Luận văn tốt nghiệp

Trang 1
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài:
KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: VŨ BẢO TUN
SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN VĂN LÂM

BIẾN ÁP BỘ NGUỒN”, chúng tơi đã tiến hành khảo sát thực tế hai bộ nguồn
P46 và P52 để từ đó có thể tính tốn thiết kế lại một số phần trong hai bộ nguồn.
Qua 6 tuần làm việc khẩn trương, tơi đã cố gắng hồn thành đề tài này.
Tuy nhiên, dù cố gắng thế nào cũng khơng tránh khỏi thiếu sót. Mong q thầy
cơ và bạn bè đóng góp để tập luận án này được hồn chỉnh hơn.

Tháng 2 năm 2000

Sinh viên thực hiện

Luận văn tốt nghiệp

Trang 3
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm Tập luận văn đã hồn thành đúng thời gian qui
định của nhà trường. Kết quả này đạt được là nhờ sự
hướng dẫn tận tình của Thầy Cơ trong nhà trường
suốt năm năm qua, cùng với sự nổ lực của bản thân.

Em xin chân thành cảm ơn cơ Vũ Bảo Tun đã
trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành luận
văn tốt nghiệp này đúng thời hạn.

Em xin cám ơn thầy Lê Viết Phú đã giúp đỡ em

II. Các cơng thức cơ bản về máy biến áp 13
III. Phân loại máy biến áp 14
IV. Các bước tính tốn máy biến áp cơng suất nhỏ 15
1. Lõi thép 15
2. Dây quấn 17
Chương 2: Thiết kế bộ nguồn P46 26
I. Tính máy biến áp 26
II. Khảo sát cuộn cảm L 32
Chương 3: Thiết kế bộ nguồn P52 36
I. Máy biến áp 1 36
II. Máy biến áp 2 39
III. Phương án sử dụng mạch điều chỉnh điện áp 42
1. Mạch nguồn đơi 12V 42
2. Mạch điều chỉnh điện áp 0÷ 30V; 1,3A 42
Chương 4: Thiết kế máy biến áp tự ngẫu 46
I. Giới thiệu 46
II. Hình dạng Variac 46
III . Ngun tắc hoạt động 47
Chương 5: Phương án thiết kế mạch chỉnh lưu 49
I. Mạch chỉnh lưu tồn sóng 49
II. Tính chọn nguồn chỉnh lưu DC 49
PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Luận văn tốt nghiệp

Trang 5
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
PHẦN D: PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Luận văn tốt nghiệp

 2 ngõ ra 120V-10AMP Max
 2 ngõ ra 0÷120VAC-3.5AMP Max (Điều chỉnh được).
 1 ngõ ra 22.5V-10AMP Max và 45VAC-5AMP Max
 1 ngõ ra 18VDC-10 AMP Max và 36VDC -5AMP Max
2. Bộ nguồn P52:
 1 ngõ ra 120VAC –10AMP Max
 1 ngõ ra 0÷350VDC-150mAMP Max (Điều chỉnh được).
 ngõ ra 0÷25VDC và 0÷100mA (Điều chỉnh được).
 ngõ ra 6VAC, 12VAC-2.5AMP cố định.
II. Cấu tạo chung của 2 bộ nguồn:
Bao gồm các phần chính sau:
1. Biến áp cách ly.
2. Biến áp tự ngẫu.
3. Mạch chỉnh lưu.
4. Bảo vệ q tải và ngắn mạch.
1. Biến áp cách ly:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 8
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Nhiệm vụ: Thay đổi điện áp nguồn theo u cầu thiết kế.
- Ở bộ nguồn P46 có một biến áp cách ly biến đổi điện áp 22.5V-10A và
45V-5A, một cuộn cảm sau bộ lọc.
- Ở bộ nguồn P52 có 2 biến áp: một biến áp biến đổi điện áp đưa qua bộ
điều chỉnh để có điện áp 0÷25VDC và dòng 0÷100mA và một biến áp có ngõ ra
điều chỉnh 0÷350VDC với dòng 150mA.
Hoạt động chung của biến áp cách ly là: Khi có điện áp xoay chiều vào
phần sơ cấp, dòng điện cảm ứng cho điện áp ngõ ra thứ cấp.


phải dùng bộ chỉnh lưu điện áp, đồng thời lọc nguồn để có một điện áp DC ổn
định ít gợn sóng.
4. Bảo vệ q tải:
Trong bộ nguồn thực tập hiện nay, thiết bị bảo vệ được dùng là bộ
Aptomat. Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động đóng ngắt mạch điện, bảo vệ
q tải, ngắn mạch, sụt áp.
Aptomat còn gọi là cầu dao tự động, thường được gọi là Aptomat khơng
khí vì hồ quang được dập tắt trong khơng khí.
Aptomat có u cầu sau:
1. Chế độ làm việc ở định mức cuả Aptomat phải là chế độ làm việc
dài hạn, nghĩa là chỉ số dòng điện định mức chạy qua Aptomat lâu bao nhiêu
cũng được. Mặt khác, mạch dòng điện của Aptomat phải chịu được dòng điện
lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
2. Aptomat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể
vài chục kA. Sau khi ngắn được dòng điện ngắn mạch, Aptomat phải đảm bảo
làm việc tốt ở chỉ số dòng điện định mức.
U1
N1
U2
N2
1to1

Luận văn tốt nghiệp

Trang 9
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
3. Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện,
hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, Aptomat phải có thới gian
cắt bé. Muốn vậy, thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ

Hình 3. Sơ đồ Aptomat điện áp thấp
Trên hình 3, khi sụt áp q mức, nam châm điện 1 sẽ nhả phần ứng 8 làm
nhả móc 2, do đó các tiếp điểm của Aptomat cũng được mở ra dưới tác động cuả
lực lò xo 4, mạch điện bị cắt. Cụm nam châm 2 (ở hình 3) gọi là móc bảo vệ q
tải hay ngắn mạch. Cụm nam châm 1(hình 3) được gọi là móc bảo vệ sụt áp hay
mất điện áp.
5

4

6

2

3

1

4

6

1

3

2

này có giới hạn cắt khơng q 50kA.
Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp
lớn hơn 1000V.
Trong buồng dập hồ quang thơng dụng, người ta dùng những tấm thép
xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho
việc dập hồ quang.
3. Cơ cấu truyền động cắt Aptomat:
Truyền động cắt Aptomat thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điện
(điện từ và động cơ điện).
Điều khiển bằng tay được thực hiện với các Aptomat có dòng điện định
mức khơng lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng
dụng ở các Aptomat có dòng điện lớn hơn (đến 1000A). Bộ nguồn tại phòng thí
nghiệm P46 và P52 được sử dụng dạng Aptomat bằng tay (có dòng nhỏ hơn
50A).
Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ theo
ngun lí đòn bẩy. Ngồi ra, còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí
nén.
4. Móc bảo vệ:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 11
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Aptomat tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ, gọi là móc bảo vệ.
Móc bảo vệ q tải (q dòng) để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị q tải,
đường thời gian-dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính cuả
đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm
móc bảo vệ đặt bên trong Aptomat.
Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính. Khi dòng
điện vượt q trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ đập vào khớp rơi

GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
CHƯƠNG 2
SƠ ĐỒ MẠCH THỰC TẾ
CỦA BỘ NGUỒN P46 VÀ P52.
I. Bộ nguồn P46:
1. Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P46:

Luận văn tốt nghiệp

Trang 13
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
2. Ngun lý hoạt động:
- Aptomat làm nhiệm vụ đóng ngắt nguồn đồng thời bảo vệ q tải trong

GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
I. Bộ nguồn P52:
1. Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P52:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 15
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Hình 6. Mạch điều chỉnh điện áp 0-25VDC
2. Ngun lí hoạt động của bộ nguồn P52:
Khi bật cơng tắc nguồn, tiếp điểm của Aptomat đóng lại, bộ nguồn hoạt
động. Biến áp 1 có ngõ ra thứ cấp là 0 – 6VAC-12VAC và ngõ ra thứ 2 được
đưa đến mạch điều chỉnh điện áp 0÷25VDC, đồng thời dòng điều chỉnh
0÷100mA. Ngõ ra của biến áp tự ngẫu (Variac) được đưa đến máy biến áp 2.
Ngõ ra của máy biến áp 2 sẽ được chỉnh lưu và có giá trị thay đổi từ 0÷350VDC
–150mA.
Mạch điều chỉnh hoạt động như sau: Khi thay đổi giá trị R
V
, ta có điện áp
đưa đến chân E của 2N1305 thay đổi, dẫn đến 2N1011 cũng sẽ dẩn mạnh hay
yếu làm cho ngõ ra của mạch nguồn thay đổi. Khi thay đổi R
A
tại chân E của
2N1011, dòng ra I
C
của 2N1011 sẽ thay đổi theo làm cho ngõ ra có dòng thay
đổi.
2N1305 có tác dụng chỉnh sai, 2N1011 là transistor cơng suất. Diode
M4E5 có tác dụng ghim áp. Các diode có tác dụng dẫn dòng và bảo vệ.

ra
= 10V.
Rv
Vin
Vout
-
+
100
1N4005
1N4005
DIODE
DIODE
DIODE
DIODE
+
1,805mF
1N4005
1N4005
1k
25mF_50V
DIODE
M4E5
2N1305
2N1011
330
2,4
220
10k
11k
R

= 26.7V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 17.3V
V
CB
= -17.3V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.4V
V
CB
= -0.3V
 Khảo sát nguồn dòng:

Khi I
ra
= 9.1mA ; U
ra
= 5.34V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V

2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.2V
V
CB
= 0V

Khi I
ra
= 155mA ; U
ra
= 5.34V.
2N1011 có điện áp phân cực: V
EB
= 0V
V
EC
= 39V
V
CB
= -39V
2N1305 có điện áp phân cực: V
EB
= 0.1V
V
EC
= 0.1V

mắc nối tiếp với nguồn điện vào và được gọi là
cuộn sơ cấp, cuộn N
2
, lấy điện áp ra gọi là cuộn thứ cấp.
Hình 7. Ngun tắc làm việc máy biến áp.
Khi cuộn dây thứ cấp N
2
để hở, dòng điện sơ cấp N
1
, tạo ra sức điện động
F
0
gây từ thơng lưu thơng trong mạch từ qua hai cuộn dây N
1
và N
2
, làm phát
sinh các sức điện động E
1
và E
2

= E
1
+R
1
I
1
+X
1
I
1
= E
1
+R
1
I
0
+X
1
I
0
= E
1

Do I
0
=0,04÷0,1I
đm
nên U
1
=E


E
1
E
2

m


U
1
Luận văn tốt nghiệp

Trang 19
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm

U
2
= E
2
-R
2
I
2
-X
2
I
2
với U

cos***
1

Vậy ta có:
22
11
***44,4
***44,4
NfE
NfE


trong đó,
điện

lưới

số

tần

là

f

với

f
2
thép

N
N
E
E
k
u

Muốn xác định tỷ số biến áp K
u
nên đo khi máy biến áp vận hành khơng
tải.
*Tỷ số biến dòng:

u
I
kU
U
N
N
E
E
k
1
1
2
1
2
1
2


vàI
2.

 Hiệu suất cao hơn so với máy biến áp cách ly.
 Khơng lưu ý lớp cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khuyết điểm:
 Khơng an tồn, chỉ dùng biến áp tự ngẫu khi tỷ số k
u
= 0,5 ÷2
 Đối với ngành điện tử, máy biến áp tự ngẫu ít được sử dụng vì nguy
hiểm cho người sử dụng và gây tiếng ù, nhiễu.
VI. Các bước tính tốn biến áp một pha cơng suất nhỏ:
Trong tập luận án này, ta chỉ lưu ý đến máy máy biến áp cách ly, vì ở đây,
bộ nguồn sử dụng nhiều máy biến áp cách ly hơn với với máy biến áp tự ngẫu
(chỉ sử dụng hai bộ Variac).
Khi tính tốn máy biến áp một pha, cơng suất nhỏ (dưới 5KVA), ta có thể
tạm chia thành các dạng bài tốn sau:
- Dạng bài tốn dựa vào sơ đồ biến áp để xác định kích thước lõi thép và
số liệu dây quấn (bài tốn thuận).
- Dạng bài tốn ngược là dựa vào kích thước lõi thép ta tính tốn số liệu
dây quấn biến áp theo một u cầu để tận dụng tối đa cơng suất lõi thép.
Các phần chính của máy biến áp là: Lõi thép và dây quấn.
1. Lõi thép:
Lõi thép là máy biến áp thường dùng là loại thép được cán mỏng, có chứa
hàm lượng silic từ 1%-4%và bề dày từ 0,35mm-0,5mm, nhằm mục đích giảm
tổn hao điện năng trong mạch từ do tác dụng bởi dòng điện Fuco và hiện tượng
từ trễ làm phát nhiệt. Từ cảm có thể chọn B=1T hoặc 1,2T (hay1000 Gauss hoặc
1200 Gauss). Ngồi ra loại thép có hàm lượng silic 1% ta chọn B=0,7-0,8T.
Lõi thép máy biến áp có hai loại hình thơng thường đó là hình chữ U-I và
chữ E-I, được cán mỏng thành từng tấm. Các mẫu khn này được dập khn

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
Bảng 1.
2. Dây quấn:
Dây quấn có nhiệm vụ tăng giảm điện áp, gồm có cuộn sơ cấp và cuộn
thứ cấp. Dây quấn phải là dây đồng được phân hoặc nhơm có bọc lớp email hoặc
coton để cách điện. Các máy biến áp cơng suất nhỏ dây quấn thường dùng dây
tròn có đường kính khơng q 3mm. Đối với dây chịu tải ở dòng điện lớn ở máy
biến áp cơng suất lớn dùng dây dẹp, tiết diện vng hoặc chữ nhật thì lợi hệ số
lấp đầy dây hơn.
Các bước tính tốn như sau:
Bước1: Tính chọn lõi thép
Lõi thép thơng dụng nhất là loại thép có hình dạng E-I.
Luận văn tốt nghiệp

B
2S
[cm2].
Với lõi thép dạng U-I thì K
hd
= 0.75-0.85

Với cách xác định này A
t
= a.b
* Khi chọn a = b với A
t
= a.b, chu vi trung bình của sợi dây nhỏ nhất (so
với các kết cấu khác khi chọn a khác b và A
t
= a.b). Do đó dẫn đến khối lượng
dây tốn ít nhất và tổn hao đồng trong biến áp nhỏ nhất, có thể làm tăng hiệu suất
biến áp, giảm nhỏ độ giảm áp ở thứ cấp biến áp khi mang tải. Tuy nhiên, khi
chọn theo phương pháp này khối lượng lõi thép sẽ tăng lên so với kết cấu khác
của lõi thép khi a<b
* Khi a<b, khối lượng lõi thép sẽ ít tốn hơn so với lúc chọn a>b và
A
t
=a.b, nhưng khối lượng dây đồng sẽ tốn nhiều hơn, tổn hao đồng trong máy
biến áp tăng, hiệu suất có thể giảm và tăng độ giảm áp ở thứ cấp khi mang tải.
Trong trường hợp này, để dễ thi cơng bộ dây ta chỉ nên chọn b = 1,5a là
tối đa để tránh cuộn dây bị phình ra ở phần hơng khi thi cơng.
* Khi chọn a, b, trị số a có liên quan đến dòng từ hóa lõi thép máy biến
áp.
Giả sử với lõi thép E-I có kích thước đúng tiêu chuẩn bề dài đừơng sức


f= [Hz}; B= [T]; A
t
= [m
2
];n
v
= [Vòng/volt]
Nếu chọn A
t
=[cm
2
] ta có:
Luận văn tốt nghiệp

Trang 23
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Nếu chọn B=0,8T ta có n
v
=
t
A
,
3
56 B= 1T ta có n
v

1
: điện áp định mức của dây quấn sơ cấp.
2. Đối với máy biến áp hai dây quấn, khi tính tốn số vòng thứ cấp ta căn
cứ vào giá trị điện áp thứ cấp khơng tải U
20
.
Gọi

U% là phần trăm sụt áp tại thứ cấp mang tải so với lúc khơng tải
Vậy

U%=
2
220
U
U
U

.100%
U
20
: Điện áp khơng tải thứ cấp.
U
2
: Điện áp định mức thứ cấp.
Theo Beyaert, khi tính tốn có thể ước lượng

U% theo cấp cơng suất
của biến áp ,ta có thể định nghĩa đại lượng Ch sau đây để dễ tính tốn:


%
U


Trong tính tốn chính xác, ta dựa vào S
2
để ước lượng Ch, trong trường
hợp ước lượng nhanh, ta có thể chọn: Ch=1,05

1,15.
Bước 4: Dựa vào S
2
ta ước lượng gần đúng hiệu suất ba

rồi suy ra dòng
sơ cấp:
Dòng điện phía sơ cấp: I
1
=
1ba
2
U
S
*

Bảng 2: Quan hệ giữa

U% theo cơng suất biểu kiến S
2
.

S
2
(VA) 250 400 500 600 750 1000

U% 5 4,3 4 3,9 3,8 3,75

Theo Schindler

S
2
(VA)

100 200 300 500 700 1050 1200 1500

U% 4,5 4 3,9 3 2,5 2,5 2,5 2,5

Luận văn tốt nghiệp

Trang 25
GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn
Văn Lâm
Quan hệ Ch theo:

S
2
(VA) Ch% S
2
(VA) Ch% S
2
(VA) Ch% S

Theo Robert Kuhn

S
2
(VA) 3 10 25 50 100 1000
ba

%
60 70 80 85 90 >90

Theo Auton Hopp

S
2
(VA)

30 50 100 150 200 300 500 750 1000
ba

%
86,4

87,6 89,6 90,9 91,3 93 93 95,3 94

Theo Walter Kehse.

S
2
(VA)