Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp pptx

Đồ án môn học Thiết kế máy biến áp Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 1 LỜI NÓI ĐẦU Đối với chuyên ngành Thiết bị điện - điện tử , Máy biến áp là một lĩnh vực rất quan trọng. Chính vì vậy, thiết kế môn học Máy biến áp có mục đích giúp cho sinh viên nắm được những bước cơ bản nhất trong việc tính toán kết cấu của một Máy biến áp. Dưới sự hướng dẫn của thầy Bùi Đức Hùng - giảng viên Bộ môn Thiết bị điện - đ iện tử, em đã hoàn thành đồ án môn học của mình với đề tài Thiết kế Máy biến áp điện lực ngâm dầu. Trong quá trình làm chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót, qua đó em mong thầy giáo và các bạn góp ý để đồ án được tốt hơn. . S P = 250 kVA . U đm = 6,3/0,4 kV . I 0 % = 2% . P 0 = 610 W . U K % = 4 . P k = 4100 W . Tổ nối dây Dy11 .Điều chỉnh 2x2,5% Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP A . Xác định các kích thước chủ yếu: I. Xác định các đại lượng điện cơ bản: 1. Dung lượng một pha: = 3 250 =S f 83,33 kVA Dung lượng trên mỗi trụ: = 3 250 =S t 83,33 kVA 2. Dòng điện dây định mức: - Phía cao áp: = 10.3,6.3 10.250 = U.3 S =I 3 3 1 p f1 22,9 A - Phía hạ áp: = 400.3 10.250 = U.3 S =I 3 2 p f2 360,8 A 3. Điện áp pha định mức: - Phía cao áp: U d1 = U f1 = 6,3 kV - Phía hạ áp: 3 400 = 3 U =U 2 2f = 231 V 4. Điện áp thử nghiệm của dây quấn: - Dây quấn cao áp với U 1 = 6,3 kV → U th = 20 k V - Dây quấn hạ áp với U 2 = 0,4 kV → U th = 5 kV II. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu: 1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp: với U th1 = 20 kV, ta có a 12 = 1,2 cm; δ 12 = 4 mm. Trong rãnh a 12 ta dặt ống cách điện dày δ 12 = 4 mm. Theo công thức: Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 3 4 ' P 21 S.k= 3 a+a k là hệ số phụ thuộc dung lượng máy biến áp, tra bảng 13.1 ta được k = 0,45 thay vào ta được 4 4 ' P 21 33,83.45,0=S.k= 3 a+a =1,51 cm a R khoảng cách phụ thuộc kích thước hình học của dây quấn hạ áp và cao áp, vậy: 71,2=51,1+2,1= 3 a+a +a=a 21 12R cm 2. Hệ số quy đổi từ trường: k R =0.95 3. Các thành phần điện áp ngắn mạch: - Điện áp ngắn mạch tác dụng: 250.10 4100 = S.10 P =U P n nr =1,64% - Điện áp ngắn mạch phản kháng: 64,1_4=U_U=U 222 nr 2 nnx =3,65% 4. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,35mm. Lấy mật độ từ thông trong trụ B T = 1,6T, hệ số k G = 1,02. ép trụ bằng nêm với ống Bakêlít, ép gông bằng thép U không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Sử dụng lõi thép có mối ghép nghiêng ở 4 góc và ba mối ép thẳng giữa trụ và gông. Theo bảng 13.2 với S P = 250 kVA ta chọn trụ có 6 bậc, số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1 bậc tức là ggông có 5 bậc, hệ số điền đầy k d =0,928; hệ số chêm kín k c = 0.93, nên hệ số lợi dụng lõi sắt k l = k d .k c = 0,928.0,93=0,86. Từ cảm trong gông B G = 1,6/1,02=1,57 T. Twf camr khe hở không khí ở mối nối thẳng B” r = B T = 1,6 T, từ cảm ở mối nối xiên B’ K = B T / 2 =1,6/ 2 =1,13 T. Tra bảng, ứng với từng giá trị mật độ từ cảm ta sẽ có suất tổn hao trong thép và tổn hao từ hoá trong trụ: . Suất tổn hao trong thép: -Trong trụ p FeT = 1,230 W/kg -Trong gông p FeG = 1,17 Ư/kg . Tổn hao từ hoá -Trong trụ q FeT = 1,602 VA/kg Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 4 -Trong gông q FeG = 1,486 VA/kg -Trong khe hở không khí +Nối thẳng q K ”= 1,92 VA/cm 2 +Nối nghiêng q K ’= 0,272 VA/cm 2 5. Các khoảng cách cách điện chính . Giữa trụ và dây quấn hạ áp a o1 = 5mm . Giữa dây quấn hạ áp và dây quấn cao áp, a 12 = 1,2 cm . ống cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp, δ 12 = 0,4 cm . Giữa các dây quấn hạ áp, a 22 = 2,2 cm . Tấm chắn các pha δ 22 = 0,2 cm . Giữa dây quấn cao áp đến gông, l o = 4 cm . Phần đầu thừa của ống cách điện, l d2 =3 cm 5. Các hằng số tính toán , với dây dẫn bằng đồng và điện áp dây quấn cao áp là 6,3 kV (bảng 13.5 và 13.6) . a = d 12 /d = 1,36 . b = 2a 2 /d = 0,4 6. Hệ số tổn hao phụ, với công suất 250 kVA ta chọn k f = 0,94 (bảng 13.7) 7. Chọn β với dải biến thiên từ 1,2 đến 3,6, để xác định giá trị tối ưu của ta phải tính các số liệu và các đặc tính cơ bản của m.b.a: + 4 2 l 2 Tnx RR ' P k.B.U.f k.a.S =A 04,14= 88,0.6,1.65,3.50 95,0.71,2.33,83 16= 4 22 +A 1 = 5,66.10 -2 .a.A 3 .k l = 5,66.10 -2 .1,36.14,04 3 .0,88 = 187 kg +A 2 = 3,6.10 -2 .A 2 .k l .l 0 = 3,6.10 -2 .14,04 2 .0,88.4 = 25,1 kg +B 1 = 2,4.10 -2 .k l .k G .A 3 .(a+b+e) = 2,4.10 -2 .0,88.1,02.14,04 3 (1,36+0,4+0,411) = 129,43 kg e = 0,411 đối với thang nhiều bậc + B 2 = 2,4.10 -2 .k l k G .A 2 .(a 12 +a 22 ) = 2,4.10 -2 .0,88.1,02.14,04 2 .(1,2+2,2) = 14,44 kg + C 1 = 2 nr 2 T 2 lf 2 P dq A.u.B.k.k a.S .K = 82,188= 04,14.64,1.6,1.88,0.94,0 36,1.250 10.46,2 222 2 2 kg Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 5 + M = A.a P .k.k.k.10.2453,0 n Rf 2 n 4- trong đó: k n = )e+1.( u 100 .41,1 nx u nr u n π = )e+1.( 4 100 .41,1 65,3 64,1 π = 43,84 M = 04,14.36,1 4100 .95,0.94,0.84,43.10.2543,0 24- = 9,04 MPa + Trọng lượng tôn silic ở các góc của gông: G g = 0,486.10 -2 .k l .k G .A 3 .x 3 = 0,486.10 -2 .0,88.1,02.14,04 3 .x 3 = 12,07x 3 kg + Tiết diện trụ lõi sắt: S T = 0,785.k l .k G .A2.x 2 = 0,785.0,88.1,02.14,04 2 .x 2 = 139x 2 + Tiết diện khe hở vuông góc: S” K = S T = 139x 2 + Tiết diện khe hở chéo S’ K = S T / 2 =98,29x 2 + Tổn hao không tải, theo công thức 13-24: P 0 = k’ f .( p T .G T + p G .G G ) = 1,25.( 1,23.G T + 1,17.G G ) = 1,538.G T + 1,463.G G k’ f hệ số tổn hao phụ trong sắt, tôn cán nguội lấy k’ f = 1,25 + Công suất từ hoá, theo công thức 13-26: Q 0 = k” f .(Q c + Q f + Q K ) Trong đó: . k” f hệ số xét đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn, chọn k” f = 1,25 . Qc công suất từ hoá chung của trụ và gông Q c = q T .G T + q G .G G = 1,602.G T + 1,486.G G . Q f Công suất từ hoá đối với góc có mối nối vuông góc Q f = 40.q T .G G = 40.1,602.G G = 64,08.G G . Q K công suất từ hoá ở khe hở không khí nối giữa các lá thép Q K = 3,2.q K .S K = 3,2.0,272.139x 2 = 120,9x 2 Vậy công suất từ hoá tổng là: Q 0 = k” f .(Q c + Q f + Q K ) Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 6 = 1,25.( 1,602.G T + 1,486.G G + 64,08.G g + 120,9x 2 ) = 2.G T + 2,972.G G + 80,1.G g + 151x 2 Lập bảng tính giá trị các tham số cơ bản ứng với từng giá trị của β biến thiên từ 1,2 đến 3,6;từ đó xác định được gía trị β tối ưu : β 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 x= 4 β 1,047 1,16 1,25 1,32 1,38 x 2 = 2 4 β 1,095 1,34 1,55 1,73 1,90 x 3 = 3 4 β 1,15 1,55 1,93 2,28 2,62 A 1 /x = 187/x 178,67 161,44 150,24 142,09 135,76 A 2 .x 2 = 25,1.x 2 27,39 33,54 38,73 43,3 47,43 G T = A 1 /x +A 2 /x 2 206,05 194,99 188,97 185,39 183,19 B 1 .x 3 = 129,43x 3 148,41 201,15 249,59 295,06 338,29 B 2 .x 2 = 14,44x 2 15,82 19,37 22,37 25,01 27,40 G G = B 1 .x 3 + B 2 .x 2 164,23 220,53 271,96 320,07 365,69 G Fe = G T + G G 370,28 415,51 460,93 505,46 548,89 G g = 12.07x 3 13,84 18,76 23,27 27,51 31,55 P 0 = 1,538.G T + 1,463.G G 557,17 662,52 688,52 753,39 816,75 Q 0 = 2.G T + 2,972.G G + 80,1.G g + 151x 2 2174,100 2750,43 3284,48 3787,81 4266,50 i ox = Q 0 /(10.S P ) 0,87 1,10 1,31 1,52 1,71 G d q = C 1 /x 2 = 188,82/x 2 172,37 140,74 121,88 109,01 9,52 G Cu = 1,66.G d q 286,14 233,63 202,33 180,97 165,20 K CuFe .G Cu = 2,21.G Cu 632,35 516,31 447,14 399,93 365,09 C’ t d = G Fe + k CuFe .G Cu 1002,6 931,82 908,07 905,39 931,97 J= dq G.4,2 4100.94,0 3,05 3,38 3,63 3,84 4,02 σ c p = M.x 3 = 9,04.x 3 10,36 14,05 17,43 20,61 23,63 d = A.x 3 = 14,04.x 14,69 16,26 17,48 18,48 19,34 d 12 = a.d = 1,36.d 20,00 22,12 23,77 25,13 26,3 l = π.d 12 /β 52,29 38,58 31,10 26,30 22,94 2a 2 = b.d = 0,4.d 5,88 6,50 6,99 7,39 7,74 C= d 12 + a 12 + 2a 2 + a 22 29,26 32,02 34,16 35,92 37,44 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 7 Ta sẽ thấy giá thành thấp nhất sẽ ứng với 3,6 ≥ β ≥3,0; nhưng với giới hạn P 0 = 610 W, ta sẽ lấy giá trị 2,4 ≥ β ≥1,2, tuơng ứng đường kính lõi sắt 16,26 ≥ d ≥ 14,69. Trong khoảng này tất cả các tham số đều đạt tiêu chuẩn. Căn cứ vào đường kính lõi sắt tiêu chuẩn ta chọn giá trị d = 16 cm, lúc đó β = 1,69; x = 4 β= 4 69,1 = 1,14 Tiết diện lõi sắt sơ bộ: S T = 129.x 2 = 139.1,14 2 = 181 cm 2 Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ d 12 = a.d = 1,36.16 = 21,76 cm Chiều cao dây quấn sơ bộ l = 69,1 76,21. = .d 12 π β π =39,33 cm Chiều cao trụ lõi sắt sơ bộ l T = l + 2.l 0 = 39,33 + 2.4 = 47,33 cm Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt sơ bộ C = d 12 + a 12 + 2a 2 + a 22 = 21,76 + 1,2 + 0,4.16 + 2,2 = 31,56 cm Điện áp của một vòng dây u v = 4,44.f.B T .S T .10 -4 = 4,44.50.1,6.181.10 -4 = 6,43 V Trọng lượng sắt sơ bộ : G Fe = 407,18 kg Trọng lượng đồng sơ bộ: G dq = 145,29 kg Mật độ dòng điện sơ bộ: J = 3,32 A/mm 2 ỉng suất trong dây quấn: σ cp = 13,39 Mpa Tổn hao không tải P 0 = 610,41 W Dòng không tải % I 0 % = 0,97 B. Tính toán dây quấn: I. Dây quấn hạ áp: 1. Sức điện động của một vòng dây: u v = 4,44.f.B T .S T .10 -4 = 4,44.50.1,6.181.10 -4 = 6,43 V Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 8 2. Số vòng dây trong một pha của dây quấn hạ áp: w 1 = 43,6 231 = u U v 1f = 35,93 ≈ 36 vòng Như vậy điện áp một vòng dây u v = 36 231 = w U 1 1f = 6,42 V 3. Mật độ dòng điện trung bình: Theo công thức 13-18 J cp = 76,21.250 42,6.4100 .94,0.746,0= d.S u.P .k.746,0 12p vn n = 3,39 A/mm 2 4. Tiết diện vòng dây sơ bộ: s 1 ’ = 39,3 84,360 = J I cp 1f = 106,44 mm 2 Với điều kiện S P = 250 kVA, I f1 = 360,84 A U đm = 400 V S 1 ’ = 106,44 mm 2 Tra bảng XV, ta chọn kiểu dây quấn là kiểu quấn kép dây dẫn chữ nhật, do công nghệ chế tạo đơn giản, rẻ, làm nguội tốt thích hợp với máy công suất nhỏ, nhưng nó cũng có nhược điểm là độ bền cơ nhỏ, ta sẽ khắc phục nhược điểm này trong quá trình chọn dây và thông số dây. 5. Số vòng dây của một lớp : w 11 = 2 36 = n w 1 =18 vòng n: Số lớp, vì quấn kép nên n = 2. 6. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây: h v1 = 1+18 33,39 = 1+w l 11 1 = 2,07 cm = 20,7 mm 7. Căn cứ vào h v1 = 20,7 mm; tiết diện s 1 ’ = 106,44 mm 2 , theo bảng VI.2, ta chọn tiết diện mỗi vòng dây bao gồm 2 sợi chập song song, chia thành 2 lớp dây (quấn ống kép ). Kích thước dây hạ áp như sau: PB – 2x 52,79x 5,20x6,4 02x1,4 8. Tiết diện thực của mỗi vòng dây Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 9 s 1 = 2x79,52= 159,04 mm 2 9. Mật độ dòng điện thực trong dây quấn J 1 = 04,159 84,360 = 2,27 A/mm 2 10. Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp l 1 = hv 1 .(w 11 + 1) + 1 = 2,05.(18+1) = 39,95 cm a 01 a a 1 b’ b a 11 11. Bề dày của dây quấn hạ áp a 1 = 2.a’+a 11 a’: bề dày của 1 sợi dây, a’=4,6mm a 11 : khoảng cách giữa hai lớp của dây quấn ống kép, chọn a 11 =5mm a 1 = 2.4,6 +5 = 14,2 mm = 1,42 cm 12. Đường kính trong dây quấn hạ áp: D 1 ’ = d+2a 01 a 01 : 5mm = 0,5 cm; d= 16cm D 1 ’ = 16 +2.0,5 = 17 cm 13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp: D 1 ” = D 1 ’ + 2.a 1 a 1 = 1,42 cm, D 1 ’ = 17 cm D 1 ” = 17+ 2.1,42 = 19,84 cm 14. Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp: M 1 = t.k K .π.(D 1 ’+D 1 ’’ ).l 1 .10 -4 t: số trụ tác dụng, t = 3 k K hệ số xét đến sự che khuất bề mặt của dây quấn, k K = 0,75 thay vào: M 1 = 3.0,75.π.(17+19,84).39,95.10 -4 = 1,04 m 2 [...].. .Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 15 Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp , theo công thức 13-76a ' " D1 + D1 GCu1 = 28.t .w 1 s1 10 -5 2 17 + 19,84 = 28.3 .36.159,04 10-5 = 88,6 kg 2 II Dây quấn cao áp 1 Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp, căn cứ vào công suất của máy biến áp là 250 kVA ta bố trí đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi... 34,8 22 40 20 3 φ179,2 φ183,2 φ186,2 φ191,2 φ226 Sơ đồ bố trí quận dây và kích thước chính của dây quấn hạ áp và cao áp III Tính toán các tham số ngắn mạch A Tổn hao 1 Tổn hao chính 13 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp - Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp Theo công thức 13-75 PCu1 = 2,4.J2.GCu1 = 2,4.2,272.88,6 = 1096 W - Tổn hao đồng trong dây quấn cao áp PCu2 = 2,4.J2.GCu2 D '2 + D " 2 GCu2 = 28.t .s... S’P Công suất trên mỗi trụ của máy, S’P = 83,33 kVA + β hệ số hình dáng của máy biến áp, β =1,69 a + a2 1,42 + 3,48 + aR = a 12 + 1 = 1,2 + 3 3 = 2,83 + kR 1 = 1-σ(1- e σ ) = - a 12 + a 1 + a 2 1,2 + 1,42 + 3,48 = π.l π.39,95 = 0,048 σ= 16 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp thay giá trị σ vào 1 kR = 1- 0,048.(1- e 0,048 ) = 0,952 - vậy giá trị của thành phần phản kháng 7,92.50.83,33.1,69.2,83 0,952.10... Nhiệt chênh trung bình của dây quấn đối với dầu θ0dtb = θ0 + θd - Với dây quấn hạ áp θ0dtb1 = θ01 + θ0d1 = 2,71 + 32,69 = 35,40C - Với dây quấn cao áp θ0dtb2 = θ02 + θ0d2 28 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp = 16,1 + 19,8 = 35,90C B Tính toán nhiệt thùng dầu 1 Chọn loại thùng dầu Vì công suất trên mỗi trụ của máy biến áp là 83,33 kVA nên theo bảng ta chọn thùng dầu là kiểu thùng có gắn ống tản nhiệt... Pn η = (1 − ) S P + P0 + Pn 655,8 + 4284,39 ) = 98,06% = ( 1− 250.10 3 + 655,8 + 4284,39 24 + + Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp VI Tính toán nhiệt: A Tính toán nhiệt của dây quấn 1 Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn với mặt ngoài của nó - Dây quấn hạ áp, tiết diện dây chữ nhật Hình vẽ sơ đồ dây quấn hạ áp Theo công thức 13-110 có q.δ θ01 = λ cd trong đó + q: Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn... dọc trục IV Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ 1 Chọn kết cấu lõi thép Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha năm trụ, có 4 mỗi nối nghiêng ở 4 góc, lá thép xen kẽ, lá thép là loại tôn cán lạnh 3405 có chiều dày 0,35 mm ưu điểm của loại thép kĩ thuật điện này là suất tổn hao trong lõi thép nhỏ, công suất từ hoá 18 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp nhỏ, độ từ thẩm theo chiều cán lớn nên có thể làm... - Trong dây quấn hạ áp FK σnrHA = 2 π.s1 w 1 0,98.10 6 = = 27,26.10 6 Pa = 27,26 Mpa −6 2 π.159,04.10 36 17 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp Với dây đồng : 30MPa≥σcp ≥ 18Mpa, như vậy giá trị σnrHA tính được thoả mãn điều kiện về ứng suất nén ngang trục(do lực hướng kính gây nên) - Trong dây quấn cao áp FK σnrCA = 2 π.s 2 w 2 0,98.10 6 = = 18,23 Mpa 2 π.8,72.10 −6 982 Với dây đồng : 30MPa≥σcp ≥ 18Mpa,... Hn, tra bảng 13.3 với điện áp của dây quấn cao áp là 6,3 kV ta chọn Hn = 30 cm 7 Chiều cao thùng: HTh = Ht + Hn = 84 + 30 = 114 cm = 1,14 m 8.Độ tăng nhiệt trung bình giữa dầu và thùng θdt = 65 - θ0dtb 30 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp ở đây ta sẽ lấy θ0dtb lớn nhất là của dây quấn cao áp, vậy θ0dtb=35,90C vậy θdt = 65 - θ0dtb = 65 – 35,9 = 29,10C 9 Độ tăng nhiệt giả thiết ở mặt trên của dầu so... phân áp được cực của bộ đổi nối ba pha Dòng làm viêc định mức qua các tiếp điểm chính là dòng định mức của dây quấn cao áp bằng 22,9 A Điện áp lớn nhất đặt lên hai đầu tiếp điểm của bộ đổi nối là: - Điện áp làm việc Ulv = 10%.Uf2 = 10%.6,3.103 = 630 V - Điện áp thử Uth = 2.Ulv Sơ đồ điều chỉnh điện áp A x4 x5 12 x3 12 12 54 12 12 12 12 11 lớp bình thường 12 2 lớp điều chỉnh 10 x2 x1 Đồ án môn học: thiết. .. n=4 Vậy: kf1 = 1+0,095β2.a4.n2 = 1+0,095.0,77.(0,41)4 42 = 1,033 -Với dây dẫn cao áp tiết diện tròn, theo công thức 13-78c kf = 1+0,044β2.d4.n2 d.m +β= k R l2 d đường kính trần của dây quấn cao áp, d=2,36 cm m số thanh dẫn của dây quấn song song với từ trường tản, m=81 l2 = 39,95 cm 14 Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 0,236.81 0,95 = 0,45→β2 = 0,21 39,95 + n số thanh dẫn của dây quấn vuông góc . Đồ án môn học Thiết kế máy biến áp Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 1 LỜI NÓI ĐẦU Đối với chuyên ngành Thiết bị điện - điện tử , Máy biến áp là một lĩnh vực. . Tổ nối dây Dy11 .Điều chỉnh 2x2,5% Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP A . Xác định các kích thước chủ yếu: I. Xác định các. φ226 Sơ đồ bố trí quận dây và kích thước chính của dây quấn hạ áp và cao áp III. Tính toán các tham số ngắn mạch A. Tổn hao 1. Tổn hao chính Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 14