KẾ MÁY BIẾN ÁP
Tính toán ngắn mạch
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ
2.6 Tính toán nhiệt máy biến áp
2.7 Nhận xét, kết luận chương 2
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướ ng phát triển của đề tài
3.1 K ết luận 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướ ng phát triển của đề tài
2 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp
- TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ k ỹ thuật
STT Tên bản vẽ Khổ giấy
1 Bản vẽ tổng lắp ráp máy biến áp A3 01
3 Các bản vẽ cần thự c hiện
4 Yêu cầu trình bày văn bản
5 Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ- ĐHCN ngày 15/08/2019
6 Về thờ i gian thự c hiện đồ án:
Ngày giao đề tài: 11/01/2023 Ngày hoàn thành:
GIÁO VIÊN HƯỚ NG DẪ N
Chúng ta đang ở trong thời đại công nghệ tiên tiến, nơi mà sự phát triển của khoa học kỹ thuật diễn ra nhanh chóng Trong bối cảnh này, công nghiệp hóa và hiện đại hóa được xem là ưu tiên hàng đầu để thúc đẩy sự phát triển kinh tế và xã hội.
Nói đến công nghiệ p hóa, hiện đại hóa thì không thể tách r ời đượ c ngành điện,ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó
Trong ngành điện, thiết kế máy điện đóng vai trò quan trọng, giúp các kỹ sư tạo ra máy phát điện mới cho các nhà máy điện Sau khi điện được sản xuất, việc truyền tải điện năng đến nơi tiêu thụ là cần thiết, trong đó máy biến áp điện lực không thể thiếu để điều chỉnh điện áp Máy biến áp giúp tăng điện áp để giảm tổn thất trong quá trình truyền tải và giảm điện áp cho phù hợp với nhu cầu tiêu thụ Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Anh Tuấn và việc tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, tôi đã hoàn thành đồ án “Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu”.
Do thời gian nghiên cứu hạn chế, không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện Em rất mong nhận được những góp ý và chỉ bảo từ thầy/cô cùng mọi người để hoàn thiện cuốn đồ án của mình.
Xin chân thành cảm ơn!
1.1.Giớ i thiệu chung máy biến áp 1
1.1.1.Định nghĩa máy biến áp 2
1.1.4.Nguyên lý làm việc của MBA 6
1.2.Giớ i thiệu chung về thiết kế MBA 9
1.3.Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế MBA 10
1.3.2.Các tiếu chuẩn thiết k ế MBA 13
1.4.Nhận xét, kết luận chương 1 15
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 17
2.1.GIỚ I THIỆU MỤC TIÊU THIẾT KẾ 17
2.2.TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP 17
2.2.1.Dựa vào các số liệu đã cho ta xác định các đại lượng điện cơ bản như sau: 17
2.2.2.Chọn các số liệu xuất phát và tính toán kích thức chủ yếu 18
2.3.1.Tính toán dây quấn hạ áp 24
2.3.2.Tính toán dây quấn sơ cấ p (cao áp) 26
2.4.1.Xác định tổn hao ngắn mạch 29
2.4.2.Tổn hao chính 30 2.5.Tính các lực cơ học chủ yếu của dây quấn.Error! Bookmark not defined.
2.6.Tính toán cuối cùng mạch từ Error! Bookmark not defined.
2.6.2.Xác định kích thức cụ thể của lõi sắt Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNHẢNH
Hình 1.1Máy biến áp dầu ba pha 1
Hình 1.2Mô hình lõi thép 2
Hình 1.3Vỏ thùng dầu máy biến áp 3
Hình 1.4Cấu tạo của MBA 3
Hình 1.6Thùng dầu có bộ tản nhiệt 6
Hình 1.7Nguyên lý làm việc MBA 7
1.1 GIỚ I THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP Đối với ngành điện công nghiệ p và một số lĩnh vực khác thì máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu Máy biến áp đượ c ứng dụng một cách r ộng rãi trong các bài toán điện năng.
Hình 1.1Máy biến áp dầu ba pha
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều, có khả năng tăng hoặc giảm mức điện áp tùy thuộc vào cấu tạo của nó Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, chuyển đổi dòng điện xoay chiều ở một điện áp sang dòng điện xoay chiều ở điện áp khác mà không thay đổi tần số Đặc biệt, máy biến áp chỉ có nhiệm vụ truyền tải và phân phối năng lượng, không làm biến đổi năng lượng Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ, cần có đường dây tải điện, và khi khoảng cách giữa nơi sản xuất và tiêu thụ điện lớn, việc truyền tải điện năng cần được thực hiện một cách kinh tế và đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật.
Ngành chế tạo máy biến áp (MBA) tại Việt Nam đã khẳng định vị thế quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình hiện đại hóa công nghiệp Hiện nay, chúng ta đã sản xuất thành công những máy biến áp có công suất lên tới 63.000 kVA và điện áp 110 kV.
1.1.1 Định nghĩa máy biến áp
Máy biến áp (MBA) là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác mà không thay đổi tần số Đầu vào của MBA, gọi là sơ cấp (SC), được kết nối với nguồn điện, trong khi đầu ra, gọi là thứ cấp (TC), được kết nối với tải Nếu điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp đầu vào SC, MBA hoạt động theo chế độ tăng áp; ngược lại, nếu điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp đầu vào SC, MBA hoạt động theo chế độ hạ áp.
Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp
Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp
Các đại lượ ng và thông số của đầu sơ cấ p
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấ p
+ W1: Số vòng dây cuộn sơ cấ p
Các đại lượ ng và thông số của đầu thứ cấ p
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấ p
Hình 1.2Mô hình lõi thép
W 2 : S ố vòng dây cuộn thứ cấ p
Máy biến áp bao gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn, cùng với các bộ phận phụ như vỏ máy và hệ thống làm mát.
Hình 1.4 Cấu tạo của MBA
Hình 1.3V ỏ thùng d ầ u máy bi ế n áp
Lõi sắt máy biến áp, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kỹ thuật điện, có vai trò dẫn từ thông chính của máy Hiện nay, tôn cán lạnh là loại vật liệu chủ yếu được sử dụng trong sản xuất lõi sắt do có cấu trúc tinh thể ổn định và tính dẫn từ định hướng, giúp giảm tổn hao năng lượng từ 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm của tôn cán lạnh thay đổi rất ít theo thời gian, cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi tôn cán nóng chỉ đạt từ 1,3 đến 1,45 T Việc sử dụng tôn cán lạnh không chỉ giảm tổn hao mà còn giúp giảm trọng lượng và kích thước máy, đặc biệt là chiều cao của máy biến áp, tạo thuận lợi cho việc vận chuyển Mặc dù giá thành tôn cán lạnh cao hơn, nhưng nhờ vào việc giảm tổn hao và trọng lượng, máy biến áp chế tạo từ loại tôn này vẫn kinh tế hơn so với máy làm từ tôn cán nóng trong quá trình vận hành.
Hiện nayở các nướ c, tất cả các MBA điện lực đều đượ c thiết k ế bở i tôn các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v v)
Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G) o Trụ là nơi để đặt dây quấn. o Gông là phần khép kín mạch từ giữa các tr ụ.
Tr ụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện đượ c sử dụng thường có độ dày từ (0,35 tớ i 0,5)mm hai mặt được sơn cách điện.
Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều đượ c ngâm trong dầu biến áp.
Dây quấn là bộ phận dẫn điện quan trọng của máy biến áp (MBA), có chức năng thu nhận và truyền tải năng lượng Thông thường, dây quấn được làm từ đồng, mặc dù nhôm cũng được sử dụng nhưng ít phổ biến hơn Cấu trúc của dây quấn bao gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ lõi sắt, với các vòng dây cách điện với nhau và được cách điện với lõi để đảm bảo hiệu suất hoạt động an toàn và hiệu quả.
Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi khi còn có cuộn trung áp (TA).
Theo cách sắ p xế p dây quấn CA và HA , ngườ i ta chia ra hai loại dây quấn chính đó là :Dây quấn đồng tâm vàdây quấn xen kẽ
Vỏ MBA đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ lõi MBA khỏi ảnh hưởng của các yếu tố môi trường bên ngoài, đặc biệt là điều kiện khí hậu Cấu trúc của vỏ MBA bao gồm hai phần chính là thùng và nắp.
1.1.2.4 Thùng máy biến áp: Thùng máy làm bằng thép, thườ ng là hình bầu dục Lúc MBA làm việc, một phần năng lượ ng bị tiêu hao, thoát ra dướ i dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên Do đó giữa MBA và môi trườ ng xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối vớ i MBA. Đối vớ i các MBA cỡ trung bình và lớn, ngườ i ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt.
Hình 1.6Thùng dầu có bộ tản nhiệt
- Những MBA có dung lượng đến 10.000kVA Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cườ ng làm nguội MBA.
- Những MBA dùng trong tr ạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cườ ng làm nguội máy.
Cũng giống như nhiều các thiết bị điện khác, ta cũng có nhiều cách để phân loại máy biến áp.
- Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
- Theo chức năng có máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thế
- Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,…
- Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứng
- Theo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung,…
Ngoài ra cũng có thể phân loại dựa vào công suất hay hiệu điện thế 1.1.4 Nguyên lý làm việc của MBA
Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượ ng cảmứng điện từ và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra.
Các cuộn dấy sơ cấ p và thứ cấ p trong một MBA không có liên hệ vớ i nhau về điện mà chỉ có liên hệ vớ i nhau về từ.
Xét sơ đồ nguyên lý của một MBA 1 pha.
Máy biến áp (MBA) 1 pha 2 dây quấn hoạt động dựa trên nguyên lý có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp với W1 vòng dây và cuộn thứ cấp với W2 vòng dây, được quấn trên lõi thép.
Khi áp dụng điện áp xoay chiều v1 vào cuộn sơ cấp, dòng điện i1 sẽ xuất hiện, tạo ra từ thông trong lõi thép Từ thông này sẽ cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Sức điện động tại cuộn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện i2, cung cấp cho tải với điện áp u2.
Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin. m sin t
Do đó theo định luật cảmứng điện từ, sức điện động cảmứng trong các dây quấn sơ cấ p và thứ cấ p là:
1.1.5 Sử dụng vật liệu trong chế tạo
Việc tìm kiếm vật liệu mới cho máy biến áp (MBA) nhằm cải thiện các đặc tính như giảm tổn hao năng lượng, kích thước và trọng lượng, đồng thời tăng độ tin cậy Xu hướng hiện nay là thay thế các vật liệu quý hiếm bằng những vật liệu rẻ tiền và dễ tìm hơn, ví dụ như sử dụng dây nhôm thay cho dây đồng trong các MBA công suất nhỏ và trung bình.