Máy biến áp

Máy biến áp

Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 1 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1.Giới thiệu chung. Trong hệ thống cung cấp điện để dẫn điện từ đường dây tải điện đến hộ tiêu thụ thì cần phải có đường dây tải điện. Nhưng một vấn đề đặt ra là hao tổn trên đường dây như thế nào cho kinh tế và phù hợp nhất. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ lớn thì hao tổn trên đường dây sẽ tăng lên và ngược lại. Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ nhỏ xuống, đồng thời hao tổn năng lượng trên đường dây sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền t ải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dung điện áp cao, thường là 35 kv, 110 kv, 220 kv, 500 kv, …Như vậy phải có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường dùng điện áp thấp , từ 0,4 đến 0,6 kv, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dung để tă ng điện áp ở đầu ra của máy phát điện tức là đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp khi tới các hộ tiêu thụ tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là các máy biến áp (MBA). Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 2 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 1.2. Khái niệm máy biến áp. - Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện l ực hay MBA công suất. Như vậy MBA làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng. Máy biến áp có hai cuộn dây gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây quấn nối với nguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp, dây quấn nối với tải để đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dây quấn có điện áp cao gọi là cuộn cao áp (CA), dây quấn có điện áp thấp gọi là hạ áp (HA). Ở MBA ba cuộn dây ngoài dây sơ cấp và thứ cấp còn cuộn trung áp (TA). MBA biến đổ i dòng xoay chiều một pha gọi là máy biến áp 1 pha, MBA biến đổi dòng xoay chiều 3 pha gọi là MBA 3 pha, MBA ngâm trong dầu gọi là MBA dầu,… 1.3.Các đại lượng định mức Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn máy. - Dung lượng hay công suất định mức (S dm ) là công suất toàn phần( biểu kiến ) đưa ra ở dây quấn thứ cấp, tính bằng kilôvôn_ampe (kVA) hay (VA). - Điện áp dây sơ cấp định mức U 1 là điện áp cuộn sơ cấp ( kV hay V ). Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 3 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang - Điện áp dây thứ cấp định mức U 2 là điện áp thứ cấp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức( kV hay V ). - Dòng điện cuộn sơ cấp định mức I dm1 và cuộn thứ cấp I dm2 ứng với công suất và điện áp định mức ( kA hay A ). Đối với MBA 1 pha : ñm1 ñm ñm1 U S I = và ñm2 ñm ñm2 U S I = Đối với MBA 3 pha : I ñm1 = ñm1 ñm U3 S và I ñm2 = ñm2 ñm U3 S Ở đây ta chỉ xét đến MBA 1 pha. - Tần số định mức f ñm tính bằng Hz. Thường các MBA điện lực có tần số công nghiệp là 50 Hz.Ngoài ra còn một số các thông số khác như số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch u n % , chế độ làm việc ( dài hạn hay ngắn hạn ), phương pháp làm lạnh,… 1.4. Nguyên lý làm việc của MBA. Xét sơ đồ nguyên lý của MBA như hình dưới là MBA một pha hai dây quấn: Cuộn sơ cấp có w1 vòng dây, cuộn thứ cấp có w2 vòng dây được quấn trên lõi thép. Khi đặt một điện áp xoay chiều U 1 vào cuộn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện I 1 , Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 4 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với dây quấn sơ và thứ cấp sinh ra sức điện động e 1 và e 2 . Dây quấn thứ cấp sẽ sinh ra dòng điện I 2 đưa ra tải với điện áp là U 2 . Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ sang dây quấn thứ. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin, thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin: φ = m φ .sin t ω Do đó theo định luật cảm ứng điện từ s đ .đ cảm ứng trong các dây quấn sơ và thứ sẽ là: ) 2 tsin(E2tcos.w.w dt tsind .w dt d .we 1m1 m 111 π −ω=ωφ−= ωφ −= φ −= ) 2 tsin(2tcos w.w dt tsind .w dt d .we m2 m 222 π −ω=ωφ−= ωφ −= φ −= Trong đó m1 m1m1 1 fw44,4 2 fw2 2 ww E φ= φπ = φ = m2 m2m2 2 fw44,4 2 fw2 2 ww E φ= φπ = φ = Là các giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn sơ và dây quấn thứ. Từ các biểu thức trên ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha với từ thông sinh ra nó một góc 2 π .Cũng từ các biểu thức trên ta có tỷ số biến đổi của MBA như sau: k = 2 1 E E = 2 1 w w Nếu coi U 1 = E 1 và U 2 = E 2 (điện áp rơi trên các dây quấn là không đáng kể) thì k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn sơ và thứ cấp : k = 2 1 U U . Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 5 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 1.5. Các loại MBA chính. Theo công dụng MBA có thể gồm những loại chính sau đây: Máy BA điện lực dùng để truyền tải, phân phối công suất trong hệ thống điện lực. MBA chuyên dụng dùng cho các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn điện,… MBA tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, dung để mở máy các động cơ điện xoay chiều. MBA đo lườ ng dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các đồng hồ đo. Máy BA thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao. MBA có rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. 1.6. Cấu tạo MBA MBA bao gồm các bộ phận chính sau đây : lõi thép, dây quấn và vỏ máy. 1.6.1. Lõi thép Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn.Theo hình dáng lõi thép ta chia ra làm các loại sau: - Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ(Hình 1 – 3):Dây quấn bao quanh trụ thép.Loại này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha có dung lượng nhỏ và trung bình. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 6 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Hình 1-3a:MBA kiểu lõi 1 pha Hình 1-3b: MBA kiểu lõi 3 pha - Máy biến áp kiểu bọc (Hình 1 – 4) :Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy một phần dây quấn. Loại này thường chỉ dùng trong một vài nghành chuyên môn đặc biệt như máy biến áp dùng trong lò điện luyện kim hay máy biến áp một pha công suất nhỏ trong kỹ thuật vô tuyến điện, truyền thanh v.v Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 7 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Hình 1 - 4:Máy biến áp kiểu bọc Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷100 MVA trên một pha), điện áp thật cao (220÷400kVA), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vùa kiểu bọc, gọi là máy biến áp trụ - bọc ( Hình 1 – 5) . b) a) HÌnh 1 – 5:Máy biến áp kiểu trụ bọc : a) Một pha b) Ba pha Lõi thép máy biến áp gồm có hai phần : phần trụ - kí hiệu chữ T và phần gông – kí hiệu bằng chữ G. Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn; gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn. Đối với máy biến áp kiểu bọc và kiẻu trụ - bọc hai trụ thép phía ngoài cũng đều thuộc về gông. Để giảm tổn Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 8 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang hao do dòng điện xoáy gây ra, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt. Trụ và gông có thẻ ghép nối với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng sau đó dùng xà ép và bulon vít chặt lại. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lớp lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình tự a , b như dưới đây.Sau khi ghép, lõi thép cũng được vít chặt b ằng xà ép và bulon. Phương pháp sau tuy phức tạp nhưng giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây ra và rất bền về phương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này. Hình 1- 6 : Ghép rời lõi thép máy biến áp Do dây quấn thường quấn hình tròn nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn. Gông từ vì không quấn dây nên để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản : hình vuông, hình chữ thập hoặc chữ T. Tuy nhiên, hiện nay hâu hết các máy biến áp điện lực, người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc thang gần bằng số bậc của tiế t diện trụ. Hình 1-7: Ghép xen kẽ lõi thép MBA 3 pha Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 9 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối với vỏ máy và vỏ máy được nối đất. Đối với tôn silic nguội dị hướng, để từ thông luôn đi theo chiều cán là chiều có từ dẫn lớn, lá thép được ghép từ các lá tôn có cắt chéo một góc nhất định, thí dụ như ở hình 1- 10. Cách ghép lõi thép bằng các lá tôn như trên hình 1 – 7 và 1 – 10 được sử dụng khi chiều dài lá tôn trong khoảng từ 0,2 ÷ 0,35 mm. Khi chiều dài lá tôn nhỏ hơn 0,2 mm, người ta dùng công nghệ mạch từ quấn lá tôn vô định hình dày 0,1 mm. Việc quấn các dải lá tôn có bề rộng khác nhau với những độ dày thích đáng vẫn cho phép thực hiện mạch từ có tiết diện ngang có nhiều bậc nội tiếp trong vòng tròn. Khi công suất nhỏ và trung bình số bậc từ 5 ÷ 9; còn với công suất lớn số bậc từ 10÷13 (hình 1 – 11). Hình 1-10 Hình 1-11 1.6.2.Dây quấn. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 10 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng , cũng có thể bằng nhôm nhưng không phổ biến. Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. 1.6.2.1.Dây quấn đồng tâm: Ở dây quấn đồng tâm, tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây quấn HA thường quấ n phía trong gần trụ thép còn dây quấn CA thường quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn HA (Hình 1 – 3). Với cách quấn này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện của dây quấn CA (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dây quấn CA), bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện bản thân của dây quấn HA. Hình 1-3 Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm : - Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp (Hình 1 – 12b). Nếu tiết diện lớn thì dùng dây dẹt và quấn thành hai lớp (Hình 1 – 12a). Dây quấn hình trụ dây tròn thường làm dây quấn cao áp điện áp tới 35kV; dây quấn hình trụ , dẹt thường làm dây quán hạ áp với điện áp từ 6kV trở xuống. Nói chung dây quấn hình trụ thường dùng cho máy biến áp dung lượng 630kVA trở xuống. [...]... điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp PHẦN 2:GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP HÀN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP HÀN CẢM ỨNG 2.1 Máy Biến Áp Hàn Về cấu tạo và nguyên lý làm việc thì máy biến áp hàn chính tương tự máy biến áp thường nhưng giữa biến áp thường và máy biến áp hàn có điểm khác nhau cơ bản đó là biến áp thường được chế tạo để làm việc ở chế độ liên tục còn biến áp hàn chỉ làm việc ở chế độ ngắn... của máy biến áp hàn là dòng điện mà không phải là điện áp như trong máy biến áp thường 2.1.1.Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp hàn Máy biến áp hàn có các chỉ tiêu sau đây: - Điện áp không tải U 20 của biến áp hàn phải cao hơn điện áp hàn(U h ) - Trong máy biến áp hàn phải có bộ phận có thể điều chỉnh được dòng điện hàn cho phù hợp với từng loại que hàn , độ dày vật hàn và cách hàn - Trong máy biến. .. đồng tâm: 10 1.6.2.2.Dây quấn xen kẽ 12 1.6.3.Vỏ máy 12 1.6.3.1.Thùng máy biến áp 13 1.6.3.2.Nắp thùng 14 PHẦN 2:GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP HÀN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP HÀN CẢM ỨNG…………………………………………… 16 2.1 Máy Biến Áp Hàn 16 2.1.1.Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp hàn 16 2.1.2 Nguyên tắc hàn 17 2.2 Tính toán và... máy biến áp kiểu trụ hầu như không dùng kiểu dây quấn xen kẽ Hình 1 - 15 1.6.3.Vỏ máy Vỏ máy gồm hai bộ phận : thùng và nắp thùng Sinh viên thực hiện: Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Trang 12 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Đồ Án Máy Điện Lớp ĐK2 1.6.3.1.Thùng máy biến áp Thùng máy biến áp làm bằng thép thường là hình bầu dục Lúc máy biến áp. .. http://www.ebook.edu.vn Đồ Án Máy Điện Lớp ĐK2 - Khi điện áp thay đổi phụ thuộc vào vật hàn(vật liệu, điện trở…) thì dòng điện hàn không được thay đổi quá nhiều( hầu như không đổi) Các máy biến áp hàn đều có dòng điện hàn rất lớn để đảm bảo dòng hàn có thể hàn nóng chảy kim loại (ví dụ máy biến áp hàn hồ quang có dòng hàn từ 80A đến 140A,…) Máy biến áp hàn là một loại máy biến áp đặc biệt Sau đây ta sẽ... trong thùng dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu, rồi từ đó qua vách thùng và ra môi trường xung quanh Lớp dầu sát vách thùng sẽ chuyển động xuống phía dưới lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các bộ phận trong máy biến áp Mặt khác, dầu máy biến áp còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện Tuỳ theo dung lượng máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng dầu có khác nhau Loại... nhất là loại phẳng thường dùng cho các máy biến áp dung lượng từ 30kVA trở xuống Với các máy biến áp cỡ trung bình và lớn người ta hay dùng loại thùng dầu có ống (Hình 1–16) hoặc loại thùng có bộ tản nhiệt (Hình 1 -17) Ở những máy biến áp dung lượng đến 10000kVA, người ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm lạnh (Hình 1 – 18) Ở các máy biến áp dùng trong trạm thuỷ điện, dầu được... chúng tăng lên Do đó giữa máy biến áp và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh Nếu nhiệt độ chênh đó quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với máy biến áp Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (thường là 15 ÷ 20 năm) và không bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh máy biến áp trong thùng dầu, nhiệt truyền... dày vật hàn và cách hàn - Trong máy biến áp hàn, dòng ngắn mạch thường lớn gấp 15 đến 20 lần dòng định mức do đó làm nóng chảy nhanh que hàn và nguy hiểm cho máy biến áp và không khống chế được dòng điện hàn Do vậy trong biến áp hàn dòng điện ngắn mạch không được quá lớn, nó chỉ được phép nằm trong giới hạn từ 1,3 ÷ 1,5 dòng hàn - Điện áp của máy biến áp hàn phải biến đổi phù hợp linh hoạt Sinh viên... FULSE OFF 10 0 20 30 ON Hình dáng bên ngoài của Máy biến áp hàn Sinh viên thực hiện: Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Trang 27 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Khoa Điện - Điện Tử http://www.ebook.edu.vn Đồ Án Máy Điện Lớp ĐK2 MỤC LỤC PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ……………………… 1 1.1.Giới thiệu chung 1 1.2 Khái niệm máy biến áp 2 1.3.Các đại lượng định mức