A;36VDC-5A. Cuoän daây L ñöôïc maéc noái tieáp vôùi ngoõ ra DC coù nhieäm vuï loïc vaø san baèng ñieän aùp gôïn soùng. I. Boä nguoàn P52: Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä nguoàn P52: RA Hình 6. Maïch ñieàu chænh ñieän aùp 0-25VDC Nguyeân lí hoaït ñoäng cuûa boä nguoàn P52: Khi baät coâng taéc nguoàn, tieáp ñieåm cuûa Aptomat ñoùng laïi, boä nguoàn hoaït ñoäng. Bieán aùp 1 coù ngoõ ra thöù caáp laø 0 – 6VAC-12VAC vaø ngoõ ra thöù 2 ñöôïc ñöa ñeán maïch ñieàu chænh ñieän aùp 0÷25VDC, ñoàng thôøi doøng ñieàu chænh 0÷100mA. Ngoõ ra cuûa bieán aùp töï ngaãu (Variac) ñöôïc ñöa ñeán maùy bieán aùp 2. Ngoõ ra cuûa maùy bieán aùp 2 seõ ñöôïc chænh löu vaø coù giaù trò thay ñoåi töø 0÷350VDC –150mA. Maïch ñieàu chænh hoaït ñoäng nhö sau: Khi thay ñoåi giaù trò RV, ta coù ñieän aùp ñöa ñeán chaân E cuûa 2N1305 thay ñoåi, daãn ñeán 2N1011 cuõng seõ daån maïnh hay yeáu laøm cho ngoõ ra cuûa maïch nguoàn thay ñoåi. Khi thay ñoåi RA taïi chaân E cuûa 2N1011, doøng ra IC cuûa 2N1011 seõ thay ñoåi theo laøm cho ngoõ ra coù doøng thay ñoåi. 2N1305 coù taùc duïng chænh sai, 2N1011 laø transistor coâng suaát. Diode M4E5 coù taùc duïng ghim aùp. Caùc diode coù taùc duïng daãn doøng vaø baûo veä. Caùc giaù trò khaûo saùt: Khaûo saùt nguoàn aùp: Khi Ira= 0mA ; Ura= 0V 2N1011 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0V VEC= 45.1V VCB = -45.2V 2N1305 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0.2V VEC= 0.1V VCB = 0V Khi Ira= 0mA ; Ura= 10V. 2N1011 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0V VEC= 34.1V VCB = -34.2V 2N1305 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0.1V VEC= 0.3V VCB = -0.1V Khi Ira= 0mA ; Ura= 26.7V. 2N1011 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0V VEC= 17.3V VCB = -17.3V 2N1305 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0.1V VEC= 0.4V VCB = -0.3V Khaûo saùt nguoàn doøng: Khi Ira= 9.1mA ; Ura= 5.34V. 2N1011 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0V VEC= 38.9V VCB = -38.9V 2N1305 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0.1V VEC= 0.2V VCB = 0V Khi Ira=50 mA ; Ura= 5.34V. 2N1011 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0V VEC= 39V VCB = -39V 2N1305 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0.1V VEC= 0.2V VCB = 0V Khi Ira= 155mA ; Ura= 5.34V. 2N1011 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0V VEC= 39V VCB = -39V 2N1305 coù ñieän aùp phaân cöïc: VEB = 0.1V VEC= 0.1V VCB = 0V Caùc giaù trò ño ñöôïc döïa treân boä nguoàn taïi phoøng thöïc taäp ño löôøng . PHAÀN B THIEÁT KEÁ & TÍNH TOAÙN CHÖÔNG I LYÙ THUYEÁT TÍNH TOAÙN MAÙY BIEÁN AÙP I. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy bieán aùp: Maùy bieán aùp laøm nhieäm vuï bieán ñoåi ñieäp aùp. Coù hai loaïi maùy bieán aùp: Maùy bieán aùp taêng aùp vaø maùy bieán aùp haï aùp. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy bieán aùp döïa treân cô sôû hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. Khaûo saùt moät maùy bieán aùp ñôn giaûn goàm hai cuoän daây ñöôïc quaán treân loõi saét maïch töø coät. Cuoïân daây N1 maéc noái tieáp vôùi nguoàn ñieän vaøo vaø ñöôïc goïi laø cuoän sô caáp, cuoän N2, laáy ñieän aùp ra goïi laø cuoän thöù caáp. U2 U2 I2 E1 E2 U1 I1 Hình 7. Nguyeân taéc laøm vieäc maùy bieán aùp. Khi cuoän daây thöù caáp N2 ñeå hôû, doøng ñieän sô caáp N1, taïo ra söùc ñieän ñoäng F0 gaây töø thoâng löu thoâng trong maïch töø qua hai cuoän daây N1 vaø N2, laøm phaùt sinh caùc söùc ñieän ñoäng E1vaø E2 trong 2 cuoän sô caáp vaø thöù caáp. Khi noái cuoän thöù caáp N2 vôùi phuï taûi thì doøng ñieän thöù caáp I2 xuaát hieän. Phuï taûi caøng taêng, doøng I2 caøng taêng laøm doøng I1 taêng theo töông öùng ñeå giöõ oån ñònh töø thoâng khoâng ñoåi. Ñoù laø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy bieán aùp. Neáu U2>U1: maùy bieán aùp taêng aùp U2<U1: maùy bieán aùp haï aùp. II. Caùc coâng thöùc cô baûn veà maùy bieán aùp: - Khi maùy bieán aùp khoâng taûi, N2 chöa coù taûi, I0 = 0 U1 = E1+R1I1 +X1I1= E1+R1I0+X1I0 = E1 Do I0 =0,04÷0,1Iñm neân U1=E1. -Khi maùy bieán aùp coù taûi I2>0: U1 = E1+R1I1 +X1I1 vôùi U1>E2 U2 = E2-R2I2 -X2I2 vôùi U2<E2 Caùc söùc öùng ñieän ñoäng E1,E2 sinh ra trong caùc cuoän sô caáp vaø thöù caáp ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: e= -N* e1= Vaäy ta coù: trong ñoù, *Tyû soá bieán aùp:Tyû soá giöõa ñieän aùp U1 vaø ñieän aùp U2, ta coù: Muoán xaùc ñònh tyû soá bieán aùp Ku neân ño khi maùy bieán aùp vaän haønh khoâng taûi. *Tyû soá bieán doøng: III. Phaân loaïi maùy bieán aùp: Coù nhieàu cô sôû ñeå phaân loaïi maùy bieán aùp, neáu caên cöù vaøo nguoàn caáp ñieän cho maùy bieán aùp ñeå coù theå phaân loaïi maùy bieán aùp moät pha vôùi maùy bieán aùp 3 pha. ÔÛ ñaây, ta chæ caên cöù vaøo daây quaán sô caáp N1 vaø thöù caáp N2 maø phaân chia thaønh hai daïng maùy bieán aùp: Maùy bieán aùp caùch ly, coù cuoän sô caáp vaø thöù caáp bieät laäp. Maùy bieán aùp töï ngaãu, coù caùc cuoän sô caáp vaø thöù caáp cuøng quaán chung moät cuoän, do ñoù chuùng coù cuøng moät maïch. Hình 8a. Bieán aùp caùch ly Hình 8b. Bieán aùp töï ngaãu Öu ñieåm cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu so vôùi maùy bieán aùp caùch ly: Khoái löôïng daây ñoàng vaø maïch töø giaûm nhieàu. ÔÛ caùc ñoaïn chòu taûi chung 2 doøng I1 vaø I2 chæ caàn coù tieát dieän chòu taûi hieäu hai doøng ñieän I1 vaøI2. Hieäu suaát cao hôn so vôùi maùy bieán aùp caùch ly. Khoâng löu yù lôùp caùch ñieän giöõa cuoän sô caáp vaø thöù caáp. Khuyeát ñieåm: Khoâng an toaøn, chæ duøng bieán aùp töï ngaãu khi tyû soá ku = 0,5 ÷2 Ñoái vôùi ngaønh ñieän töû, maùy bieán aùp töï ngaãu ít ñöôïc söû duïng vì nguy hieåm cho ngöôøi söû duïng vaø gaây tieáng uø, nhieãu. VI. Caùc böôùc tính toaùn bieán aùp moät pha coâng suaát nhoû: Trong taäp luaän aùn naøy, ta chæ löu yù ñeán maùy maùy bieán aùp caùch ly, vì ôû ñaây, boä nguoàn söû duïng nhieàu maùy bieán aùp caùch ly hôn vôùi vôùi maùy bieán aùp töï ngaãu (chæ söû duïng hai boä Variac). Khi tính toaùn maùy bieán aùp moät pha, coâng suaát nhoû (döôùi 5KVA), ta coù theå taïm chia thaønh caùc daïng baøi toaùn sau: - Daïng baøi toaùn döïa vaøo sô ñoà bieán aùp ñeå xaùc ñònh kích thöôùc loõi theùp vaø soá lieäu daây quaán (baøi toaùn thuaän). - Daïng baøi toaùn ngöôïc laø döïa vaøo kích thöôùc loõi theùp ta tính toaùn soá lieäu daây quaán bieán aùp theo moät yeâu caàu ñeå taän duïng toái ña coâng suaát loõi theùp. Caùc phaàn chính cuûa maùy bieán aùp laø: Loõi theùp vaø daây quaán. 1. Loõi theùp: Loõi theùp laø maùy bieán aùp thöôøng duøng laø loaïi theùp ñöôïc caùn moûng, coù chöùa haøm löôïng silic töø 1%-4%vaø beà daøy töø 0,35mm-0,5mm, nhaèm muïc ñích giaûm toån hao ñieän naêng trong maïch töø do taùc duïng bôûi doøng ñieän Fuco vaø hieän töôïng töø treã laøm phaùt nhieät. Töø caûm coù theå choïn B=1T hoaëc 1,2T (hay1000 Gauss hoaëc 1200 Gauss). Ngoaøi ra loaïi theùp coù haøm löôïng silic 1% ta choïn B=0,7-0,8T. Loõi theùp maùy bieán aùp coù hai loaïi hình thoâng thöôøng ñoù laø hình chöõ U-I vaø chöõ E-I, ñöôïc caùn moûng thaønh töøng taám. Caùc maãu khuoân naøy ñöôïc daäp khuoân theo moät kích thöôùc nhaát ñònh coù treân thò tröôøng. Chaát löôïng loõi theùp ñöôïc qui ñònh baèng haøm löôïng silic coù trong theùp. Noù aûnh höôûng raát lôùn ñeán chaát löôïng maùy bieán aùp, saét ñuùng chaát löôïng seõ coù ñoä töø caûm lôùn, töø thoâng sinh ra lôùn, gaây neân töø tröôøng maïnh. Nhôø ñoù ñaûm baûo vôùi moät soá voøng daây quaán seõ cho sinh ra moät ñieän aùp chính xaùc cao. Theùp caøng moûng toån hao caøng ít. Ngoaøi ra, hai maët loõi theùp coøn ñöôïc traùng moät lôùp verni raát moûng nhaèm muïc ñích laøm giaûm toàn hao naêng löôïng. Baûng chuaån cuûa loõi theùp chöõ E-I: a e c g b a h Hình 9a.E_I Hình 9b. U-I Loaïi a b C d e f g h 60.50 60 50 10 10 20 30 40 3.5 63.52,5 63 52.5 10.5 10.5 21 31.5 42 3.5 75.62,5 75 62.5 12.5 12.5 25 37.5 50 4.2 84.70 84 70 14 14 28 42 56 4.5 96.80 96 80 16 16 32 48 64 5.5 108.90 108 90 18 18 36 54 72 5.5 126.105 126 105 21 21 42 68 84 6.05 150.125 150 125 25 25 50 75 100 9 180.150 180 150 30 30 60 90 120 9.3 60.80 60 80 10 10 20 60 70 3 60.90 60 90 10 10 20 70 80 3.5 Baûng 1. 2. Daây quaán: Daây quaán coù nhieäm vuï taêng giaûm ñieän aùp, goàm coù cuoän sô caáp vaø cuoän thöù caáp. Daây quaán phaûi laø daây ñoàng ñöôïc phaân hoaëc nhoâm coù boïc lôùp email hoaëc coton ñeå caùch ñieän. Caùc maùy bieán aùp coâng suaát nhoû daây quaán thöôøng duøng daây troøn coù ñöôøng kính khoâng quaù 3mm. Ñoái vôùi daây chòu taûi ôû doøng ñieän lôùn ôû maùy bieán aùp coâng suaát lôùn duøng daây deïp, tieát dieän vuoâng hoaëc chöõ nhaät thì lôïi heä soá laáp ñaày daây hôn. Caùc böôùc tính toaùn nhö sau: Böôùc1: Tính choïn loõi theùp Loõi theùp thoâng duïng nhaát laø loaïi theùp coù hình daïng E-I. Xaùc ñònh sô ñoà bieán aùp vôùi ñaày ñuû caùc tham soá ñieän aùp vaø doøng ñieän ôû phía thöù caáp vaø sô caáp. Töø ñoù suy ra coâng suaát bieåu kieán S2 ôû phía thöù caáp: S2= U2i.I2i (KVA) Böôùc2: Neáu aùp duïng caùc coâng thöùc öôùc löôïng thoâng thöôøng, töø giaù trò S2, ta ñònh ra tieát dieän caàn duøng cho loõi theùp maùy bieán aùp At. At=1,423.Khd.[cm2]. Vôùi loõi theùp daïng U-I thì Khd= 0.75-0.85 Vôùi caùch xaùc ñònh naøy At= a.b * Khi choïn a = b vôùi At = a.b, chu vi trung bình cuûa sôïi daây nhoû nhaát (so vôùi caùc keát caáu khaùc khi choïn a khaùc b vaø At = a.b). Do ñoù daãn ñeán khoái löôïng daây toán ít nhaát vaø toån hao ñoàng trong bieán aùp nhoû nhaát, coù theå laøm taêng hieäu suaát bieán aùp, giaûm nhoû ñoä giaûm aùp ôû thöù caáp bieán aùp khi mang taûi. Tuy nhieân, khi choïn theo phöông phaùp naøy khoái löôïng loõi theùp seõ taêng leân so vôùi keát caáu khaùc cuûa loõi theùp khi a<b * Khi ab vaø At=a.b, nhöng khoái löôïng daây ñoàng seõ toán nhieàu hôn, toån hao ñoàng trong maùy bieán aùp taêng, hieäu suaát coù theå giaûm vaø taêng ñoä giaûm aùp ôû thöù caáp khi mang taûi. Trong tröôøng hôïp naøy, ñeå deã thi coâng boä daây ta chæ neân choïn b = 1,5a laø toái ña ñeå traùnh cuoän daây bò phình ra ôû phaàn hoâng khi thi coâng. * Khi choïn a, b, trò soá a coù lieân quan ñeán doøng töø hoùa loõi theùp maùy bieán aùp. Giaû söû vôùi loõi theùp E-I coù kích thöôùc ñuùng tieâu chuaån beà daøi ñöøông söùc trung bình laø ltb = 6a. Theo ñònh luaät Ampere, khi boû qua khe hôû khoâng khí trong maïch töø, ta coù doøng ñieän töø hoùa nhö sau: N1. i10=H. ltb N1: Toång soá voøng daây quaán sô caáp. i10: Doøng ñieän töø hoùa ôû cuoän sô caáp. H: Cöôøng ñoä töø tröôøng, töông öùng vôùi giaù trò töø caûm B ñaõ xaùc ñònh ñeå tính ra töø thoâng vaø soá voøng N2 ôû sô caáp. Vaäy a caøng lôùn i10 caøng lôùn. Böôùc3: Xaùc ñònh soá voøng daây quaán phía sô caáp vaø thöù caáp 1. Xaùc ñònh soá voøng taïo ra 1 volt söùc ñieän ñoäng caûm öùng: E = 4,44.f.B.At.N(V) Khi E= 1V thì N= nv Vaäy nv= f= [Hz}; B= [T]; At = [m2];nv = [Voøng/volt] Neáu choïn At =[cm2 ] ta coù: Neáu choïn B=0,8T ta coù nv= B= 1T ta coù nv= B= 1,2T ta coù nv= Maëc khaùc nv = Vaäy soá voøng daây quaán sô caáp: N1=U1. nv N1: toång soá voøng quaán sô caáp. U1: ñieän aùp ñònh möùc cuûa daây quaán sô caáp. 2. Ñoái vôùi maùy bieán aùp hai daây quaán, khi tính toaùn soá voøng thöù caáp ta caên cöù vaøo giaù trò ñieän aùp thöù caáp khoâng taûi U20. Goïi U% laø phaàøn traêm suït aùp taïi thöù caáp mang taûi so vôùi luùc khoâng taûi Vaäy U%= .100% U20: Ñieän aùp khoâng taûi thöù caáp. U2: Ñieän aùp ñònh möùc thöù caáp. Theo Beyaert, khi tính toaùn coù theå öôùc löôïng U% theo caáp coâng suaát cuûa bieán aùp ,ta coù theå ñònh nghóa ñaïi löôïng Ch sau ñaây ñeå deã tính toaùn: . Vaäy U20=Ch.U2 hay Ch=1+ Trong tính toaùn chính xaùc, ta döïa vaøo S2 ñeå öôùc löôïng Ch, trong tröôøng hôïp öôùc löôïng nhanh, ta coù theå choïn: Ch=1,051,15. Böôùc 4: Döïa vaøo S2 ta öôùc löôïng gaàn ñuùng hieäu suaát roài suy ra doøng sô caáp: Doøng ñieän phía sô caáp: I1= Baûng 2: Quan heä giöõa U% theo coâng suaát bieåu kieán S2. Theo Beyeart ta coù: S2(VA) 5 10 25 50 75 100 150 200 300 U% 20 17 15 12 10 9 8 7,5 7 Theo Transfomatoren Fabik Magnus ta coù U% theo S2 khi phuï taûi thuaàn trôû (cos=1). S2(VA) 25 50 75 100 150 200 U% 8 6,5 6,1 6 5,9 5,2 S2(VA) 250 400 500 600 750 1000 U% 5 4,3 4 3,9 3,8 3,75 Theo Schindler S2(VA) 100 200 300 500 700 1050 1200 1500 U% 4,5 4 3,9 3 2,5 2,5 2,5 2,5 Quan heä Ch theo: 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 1,10 250 1,052 900 1,028 15 1,22 80 1,09 300 1,048 1000 1,025 20 1,18 90 1,085 350 1,045 1500 1,02 25 1,16 100 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 Böôùc 5: Choïn maät ñoä doøng ñieän J, caên cöù vaøo giaù trò doøng ñieän (tính ñöôïc moãi boä daây) ñeå suy ra ñöôøng kính daây quaán cuûa moãi boä daây: d= 1,128.. Trong ñoù I=[A],J=[A/mm2]. Khi choïn J chuù yù ñeán caùc tham soá raøng buoäc sau: - Caáp caùch ñieän cuûa vaät lieäu duøng cheá taïo boä daây. - Cheá ñoä laøm vieäc daøi haïn, ngaén haïn coù laëp laïi hay khoâng laëp laïi. - Ñieàu kieän thoâng gioù vaø giaûi nhieät. Baûng 3: Quan heä giöõa theo S2 . Theo Robert Kuhn S2(VA) 3 10 25 50 100 1000 % 60 70 80 85 90 >90 Theo Auton Hopp S2(VA) 30 50 100 150 200 300 500 750 1000 % 86,4 87,6 89,6 90,9 91,3 93 93 95,3 94 Theo Walter Kehse. S2(VA) 10 20 30 50 100 150 300 500 % 80 80 85 90 91 92 92 92,5 Bieán aùp cho boä nguoàn chænh löu (Theo AEG ). S2(VA) 25 50 100 200 300 400 500 700 1000 % 76,._.