QUẤN DÂY MÁY BIẾN AP
Mục tiêu thực hiện:
Học xong bài này, học viên có năng lực:
• Quấn lại máy biến áp theo số liệu có sẵn, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật,
theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện.
• Tính toán quấn mới máy biến áp, đảm bảo hoạt động tốt, đạt các thông số kỹ thuật, theo tiêu
chuẩn kỹ thuật điện.
Nội dung chính:
∗ Dụng cụ - Thiết bị:
- Đồ nghề điện, cơ khí cầm tay.
- Bàn quấn dây.
- Máy đo VOM, Ampe kìm, Megom kế.
- Lõi thép máy biến áp cách ly 50VA; Lõi thép survoltuer (5
÷
20).
- Dây điện từ 10%; 25%; 70%.100%.140%
- Gen cách điện các loại.
- Giấy cách điện 2 zem;Giấy dầu.
- Phụ kiện lắp ráp Adaptuer; Survoltuer.
- Vecni cách điện và dung môi.
4.1. Quấn máy biến áp theo số liệu có sẵn.
Là dạng bài toán mà người thợ đã có trước một lõi thép nào đó. Từ lõi thép có sẵn này kết hợp
với các yêu cầu cần có khác (thông thường là điện áp U
2
và U
1
) sẽ tiến hành xác định các thông số còn
lại sao cho phù hợp với lõi thép đã có.
Có thể tóm tắt bài toán như sau:
Biết trước: Tiết diện lõi thép A
t

S
2
= S
BA
=
2
.423,1
.








hd
mt
k
BA
[VA]
I
2
=
2
2
U
S
[A]
3. Vẽ lại sơ đồ hoàn chỉnh MBA:

V
=
tm
AB .
45
n
2
= n
V
. (U
2
+ 5% ÷ 15%)
I
1
=
%.
1
2
η
U
S
d
1
= 1,13
J
I
1
tm
ABf 44,4
1

• Tính bề dày cuộn dây
- Cuộn sơ cấp có bề dày BD
1
được tính từ số vòng quấn n
1
.
- Cuộn thứ cấp có bề dày BD
2
được tính từ số vòng quấn n
2
.
- Bề dày cả cuộn dây BD = BD
1
+ BD
2
+ (1 ÷ 2)mm.
 Số vòng dây quấn cho 1 lớp:
(4.11)
Trong đó:
h
K
: Chiều dài h của khuôn quấn
d
/
: Đường kính dây kể cả cách điện
 Số lớp dây quấn:
(4.12)
Trong đó:
n: Số vòng dây của từng cuộn (sơ hoặc thứ cấp)
n

L1(2)
. d
/
i

9. Tính khối lượng dây quấn (W)
(4.13)
Với: W
1
; W
2
là khối lượng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Khối lượng của từng cuộn dây được tính theo biểu thức.
(4.14)
Trong đó:
L
TB
: Là chiều dài trung bình của một vòng dây (tính bằng dm).
n: Số vòng quấn của cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp.
d: Đường kính dây quấn ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp (tính bằng mm
2
).
W: Là khối lượng (tính bằng Kg).
4.2. Tính tốn quấn mới máy biến áp.
Laứ dáng baứi toaựn maứ ngửụứi thụù nhaọn ủửụùc nhửừng yẽu cầu kyừ thuaọt cần coự cho
moọt maựy bieỏn aựp cú theồ tửứ khaựch haứng nhử ủieọn aựp nguồn vaứo; ủieọn aựp ra cần coự;
cõng suaỏt ngoỷ ra; múc ủớch sửỷ dúng Vụựi dáng baứi toaựn naứy chuựng ta phaỷi xaực ủũnh
ủửụùc tieỏt dieọn loừi theựp; soỏ voứng dãy quaỏn sụ caỏp, thửự caỏp vaứ ủửụứng kớnh dãy quaỏn
sụ caỏp, thửự caỏp
Coự theồ toựm taột baứi toaựn nhử sau:

2
U
2
Hình 4.1: Ký hiệu máy biến áp hai dây
quấn
W = W
1
+ W
2
W
1(2)
= (1,2 ÷ 1,3). 8,9. L
TB
. n.
4
.
2
d
π
.10
-4
Bước 1: Xác định các số liệu yêu cầu:
- Điện áp định mức phía sơ cấp U
1
[ V ].
- Điện áp định mức phía thứ cấp U
2
[ V ].
- Dòng điện định mức phía thứ cấp I
2

: là công suất biểu kiến cung cấp tại phía thứ cấp biến áp [ VA ]
K: là hệ số hình dáng lõi thép.
Khi lá thép dạng EI (hình 4.2) ta có K = 1 ÷ 1,2
Khi lá thép dạng UI (hình 4.3) ta có K = 0.75 ÷ 0,85
B
m
: là mật độ từ thông sử dụng trong lõi thép. Tùy theo hàm lượng silic nhiều hay ít mà
chọn B
m
cao hay thấp. Cũng tùy theo loại lá thép được chế tạo theo dạng dẫn từ có định hướng hoặc
không định hướng mà chọn B
m
cao hay thấp.
Đối với lá thép dẫn từ không định hướng: B
m
= (0,8 ÷ 1,2)T
Đối với là thép có dẫn từ định hướng: B
m
= (1,2 ÷ 1,6)T.
m
t
B
S
KA
2
423,1
=
Bước 3: Chọn kích thước cho lõi thép, khối lượng lõi thép.
∗ Kích thước cho lõi thép:
Gọi A

Độ chênh lệch này được xác định bằng hệ số ghép K
f
, ta có:
Trong thiết kế tính toán, tham khảo giá trị K
f
theo bảng sau:
Bề dầy lá thép
K
f
Lá thép ít ba vớ Lá thép nhiều ba vớ
0,35
0,5
0,92
0,95
0,8
0,85
 Chú ý:
Nếu đo được bề dầy mỗi lá thép và biết chính xác số lá thép ta tính được A
t
và có thể xem A
t
=
A
g
.
Dựa vào giá trị A
g
, ta chọn được kích thước a, b của lõi thép.
Để dễ dàng trong thi công quấn dây, thường giữa a và b có mối quan hệ về kích thước như sau:
b = a đến b = 1,5a (4.19)

vµvíi

∗ Khối lượng lõi thép:
• Trường hợp lõi thép dạng E I : (hình 4.6)
Gọi c là bề rộng cửa sổ.
h là bề cao cửa sổ.
Ta có thể tích lõi thép (đã trừ đi khoảng không gian trống của 2 cửa sổ) là:
(4.21)
Gọi γ là khối lượng riêng của thép kỹ thuật điện γ = 7,8 kg/dm
3
.
Suy ra khối lượng lõi thép là :
(4.22)
Hay:
(4.23)

Trong công thức (4.9):
W
th
: đơn vị là [kg]
Các kích thước a, b, c, h: đơn vị là [dm]
Trường hợp lõi thép E, I đúng dạng tiêu chuẩn, ta có quan hệ các kích thước như sau:
2
a
c =
và
2
3a
h =
Do đó công thức (4.23) có thể viết lại thành công thức (4.24) cho lá thép đúng tiêu chuẩn:

W
th
: đơn vị là [kg]
Các kích thước a, b, c, h: đơn vị là [dm]
Thí dụ 1:
Xác định khối lượng lõi thép biến thế có thể dùng chế tạo biến thế với các yêu cầu theo hình 4.8
GIẢI:
Bước 1:
a a
c
2a+c
a
a
2a+h
b
Hình 4.7: Cách đo kích thước lõi thép dạng U,I để tính
toán
h) c 15,6ab(2a W
th
++=
Hình 4.8: Hình thí dụ 1
U
1
= 110V U
2
= 15V
I
2
= 5A
Tham số tại thứ cấp gồm:U

Ta có:
A
t
= 10,27 cm
2
÷ 12,32 cm
2
Bước 3:
Nếu chọn K
f
= 0,95 (khả năng ghép sát tối đa), thì tiết diện A
g
cần dùng cho lõi thép so với tiết
diện tính toán A
t
là:
A
g
=
95,0
32,1227,10
2
cm÷
= 10,81 cm
2
÷ 12,97 cm
2
Xác định a
min
và a

th
= 46,8a
2
b ta có thể xác định một dãy giá trị cho các lõi thép có thể
đạt được công suất yêu cầu ở đề bài như sau:
a (cm) 2,7 2,8 3 3,2 3,4 3,5 3,6
Ag (cm
2
)
10,81 ÷ 12,97 10,81 ÷ 12,97 10,81÷ 12,97 10,81÷ 12,97 10,81÷ 12,97 10,81÷ 12,97
10,81÷ 12,97
b (cm)
4 ÷ 4,8cm 3,86 ÷ 4,63 3,6 ÷ 4,32 3,37 ÷ 4,05 3,18 ÷ 3,81 3,09 ÷ 3,77 3 ÷ 3,6
W
th
(kg)
1,36 ÷ 1,64 1,42 ÷ 1,7 1,52 ÷ 1,82 1,62 ÷ 1,94 1,72 ÷ 2,06 1,77÷ 2,12 1,82 ÷ 2,18
Bảng giá trị này cho ta các kích thước lõi thép có thể tạo biến thế đúng theo yêu cầu trên, ta có
thể chọn một trong các kích thước này tính toán sơ bộ, sau đó nếu cần ta sẽ hiệu chỉnh trong các bước
tính sau.
Giả sử trong thí dụ này ta chọn:
a = 3,2cm; b = 3,4cm; W
th
= 1,63Kg
A
g
= 10,88 cm
2
; A
t

16mm
48mm
96mm
W
th
= 1,63kg
32mm
mt
v
BAf
n
44,4
1
=
n
v
: đơn vị là [vòng/vôn]
f: đơn vị là [Hz]
A
t
: đơn vị là [m
2
]
B
m
: đơn vị là [T]
Trường hợp A
t
dùng đơn vị là [cm
2

(4.35)
Ở giai đoạn xác định sơ bộ ban đầu, U% hay C
h
được xác định theo các bảng sau :
mt
v
BAf
n
44,4
10
4
=
mt
v
BA
n
.
045,45
=
t
v
A
n
3,55
=
TB
m
8,0
=
t


−=
−
=∆
U
U
U
UU
h
0
0
2
20
C
100
1
=
∆
+=
U
U
U
2h20
.UC U
=
S
2
(VA) 5 10 25 50 75 100 150 200 300
∆U%
20 17 15 12 10 9 8 7,5 7

20
25
30
40
1,35
1,28
1,25
1,22
1,18
1,16
1,14
1,13
50
60
70
80
90
100
120
150
1,12
1.11
1,10
1,09
1,085
1,08
1,075
1,065
180
200

(4.36)
(4.37)
Thí dụ 2:
Dựa vào kết quả tính được trong thí dụ 1 tính toán số vòng dây quấn cho biến thế (hình 4.8).
Giải:
Trong thí dụ 1, tìm được a = 3,2cm, b = 3,4cm,
A
g
= 10,88cm
2
, A
t
= 10,336cm
2
.
Nếu lõi thép có mật độ từ là B
m
= 1,2T, ta có:
Bước 4:
Áp dụng (4.13) hay (4.18) tại tần số f = 50Hz:
n
v
=
t
A
54,37
=
336,10
54,37
=3,6319 ≈ 3,632 vòng/vôn.

.n
v
= 110 . 3,632 = 399,52 vòng ≈ 400 vòng
N
2
= U
20
.n
v
= 16,5 . 3,632 = 59,928 vòng ≈ 60 vòng
Bước 7:
Ước lượng hiệu suất η của máy biến thế, xác định dòng điện phía sơ cấp I
1
.
Trong thiết kế sơ bộ, hoặc đơn giản hóa, hiệu suất η có thể tra bảng theo S
2
. Có thể tham khảo
một số bảng sau:
♦ Theo Robert Kuhn:
S
2
(VA) 3 10 25 50 100 1000
η %
60 70 80 85 90 Lớn hơn 90
♦ Theo Anton Hopp:
S
2
(VA) 30 50 100 150 200 300 500 750 1000
η %
86,4 87,6 89,6 90,9 91,3 93 93 95,3 94

♦ Theo Schindler:
S
2
(VA) 100 200 300 500
η %
92,5 93,5 94 94,5
♦ Theo Transfor Matoren Fabrik Magnus
S
2
(VA) 25 50 75 100 150 200 250 400 500
η %
84,2 86,8 89 90 91 91,9 92 93,2 93,6
Sau khi tra bảng, chọn được η % cho biến thế, từ đó xác định được dòng điện phía sơ cấp:
(4.38)
Bước 8:
Chọn mật độ dòng điện J, suy ra tiết diện và đường kính dây dẫn phía sơ cấp và thứ cấp.
Chọn J để xác định đường kính dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố:
- Cấp cách điện vật liệu.
- Điều kiện giải nhiệt dây quấn.
- Chế độ làm viện (dài hạn hay ngắn hạn).
Ta có thể tham khảo các bảng giá trị cho phép của J như sau:
Bảng quan hệ giữa J theo S
2
, khi biến thế vận hành liên tục, điều kiện giải nhiệt kém (hoặc cấp
cách điện thấp).
S
2
(VA)
0 ÷ 50 50 ÷ 100 100 ÷ 200 200 ÷ 500 500 ÷ 1000
J (A/mm

với độ gia
nhiệt 60
0
C
A
t
(cm
2
)
J (A/mm
2
)
với độ gia nhiệt
40
0
C
J (A/mm
2
)
với độ gia nhiệt
60
0
C
1,0 4,6 5,5 6,0 2,3 2,8
1,4 4,0 4,9 6,5 2,25 2,7
2,0 3,5 4,3 7,0 2,2 2,6
2,4 3,3 4,0 7,5 2,15 2,6
2,8 3,1 3,7 8,0 2,1 2,5
3,0 3,0 3,6 9,0 1,9 2,4
3,5 2,8 3,4 10 1,8 2,3

1
= 110V.
Bước 7:
Chọn η% = 88% ứng với S
2
= 75VA
Dòng điện phía sơ cấp là:

Bước 8:
Giả sử biến thế vận hành 10 giờ/ngày, cách điện sử dụng cấp A, chọn J = 5,5 A/mm
2
(ứng với S
2
= 75), suy ra đường kính dây quấn sơ và thứ cấp như sau:
d
1
= 1,13
5,5
775,0
= 0,424 mm, chọn d
1
= 0,45 mm.
d
2
= 1,13
5,5
5
= 1,07mm, chọn d
2
= 1,1mm

c
: là bề dày bìa cách điện, chọn theo cấp công suất của biến áp.
J
I
d
1
1
13,1
=
J
I
d
2
2
13,1
=
A775,0
110.88,0
75
I
1
≈=
Hình 4.10: Chọn kích thước cách điện làm khuôn quấn dây
Để đảm bảo độ bền cơ học chọn e
c
theo cấp công suất của biến thế như bảng sau:
S
2
(VA)
1 ÷ 10 10 ÷ 200 200 ÷ 500 500 ÷ 1000 1000 ÷ 3000

Ta có công thức tổng quát:
Bề dầy cách điện giữa
2 lớp liên tiếp nhau
[mm]
Hiệu điện thế giữa hai lớp
[V]
1000

= 1,4
K.
d
H
SV
q
1cd
hd
1
=
K.
d
H
SV
q
2cd
hd
2
=
1
1
1


đơn vị là [vòng/lớp]
n
v
:

đơn vị là [vòng/vôn]
Bước 12:
Xác định bề dày mỗi phần dây quấn.
Khi biến áp có lõi thép E I, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp quấn trên một trục lõi (bố trí đồng
trục), ta xác định bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp như sau:
Gọi: BD
1
là bề dầy cuộn dây sơ cấp.
BD
2
là bề dầy cuộn dây thứ cấp.
BD là bề dầy tổng của cả bộ dây.
Ta có:
(4.48)
(4.49)
(4.50)
Trong đó:
e
cđ3
là cách điện giữa sơ và thứ.
(4.51)
Cuối cùng, kiểm tra hệ số lấp đầy k
lđ1
theo bề dày choán chỗ cuộn dây so với bề rộng cửa sổ lõi

+=
)e (dSL BD
cd22cd22
+=
cd3c21
e e BD BD BD
+++=
1000
1,4 e
21
cd3
UU
+
=
C
BD
K
ld1
=
Chú ý:
Cũng có thể kiểm tra bằng cách tính khác (ngay sau bước 8)
Gọi k
ld2
là hệ số lấp đầy, tính theo tiết diện choán chỗ của dây quấn so với tiết diện cửa sổ mạch
từ.
(4.53)
Gọi S
cđ1
và S
cđ2

+
=
Sơ cấp
Thứ cấp
Sơ cấp
Thứ cấp
Sơ cấp
Sơ cấp
Thứ cấp
Sơ cấp Thứ cấp
Hình 4.11: Một số cách bố trí dây quấn đối với biến thế hai dây quấn

Giả sử kết cấu dây quấn sơ cấp bố trí bên trong và thứ cấp bao bọc quanh sơ cấp, bề dài trung
bình L
tb1
và L
tb2
cho bộ dây sơ và thứ cấp xác định như sau (xem hình 4.12).
Đặt : a’ = a + 2e
c
b’= b + 2e
c
Ta có :
(4.55)
Tương tự, suy ra:
(4.56)
Gọi L
1
và L
2

++++=
π
.LN L
tb111
=
.LN L
tb222
=
Trong đó:
K
dp
: là hệ số dự phòng do sai số trong thi công thực tế so với tính toán.
+ Với dây emay: K
dp
= 1,1 ÷ 1,15.
+ Với dây bọc cotton: K
dp
= 1,2 ÷ 1,3.
Tương tự, khối dây quấn thứ cấp được tính:
(4.60)
Thí dụ 4:
Xác định khối lượng sử dụng cho bộ dây biến thế đã tính trong các thí dụ 1, 2, 3.
Giải:
Từ các thí dụ 1, 2, 3 ta đã có các kết quả sau:
a = 32mm, b = 34mm, c = 16mm, h = 48mm.
Số vòng dây sơ cấp:
N
1
= 400 vòng
d

4
15,1.
2
π
= 1,038 mm
2
≈ 1,04mm
2
Diện tích cửa sổ lõi thép:
S
cs
= c.h = 16 . 48 = 768mm
2
K
lđ
=
768
4,142
768
04,1.60.2,0.400
=
+
= 0,185
Với K
lđ
tính được quá thấp so với tiêu chuẩn cho phép (0,7 ÷ 0,8) ta có thể điều chỉnh giảm kích
thước lõi thép, để giảm khối lượng dây. Tuy nhiên muốn duy trì các tham số khác không đổi ta phải
giữ tiết diện lõi thép như lúc đầu đã tính.
Ta thử xét phương án điều chỉnh như sau:
• Chọn K

3a
Nên: S
cs
=
4
3
2
a
Vậy: a =
3
55,395.4
3
4
=
cs
S
= 22,96 mm
Đối chiếu theo thí dụ 1 ta có thể chọn a tại mức thấp nhất là a = 24mm
• Nếu duy trì số vòng như cũ, theo thí dụ 2 ta cần duy trì:
A
g
= 10,88cm
2
để có A
t
= 10,336cm
2

Muốn vậy: b =
4,2

= 0,95 (khả năng ghép sát)
A
t
= A
g
.K
f
= 10,8 . 0,95 = 10,26cm
2
; S
sc
= 432 cm
2
B
m
= 1,2T; n
v
= 3,66 vòng/vôn
N
1
= 402 vòng; N
2
= 60 vòng
d
1
/d
1cđ
= 0,45/0,5mm; d
2
/d

33
.
1
≈==
q
cd
hd
K
d
H
vòng / lớp
SV
2
=
2726,2795,0.
15,1
33
≈=
vòng / lớp
Bước 11:
Số lớp của cuộn dây sơ và thứ cấp:
SL
1
=
748,6
62
402
1
1
≈==

Xác định bề dầy cách điện giữa các lớp thứ cấp với nhau:
e
cđ2
= 0,0624
≈
66,3
27
0,169mm chọn e
cđ2
= 0,2mm
Bước 12:
Bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp:
BD
1 =
SL
1
(d
1cđ
+

e
cđ1
) = 7(0,5 + 0,25) = 5,25mm
BD
2 =
SL
2
(d
2cđ
+

= 0,816
Chú ý: Nếu cách điện lớp chọn theo tiêu chuẩn kỹ thuật như trên ta có thể giảm bề dầy cách điện
tính theo công thức (4.31), (4.32), (4.33), (4.37) xuống 0,5 lần.
Với thí dụ tính toán trên nếu hiệu chỉnh:
e
cd1
= e
cd2
= 0,1mm và e
cđ3
= 0,25mm, ta có:
BD
1
= 4,2mm; BD
2
= 3,75mm; BD

= 8,2mm nên K
lđ
= 0,683
Bước 13:
Chọn cách bố trí bộ dây giống như hình 4.12, ta có:
a
’
= a + 2e
c
= 24 + 2.1 = 26mm.
b
’
= 45 + 2 = 47mm.

1
.L
tb1
= 402.1,592 = 640 dm
Tổng bề dài cuộn dây quấn thứ cấp:
L
2
= N
2
.L
tb2
= 60.1,86 = 111,6 dm = 112 dm.
Bước 14:
Khối lượng bộ dây quấn sơ cấp:
W
1
= 1,1 . 640 .
4
45,0.
2
π
10
-4
.8,9
W
1
= 0,0996 kg ≈ 0,1 kg .
Khối lượng bộ dây quấn thứ cấp:
W
2