Giáo trình Mô đun Máy biến áp - Điện dân dụng

y biến áp cách ly 
một pha. 
D1 ÷ D4: Điốt chỉnh lưu. 
Rtải: Tải của nguồn 1 chiều. 
Hình 14.5: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cả 
chu kỳ bằng cầu điốt 
 * Nguyên lý làm việc: 
Giả sử nửa chu kỳ đầu, tại điểm A dương (+), điểm B âm (-). Các điốt D1 và D3 
phân cực thuận nên dẫn điện. Dòng điện đi từ A qua D1, qua tải, qua D3 về B. 
Lúc này D2 và D4 phân cực ngược nên không dẫn điện. Tại nửa chu kỳ sau của 
nguồn điện, tại điểm A (-), điểm B (+). Các điốt D2 và D4 phân cực thuận nên 
dẫn điện. Dòng điện đi từ B qua D2, qua tải, qua D4 về A. Lúc này D1 và D3 
phân cực ngược nên không dẫn điện. 
BA
A
B
AC
(+)
(-)
R
D1D4
D3 D2
115 
 Như vậy, trong cả hai chu kỳ của tín hiệu dòng điện nguồn xoay chiều, 
dòng điện chạy qua tải theo 1 chiều nhất định, tạo ra nguồn điện 1 chiều có dấu 
như (Hình 14.5). Theo phương pháp này, điện áp trung bình trên tải, dòng điện 
qua điốt giống như phương pháp chỉnh lưu cả chu kỳ có trung tính. Nhưng điện 
áp ngược trên điốt chịu nhỏ hơn: 
 UNV = √.U2 (14.6) 
 Qua phương pháp chỉnh lưu bằng điốt đã nghiên cứu trên. Để khi tính 
toán thiết kế máy nạp ắc quy có dòng điện, điện áp và công suất định mức cho 
tải, rút ra các thông số cơ bản ở các phương pháp chỉnh lưu. Dựa vào đó chúng 
ta tính toán được các máy nạp ắc quy theo bảng 14.1 
 Bảng 14.1: Các thông số chỉnh lưu bằng điốt. 
Sơ đồ chỉnh lưu 
 Các thông số 
Nửa chu kỳ 
Cả chu kỳ 
(có trung tính) 
Cầu điốt 1 pha 
Số lần đập mạch 1 2 2 
Tần số đập mạch 50 (Hz) 100 (Hz) 100 (Hz) 
Điện áp chỉnh lưu U0 0,45.U 0,9.U 0,9.U 
Dòng trung bình qua điốt Id Id/2 Id/2 
Điện áp ngược trên điốt √.U √.U √.U 
I2/ Id 1,57 0,71 1,11 
Sba/ Ud.Id 3,09 1,48 1,23 
3. Quy trình thiết kế máy nạp ắc quy 220/12V – 5A. 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được phương pháp tính toán thiết kế máy nạp ắc quy 220/12V 
– 5A theo chỉnh lưu nửa chu kỳ, cả chu kỳ dùng 2 điốt, cả chu kỳ dùng cầu điốt. 
 - Thực hiện đúng quy trình thiết kế máy nạp ắc quy. 
 - Có đầy đủ năng lực, tinh thần trách nhiệm và tác phong công nghiệp. 
 Ví dụ 1: Thiết kế nạp ắc quy cho bình 12VDC – 60Ah. Dùng chỉnh 
lưu có điện áp nguồn cấp cho máy nạp là U1 = 220VAC. 
3.1. Máy nạp ắc quy chỉnh lưu nửa chu kỳ 1 điốt. 
 * Phương pháp thiết kế: 
- Tính toán quấn biến áp. 
Theo thực tế, khi tính máy 
biến áp nạp ắc quy chọn Ud = 15V, 
cho ắc quy 12VDC. Ud =26,5V 
cho ắc quy 24 VDC (Nạp hai bình 
mắc nối tiếp). Ud = 7,5 V cho ắc 
quy 6VDC. Tính U2 và I2 cuộn thứ 
cấp máy biến áp cách ly. 
Hình 14.6: Sơ đồ nguyên lý máy nạp ắc 
quy chỉnh lưu nửa chu kỳ 
U2 = Ud.1,57 = 15.1,57 ≈ 24 (V) 
 I2 = Id.1,57 = 5.1,57 ≈ 8 (A) 
BA D1
U1 = 220v
(+)
(-)
116 
 Khi tính được U2 và I2 của cuộn dây thứ cấp máy biến áp, chúng ta 
thực hiện tính toán quấn máy biến áp cách ly theo bài toán thuận (Bài MĐ 
20.05). Công suất biểu kiến của máy biến áp: Sdm = U2I2 = 24.8 = 192 (VA) 
 Tiết diện trụ quấn dây của lõi thép. Với lõi thép chứ E, I ta có k = 1,2. 
Vậy tiết diện trụ quấn dây là: S0 =1,2 = 1,2.	√ =14 (cm
2) 
 Ta có lõi thép tiêu chuẩn a = 3,5 (cm), b = S0/a = 14/ 3,5 = 3 (cm), c = 
a/2 = 3,5/2 = 1,75 (cm) → h = 3a/2 = 5,25 (cm). 
 Tính số vòng vôn, đường kính cuộn sơ cấp và thứ cấp: 
 + Tính số vòng vôn: w = K/ S0 = 45/14 = 3,3 (vòng/vôn). Với K = 45. 
 + Số vòng dây cuộn sơ cấp: w1 = w.U1 = 3,3.220 = 726 (vòng) 
 + Số vòng dây cuộn thứ cấp: w2 = w.(U2 + ΔU2) 
 Tra bảng 5.2, ta có ΔU2 = 
2 2. % 24.4 0,96
100 100
U U 
 → w2 = w.(U2 + 0,96) = 3,3.24,96 = 82,4 (vòng) 
 + Tính tiết diện dây sơ cấp và thứ cấp. 
 Máy nạp ắc quy có thời gian làm việc là (Q/ 10h), ta chọn làm việc 
24/24h. Tra bảng 5.3, ta có: J = 3A/mm2. Với η = 0,9 
 2d1
1
192
0,33
. . 0,9.220.3
P
S
U J
 (mm2) 
 22
8
2,7
3
d
I
S
J
 (mm2) 
 d1 =1,13 = 1,13.	√, = 0,64 (mm) 
 d2 =1,13 = 1,13.	√, = 1,9 (mm) 
 - Tính bề dầy cuộn dây: 
 + Số vòng dây trên 1 lớp cuộn sơ cấp, với ecd = 0,03 
 1
1
52,5
w 1 1
0,67
lop
cd
L
d
 = 78 (vòng) 
 + Số lớp của cuộn sơ cấp là: 11
1
w 726
10
w 78
lop
lop
N (lớp) 
 + Bề dầy cuôn sơ cấp là: ε1 = (d1cd.N1lop) + ecd(N1lop – 1) 
 = (0,67.10) + 0,03(10 – 1) = 6,97 (mm) 
 + Số vòng dây trên 1 lớp cuộn thứ cấp, với ecd = 0,05 => d2cd = 1,95 
 2
2
52,5
w 1 1 25
1,95
lop
cd
L
d
 (vòng) 
 + Số lớp của cuộn dây thứ cấp là: 
 22
2
w 82,5
4
w 25
lop
lop
N (lớp) 
 + Bề dầy toàn bộ cuộn dây là: Theo công thức (6.1), ta có ek = 0,3 
(mm), e12 = 0,15, en = 0,3. 
 εt = 1,1(ek + ε1 + e12 + ε2 + en)=1,1(0,3 + 6,97 + 0,15 + 7,95 + 0,3) 
=15,67(mm) 
 Ta có c = 1,75 = 17,5 > εt = 15,67. Thỏa mãn điều kiện, tiến hành 
quấn dây máy biến áp. 
117 
 - Tính chọn điốt. 
 Điốt chỉnh lưu nửa chu kỳ có: 
 + Điện áp qua điốt: ULV = 3,14.Ud 
 + Dòng điện hiệu dụng qua điốt: ILV = 3,14.12 = 37,68 (V) Vậy ta có: 
 + Điện áp hiệu dụng qua điốt là: ULV = 3,14.12 = 37,68 (V) 
 + Dòng điện hiệu dụng qua điốt là: ILV = 3,14.Id = 3,14.5 = 15,7 (A) 
 + Chọn điốt có: Điện áp Unv = kdtU.ULV với kdtU > 1,6 
 Unv = 1,6.ULV = 1,6.37.68 = 60,29 (V) 
 Chúng ta mua được điốt có: Unv = 60,29 (V) và ILV = 15,7 (A) 
- Chọn cánh tỏa nhiệt bằng nhôm, theo công thức: 
.
tn
tn
P
S
K 
 (14.7) 
Trong đó: 
- Stn là diện tích bề mặt cánh tỏa nhiệt (cm
2) 
- ∆P là tổn hao công suất (W) 
-  là độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường.  = TLV - TMT. Với TLV = 
1250C. 
- TLV, TMT là nhiệt độ làm việc và nhiệt độ môi trường. 
Sau khi tính được tiết diện cánh tỏa nhiệt, chọn mua ngoài thi trường. Khi 
chúng ta chọn mua điốt, thường có cánh tỏa nhiệt đi kèm theo. 
* Quấn dây máy biến áp. 
- Phương pháp quấn dây theo quy trình (Bài MĐ 20.25) 
- Kiểm tra thử biến áp. 
* Lắp ráp mạch điện, theo sơ đồ nguyên lý (Hình 14.6) 
- Lắp ráp theo trình tự các bài trên. 
- Kiểm tra nguội máy nạp ắc quy 220/12V - 5A. 
- Cấp nguồn, thử máy nạp ắc quy. 
+ Kiểm tra nguồn điện U1 = 220 VAC, cấp cho máy nạp ắc quy. 
+ Kiểm tra điện áp U2, UDC. 
+ Cho nạp ắc quy có dung lượng 12V-50Ah. Theo dõi đồng hồ nếu ắc quy 
đủ, mỗi ngăn Ungăn = 1,7 (v). Dòng nạp định mức Iđm = 5A. Nạp 10 giờ thì ắc 
quy no. 
* Kết thúc. 
- Làm báo cáo thực hành. 
- Vệ sinh dụng cụ thiết bị và vệ sinh xưởng thực hành. 
3.1.2. Thực hiện quy trình thiết kế máy nạp ắc quy. 
Bước 1. 
- Xác định các thông số công nghệ Ud, Id. Thông qua thông số của ắc quy 
như điện áp định mức E = Vôn, dung lượng Q = Ah → Id = 7÷ 10% của Q. 
- Dựa vào Ud, Id và hệ số I2/Id của chỉnh lưu nửa chu kỳ, tra bảng (14.1) ta 
có k = 1,57→ có U2, I2. 
Bước 2. 
- Dựa vào các thông số đã có, xác định quấn dây máy biến áp nạp ắc quy 
một pha theo bài toán thuận hay ngược. 
- Tính toán thiết kế theo bài toán. 
118 
Bước 3. 
- Tính chọn điốt theo ULV → UNV và ILV. 
- Tính chọn cánh tỏa nhiệt theo công thức (14.7). 
Bước 4. 
- Quấn dây máy nạp ắc quy một pha. 
- Thực hiện theo quy trình (bài MĐ 20.05). 
Bước 5. Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý (Hình 14.6). 
- Kiểm tra thông số kỹ thuật của điốt, kiểm tra chất lượng và nguyên lý 
hoạt động của điốt (theo MĐ 17). 
- Lắp điốt lên tấm tỏa nhiệt và đặt vào vị trí của máy. 
- Lắp đặt, đi dây máy biến áp nạp ắc quy. Lựa chọn dây theo giá trị dòng 
điện. 
- Kiểm tra nguồn, sau khi lắp đặt đi dây xong. 
Bước 6. Cấp điện cho máy nạp ắc quy, vận hành thử. 
- Kiểm tra nguồn điện cấp cho máy có Ung = U1. 
- Kiểm tra không tải U2 xoay chiều và UDC một chiều. 
- Cấp nguồn một chiều UDC cho tải là định mức. Kiểm tra UDC có tải, tính 
∆PDC. 
- Kiểm tra dòng điện nạp IDC = 10% dung lượng ắc quy (Ah). Theo dõi 
thời gian ắc quy sôi (mở nút đậy các ngăn để thoát khí), nổi tăm nhỏ và đều là 
tốt. Thời gian nạp là 10 giờ thì ắc quy no. Lúc này dòng điện nạp trên đồng hồ 
ampemet một chiều chỉ giá trị In= 0 hay In ≈0. 
Bước 7. Kết thúc. 
- Đánh giá kết quả sản phẩm. 
+ Nếu ∆PDC = 5÷10 % của Pđm là tốt. 
+ Dòng điện nạp = 10% dung lượng ắc quy (Ah). 
+ UDC = 15 VDC (đối với bình 12 VDC). 
+ Thời gian nạp là 10 giờ. 
- Đánh giá ưu khuyết điểm của học viên về kỹ năng, kiến thức, ý thức, 
chấm điểm. 
- Hướng dẫn làm báo cáo, thời gian nộp báo cáo. 
- Bảo dưỡng, vệ sinh dụng cụ thiết bị và nhà xưởng. 
3.2. Máy nạp ắc quy chỉnh lưu cả chu kỳ dùng 2 điốt. 
3.2.1. Phương pháp thiết kế. 
* Sơ đồ nguyên lý máy nạp ắc quy chỉnh lưu cả chu kỳ dùng 2 điốt. 
* Tính toán máy biến áp : 
Chúng ta thực hiện như ở tiểu tiêu đề (3.1.1). Chỉ lưu ý một số vấn đề 
sau : 
+ Tính U2, I2 của cuộn dây thứ cấp gồm 2 cuộn OA và OB. Tra bảng 
(14.1), chỉnh lưu cả chu kỳ có điểm trung tính, ta có I2/Id = 0,71 → k = 0,71. 
Ta có : U2OA= U2OB = k.Ud = 0,71.15 = 10,65 (V) 
I2 = k.Id = 0,71.10 = 7,1 (A) 
+ Công suất tối đa của tải. 
Pdmax = Id.Ud = 10.15 =150 (V.A) 
119 
+ Công suất biến áp nạp, chỉnh 
lưu cả chu kỳ có điểm trung tính có kTT 
= 1,48. 
Sđm= kTT.Pdmax = 1,48.150 = 222 
(V.A) 
→ Tiết diện trụ quấn dây của lõi 
thép là: 
S0 = 1,2.	= 18 (cm
2) 
Hình 14.7 
Chúng ta tiếp tục các bước tính toán để có các thông số quấn máy biến áp 
nạp ắc quy chỉnh lưu cả chu kỳ có điểm trung tính. 
* Tính chọn điốt. 
- Điện áp làm việc của điốt: 
15
2 2. 2 2. 46, 66
0,9 0,9
d
LV
U
U (V) 
- Dòng điện làm việc của điốt: nd . 0,71.10 7,1LV dI I K P (A) 
- Điện áp ngược của điốt: 2. 2.46,66 93,32NV LVU U (V) 
- Dòng điện định mức của điốt, với ILV = (10 ÷ 40)%Idm, chọn 25% 
Dựa vào các thông số trên, chúng ta chọn được điốt. 
* Tính chọn cánh tỏa nhiệt theo công thức (14.7). 
3.3. Máy biến áp nạp ắc quy chỉnh lưu cả chu kỳ dùng cầu điốt. 
3.3.1. Phương pháp tính toán thiết kế 
Ví dụ: Tính toán thiết kế biến 
áp nạp một pha, chỉnh lưu cầu điốt để 
nạp điện cho bình ắc quy 12V - 100 
Ah. Tra bảng 14.1, ta có: k = 1,11 
- Tính U2, I2 của cuộn dây thứ 
cấp. 
U2= k.Ud = 1,11.15 = 16,65 (V) 
I2 = k.Id = 1,11.10 = 11,1 (A) 
- Tính công suất mạch thứ cấp. 
Hình 14.8: 
Sdm = P2 = U2.I2 = 16,65.11,1 = 184,8 (VA) 
- Tính công suất phần sơ cấp và dòng điện. Với η = 0,9.
2
1
184,8
205
0,9
P
P

 (VA) → 11
1
205
0,93
220
P
I
U
 (A) 
→ Tính tiết diện trụ lõi thép. 
S0 = 1,2.	= 1,2.	√. 	= 16,8 (cm
2) 
Với lõi thép chữ EI tiêu chuẩn, ta chọn a = 4 → b = 16,84/4 = 4,2 → c = 
a/2, h = 3a/2. Tiếp tục tính như (bài MĐ 20.05) được các thông số quấn máy 
biến áp nạp ắc quy 
- Tính chọn điốt cho chỉnh lưu cầu. Tra bảng (14.1), ta có knv = 2  , ku = 
0,9. 
+ Điện áp làm việc của điốt là : 
15
2 2 23,3
0,9
d
LV
U
U
U
k
 (V) 
BA
(+)
(-)
A
B
D1
D2
0
E = 12VDC
Id = 10 A
U1 = 220v
BA
A
B
D1D4
D3 D2
U1 = 220v
(+)
(-)
E = 12VDC
Id = 10 A
120 
+ Dòng điện làm việc của điốt là : 
ILV = Ind = 0,71.Id = 0,71.10 = 7,1 (A) 
+ Điện áp ngược của điốt là : 
Unv = kdtu.ULV = 2.23,3 = 46,6 (V). Với kdtu = 2. 
+ Dòng điện định mức của điốt, với ILV = (10÷40)% Idmv, chọn 25% 
→ Idmv = 4.7,1 = 28,4 (A) 
→ Chúng ta chọn được điốt với các thông số trên. Tính chọn cánh tỏa 
nhiệt theo công thức (14-7). 
3.3.2. Thực hiện thiết kế máy nạp ắc quy chỉnh lưu cả chu kỳ dùng cầu điốt. 
Chúng ta thực hiện các bước như tiểu tiêu đề (3.1.2). 
4. Bảo dưỡng sửa chữa. 
Mục tiêu : 
- Thực hiện đúng quy trình bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp nạp. 
- Có đầy đủ quy trình bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp nạp. 
4.1. Bảo dưỡng sửa chữa máy biến áp. 
- Công tác chuẩn bị vật tư thiết bị: 
+ Thực hiện công tác bảo hộ an toàn lao động theo luật định. 
+ Chuẩn bị dụng cụ đo điện cầm tay như đồng hồ vạn năng, ampe kìm, 
đồng hồ mê gô mét và dụng cụ nghề điện. 
Bước 1 : Tháo máy ra khỏi hệ thống. 
- Cắt điện nguồn, treo biển « Cấm đóng điện ». 
- Tháo các đầu dây cấp nguồn cho máy và cấp cho tải. Đánh dấu đầu dây 
và băng cách điện đầu dây được tháo. 
Bước 2 : Bảo dưỡng sửa chữa biến áp. 
Quy trình tháo lắp như đã trình bày ở (Bài 05-5.2). 
4.2. Công tắc điều chỉnh (nếu có). 
- Tháo các đầu dây đấu với công tắc, băng và đánh dấu đầu dây được 
tháo. 
- Kiểm tra tiếp xúc của các tiếp điểm bằng đồng hồ vạn năng (đo thông 
mạch). Nếu mặt tiếp điểm bị mòn hay rỗ do hồ quang dòng điện gây lên, phải 
đưa máy tiện gia công lại mặt phẳng tiếp điểm hoặc thay mới. Kiểm tra lò xo ép 
tiếp điểm động để chỉnh lại sức căng của lò xo. 
- Vệ sinh các đầu đấu dây sạch sẽ, tạo tiếp xúc khi đấu dây. 
- Sau khi vệ sinh chỉnh định xong, kiểm tra lại tiếp xúc của các tiếp điểm 
bằng đồng hồ vạn năng (đo thông mạch). Bôi mỡ bảo quản vào trục và lò xo. 
Công tắc được điều khiển phải nhẹ nhàng, trơn mịn. Lắp đặt công tắc trở lại. 
4.3. Đồng hồ đo. 
- Tháo đồng hồ, sử dụng nguồn điện tương ứng thử kiểm tra hoạt động và 
sai số của đồng hồ, chỉnh định lại đồng hồ. 
- Chú ý đồng hồ (A) một chiều đi kèm là điện trở sơn, kiểm tra và chỉnh 
định sai số. 
4.4. Cọc đấu dây. 
Kiểm tra vặn ê cu giữ chặt các cọc đấu dây, kiểm tra các cọc đấu có bị hồ 
quang điện đánh thủng và các ren của cầu đấu còn tốt không. Vệ sinh sạch, tra 
121 
dầu nhớt vào chân ren rồi lau sạch, kiểm tra các long đen bằng và vênh để ép 
dây. 
4.5. Mạch chỉnh lưu. 
- Tháo mạch chỉnh lưu, tháo tách từng điốt ra để kiểm tra. 
- Kiểm tra điốt bằng đồng hồ vạn năng, thang đo R x 100 (quy không). 
Tiến hành đo như sau : 
+ Đo điện trở thuận : Que đen đồng hồ nối với anod và que đỏ nối với 
cathod của điốt. 
+ Đo điện trở nghịch : Thao tác ngược lại que đen nối với cathod và đỏ 
nối với anod. 
Chú ý : Điện trở thuận - nghịch phụ thuộc vào chất bán dẫn làm điốt là Ge 
hay Si. Nếu điốt Ge, điện trở thuận vài Ω, nghịch vài trăm KΩ. Nếu điốt Si, điện 
trở thuận vài Ω, nghịch vài MΩ. 
Kết quả đo : 
+ Nếu cả điện trở thuận - nghịch đều có giá trị = 0 Ω, thì điốt đã bị đánh 
thủng (nối tắt). 
+ Nếu cả hai điện trở thuận - nghịch đều có giá trị = ∞, thì điốt đã bị đứt. 
+ Nếu điện trở thuận đúng và nghịch giảm xuống quá nhiều thì điốt đã bị 
rỉ, không dùng được nữa. 
+ Nếu điện trở thuận và nghịch như thông số của điốt là tốt. 
- Kiểm tra cánh tỏa nhiệt, vệ sinh sạch và lắp lại điốt. Lắp đặt lại dây đấu 
(theo dấu). Kiểm tra lại nguyên lý và sử dụng đồng hồ vạn năng đo kết hợp theo 
nguyên lý chỉnh lưu. 
CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ 
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 
TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 
CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Bùi Đức Hùng – Triệu Việt Trinh, Máy điện 1 và 2, nhà xuất bản giáo 
dục VN. 
2. Nguyễn Đức Sỹ, Sửa chữa máy điện và máy biến áp, NXB giáo dục 
VN. 
3. Nguyễn Ngọc Lân – Nguyễn Văn Trọng – Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, Kỹ 
thuật điện, NXB lao động XH. 
4. Vũ Quang Hồi, Trang bị điện – điện tử, NXB giáo dục. 
5. Đỗ Ngọc Long, sửa chữa – lắp đặt quạt và động cơ điện, NXB khoa 
học và kỹ thuật. 
122 
6. Trần Văn Thinh, Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất, NXB giáo 
dục. 
7. Trần Duy Phụng, Kỹ thuật quấn dây, NXB Đà Nẵng. 
8. Nguyễn Văn Chất, Giáo trình kỹ thuật điện, NXB giáo dục. 
9. Minh Trí, Giáo trình quấn dây, NXB thanh niên. 
10. Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hòa – Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, 
Máy điện 1 và 2, NXB khoa học và kỹ thuật.