thiết kế máy biến áp 3 pha.

Khuynh hướng phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện naylà tăng được giới hạn về công suất , về điện áp , ngoài ra còn mở rộng thang công suất của Mba thành nhiều dãy để đáp ứng m

Mba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện Việc

tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện

cần phải có rất nhiều lấn tăng giảm điện áp Do đó tổng công suất đặt của

các Mba lớn hơn nhiều lần so với công suất máy phát Tuy hiệu suất của

Mba thường rất lớn ( 98-99% ) Nhưng do số lượng Mba nhiều nên tổng tổn

hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế vấn đề đặt ra trong thiết kế Mba vẫn là

giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba

Khuynh hướng phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện naylà

tăng được giới hạn về công suất , về điện áp , ngoài ra còn mở rộng thang

công suất của Mba thành nhiều dãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu

cầu sử dụng và vận hành Mba Để làm được điều đó trong thiết kế , chế tạo

Mba ta phải không ngừng cải tiến , tìm ra những vật liệu mới tốt hơn , thay

đổi kết cấu mạch từ hợp lí , tăng trình độ công nghệ

Qua bản đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc

thiết kế Mba nói riêng và máy điện nói chung Mặc dù đã rất cố gắng trong

quá trình thiết kế nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót , em

mong các thầy , cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng

Em xin chân thành cảm ơn

http://www.ebook.edu.vn

2

1.1 Các đại lượng điện cơ bản của Mba

1.1.1 Công suất mỗi pha của mba:

10 400

3

10

U

S

10 4 , 0 3

10 400

-Phía CA: đấu Y I f2 = I2 = 6 , 6 (A)

-Phía HA: đấu Y If1=I1= 577,36 (A)

1.1.5 Điện áp pha:

Cả CA và HA đấu Y:

3

2 2

U

3

10

4600

10 10

.

10 100

f f

n f r

S

P I

m

I m U

r I u

Chọn lõi sắt kiểu trụ , dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của

trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đường kính d

Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 6

Vật liệu lõi sắt : dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng8

Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ

áp <H.2>

Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông

Xà ép gông trên và dưới được liên kết với nhau bằng những bulông thẳng

đứng chạy dọc cửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn dây giữa xà ép với gông phải lót

đệm cacton cách điện để hệ thống xà sắt không tạo thành mạch từ kín

1.2.2 Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ

Chọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm

ta chọn BT=1,6T

5/ Hệ số quy đổi từ trường tản: kR=0,95

6/ Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông:

ghép chéo⇒ B KK =B T / 2= 1 , 131 ( )

2

6 , 1

T

=7/ Suất tổn hao thép (Bảng 45 ) Trong trụ pT= 1,295(W/kg)

Trong gông pG=1,251(W/kg)

8/ Suất từ hoá ( Bảng50) Trong trụ qT=1,775 (W/Kg)

Trong gông qG=1,675(W/Kg)

1.2.4 Chọn cách điện : ( Bảng 18,19)

1 Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a01= 15 (mm)

2 Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a12=27 (mm)

3.cách điện giữa dây quấn CA và CA: a22=30 (mm)

4 cách điện giữa dây quấn CA đến gông : l02=75 (mm)

5.bề dầy ống cách điện CA và HA : δ12=5 (mm)

6.Tấm chắn giữ các pha : δ22=3 (mm)

7.Đầu thừa ống cách điện: lđ2=50 (mm)

8 Chiều rộng quy đổi từ trường tản: aR=a12+1/3(a1+a2)

2 4

2

aR=0,027+0,019=0,047(m)

1.3 Xác định kích thước chủ yếu của MBA:

MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4)

- Chiều cao dây quấn: l

- Đường kính trung bình giữa hai dây quấn: d12

Để chi phí chế tạo MBA là nhỏ nhất, mặt khác vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

ta cần phải tìm được giá trị β tối ưu

Công suất trên một trụ : S’=U.I

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch :

(%) 10

9 ,

=

l u

k a d w I f U

v

r R x

.

9

u

k a w I f U

Trong đó :

I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây CA hoặc HA

f =50Hz tần số lưới điện

aR=0,047 m chiều rộng quy đổi từ trường tản

uv=4,44.f.BT.TT Điện áp trên một vòng dây

TT=klđπd2/4 Tiết diện trụ

r R

x ld T

r R

v x

v

k a f

u k

d B f k

a w f

10 4 44 , 4

.

9

,

7

10 10

.

.

2 2 3

Rút ra: ' 2 2

.

507 , 0

ld T x

r R k B u f

k a S

Trong biểu thức trên chỉ có β thay đổi trong một phạm vi rộng quyết định tới sự

thay đổi đường kính d

813 , 0 6 , 1 866 , 4 50

95 , 0 047 , 0 33 , 133 507 , 0

.

'.

507 ,

2 2

ld T x

r R

k B u f

k a S

Để tìm được β tối ưu, trước hết ta xác định trọng lượng tác dụng của MBA

a Trọng lượng tác dụng của lõi sắt: Lõi sắt gồm hai phần trụ và gông

= +

4

) 2 (

πγ

2

2

e C t k

d k e C t T

k

Trong đó : +Khoảng cách giữa hai trụ : C=d12+a12+ 2 a2+a22

+Chiều dày cuộn CA: a2=b.d/2

G G = + (2-48) với:

10 40 , 2

) (

10 40 , 2

22 12 2 4

2

3 4

1

a a A k k B

e b a A k k B

ld G

ld G

+

=

+ +

2 2 2

1 (A B ).X B .X X

A G G

G Fe = T + G = + + +

b Trọng lượng dây quấn đồng :

2

Δ

=

K

P k

G dq f n (2-53) Trong đó : K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của dâyquấn : KCu=2,4.10-12

+mật độ dòng điện :

12

746 0

d S

u P

f

= Δ+kf : hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong vách

k

Sa K

C

r T ld f dq

Với tần số f=50Hz :

1 2 22 2

A U B k k

Sa k

C

r T ld f dq

= với dây đồng : Kdq=2,46.10-2

176 , 0 15 , 1 6 , 1 813 , 0 94 , 0

4 , 1 400 10

46 ,

2 2

Khi tính cả trọng lượng cách điện của dây quấn và phần dây quấn tăng thêm

dùng để điều chỉnh điện áp ở cuôn CA thì trọng lượng toàn bộ dây quấn phải

nhân thêm hệ số k=1,06

Giá thành vật liệu td: C td =C Fe(G T +G g)+C dq.k.G dq

Trong đó CFe và Cdq tương ứng là giá 1kg sắt làm lõi và 1kg kim loại đồng làm

dây quấn đã kể đến các chi phí về chế tạo lõi sắt và dây quấn cũng như các phế

liệu không dùng được Thường biểu diển giá thành theo đơn vị quy ước với

cách chọn giá thành 1kg sắt làm đơn vị

X

A X A B X B C

3 1

Trong đó: = = 1 , 84

Fe

dq dqFe

5 +BX −CX −D =

924 , 1 06 , 1 84 , 1 977 , 229 3

39 , 340 2 3 2

509 , 0 977 , 229 3

401 , 351 3

320 , 0 977

, 229

) 09 , 68 968 , 34 ( 3

2

3 2

1 1 1 1 1

2 2

C D B

A C

B

A B B

dqFe

Thayvào (2-60): X5+ 0,320.X4- 0,509.X- 1,924=0

Giải phương trình trên bằng phương pháp dò ta được : X=1,21

Tương ứng với trị số β = X4 = 2 , 068

So sánh với phạm vi trị số β cho trong Bảng 17 β ∈[1 , 8 ; 2 , 4]

Để chọn được β còn phải căn cứ vào những tham số kĩ thuật của mba thiết

10 3

2

S

Q S

3 4

3 3 4

0 0 , 486 10 k .k .A .X 0 , 486 10 1 , 015 0 , 813 0 , 176 X 21 , 74X

+Q : công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép δ

Qδ = 3 , 2qδ.T t (VA) =3,2 4000 Tt (2-67)

+q : suất từ hoá khe hở: bảng 50 δ

Tiết diện tác dụng của của trụ : Tt =0 , 785k ld A3X2 = 0 , 0198X2

http://www.ebook.edu.vn

9

Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điện không tải i0=i0x

3 Mật độ dòng điện trong dây quấn:

dq dq

dq dq

n f

G G

G G

K

P

10 219 , 42 10

75 , 1433

10 4 , 2

4600 93 , 0

6 12

12

10 26 10

) (

628

,

0

' 2 2 6

2

a f

S u k k

i F

R

x n r

38 , 51 ) 1

( 5

100 41 , 1 ) 1

, 0 50

33 , 133 5 38 , 51 10

F r

ωπ

σ

Trong đó :

206 , 0 176 , 0 4 , 1

4600

95 , 0 93 , 0 38 , 51 10 244 , 0 10

P k k k

r f n Cu

2 2

2 X 68 , 09 X

2 2 1

3 3

1 X 229 977 X

2 2

2 X 34 , 968 X

2 2

3 1

G T

T T

t G 1 , 295 G

G G

G G 1 , 251 G

G.pG.p

T G 1 , 775 G

G G

G G 1 , 675 G

G G T T

/(

Q

2 1

dq dq

dqFe k G 1 , 95 G

dq dqFe Fe

A

d 4 , 1 d

22 ,

0516 , 41 44 , 2

9 , 31 12

22 , 0 813 , 0 4

4

.

2 2

m

d k

d k k

ld

dm c d

Điện áp một vòng dây : u v = 4 , 44 f.B T.T T = 4 , 44 50 1 , 6 0 , 038 = 13 , 5 (V)

Phần II Tính toán dây quấn

2.1 Tính dây quấn HA

1. Số vòng dây một pha của dây quấn HA: W1 =

94 ,

230 = 12,83 (V) Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt là :

Bt =

t

v

T f

U

.

44

,

038 , 0 50 44 , 4

83 ,

83 , 12

4600 104 = 2,689 106 ( A/m2)

3 Tiết diện vòng dây sơ bộ:

Δ

10 689 , 2

844 ,

360 = 134,216.10-6 (m2) = 134,216 (mm2)

Chọn kết cấu dây quấn, dựa theo Bảng 38:

Với S = 250 KVA ; It = 360,844 (A) ; U1 = 0,4 ( KV)

T'

1 = 134,261 (mm2)

Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn mạch đơn dây dẫn bẹt ( H.5) Với ưu điểm

là độ bền cơ cao, cách điện boả đảm, làm lạnh tốt

39634

,

0

+ - 0,004 = 0,006m = 6 (mm)

- Chọn số sợi chập song song là : mv1 = 6

- Tiết diện sợi dây : 23,4(mm2)

- Kích thước dây dẫn: Πb

6 , 6 2 , 4

2 , 6 8 ,

844 , 360

− = 2,57 106 ( A/m2) = 2,57 (MA/m2)

8 Chiều cao dây quấn:

Dây dẫn hình xoắn mạch đơn hoán vị ba chỗ, giữa các bánh dây đều có rãnh

+ k = 0,95: hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây

9 Bề dầy của dây quấn:

hv

hr

hv a’

a 1

b

Với dây quấn hình xoắn mạch đơn : n =1

10 Đường kính trong của dây quấn HA:

W1 T1 103

=28 3

2

228 , 0 178 ,

0 + .36.140,4.10-6.103 = 86,188(Kg)

2.2 Tính dây quấn CA

1 Chọn sơ đồ điều khiển điện áp: Đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài

cùng, mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp

với nhau và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn (H.7 ) Chú ý rằng hai

nhóm của đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với dây quấn chính

10 207 ,

10 10 808 , 2

124 , 4

− = 1,469(mm2)

7 Chọn kiểu dây quấn:

Theo bảng 38: Với S =250 (KVA) ; It2 = 4,124(A) ; U2 = 35(KV)

+ T'

2 = 1,469(mm2)

Chọn kết cấu dây quấn kiểu: hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn Ưu điểm: Công

nghệ chế tạo đơn giản , nhược: Tản nhiệt kém, độ bền cơ không cao

8 Chọn dây dẫn:Bảng 20: Chọn dây ∏b 1

8 , 1

4 ,

124 , 4

− = 2,678.10-6 (A/m2) = 2,678 (MA/m2)

11 Số vòng dây trong một lớp: W12 = '

2 2

3 2

10

d n

l

v

- 1 =

8 , 1 1

10 412 ,

- 1 = 228(vòng)

+ Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm)

Chiều dày cách điện giữa các lớp: δ12 = 4 0,12 = 0,48mm

http://www.ebook.edu.vn

17

15 Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp:

+ Do số lớp của dây quấn được làm tròn thành số nguyên n12 = 14 (lớp) nên số

vòng dây trong mỗi lớp không đúng bằng w 12 ( 228 vòng)

Ta phân phối 12 lớp trong có số vòng dây là W12 = 228vòng còn 2 lớp ngoài

Kích thước rãnh dầy: Bảng 54 : a’22 = 5(mm)

16 Chiều dày dây quấn CA:

22 12

Với điện áp 35 KV ta bố trí thêm màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dầy 0,5mm

( nối điện với dây quấn cao áp) ở lớp trong cùng của cuộn CA Màn chắn có

cách điện hai phía bằng cách điện lớp nên chiều dày cuộn CA sẽ là:

Đây chỉ là kích thước hình học cuộn dây, còn khi tính sđđ tản thì lấy giá trị

a2 = 36 10-3(m) và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên:

a'

12 = ( a12 + δc + 2δ1) 10-3 = ( 27 + 0,5 + 2 0,48) 10+-3 = 28,5 10-3(m)

12 1

2 2

22 2

357 , 0 282 0 (

88 , 0 3 5 , 1 ).

.(

.

5

,

2 2

"

2 '

10 54 , 1 3150 2

357 , 0 282 , 0 3 28 10

2

2 2 2

"

2 '

Tổn hao ngắn mạch của Mba hai dây quấn là tổn hao khi ngắn mạch một dây

quấn còn dây quấn kia đặt vào điều áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả

hai dây quấn đều bằng định mức

3.1.1 Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn:

+ T tiết diện dây đồng: (m2)

+ l chiều dài dây dẫn (m)

+ γd: Tỉ trọng dây dẫn γd = 8900kg/m3

+ ρ : Điện trở suất của dây dẫn ở 750C

ρ = 0,02135 μΩm

+ Gcu : Trọng lượng đồng dây quấn:

+ Dây quấn HA: Gcu = 86,188(kg)

3.1.2 Tổn hao phụ trong dây quấn:

Tổn hao phụ thường đựơc ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào

tổn hao chính:

Pcu + Pf = Pcu kf Trong đó kf phụ thuộc vào kích thước hình học của dây dẫn và sự sắp xếp của

dây dẫn trong tổn thất tản

- Trong đó dây quấn HA:

+ Số thành dẫn song song với từ thông tản: m = 36

kf1 = 1 + 0,095 108 β2a4.n2

95 , 0 36 10 1 ,

95 , 0 288 10 3 ,

= 0,683

kf2 = 1 + 0,44 108(0,683)2 1,32.10-12.142 = 1,001

Dây quấn HA là dây quấn hình xoắn có số sợi ghép song song là 6 do đó còn

có tổn hao phụ gây nên bởi dòng điện phân bố không đều giữa các dây ghép

song song vì hoán vị không hoàn toàn

1 Đối với dây quấn HA:

- Chiều dài dây dẫn ra HA: lr1 = 7,5l = 7,5 0412 = 3, 090(m)

- Trọng lượng đồng dây dẫn ra HA:

Gr1 = lr1.Tr1.γ = 3,09 140,4 10-6 8900 = 3,861(kg)

- Tổn hao trong dây dẫn ra HA:

2 Đối với dây quấn CA:

- Chiều dài dây dẫn ra CA

3.1.4 Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác:

Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các

bulông , nên phát sinh tổn hao trong các bộ phận này

Pt = 10.k.s Trong đó hệ số k tra theo bảng 40a: k = 0,015

m I r

dm dm

dm n

.

.

.100=

1000

534 ,

U

k a s

255 ,

0375 , 0 0252 , 0 027 , 0

2 1

l

a a

931 , 0 048 , 0 944 , 1 333 , 83 50 9 ,

8 , 6 107 ,

7 − .100 = 4,5%

Như vậy sai số nằm trong phạm vi ±5% đạt yêu cầu

3.3 Lực cơ học của dây quấn:

Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn, nó không

những làm tăng nhiệt độ máy mà còn gây lực cơ học lớn nguy hiểm đối với dây

quấn mba

124 ,

4 100 = 58,027 (A)

2 Trị số cực đại ( xung kích) của dòng điện ngắn mạch:

) 1

(

u u

I

i = + π

) ( 846 , 123 ) 1

.(

2 027

Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản

- Lực hướng kính: Do từ trường tản dọc tác dụng với dòng điện gây nên

Fr = Btbimax W lv = 0 ,628 (imax.W)2β k r 10-6 ( 4- 34)

Fr = 0,628 ( 123,846 3150)2 1,944 0,931 10-6 = 172978N

Lực Fn đối với hai dây quấn là trực đối nhau ( H.9 ) có tác dụng ép ( hay nén)

dây quấn trong và có tác dụng trương ( bung) đối với dây quấn ngoài

- Lực chiều trục F’t do từ trường tản ngang tác dụng với dòng điện sinh ra

F’t = Fr

l2

ar

= 172978

412,0.2

048,0

= 10076 (N) Lực F’t có tác dụng nén cả hai dấy quấn theo chiều trục và F’t sẽ đạt giá trị lớn

nhất ở giữa dây quấn

http://www.ebook.edu.vn

25

3.3.3 Tính toán ứng suất của dây quấn:

1 ứng suất do lực hướng kính gây nên:

- ứng suất nén trong dây quấn HA: Do lực nén Fnr gây nên

=

W T 2

10

F 6 r

π

−

=

36 10 4 , 140 142 , 3 2

10 172978

10 172978

5 = 18,9% ứng suất nén cho phép

2 ứng suất do lực chiều trục gây nên:

- Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách

điện giữa các vong dây ( H 10)

a

b

Fn = F’t = 10076

F n

.

10 − 6

10 40 2 , 25 8

10 10076

−

− = 1,25 MPa

Trong đó: +n : Số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=8 (Bảng

30)

+a, b:kích thước miếng đệm

Chọn + Bề rộng tấm đệm b = 40 (mm)

+ Bề rộng tấm đệm a = 25,2(mm)

Phần IV: tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số

không tải của m.b.a

4.1 Tính toán kích thước lõi sắt :

1 Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha , 3 trụ , lá thép ghép xen kẽ làm bằng

tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dầy 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc ép trụ

dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy bakêlit với trụ Gông ép bằng xà ép với bu

lông siết ra ngoài gông

Số bậc , chiều dầy các tập lá thép và kích thước các tập lá thép tra theo Bảng

- Số bậc thang trong gông nG = 5

- Chiều rộng tập lá thép gông ngoài cùng aG = 85 mm

- Hệ số chêm kín hình tròn của bậc thang trụ kc = 0,927

- Diện tích tiết diện ngang các bậc thang của trụ và gông ( Bảng 42a )

T bT =208 cm, 5 2

T b =214 cm, 1 2

- Thể tích góc mạch từ : V0 = 2908 cm3