Thiết kế máy biến áp

1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Thiết kế máy biến áp Trình tự thiết kế : Chương 1:Xác định các đại lượng điện cơ bản. Chương 2:Thiết kế sơ bộ lõi sắt và tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp. Chương 3:Tính toán dây quấn. Chương 4:Tính toán tham số không tải. Chương 5:Tính toán cuối cùng mạch từ. Chương 6:Tính toán nhiệt máy biến áp. Chương 7:Kết cấu máy biến áp. Nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 500 KVA Các số liệu ban đầu:Công suất biểu kiến S=500KVA Điện áp Tần số Tổ nối dây Tổn hao không tải Tổn hao ngắn mạch Dòng không tải Điện áp ngắn mạch 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Chương 1 : Xác định các đại lượng điện cơ bản I. Công suất mỗi pha của máy biến áp II. Công suất mỗi trụ Với là số trụ tác dụng (trên đó có quấn dây) Thay số vào công thức trên ta được III. Dòng điện dây định mức 1. Dây quấn cao áp 2. Dây quấn hạ áp IV. Dòng điện pha 1. Phía cao áp 2. Phía hạ áp V. Điện áp pha 1. Phía cao áp 2. Phía hạ áp VI. Điện áp thử Ta xác định được các điện áp thử nhờ tra bảng 2 trang 180 [Tài liệu 1] 1. Phía cao áp 2. Phía hạ áp VII. Các thành phần điện áp ngắn mạch 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT 1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch 2. Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch Bảng tính toán tổng quát hoàn chỉnh Chương 1 Công suất mỗi pha (kW) 166.67 Công suất mỗi trụ (kW) 166.67 Dòng điện dây cao áp (A) 28.87 Dòng điện dây hạ áp (A) 721.69 Dòng điện pha cao áp (A) 16.67 Dòng điện pha hạ áp (A) 721.69 Điện áp pha cao áp (kV) 10 Điện áp pha hạ áp (kV) 0.23 Điện áp thử cao áp (kV) 35 Điện áp thử hạ áp (kV) 4.5 Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch (%) 1.04 Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch (%) 3.86 Chương 2: Thiết kế sơ bộ lõi sắt và tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp. I. Chọn loại lõi sắt Lõi sắt là phần mạch từ của máy biến áp do đó thiết kế nó cần phải làm sao bảo đảm được tổn hao sắt chính và phụ nhỏ,dòng điện không tải nhỏ,lượng tôn silic ít và hệ số điền đầy lõi sắt cao.Mặt khác lõi sắt còn làm khung mà trên đó để nhiều bộ phận quan trọng của máy biến áp như dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra hay trong một số máy biến áp lõi sắt thường được nối với nắp máy bằng những bu lông để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi lắp ráp.Hơn nữa, lõi sắt còn có thể chịu những 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT ứng lực cơ học lớn khi dấy quấn bị ngắn mạch.Vì vậy yêu cầu thứ 2 của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn cũng như chịu được những ứng lực lúc máy biến áp bị ngắn mạch. Có 2 loại lõi sắt : kiểu trụ và kiểu bọc.Ta chọn kiểu trụ vì kết cấu đơn giản,làm việc bảo đảm,dùng ít vật liệu. II. Chọn loại tôn silic và cách điện 1. Chọn tôn silic Ta chọn loại tôn cán lạnh vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán nóng.Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng,do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng.Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới (1,6 -> 1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 -> 1,45)T .Từ đó giảm được tổn hao trong máy ,giảm được trọng lượng, kích thước máy,đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của máy biến áp,rất thuận lợi cho việc chuyên chở.Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh có hơi cao nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫn kinh tế hơn những loại máy biến áp được chế tạo bởi tôn cán nóng. Trong thiết kế môn học này ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có bề dày 0,35 mm,hàm lượng silic cao (2,8 -> 3,8)%. 2. Chọn kiểu cách điện Các lá thép silic trước khi ghép thành lõi máy biến áp phải được cách điện ở mặt ngoài. Ở vùng nhiệt đới như nước ta ,thích hợp nhất là cách điện bằng sơn cách điện loại 302 của Nga phủ một lớp rất mỏng khoảng 0,01 - > 0,02 mm.Phủ sơn vừa mỏng,hệ số điền đầy lại cao,tản nhiệt tốt và có thể tiến hành ủ được sau khi gia công lá thép (cắt,dập) để hồi phục và tăng từ tính lên. III. Ép trụ,ép gông,ghép lõi thép. 1. Ép trụ Máy biến áp ta thiết kế có công suất nên đường kính trụ sắt dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy bakêlit với trụ. 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT 2. Ép gông Dùng xà ép với bulông xiết ra phía ngoài gông.Để hệ thống xà sắt đó không tạo thành mạch từ kín qua các đai thép gông thì giữa xà ép với gông cũng như giữa các đai thép với gông phải lót bằng nhưng đệm carton cách điện một cách cẩn thận. 3. Ghép lõi thép( giữa trụ và gông) Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn này có tính chất dẫn từ không đẳng hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu mỗi nối vuông góc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối khá lớn làm tăng tổn hao sắt mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn như hình khi đó góc sẽ nhỏ đi nhiều và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể. Khi cắt tôn xong ta sẽ phải xử lý cho tốt bavia và ta phải ủ lại những lá tôn vừa cắt xong để cho những tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại đinh hướng ban đầu. IV. Tính chọn sơ bộ mạch từ 1. Chọn số bậc thang trong trụ. Theo bảng 4 trang 181 [Phụ lục 1] ta chọn số bậc thang bằng 8 thì ta được hệ số chêm kín . Tiếp tục theo bảng 10 trang 184 với loại thép cán lạnh mã hiệu 3404,bề dày 0,35 mm thì hệ số điền đầy . Như vậy ta được hệ số lợi dụng Chọn số bậc thang của gông nhỏ hơn số bậc thang của trụ 1 bậc,tức là 7 bậc (lá thép ngoài cùng của gông được gộp trung 1 cơ với lá thép áp chót nhằm đảm bảo lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép gông). 2. Chọn trị số từ cảm trong trụ Theo bảng 11 trang 185 [Phụ lục 1], .Ta chọn . 3. Từ cảm trong của gông Theo bảng 6 trang 182 [Phụ lục 1],ta có hệ số tăng cường gông ,chọn . 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Vì vậy từ cảm trong của gông 4. Suất tổn hao trong trụ và gông Theo bảng 45 trang 211 [Phụ lục 1] Suất tổn hao trong trụ và gông 5. Suất từ hóa trong trụ và gông Theo bảng 50 trang 215 [Phụ lục 1] Suất từ hóa của trụ và gông Suất từ hóa khe hở không khí với 6. Khoảng cách cách điện chính C : Khoảng cách cách giữa 2 trụ cạnh nhau d : Đường kính đường tròn ngoại tiếp tiết điện ngang của trụ Đường kính trung bình giữa 2 dây quấn Khoảng cách từ dây quấn đến gông Bề dày cuộn hạ áp Bề dày cuộn cao áp Khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn hạ áp. Khoảng cách cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp. Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn cao áp. Chiều cao dây quấn Theo bảng 18,19 trang 188 [Phụ lục 1] ta xác định các khoảng cách cách điện chính: - Giữa cuộn HA với trụ : - Giữa cuộn HA với cuộn CA : - Ống cách điện giữa CA và HA : - Dây quấn CA đến gông : 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT - Phần đầu thừa của ống cách điện : - Giữa 2 cuộn CA : 7. Hệ số Rogovski 8. Chiều rộng quy đổi từ trường tản Với k : tra theo bảng 12 trang 185 [Phụ lục 1] được 9. Các hằng số tính toán a,b Tra bảng 13,14 trang 186 [Phụ lục 1] 10. Hệ số Tra bảng 15 trang 186 [Phụ lục 1] 11.Chọn hệ số theo bảng 17, dải biến thiên của từ .Nhưng để xác định chính xác hơn ta phải tính các số liệu và các đặc tính cơ bản của máy biến áp như sau Ta tính các hệ số sau với dải tham khảo Xét a. Trọng lượng tác dụng của lõi sắt - Trọng lượng sắt trụ 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Với máy biến áp thiết kế là máy biến áp 3 pha dùng tôn cán lạnh - Trọng lượng sắt gông Với máy biến áp thiết kế là máy biến áp 3 pha Vậy trọng lượng tác dụng của lõi sắt b. Trọng lượng kim loại dây quấn Theo chương 4 [Phụ lục 1],ta có quan hệ sau 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Trong đó :K là hằng số phụ thuộc vào điện trở suất của dây quấn,. mật độ dòng điện (A/m2) tổn hao chính trong dây quấn (W) hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra;trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy () (đã được tra ở trên). Từ đó ta có công thức Với Với dây đồng Mà tần số thiết kế cho máy biến áp Với c. Giá thành vật liệu tác dụng Với là hệ số kể thêm trọng lượng cách điện và phần dây quấn tăng thêm dùng để điều chỉnh điện áp ở cuộn CA(sơ cấp). với dây đồng. tương ứng là giá 1 kg sắt làm lõi và 1 kg kim loại làm dây quấn biến áp đã kể các chi phí khác Biểu diễn giá thành theo đơn vị quy ước Trong đó hệ số 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Tra ở bảng 16 trang 187 [Phụ lục 1] 12. Tính sơ bộ các đại lượng có liên quan a. Tổn hao không tải của máy biến áp Với là hệ số phụ,chủ yếu kể đến đặc điểm của vật liệu làm lõi săt.Ở đây ta dùng tôn cán lạnh nên là suất tổn hao trong trụ và gông b. Dòng không tải Thành phần phản kháng của dòng điện không tải Gần đúng, tính toán sơ bộ Trong đó là hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn cũng như sự uốn nắn và ép lõi sắt , công suất tổn hao chung của trụ và gông suất từ hóa ở trụ và gông công suất từ hóa phụ đỗi với “góc” có mỗi nối thẳng [...]... diện tác dụng của trụ Vậy Ở đây trong tính toán sơ bộ lúc chọn phương án nên có thể coi gần đúng Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT 1 c Mật độ dòng điện trong dây quấn máy biến áp Mà Vậy d Ứng suất kéo của dây quấn Khi ngắn mạch,dây quấn máy biến áp phải chịu những lực cơ học xuất hiện Ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn Với tiết diện một vòng dây của dây quấn () Biên đổi công thức, ta được công . trụ 1 Nhóm 5 – TBĐ K53 – Đại học GTVT Với máy biến áp thiết kế là máy biến áp 3 pha dùng tôn cán lạnh - Trọng lượng sắt gông Với máy biến áp thiết kế là máy biến áp 3 pha Vậy trọng lượng tác dụng của. nhiệt máy biến áp. Chương 7:Kết cấu máy biến áp. Nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 500 KVA Các số liệu ban đầu:Công suất biểu kiến S=500KVA Điện áp Tần. Đại học GTVT Thiết kế máy biến áp Trình tự thiết kế : Chương 1:Xác định các đại lượng điện cơ bản. Chương 2 :Thiết kế sơ bộ lõi sắt và tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp. Chương