Tính toán, thiết kế và sản xuất máy biến áp có lõi thép bằng vật liệu vô định hình công suất nhỏ

 (d ) 3(0,8 2) 8,4mm      
γ1 là chiều dày cách điện lớp; Chọn Δ1 = 10 mm 
+ Tính chiều dày dây quấn thứ cấp Δ2: 
Tương tự, tính chọn m2 = 2 lớp 
Bề rộng dây quấn thứ cấp: 
2 2 2 2m (d ) 2(1,2 2) 6,4mm      
γ2 chiều dày cách điện lớp; Chọn Δ2 = 8 mm 
2.2.5. Chiều rộng cửa sổ: 
0 12 3 1 2w 2 2 2 2
2.2 2.1 5 2.10 2.8 47mm
        
      
 (5) 
Chiều rộng cửa sổ được tính hơn 20% - 30% do các lớp 
dây không thật phẳng. Nên chọn w = 50mm. 
Diện tích cửa sổ mạch từ: Sc = h x w = 10 cm x 5 cm 
Tất cả các kích thước thiết kế được cụ thể ở Hình 2. 
Hình 2. Mô hình các kích thước của MBA 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 7 
Các thông số điện cơ bản và thông số về kích thước 
thiết kế của MBA công suất 3kVA - 380/127V (Bảng 1). 
Bảng 1. Các thông số điện cơ bản và 
kích thước thiết kế máy biến áp 
Thứ tự Thông số Giá trị 
1 Số pha 3 
2 Tần số [Hz] 50 
3 Công suất [kVA] 3 
4 Nối dây Y/Y 
5 Điện áp dây SC/TC [V] 380/127 
6 Số vòng dây quấn/pha SC/TC [vòng] 250/83 
7 Dòng điện pha SC/TC [A] 4,56/13,64 
8 Đường kính dây SC/TC (V) 0,8/1,5 
9 Mật độ dòng điện J [A/mm2] 5 
10 Chiều dày lõi c [mm] 30 
11 Chiều rộng cửa sổ của lõi thép w[mm] 50 
12 Chiều cao cửa sổ lõi thép h[mm] 100 
3. Mô phỏng máy biến áp theo các thông số thiết kế 
3.1. MBA lõi thép VĐH thiết kế trong Maxwell 
Các thông số về điện và kích thước thiết kế của MBA 
này là dữ liệu đầu vào phần mềm Ansys Maxwell V16.02 
Hình 3 cho thấy hình dạng của một mô hình MBA trong 
môi trường phân tích Maxwell 3D. 
Hình 3. Mô hình MBAVĐH trong phân tích Ansys Maxwell 3D 
Trong tính toán Maxwell đã dùng phần mềm Maxwell 
Circuit Editor V16.02 để thiết kế mạch điện cho cuộn SC 
và TC nhằm mô phỏng quá trình làm việc của MBA trong 
2 trường hợp: không tải, ngắn mạch thử nghiệm. 
3.2. Mô phỏng ở chế độ không tải 
3.2.1. Phân bố từ trường 
Hình 4. Phân bố từ cảm B trong mạch từ 
Từ cảm trong mạch từ B = 1,57T khi làm việc ở chế độ 
không tải và từ thông đi trong mạch từ và từ cảm tản trên 
cuộn SC và TC rất nhỏ và gần như bằng không. 
3.2.2. Giá trị điện áp và dòng điện 
Ta tiến hành đo đạc các giá trị điện áp SC và TC của 
MBA, được thể hiện ở Hình 5 và Hình 6 như sau: 
Hình 5. Điện áp sơ cấp định mức 
Hình 6. Điện áp thứ cấp định mức 
Ở chế độ không tải, dòng điện TC bằng 0 và dòng điện 
SC có giá trị như Hình 7. Ta cũng có kết quả tổn hao không 
tải như Hình 8. 
Hình 7. Dòng điện không tải sơ cấp 
Hình 8. Tổn hao không tải 
Hình 5 cho thấy giá trị điện áp pha hiệu dụng SC, mô 
phỏng là 219V so với giá trị điện áp pha là 220V. Tương 
tự, Hình 6 giá trị điện áp hiệu dụng pha TC, mô phỏng là 
8 Đoàn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi 
72,8V so với giá trị điện áp TC là 73V. 
Ở Hình 7 và 8 ta thấy rằng dòng điện không tải SC là 
0,034A và tổn hao không tải trung bình P0 = (8,5+12)/2= 
10,2W. 
3.3. Mô phỏng ở chế độ ngắn mạch thử nghiệm 
Ở chế độ ngắn mạch thử nghiệm, ta ngắn mạch 3 cuộn 
dây TC. Sau đó cấp điện áp Un = 27V vào cuộn SC. Ta 
được kết quả dòng điện định mức và tổn hao ngắn mạch 
của MBA như Hình 9 và 10. 
Hình 9. Dòng điện sơ cấp định mức 
Hình 10. Dòng điện thứ cấp định mức 
Hình 11. Tổn hao công suất ngắn mạch 
Hình 9 cho thấy, giá trị dòng điện định mức hiệu dụng 
SC, mô phỏng là 4,51A so với tính toán dòng điện định 
mức hiệu dụng SC là 4,56A. Tương tự, Hình 10, giá trị 
dòng điện định mức hiệu dụng TC, mô phỏng là 13,57A so 
với tính toán dòng điện TC là 13,64A. 
4. Thi công chế tạo MBA 
Tiến hành thi công chế tạo MBA ba pha lõi thép VĐH 
công suất 3kVA - 380/127V. 
4.1. Chế tạo mạch từ 
Theo thiết kế với chiều rộng mạch từ 7cm. Sau khi chuẩn 
bị lớp thép silic bên trong thì bắt đầu quấn băng từ VĐH lên 
trên và tiếp tục quấn đến chiều dày mạch từ là c =4cm. 
Hình 12. Công đoạn hoàn thiện mạch từ 
Hình 12 thể hiện mạch từ sau khi đã quấn băng vải xong. 
Đến đây xem như quá trình chế tạo mạch từ đã hoàn tất. Việc 
còn lại là thực hiện quấn dây SC và TC lên mạch từ. 
4.2. Quấn dây sơ cấp và thứ cấp 
Quấn dây SC và TC 
Hình 13. Công đoạn quấn dây SC và TC 
Hình 13, thực hiện quấn dây cuộn SC và TC cho các 
pha A, B và C. Với số vòng cuộn SC W1 = 250, quấn dây 
TC (nằm ngoài) với số vòng cuộn W2 = 83vòng. 
4.3. Máy biến áp hoàn thiện 
Tiếp tục thiết kế vỏ MBA như Hình 14, còn bên ngoài có 
aptomat, đèn báo, 6 đầu nối cuộn SC và 6 đầu nối cuộn TC. 
Hình 14. MBA hoàn thiện 
5. Thử nghiệm máy biến áp 
Tiến hành đo đạc dòng không tải và tổn hao không tải 
của 3 MBA có cùng công suất S = 3kVA, 
U1/U2 = 380/127V. 
- MBA lõi thép silic: tại phòng thí nghiệm máy điện 
gồm 2 máy, kí hiệu: MBA Si_1 và MBA Si_2 
- MBA lõi thép VĐH: kí hiệu: MBA VĐH 
5.1. Thử nghiệm không tải 
Hình 15. Sơ đồ mạch điện thí nghiệm 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 9 
Thực hiện nối mạch như sơ đồ [3], MBA thí nghiệm là 
MBA lõi thép VĐH đã chế tạo. 
Kết quả đo dòng điện không tải và công suất không tải 
như sau: 
Bảng 2. Kết quả đo thực nghiệm MBA VĐH 
Thông số Giá trị 
I0 (A) - Dòng điện không tải 
Pha A 0,157 
Pha B 0,193 
Pha C 0,171 
P0 (W) - Công suất không tải 11W 
U1 (V) - Điện áp SC 380,8 
U2 (V) - Điện áp TC 126,3 
5.2. Thí nghiệm ngắn mạch 
Nối mạch theo sơ đồ ngắn mạch [3], tiến hành đo đạc 
dòng định mức và tổn hao ngắn mạch: 
Kết quả đo thể hiện Bảng 3. 
Bảng 3. Kết quả đo thực nghiệm MBA VĐH 
Inm = I1đm (A) Unm (V) Pnm (W) 
4,5 26 57 
6. So sánh dòng điện và tổn hao không tải giữa các MBA 
Với các số liệu thí nghiệm về dòng không tải và tổn hao 
không tải của 3 MBA có cùng công suất 3kVA; 380/127V: 
MBA Si_1; MBA Si_2 và MBA VĐH. Ta làm phép so 
sánh để biết được MBA VĐH thiết kế giảm tổn hao được 
bao nhiêu phần trăm. Kết quả so sánh cụ thể ở Bảng 4. 
Bảng 4. Bảng kết quả so sánh tổn hao không tải các MBA 
Thông số MBA Si_1 MBA Si_2 MBA 
VĐH 
TL[3] 
P0(W) 70 62 11 
I0 (A) 0,86 0,55 0,17 
I1đm 4,56 4,56 4,56 
i0% 18,8% 9,8% 3,7% 10% 
So sánh > TL[3] ≈ TL[3] < TL[3] 
Bảng 4, MBA lõi thép VĐH thiết kế có dòng điện i0% 
nhỏ nhất trong 3 MBA và khi so sánh với TL [3]: 
i0% = 3,7% < 10% thì MBA VĐH thiết kế đã giảm được: 
0,55 0,17
.100% 69%
0,55
I

   . 
7. Kết luận 
Trong quá trình thiết kế, mô phỏng và thử nghiệm bài 
báo đã đạt được một số kết quả sau: 
Bài báo đã tính toán, thiết kế MBA lõi thép VĐH công 
suất 3kVA, điện áp 380/127V. Đồng thời, cũng tiến hành 
mô phỏng bằng phần mềm Maxwell, MBA VĐH thiết kế 
trong hai chế độ: không tải và ngắn mạch thử nghiệm. Các 
kết quả mô phỏng về điện áp định mức, dòng điện, tổn hao 
không tải và tổn hao ngắn mạch được so sánh với tính toán. 
Bài báo đã thi công chế tạo thành công MBA lõi thép 
VĐH ba pha công suất 3kVA, điện áp 380/127V. Đồng 
thời, tiến hành thử nghiệm và đã chứng minh được MBA 
chế tạo có tổn hao không tải thấp hơn 69% so với MBA lõi 
thép silic thông thường (hiện có tại phòng thí nghiệm Máy 
điện, khoa Kỹ thuật & Công nghệ, trường ĐH Quy Nhơn). 
Bên cạnh đó, các kết quả về điện áp, dòng điện và công 
suất ngắn mạch cũng được đo đạc. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh, “Máy biến áp lõi thép vô định hình 
giải pháp đột phá tiết kiệm điện”, Tạp chí tự động hóa ngày nay, số 
126, 2011. 
[2] Winders John J., Transformers Principles and Applications, 2002. 
[3] Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh, Máy biến áp – lý thuyết – vận hành 
– bảo dưỡng – thử nghiệm, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, lần 
2, 2011, tr 1–619. 
[4] Materials Magic - Hitachi Metals, “Amorphous Alloys for 
Transformer Cores”, Metglas, Inc, 2014. 
[5] Steinmetz Thorsten, Bogdan Cranganu-Cretu, Jasmin Smajic, 
“Investigations of no-load and load losses in amorphous core dry-type 
transformers”, XIX Int. Conf. Electr. Mach. - ICEM, 2010, pp. 1–6. 
[6] Wang Yinshun, Xiang Zhao, Junjie Han, Huidong Li, Ying Guan, 
Qing Bao, Liye Xiao, Liangzhen Lin, Xi Xu, Naihao Song, 
Fengyuan Zhang, “Development of a 630 kVA Three-Phase HTS 
Transformer With Amorphous Alloy Cores”, IEEE Trans. Appl. 
Supercond., vol. 17, no. 2, 2007, pp. 2051–2054 
[7] Hsu Chang-hung, Chun-yao Lee, Yeong-hwa Chang, Faa-jeng Lin, 
Chao-ming Fu, Jau-grace Lin, “Effect of Magnetostriction on the 
Core Loss, Noise, and Vibration of Fluxgate Sensor Composed of 
Amorphous Materials”, IEEE Trans. Magn., vol. 49, no. 7, 2013, pp. 
3862–3865. 
[8] Lenke R. U., S. Rohde, F. Mura, R. W. De Doncker, 
“Characterization of amorphous iron distribution transformer core 
for use in high-power medium-frequency applications”, IEEE 
Energy Convers. Congr. Expo., 2009, pp. 1060–1066. 
[9] Li Deren, Liang Zhang, Guangmin Li, Zhichao Lu, Shaoxiong 
Zhou, “Reducing the core loss of amorphous cores for distribution 
transformers”, Prog. Nat. Sci. Mater. Int., vol. 22, no. 3, 2012, pp. 
244–249. 
[10] Flur R. Ismagilov; Viacheslav E. Vavilov; Anton A. Mednov; Denis 
V. Gusakov, “The impact of amorphous steel on the increase of a 
transformer rectifier unit efficiency of an aircraft”, Dynamics of 
Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics), 2017, page 1 – 5. 
[11] Gaurav Upadhyay; Amita Singh; Santanu Kumar Seth; R.K. Jarial, 
“FEM based no-load loss calculation of triangular wound core 
transformer”, IEEE 1st International Conference on Power 
Electronics, Intelligent Control and Energy Systems, 2016, page 1-4. 
[12] Lin D., P. Zhou, W. N. Fu, Z. Badics, Z. J. Cendes, “A Dynamic 
Core Loss Model for Soft Ferromagnetic and Power Ferrite 
Materials in Transient Finite Element Analysis”, IEEE Trans. 
Magn., vol. 40, no. 2, 2004, pp. 1318–1321 
[13] Đỗ Chí Phi, Đoàn Thanh Bảo, Phùng Anh Tuấn, Lê Văn Doanh, 
“Thiết kế và đo đạc thực nghiệm máy biến áp có lõi thép bằng vật 
liệu vô định hình”, Tạp chí Khoa học và công nghệ Đại học Đà 
Nẵng, ISSN 1859 -1531, số. 11 (2), 2015, tr 42–43. 
(BBT nhận bài: 04/10/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 25/10/2018)