Công nghệ MBA cấp 22

Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên Lời nói đầu Ngày nay trình độ khoa học phát triển mạnh mẽ có nhiều nghành khoa học quan trọng ra đời nh điện điện tử tin học cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật nền kinh tế cũng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là nền công nghiệp đã có nhiều các nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ cao, hiện đại hoá trên cả nớc vì vậy yêu cầu đất nớc phải có một hệ thống điện ổn định ,chất lợng cao để đáp ứng và phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống.để đảm bảo điều đó việc truyền tải điện năng phải ngày càng đổi mới và hoàn thiện về các trang thét bị và kỹ thuật. Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện bộ phận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 3 đến 4lần tăng giảm điện áp do đó tổng công suất đặt (hay dung lợng)của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện .gần đây ngời ta tính ra rằng nó có thể gấp đến 6 hay 8lần hay cao hơn nữa hiệu suất của máy biến áp thờng rất lớn (98- 99)% nhng vì số lợng máy biến áp nên tổng tiêu hao trong hệ htống rất đáng kể vì thế cần chú ý đến việc giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp. Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong nghành chế tạo máy biến áp, ngời ta chủ yếu sử dụng thép cán lạnh, có suất tổn hao và công suất từ hoá thấp mặt khác còn thay đổi các kết cấu từ một cách thích hợp nh ghép mối nghiêng các lá thép tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông ép trụ và xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép hay hay dùng những qui trình công nghệ mới về cắt dập lá thép, tự động về ủ lá thép, về lắp ráp nhờ vậy mà công suất và điện áp của các mba đã đợc nâng cao rõ rệt. ở nớc ta sau ngày hoà bình lập lại mới tiến hành thiết kế và chế tạo MBA mặc dù đây là công việc mới mẻ cơ sở sản xuất nhỏ ,dụng cụ máy móc còn thiếu nhng đến nay ta đã sửa chữa,thiết kế chế tạo đợc một khối lợng MBA khổng lồ phục cho cơ sở sản xuất trong nớc một số MBA nớc ta sản xuất đã xuất khẩu sang một số nớc. Đó là những cố gắng và tiến bộ của nghành chế tạo MBA ở nớc ta. Giáo viên hớng dẫn Sinh viên thiết kế: Nguyễn Quốc Hiệu Nguyn Tựng Minh Tun 3 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên tính toán các kích thớc chủ yếu của máy biến áp I. Tính các đại lợng cơ bản 1. Dung lợng một pha S f = t S = 3 700 = 233,34 (kVA) 2. Dung lợng trên mỗi trụ. S' = t S = 3 700 = 233,34 (kVA) Trong đó: t: là số trụ tác dụng (là trụ trên đó có dây quấn đối MBA 3 pha t =3). s: là công suất định mức của mba. 3. Dòng điện dây định mức tính tơng ứng với dây quấn cao áp, hạ áp. Đối với mba 3 pha: I = U S .3 1000. (U là điện áp dây tơng ứng). Phía cao áp: I 1 = 3 3 10.10.3 10.S = 1000.22.3 1000.700 = 18,37(A). Phía hạ áp: I 2 = 3 3 10.4,0.10.3 10.S = 1000.4,0.3 1000.700 =1010,3629 (A) 4. Dòng điện pha Vì tổ nối dây của mba là y/y 0 -12 nên dòng điện pha bằng dòng điện dây. Phía cao áp: I f1 = I 1 = 18,37(A). (A). Phía hạ áp : I 2 = I 2 = 1010,3629 (A) 5. Điện áp pha Dây quấn nối y: U f = 3 U Điện áp phía cao áp: U f1 = 3 1U = 3 1000.22 = 1270,1 (V) Điện áp phía hạ áp: U 2 = 3 2U = 3 1000.4.0 =231 (V) 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch U r = S Pn .10 = 160.10 7600 = 1,1428% (v). Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch U x = rn UU 22 = 22 206,15,5 = 4,352% 7. Xác định điện áp thử 4 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên Đây là yếu tố quan trọng để xác định khoảng cách ,cách điện ,giữâ các dây quấn ,các thành phần điện dẫn khác. và các bộ phận nối đất của mba. tra theo bảng 2 ta có. Với cuộn cao áp U 1 = 22(kv) suy ra U t1 = 55(kv). Với cuộn hạ áp U 2 = 0,4(kv) suy ra U 2t = 5(kv). I).Thiết kế sơ bộ lõi sắt và tính toán chủ yếu các kích thớc 1. Lõi sắt Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, thờng đợc thiết kế theo kiểu hình trụ, lõi này do các lá thép kỹ thuật (nh tôn silíc ghép lại với các kích thớc lá thép khác nhau. Đợc ghép bởi các gông từ, xà ép tạo thành bộ khung. Vì lõi thép là mạch từ nên lõi sắt cần đợc tạo từ các lá thép đảm bảo chất lợng cũng nh kích thớc, thờng ngày nay ngời ta sử dụng tôn cán lạnh kích thớc là 0.5 và 0.35(mm), làm sao phải đảm bảo tổn hao không tả ít nhng kết cấu đơn giản đảm bảo về cơ học cũng nh lực tác dụng của từ trờng. 2). Chọn tôn silíc, cách điện của chúng và cờng độ t cảm trong mba Trong nhiều năm về trớc lõi sắt MBA chủ yếu dùng tôn cán nóng với đặc điểm có từ cảm trong lõi dới 1.45(T) nhng do suất tổn hao lớn làm cho tổn hao không tải, dòng không tải tăng lên.hiện nay ngời ta thờng sử dụng tôn cán lạnh với đặc điểm có suất tổn hao không tải thấp nên nó có thể chọn mật độ từ cảm từ 1,6 ữ 1,65(T), đặc biệt khi tăng lên 1,7(T) điều này sẽ dẫn đến giảm kích thớc, trọng lợng MBA, giảm đợc cả tổn hao không tải, ngắn mạch và dòng điện không tải một cách đáng kể. Qua sự so sánh trên tôi quyết định dùng tôn cán lạnh độ dầy 0.35(mm) mã hiệu 330A làm vật liệu chế tạo MBA. 5 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên Phơng pháp cách điện giữa các lá thép khi vận hành, cách điện là một yếu tố quan trọng của MBA vì MBA khi vận hành nếu cách điện không tốt giữa các lá thép dòng phu cô sẽ gây phát nóng khung từ và có thể gây hiện tợng quá nhiệt vợt quá nhiệt độ cho phép . Đối với đều kiện nhiệt đới nớc ta, không thể dùng giấy cách điện vì giấy sẽ hút ẩm và làm điện trở cách điện giảm, vì vậy chọn phơng pháp cách điện lá thép ủ 2 lớp sơn với hệ số lấp đầy tra theo bảng 9 K đ =0.92. 3). Chọn kim loại làm dây quấn . Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn với u điểm dễ dàng gia công, có điện trở suất nhỏ ,dẫn điện tốt độ bền cơ học cao.Trong những năm gần đây ngời ta dùng dây nhôm làm dây quấn thay đồng với u điểm nhẹ hơn, rẻ hơnnhng có nhựoc điểm là độ bền cơ học kém hơn do đó dẫn điện kém hơn và khó khăn gia công khi dùng dây nhôm thay đồng để đảm bảo một công suất tơng đơng, thể tích nhôm tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện tăng lên. So sánh giữa 2kim loại trên tôi dùng dây đồng làm dây quấn cho MBA. 4). Hệ số qui đổi từ trờng tản thực về từ trờng -hệ số Rogốpki K r =0.95 5). Cấu truc trụ và gông Theo bảng 4 chọn trụ có 6 bậc, có hệ số chêm kín K c = 0,9 Theo bảng 6 chọn gông có 7 ép gông bằng xà bu lông đặt phía ngoài gông. - Hệ số tăng cờng tiết diện gông :K G =1,02 - Hệ số đầy rãnh phủ 2 lợt sơn: K đ = 0,92 _ hệ số lợi dụng lõi sắt :K l = K c .K đ = 0,9.0,92 = 0,8924 6). Chọn mật độ từ cảm cho mạch từ - Theo bảng 10 chọn : + Hệ số từ cảm trong trụ :B T =1,6 + Hệ số từ cảm trong gông :B G = G T K B = 03,1 56,1 =1,56 (T). - Theo bảng 42 ta có suất tổn hao thép. +Trong trụ : P T =1,195(W/Kg). +Trong gông :P G =1,007( W/Kg). - Theo bảng 48 ta có suất từ hoá. +Trong trụ q T =1,757 (VA/Kg) +Trong gông q G =1,775 (VA/Kg) + Khe hở không khí q k = 2,87 ( VA/cm 2 ). 7). Chọn các khoảng cách, cách điện chính. Với điện áp thử bên cao áp là U t =55 (KV). Tra bảng 18và19 ta có: 6 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên CA: l 02 =0,05(cm) ;a 12 =0,02(cm) delta 12 =0,005 (cm) ; l đ2 =0,03(cm) ;a 22 =0,02(cm) ; delta 22 =0,003(cm) HA: l 01 =0,015(cm) ; a 01 =0,004(cm). 8). Chiều rộng rãnh từ tản qui đổi a R =a 12 + 3 21 aa + . Trong đó 3 21 aa + =k. 4 ' S =0,63 4 33,233 =0,6146 theo (2-36). a 12 =0,02(cm). k=0,63 tra bảng 11ta có . a R =0.02 +0,6146 =0,6346 (cm). 9). Các hằng số tính toán. Theo bảng 12 ta có a = 1,36 ; b =1,4 Hệ số tính đến tổn hao phụ K f = 0.92 tra bảng 14. 10). Chọn hệ số =1,2 ữ 3,6.để chọn chính xác ta đi tính các hệ số. Theo (2-38) A=16. 4 22 .'. lTx RR kBuf kaS = =17,137 Theo (2-43) A 1 =5.66.10 2 .a.A 3 .k l =5.66.10 2 .1.38.(17,137) 3 .0.83 = 326,27 Theo (2-44) A 2 =3.6.10 2 A 2 .k l .l 02 =14,155 Theo (2-49) B 1 =2,4.10 -2 .k G .k L .A 3 . .(a+b+0,375)=220,333 B 2 = 2,4 .10 -2 .k G .k L A 2 .(a 12 +a 22 )=10,14 Theo(2-66).11 -Trọng lợng một góc khung từ. G'=0,45.10 -2 .k G .k L .A 3 .x 3 =19,17x 3 . - Tiết diện trụ sơ bộ. T T =0,785.k L .A 2. x 2 =191,345x 2 -Theo(2-56) ta có: C 1 =K dq . ủTLf UABkk aS . 2 22 2 =526,69 Vì ta dùng tôn cácn lạnh A330 nên K dq =2.8; K=1,06. đạo hàm (2-59) và cho triệt tiêu sẽ xách định đợc x ứng với giá thành vật liệu tác dụng cực tiểu ứng với phơng trình. X 5 + Bx 4 - Cx -D = 0 với B = 1 22 .3 ).(2 B AB + =0,4951 C = 1 1 .3 B A =0,4936 7 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên D = 1 1 .3 .2 B C .K dqFe .k =4,72986 Ta có phơng trình cực tiểu. X 5 + 0,07351X 4 - 0,4936X 4,72986=0. Giải phơng trình ta có. X = 1,344 = x 4 =3,26 Tiết diện trụ sơ bộ: T T =0,785.k l . 2 A . 2 X =191,345 2 X d = A.x 22 22,987 24 = ( A d ) 2,7716 3,134 3,243 8 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên x = 4 1,283 1,367 1,543 x 2 1,64609 1,989 2,123 X 3 2,11193 2,9765 3,432 A 2 x 2 = 14,155x 2 23,30039 28,769 34,236 G T = X A 1 +A 2 x 2 277,602 364,234 396,18 G G = B 1 x 3 +B 2 x 2 482,019 523,12 601,31 G Fe = G T +G G 759,621 1009,623 14 93,52 P T = 1,25.p T G T 447,633 487,698 523,675 S 747,24 1004,02 1534,356 P 0 = P T +P G 11940,89 16643,234 2301,566 Q Fe = q T .G T + q G .G G 1878,6 2213,53 2894,255 Q K =3,2.q K. T T 2418,9 2976,5 3456,87 .G'Q f =40.q T .G 4210,5 4987,6 5640,12 Q o =1,25(Q c +Q f +Q k ) 10635,09 14684,24 198,21 i o = S Q .10 0 1,688 2,069 2,47 0 G dq = 2 1 X C 319,964 353,845 412,67 = dqcu nf Gk pk. 3,02 4,234 4,891 C dq =k fe .k.G dq 339,162 378,143 42 4,64 C td =G fe +G dq 1079,585 1108,934 1 675 ,567 =Mx 3 Sau khi đã lập bảng ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn giá thành vật liệu tác dụng phụ thuộc trị số . dựa vào bảng đã lập ta chọn : d = 22 (cm). i ox = 1,688 % . P o = 1194 (w). =3,02 (A/mm 2 ) < cu =4,5 (A/mm 2 ). Trọng lợng dây quấn. 9 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên C dq = 339,162 (kg). Trọng lợng lõi sắt. G Fe = 759,621 (kg) Đờng kính trụ sắt: d=A.x=17,137.1,283=22(cm). Đờng kính trung bình sơ bộ: d 12 =a.d=1,36.22=30(cm). Chiều cao dây quấn: l = 12 .d = 716,2 30.1416,3 = 35 (cm). 13). Tiết diện hiệu dụng của lõi sắt T T = k đ k v . 4 . 2 d =0,91.0,92. 4 22.1416,3 2 = 315,51(cm 2 ). 14). Điện áp sơ bộ một vòng dây. U v = 4,44.f.B T. T T .10 -4 =4,44 50.1,6.112,901.10 -4 = 11,0668(v) phần II tính toán dây quấn máy biến áp Tính toán dây quấn phải đảm bảo yêu cầu về vận hành nh dây quấn đảm bảo cách điện,chịu đợc điện áp cao khi bị quá áp do đóng cắt mạch điện hay sét đánh,đồng thời chịu đợc đọ bền cơ khi ngắn mạch dây quấn, phải chịu đợc nhiệt trong thời gian nhất định. Yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật nh sau ; S = 700 (kVA); I 1 = 18,37 (A); I 2 = 1010,2639 (A). U f1 = 1270,1 (V) ; U f2 = 239 (V); A). tính toán dây quấn hạ áp. 1).Số vòng dây một pha: 10 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên W 2 = V ù U U 2 = 0668,11 239 = 21(vòng ) lấy = 21 (vòng). 2). Cờng độ từ cảm thực . B T = = T V Tf U 44,4 10 4 . =1,5705 (T). 3). Mật độ dòng điện trung bình. tb =0,746.k f . 12 . . dS UP Vn =3,1279 (A/mm 2 ). 4). Điện áp thực trên một vòng dây. U V = 21 94.239 2 2 = W U ù = 231,11 (V). 6). Chiều cao hờng trục của mỗi vòng dây tính sơ bộ (kể cả cách điện). Theo (3-7) ta có: h v2 = 1 2 2 4 r h W l + =1(cm) 7). Tiết diện sơ bộ của một vòng dây tính sơ bộ của dây quấn hạ áp là: T 2 = tb f I 2 = 291,059 (mm 2 ) Từ các chỉ tiêu kỹ thuật, dung lợng, dòng điện, điện áp, tiết diện dây quấn. Dựa vào bảng (34-tkmba) ta chọn dây quấn hạ áp là dây quấn hình xoắn dây dẫn hình chữ nhật. Tra bảng 20 và chiều cao mỗi vòng dây để trọn số sợi chập là 7 có h v2 = 1 (cm), Từ bảng 20 ta tra đợc: a =4,4 (mm), b =9,3 (mm) và kích thớc đợc ghi nh sau: Mã số * số sợi chập * Kích thớc dây trần/ Kích thớc cách điện: Tiết diện *n v2 * '' . . ba ba ; T d2 ** 8,9.9,4 3,9.4,4 ;40 8). Thiết diện thực mỗi vòng dây. T 2 = n v2 .T d2 =7.40=280 (mm 2 ) 9). Mật độ dòng điện thực. 2 = 2 2 T I = 3,251 (A/mm 2 ). 10).Chiều cao tính toán thực của dây quấn hạ áp. 11 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên l 2 =b 2 (w+1)+k[h r (w 2 /2+a)+ 2 .w/2]=36,93(cm). 11). Bề dầy của dây quấn. a 2 = ' 1 a n n v =.a=7.0,49=3,43(cm). 12)Đờng kính trong của dây quấn hạ áp. D 2 =d+2.a 01 =23(cm) 13)Đờng kính ngoài của dây quấn hạ áp. D 2 =D 2 +2.a 2 =29,86(cm). 14)Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp. M 2 =2.3,14t.k.(D 2 +a 2 ).(a 2 +2.b)w 1 =3,5244( 2 m ) 15)Trọng luợng của dây quấn hạ áp. G CU2 =28.t.(D 2 +D 2 )/2(w 2 .T 2 . 5 10 )=123,793(kg) 16)Tăng trọng luợng của dây quấn hạ áp. G dd2 =G cu 2 (1+3,5%)=128,125(kg) B. Tính toán dây quấn cao áp. 1). Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức. W 1đm =w 2 . 2 1 f f U U =524,9998(vòng) Ta chọn: W 1đm = 525 (vòng) 2). Số vòng dây của một cấp điều chỉnh. Theo 3-27b ta chọn bốn cấp điều chỉnh. W đc = 0,025.W 1đm = 0,025.525 = 13,125 (vòng) lấy là 13(vòng) 3). Số vòng dây tơng ứng ở các đầu phân áp là. Vì dây quấn có 4 cấp điều chỉng điện áp nên: 2,5%.U đm = 0,025.10000 = 250 (v). Ta có các đầu phân nhánh ứng với 5 số vòng dây sau: Cấp 1: W 1 = W 1đm + 2W đc = 551(vòng) Cấp 2: W 1 = W 1đm + W đc = 528 (vòng) Cấp 3: W 1 = W 1đm = 525(vòng) Cấp 4: W 1 = W 1đm - W đc =512 (vòng) Cấp 5(9500( v)) Ta có sơ đồ các đầu phân áp: 12 [...]... Pt Pn = 3168,9851+4 322, 977+6,858+172,2729+63=7734,09(w) 6) Sai số khi tính toán %Pn = 7734,09 7600 100 = 1,76% 7600 16 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên II xác định điện áp ngắn mạch Trị số Un% là một tham số rất quan trọng ảnh hởng tới đặc tính vận hành cũng nh kết cấu máy 1).Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng : Urn Theo (4 -22) ta có : %Unr = Pn 7734,09 = = 1 ,227 6% 10.S 10.630 2)... áp ngắn mạch toàn phần Un = U 2 nr + U 2 nx = 5,547 2 + 1 ,227 6 2 = 5,6814% Sai lệch số liệu tính toán và số liệu cho trớc là: Un = 5,6814 5,5 .100% = 3,2982% . %547,5 11 10.932,0.268,3.65,2.210.50.92,7 2 3 = 3). Điện áp ngắn mạch toàn phần. U n = %6814, 5227 6,1547,5 222 2 =+=+ nxnr UU Sai lệch số liệu tính toán và số liệu cho trớc là: U n = 5,5 5,56814,5. (là trụ trên đó có dây quấn đối MBA 3 pha t =3). s: là công suất định mức của mba. 3. Dòng điện dây định mức tính tơng ứng với dây quấn cao áp, hạ áp. Đối với mba 3 pha: I = U S .3 1000. (U. vật liệu chế tạo MBA. 5 Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên Phơng pháp cách điện giữa các lá thép khi vận hành, cách điện là một yếu tố quan trọng của MBA vì MBA khi vận hành