Đồ án môn học-Thiết kế máy điện

Đồ án môn học-Thiết kế máy điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KÉ MÁY ĐIỆN

CAC SO LIEU BAN ĐẦU:

Công suất định mức : 400 kVA

Điện áp định mức :15/0,4kV đấu A/yo-I1

Tổn hao không tải : 840 W

Tổm hao ngắn mạch : 5750W

Điện áp ngắn mạch :4%

Đặc điểm:Đặt ngoài trời,làm việc liên tục,làm lạnh bang dau

NỘI DUNG TÍNH TOÁN:

Tinhd toán kích thước chủ yếu

Tính toán dây quan CA,HA

CHUONG I :NHUNG VAN DE CHUNG VE MAY BIEN AP DIEN

LUC

Máy biến áp điện lực là thiết bị chủ yếu của công mghiệp điện lực.Theo

sự phát triển của xã hội và hiện đại hóa của đất nước,qui mô của lưới điện quốc gia ngày càng được mở rộng và số lượng máy biến ap ngày càng

lớn,yêu cầu kĩ thuật máy biến áp ngày càng cao.Trong quá trình truyền tải để

giảm tổn thất điện năng thì điện áp phải được nâng và hạ xuống 4 đến 5

lần.Do vậy tổng công suất của máy biến áp lớn hơn gắp 6 đến § lần công

suất của nhà máy điện

Ngày nay hiệu suất của máy biến áp được nâng lên rất cao,từ 98 đến

99%,nhưng do số lượng máy biến áp trong hệ thống điện rất lớn nên tổn hao

này cũng đáng kể,vì vậy cần phải giảm đến mức thấp nhất có thé tén hao trong máy biến áp nhất là tổn hao không tải

Trong quá trình chế tạo thì những máy biến áp cỡ vùa và nhỏ được chế tạo thành loại ba pha.Còn những máy biến áp cơ lớn được chế tạo thành loại một pha sau đó được ghép lại thành tổ máy biến áp ba pha

Công suất máy biến áp ngày càng lớn Trên thế giới đã chế tạo được máy

biến áp ba pha có công suât đến một triệu kVA và điện áp tới 1150 kV.Để

đảm bảo chất lượng cung cấp điện năng thông thường thì máy biến áp được

chế tạo sao cho có thê điều áp được đưới tải.Máy biến áp được chế tạo với

vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp,độ từ thâm cao,ngoài ra còn được

cải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cầu nhẹ và bền

Có thể nói rằng sự phát triển của công nghệ chế tạo máy điện nói chung và công nghệ chế tạo máy biến áp nói chung đã có những sự phát triển vượt bậc

2

Dai học Bách khoa Hà Nội

đã tạo ra những máy có công suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm

đáng kê

CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YÉU

1.Tính toán các tham số cơ bản

1.Công suất trên mỗi pha của máy biến áp:

S S', = 22 = 400 _ 1333 kVA

"3 3 2.Dòng điện định mức trên một pha máy biến áp:

Dòng điện định mức phía cao áp của máy biến áp:

Theo TCVN ta có điện áp thử nghiệm của máy biến áp:

Dây quấn cao áp của biến áp: Với U¡=15 kV thì ta có U/=38 kV

Dây quấn hạ áp của biến áp : Với U;=0,4 kV ta có U=5 kV

3

Dai học Bách khoa Hà Nội

5.Kiểu dây quấn trong máy biến áp

Theo phụ lục XV ta có :

Với dây quấn cao áp điện áp U¡=15 kV và đòng điện I;= 27,6 A.ta chọn

loại đây xoắn ốc liên tục

Với dây quấn hạ áp U;=0,4 kV và dòng điện I;=577,3 A,ta chọn dây loại xoắn ốc mạch đơn

6.Xác định các tham số tính kích thước chủ yếu

Hệ số anphụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA

va CA,do đó chỉ khi bố trí xong dât quấn mới có thể xác định chính

xác.Khoảng cách cách điện giữa dây quấn CA và HA là a¡; được chọn theo điện áp thử nghiệm của cuộn CA

Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có:

suất thử U, gong,cm với HA,em CA,cm thừa,cm

MA, | GIá cuộn, loo ou 2a On 322 On lao

Sp CA kV

kVA

400 25 3,0 - 0,9 0,3 1,0 - 1,5

Lấy sơ bộ ra =kq[S', Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng

máy biến áp, vật liệu làm đây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong

MBA.Theo bang 13.2 TKMD ta chon được k=0,58

4

Dai học Bách khoa Hà Nội

Thay ta có:

THÊ sp S', =0,58.4/133,3 =1,97 cm Vậy ta có:

aạ=2+1,97=3,97 cm Điện áp ngắn mạch tác dụng:

1= h _, 100 =1,43 %

” 108, 10.400

Điện áp ngắn mạch phản kháng:

u,, =u, —u’,, =V¥ -1,43° =3,74 %

Hình đáng sơ bộ của máy biến áp như hình vẽ:

Trụ được ghép bằng băng đai và gông ding sắt góc ép lại Thép dùng làm

lõi sắt là thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ

số của gông ko=1,02.Trông đó ko là tỉ số thiết diện giữa gông và trụ.Vì

vậy ta có mật độ từ cảm trong gông Be=B;/1,02=1,75/1.02=1,029 T

Số khe hở trong mạch từ gồm 4 rãnh chéo ở 4 góc và 3 rãnh vuông ở trụ giữa.Mật độ từ thông trong rãnh vuông góc là:

B"p=Br= 1,75 T

Từ thông trong rãnh chéo là:

B=z„/42 =I,75//2=1,24T Theo bảng V-4 ta có tổn hao trong thép :

+Tén hao trong gong Prec=0,574 W/kg

+Tén hao tir hoa trong tru qr =1,956 VA/kg

+Tén hao tir hao trong g6ng qg_ =1,575 VA/kg

Tén hao từ hóa trong khe hở không khí:

+Tổn hao từ hóa trong khe hở vuông góc q"x= 0,61 VA/cm?

Theo bang 13.7 ta có hệ số tổn hao phy k=0,91 khi ngắn mạch.Theo

bảng 13.5 và 13.6 ta có được hằng số đối với dây đồng là a=1,4 và b= 0,28.Ta lấy hệ số kạ=0,95 là hệ số ép chặt

6

Dai học Bách khoa Hà Nội

Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là kẹ, c„=2,21

Ta có đẳng thức :

x°+Bx*-Cx-D=x°+0,328.x*-0,554x-0,22

Theo phương trình trên ta có /,„„ = 1,90

Trọng lượng tôn Silic của các góc gông:

1.165913975 474.3818214 787.4738236

Dai học Bách khoa Hà Nội 9

2 1.18920712 1,41421356 1.68179283 263.881704 36.6281313 300.509835 340.933043 47.3337279 388.266771 688.776606 33.4844953 741.172421 4965.56506

124139126 450.038111 7417.063264

22 1.217883286

1483239697 1.806412836 257.6683691 38.41590816 296.0842773 366.1960101 49.64403267 415.8400428 711.9243201 35.96567957 754.1270977 5261.140361

131528509 429.0945025 712.2968741

24 1.24466595

154919334

192822821 252.123872 40.1241075 292.24798 390.890422 51.851501 442.741923 734.989902 38.3910236 767.507847 5550.95091

1,38773773 410.826708 681.972336

2.153 1.211326 1.46731 1.777391 259.0632 38.00334 297.0666 360.3127 49.11088 409.4236 706.4902 35.38786 751.0393 5192.218

1.298054 433.7528 720.0296

kcuGcu=2,21Gcu 174031715 165100981 1574.176092 1507.15886 1591.265 C= Gret keureGeu 174211715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418 J=0,91.5750/2,4Gag 3143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196

3

ô„ =Mx 1423475027 154052223 16.54674158 1746625704 16.2809 đ=A.x 19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899

dịa=ad=l,4d 26.77276557 2744873333 28.15015426 287692089 27.99859

Ezd⁄ 46.70360216 43.15511432 40.17794745 37.6397149 40.83398 2a;=bd 5354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717 C=diz†aiz†2a2?+aa› 37482731868 386847999 39.48018512 402230506 39.2983

Ta thấy rằng giá thành thấp nhất của máy biến áp khi ø nằm trong khoảng

1,8 đến 2,4.Khi đó ta có đường kính của trụ nằm trong khoảng 19,21đến

20,54 cm.Trong khoảng đường kính đó các thông số đạt yêu cầu.Ta chọn

đường kính trụ đ=20 cm.Khi đó ta có x=1,211 vậy ø=2,153

Thiết diện lõi sắt của mạch từ:

lr =l +2.1g=40,83+2.3=43,13 em

10

Dai học Bách khoa Hà Nội

Khoảng cách giữa các trụ và lõi sắt :

ig%= Q/10Sp=1,298 %

1.TÍNH TOÁN DÂY QUẦN HẠ ÁP:

Số vòng dây quấn hạ áp:

wa= Up/Uy=230,94/10,72=21,54 vong

Ta lấy w;=22 vòng.Khi đó ta có điện áp rơi trên một vòng dây

Chọn dây quấn của máy biến áp là dây quấn xoắn ốc kép một lớp.Chọn

khoảng cách rãnh dầu trong máy biến áp h,=0,5 cm

Chọn số đệm dọc theo chỉ vi của dây quấn của cuộn dây của cuộn hạ áp là

Các sợi được chia làm hai mạch ghép song song có rãnh dầu ở giữa

Thiết điện của một vòng dây tổng bằng:

Sz=3.55,39=166,17 mm”

Mật độ dòng điện trong đây quần hạ áp trong chế độ định mức:

J;=577,3/166,17=3,47 A/mm”

Chiều cao dây quan ha 4p:

Ta tiền hành tính toán chiều cao dây quấn hạ áp bằng cách cho chiều cao dây

quấn hạ áp bằng chiều cao đây quần cao áp

Chiều cao dây quấn hạ áp được tinh theo công thức:

1, =2b 0, +1)+k[l,„wy +(09, + D]

Trong công thức trên:

l; : Chiều cao thực tế của cuộn hạ áp

b’ : Chiều rộng của một sợi dây quấn

w¿ : Số vòng đây cuộn hạ áp

k: Hệ số khi kể đến sự co ngót của dây quấn khi ép chặt để

sây khô.thông thường k=0,94-0,96,ta lầy k=0,95

hg: Chiều cao rãnh đầu làm mát

12

Dai học Bách khoa Hà Nội

ø : Chiều cao cách điện giữa hai mạch ø =0,1-0,15.Ta lấy

o=0,1

Ta tiến hành bố trí cuộn day ha áp có chiều cao tương đương như cuộn cao

áp.Do vậy thì số rãnh thông dầu của máy biến áp phảI chọn sao cho thỏa

mãn được điều kiện về chiều cao.Dé don giản trong thiết kế và lắp đặt ta

chọn tắt cả các rãnh thông đầu đều có kích thước bằng nhau.Ta có phương trình:

Trong thủ nghiệm cao áp thì với cấp điện áp 0,4 kV, điện áp thử nghiệm là

5 kV.Trong kết cấu dây quấn kiểu xoắn ốc ta có aai=1,5 đó là khoảng cách

từ cuộn hạ áp dến gông

Đường kính trong của dây quấn hạ áp:

D’= d+2ao1 = 20+2.1,5 = 23 cm Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:

Trong công thức trên :

q; : Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp

13

Dai học Bách khoa Hà Nội

J; : Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp

wụ : Bề rộng dây quán hạ áp kể cả đến cách điện

Do yêu cầu của máy biến áp có điều chỉnh điện áp nên ta tiến hành thiết kế

dây quấn cao áp có các đầu ra cho phép điều chỉnh điện áp.Chọn điều chỉnh

điện áp là +2+2,5%

Dòng điện qua tiếp điển của bộ điều chính bằng 72,168 A

Điện áp của hai đầu điều chỉnh :

Sơ đồ đầu điều chỉnh điện áp :

14

Dai học Bách khoa Hà Nội

xck

—>-z.=

_5 xolc

Điện áp giữa hai đầu điều chỉnh điện áp -5 và +5 bằng :

Điện áp thử của cuộn dây điều chỉnh :

Urace= 2.U ace =2.230,94 = 461,88 V

Điện áp giữa hai nắc điều chỉnh kiên tiếp của cuộn đây cao áp :

AU, = 2,5%.15.10° = 375 V

Đặt tên các đầu điều chỉnh như bảng dưới day :

Số vòng dây cơ bản của cuộn dây cao áp :

U,

2M = 22.25 = 825 vong

› ›

Mì

Số vòng dây điều chỉnh điện áp của cuộn dây cao áp:

Số vòng dây ứng với một nắc điều chỉnh điện áp :

Wie _ 461 Wee = 4 ==T_ =115 vòng

Mật độ dòng điện sơ bộ trong đây quấn cao áp:

J", =2J,, —Jy =2.3,47-3,66 = 3,28 A/mm

Thiết diện sơ bộ của đây quấn cao áp:

Dùng dây xoắn ốc liên tục với dây dẫn là loại dây PB.Số sợi dùng là 1

sợi,thiết diện đây cao áp bằng :

Mật độ dòng điện trong đây quấn cao áp:

Giữa hai bánh dây kép ta thiết kế một rãnh dầu rộng 0,5 cm.Giữa hai lớp dây quấn của dây quấn kép ta đặt lót cách điện dày 0,05 cm.Ở hai rãnh dầu dây

quấn ta để một khe hở 0,75 cm đề tăng cường cách điện.Khe hở giữa hai nửa cuộn dây ta đặt bằng h=1,25 cm,chiều cao của một bánh dây b=0,55 cm

Số bánh dây của cuộn dây cao áp:

+ Chọn 4 bánh cách điện tăng cường,mỗi bánh có 9 vòng,tổng cộng có 36 vòng

+ Chọn 12 bánh cách điện tăng cường ,mỗi vòng có 12 vòng,tổng cộng

Bánh dây T : Bánh dây có quan cach điện tăng cường

Bánh dây C : Bánh dây cơ bản

Bánh đây D : Bánh dây điều chỉnh điện áp

Chiều cao của cuộn dây cao áp :

1, =D' tty, + [A (typ -2) + hụ, ]=0,55.60+0,65.4+0,95(0,75.4 +1,25 +0,1.30 +0,5.28) =55,8em Đường kính trong của cuộn dây cao ap :

Dại= (D?¡+D”)/2 = (29,9+40,9)/2 = 35,4 cm Suất tản nhiệt của cuộn dây cao áp :

TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ

Trong thiết kế ta dùng loại thép 3407 chiều dày là 0,3 mm ta không đùng

cách điện bỗ xung trong mạch từ

Kích thước của trụ mạch từ d=23 cm Trụ trong máy có 6 bậc

Thiết diện của trụ :

Trong công thức trên :

k 0 1,18

ko tra theo bang 10.1 TK MBA —Pham Van Binh,Lé Van Doanh

Thiết điện của trụ thuần sắt tương ứng :

S*+= k,S,= 0,95.379,9 = 361 cm?

20

Dai học Bách khoa Hà Nội

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Ton hao cơ bản trong máy biến áp :

+Tôn hao đông trong cuộn dây hạ áp :

Pyy = 2,46)” Giyy = 2,4.3,66°.79,84 = 2566,8 W +Tổn hao đồng trong cuộn đây cao áp :

Py = 2,4)? Gy =2,4.3,47 117,34 = 3390 w Tổn hao phụ trong máy biến áp:

Tén hao phụ trong máy biến áp :

Pek Pou

Trong công thức trên :

+P; : Tôn hao phụ +Pc„: Tôn hao đông trong máy biên áp +k; : Hệ sô tôn hao phụ

Tén hao co bin trong day dan qui đổi:

Chiều đài đây dẫn qui đổi :

21

Dai học Bách khoa Hà Nội

lạa=7,5.]=7,5.40,85=306,37 cm Trọng lượng đồng trong dây quấn hạ áp qui đổi :

Pyat=2,4.J17.Qaai=2,4.3,47°.0,2=5,78 W

Tén hao thùng dầu và các chỉ tiết khác qui đổi :

P=10.k.Sp=10.0,025.400=100 W Tén hao ngắn mạch trong máy biến áp được thiết kế :

PnEPaaikiitPagsks+PaartPaazFP¿đ

=.1,006+2566,8.1,026+5,78+145,6+100 =

=6066,1W Sai số trong tính toán công suất không tal so với yêu cầu đặt ra :

AU%= J6966,1~ 5780) 100 = 4,96%

5780

Ta thdy AU%=4,96%< 5% Thỏa mãn yêu cầu đặt ra

Tổn thất điện áp trong đây quần cao áp trong điều kiện tỏa nhiệt bình

thường:

P?EP,-0,05(Paaikn)=5780 - 0,05(3390.1,006)=5609,48W

Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm :

tu0x=P?x/(10.5p)=5609,48/(10.400)=1,40 % Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm:

Ta thấy sai số nhỏ hơn 5% vì vậy chấp nhận được

Dòng ngắn mạch hiệu dụng của máy biến áp :

Tnca=In1.100/n=26,7.100/3,91=682,86 A Dòng điện ngắn mạch đỉnh :

22

Dai học Bách khoa Hà Nội

Th max=1,41-Kinax-Inca=1,4 1.1,540.682,86=1482,77 A Trong công thức trên thì :

“in ous

Kina =1+e “= =l+e *? =1,540

Lực điện động ¬ đại trong đây quấn của máy biến áp :

Ứng suất cho phép của dây quấn cao áp ø,,=60 Mpa

Ta thấy ứng suất của dây quần cao áp thỏa mãn yêu cầu ứng suất cho phép

Luc do từ trường tản gây ra trong dây quân cao áp :

4,25

+m: Hệ số phụ thuộc vào cách bồ trí dây quấn ta có m = 4

Ta có : I°=(B-đ)/2 với B là chiều rộng của thùng dầu

+ Lực điện động lớn nhất trong đây quần hạ áp :

Ea=F”tF”=17066+27917=44983N + Lực điện động lớn nhất trong dây quấn cao áp :