Máy biến áp là thiết bị điện gồm hai hoặc nhiều cuộn dây, hay một cuộn dây có đầu vào và đầu ra trong cùng một từ trường. Cấu tạo cơ bản của máy biến áp thường là hai hay nhiều cuộn dây đồng cách điện được quấn trên cùng một lõi sắt hay sắt từ ferit.Máy biến áp có thể thay đổi hiệu điện thế xoay chiều, tăng áp hoặc hạ áp, đầu ra cho một điện áp ứng với nhu cầu sử dụng. Máy biến áp là một phần tử rất quan trọng trong truyền tải điện năng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MỤC LỤC MÁY BIẾN ÁP I/ LỜI MỞ ĐẦU II/ GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP III/ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC IV/ MỘT SỐ KĨ THUẬT KHI QUẤN BIẾN ÁP V/ ỨNG DỤNG SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta sống thời đại với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, thời đại mà nghiệp công nghiệp hoá – đại hoá đặt lên hàng đầu Nói đến công nghiệp hoá, đại hoá tách rời ngành điện, điện tử Đóng vai trò mấu chốt trình Trong nghành điện công việc thiết kế máy điện khâu vô quan trọng, nhờ có kĩ sư thiết kế máy điện mà máy phát điện đời cung cấp cho nhà máy điện Khi điện sản xuất phải truyền tải điện tới nơi tiêu thụ, trình truyền tải điện thiếu máy biến áp điện lực dùng để tăng giảm điện áp lưới cho phù hợp việc điện áp lên cao để tránh tổn thất điện truyền tải giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ Trong lĩnh vực công nghiệp máy biến áp đóng vai trò vô quan trọng phục vụ cho việc cung cấp điện chuyển hoá thành dạng lượng khác ứng dụng vào sản xuất Trong máy biến áp dùng cho đầu ámy chạy điện đóng vai trò quan trọng phục vụ cho ngành giao thông vận tải Đầu máy chạy điện phương tiện giao thông hữu ích tiện lợi, đặc biệt có lợi cho môi trường đầu máy chạy điện sử dụng rộng rãi giới Tuy nhiên vấn đề đặtbra việc cấp điện cho động đầu máy khó khăn Vì việc thiết kế chế tạo MBA cho đầu máy chạy điện cần đặc biệt trọng Chính lý mà cần thiết kế máy biến áp dùng cho đầu máy chạy điện Vì kiến thức nhiều hạn chế, nên mong thầy hướng dẫn tận tình để em hoàn thành tốt Cảm ơn thầy! SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP II/ GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP 1/ Giới thiệu chung: a/ Khái niệm: Máy biến áp thiết bị điện gồm hai nhiều cuộn dây, hay cuộn dây có đầu vào đầu từ trường Cấu tạo máy biến áp thường hai hay nhiều cuộn dây đồng cách điện quấn lõi sắt hay sắt từ ferit Máy biến áp thay đổi hiệu điện xoay chiều, tăng áp hạ áp, đầu cho điện áp ứng với nhu cầu sử dụng Máy biến áp phần tử quan trọng truyền tải điện b/ Cấu tạo phân loại: + Cấu tạo: Máy biến áp gồm có phận : lõi thép, dây quấn, vỏ máy + Phân loại: Có nhiều cách phân loại máy biến áp, theo công dụng, máy biến áp chia thành loại sau: Máy biến áp điện lực (còn gọi máy biến áp công suất) dùng để truyền tải phân phối công suất hệ thống điện lực Máy biến áp chuyên dùng cho lò luyện kim, cho thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện, … Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp phạm vi không lớn dùng để mở máy động điện xoay chiều Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao (thí nghiệm cao áp)… Máy biến áp chia theo loại sau đây: Cấp A: máy biến áp khô: lõi dây quấn không chứa chất lỏng cách điện tổn thất nhiệt tiêu tán trực tiếp không khí xung quanh, chiếm diện tích lớn mật độ dòng điện thấp Công suất đến khoảng 5000kVA, điện áp tối đa 36kV Cấp O: máy biến áp ngâm dầu: lõi dây quấn chauws dầu cách điện chất lỏng tổng hợp khó cháy, với điểm cháy 3000C, dầu vừa chất làm mát vừa môi trường cách điện Cấp L: lõi dây quấn chứa chất lỏng tổng hợp, có điểm cháy > 3000C, đồng thời để làm mát môi trường cách điện Về cấu tạo chúng SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP giống máy biến áp dầu c/ Định nghĩa thuật ngữ: Điện áp định mức hệ thống thiết bị: định nghĩa theo IEC 38 điện áp mà hệ thống thiết bị thiết kế theo đặc tính vận hành tạo nên Dung lượng định mức máy biến áp Sđm(KVA): công suất biểu kiến đưa dây quấn thứ cấp máy biến áp Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (V, kV): Nếu dây quấn sơ cấp có đầu phân nhánh ghi điện áp định mức đầu phân nhánh Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V,kV): điện áp dây dây quấn thứ cấp máy không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Bộ điều áp không tải: thường cho phép chọn từ 2,5% đến 5% (12,5% cần) so với định mức cuộn áp lớn Biến áp phải cắt điện trước chuyển đầu phân áp Đấu dây: dạng sơ đồ ký hiệu tiêu chuẩn cho cuộn nối hình sao, tam giác hình liên kết theo ký hiệu chữ, số quy định IEC Ký hiệu đọc từ trái sang phải, chữ đầu cuộn có áp lớn nhất, chữ thứ hai mức Các chữ viết hoa cuộn có áp lớn nhất: D = tam giác Y = Z = zigzag III = nối hở N = nối trung tính Các chữ thường dùng cho cuộn thứ cấp tam cấp: d = tam giác y = z = zigzag iii = nối hở n = nối trung tính Chỉ góc pha, vectơ dây quấn điện áp cao lấy làm chuẩn Con số nhân với 300 góc vectơ dây quấn hạ áp chậm sau điện áp dây quấn cao áp SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP III/ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC 1/ Cấu tạo: Máy biến áp pha : Gồm có hai phần a) Mạch từ : Lõi thép làm thép kĩ thuật điện(dày từ 0,35mm đến 0,5mm có lớp cách điện bên ngoài) ghép lại thành khối SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP Dùng để dẫn từ cho máy b) b) Dây quấn: - Làm dây điện từ (tráng lớp cách điện) quấn lõi thép - Máy biến áp pha thường có dây quấn: + Dây quấn sơ cấp: nối với nguồn, kí hiệu U1, có N1 vòng dây + Dây quấn thứ cấp: lấy điện sử dụng, kí hiệu U2, có N2 vòng dây 2/ Nguyên lí làm việc: - Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp - Có hai loại máy biến áp: Máy biến áp tăng áp máy biến áp hạ áp Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa sở tượng cảm ứng điện từ Khảo sát máy biến áp đơn giản gồm hai cuộn dây quấn lõi sắt mạch từ cột - Dây quấn có điện áp cao gọi dây quấn cao áp - Dây quấn có điện áp thấp gọi dây quấn hạ áp - Nếu điện áp thứ cấp bé điện áp sơ cấp ta có máy biến áp giảm áp, điện áp thứ cấp lớn điện áp sơ cấp gọi máy biến áp tăng áp Ở máy biến áp ba dây quấn, hai dây quấn sơ cấp thứ cấp có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP - Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều pha gọi máy biến áp pha, máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi máy biến áp ba pha Máy biến áp ngâm dầu gọi máy biến dầu, máy biến áp không ngâm dầu gọi máy biến áp khô, máy biến áp có ba trụ nằm mặt phẳng gọi máy biến áp mạch từ phẳng, máy biến áp với ba trụ nằm không gian gọi máy biến áp mạch từ không gian Những đại lượng định mức máy biến áp - Các đại lượng định máy biến áp qui định điều kiện kỹ thuật máy - Các đại lượng nhà máy chế tạo qui định thường ghi nhãn máy biến áp - Dung lượng hay công suất định mức Sđm: công suất toàn phần (hay biểu kiến ) đưa dây quấn thứ cấp máy biến áp, tính kilô vôn –ampe (KVA) hay vôn-ampe (VA) - Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: điện áp dây quấn sơ cấp tính kilôvôn (KV) hay vôn (V) - Nếu dây quấn sơ cấp có đầu phân nhánh người ta ghi điện áp định mức đầu phân nhánh - Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm: điện áp dây dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức, tính kilô vôn (KV) hay vôn(V) - Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm thứ cấp I2đm: dòng điện dây dây quấn sơ cấpp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức, tính kilôampe (KA) hay ampe (A) SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP IV/ MỘT SỐ KĨ THUẬT KHI QUẤN MÁY BIẾN ÁP Để quấn máy biến áp cần phải lưu ý vấn đề sau : + Công suất biến áp + Điện áp đầu vào + Điện áp đầu + Tổn hao máy biến áp + Quan trọng cần để ý đến vật tư quấn máy biến áp[separator] ) Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp có cấu tạo đơn giản gồm phần sau : + Thứ : Nó có cuộn dây sơ cấp Đây cuộn dây đầu vào Điện áp đầu vào đưa vào cuộn dây + Thứ : Cuộn dây sơ cấp Đây cuộn dây đầu Điện áp đầu lấy từ cuộn dây + Thứ 3: Lõi sắt hay Ferit Đây gông đỡ cho biến áp phần cảm ứng hai cuộn sơ cấp thứ cấp Máy biến áp cấu tạo gồm phần Chỉ có điện áp xoay chiều truyền qua biến áp chuẩn điện áp hình sin SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP ) Tính toán thông số máy biến áp: a) Xác định thiết diện thực lõi sắt (trụ) : So (cm2) Do thép hình chữ E ghép lại có lớp điện nên ta phải trừ lớp cách điện đó thiết diện thực lõi sắt : So = k.S với S thiết diện phần lõi sắt (Vuông hay chữ nhật ) : S = a.b (cm2) ( Đây thiết diện tử thông móc vòng xuyên qua cuộn dây) k= 0.9 thép E có bề dầy 0.35mm k=0.93 thép E có bề dầy 0.5mm k= 0.8 - 0.85 thép bị han rỉ lồi lõm * Công suất biến áp theo thiết diện thực P = (S0/1.1)2 ==> So = sqrt (P) / 1.1 SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP Thông thường người hay chọn lõi hình vuông hay chữ nhật nên ta có độ rộng : c = sqrt (So) Từ ta chọn công suất biến áp cần quấn ==> Xác định kích thước lõi sắt b) Tính số Vòng/Von : nv Cái ta phải chọn cảm ứng từ B hay từ thông dựa theo công thức tính sức điện động ta tính số vòng/ von nv = 45 / B.So (V/von) Ở 45 hệ số phụ thuộc vào tần số chất lõi Cái giá trị người thường chọn giả từ (35-50) Nhưng theo kinh nghiệm thấy người chọn 45 B cảm ứng từ chọn theo thép kĩ thuật điện tùy thuộc vào lường silic thép mà thông thường giá trị B từ (1T đến 1.2T) có từ (1.4T - 1.6T) c) Xác định số vòng dây quấn Để xác định số vòng dây quấn ta phải biết điện áp đầu vào điện áp đầu cần lấy + N1 số vòng dây quấn cuộn dây sơ cấp + N2 số vòng dây quấn dây thứ cấp + U1 điện áp đầu vào + U2 điện áp đầu Theo công thức tính ta sau : N1 = U1.nv N2 = 1.1.U2.nv Giá 1.1 giá trị chênh lệch công suất tổn thất d) Tính toán tiết diện dây quấn thứ cấp sơ cấp Tiết diện dây quấn chọn theo mật độ dòng điện J Mật độ dòng điện J chọn phù hợp để phù hợp với điều kiện làm việc nhiệt độ dây dẫn khoảng cho phép SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP Tôi có tham khảo số cách chọn mật độ dòng nhiệt J theo công suất + Với J = (A/mm2) - Công suất từ (0 - 50 VA) + Với J = 3.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 50 - 100VA) + Với J = (A/mm2) - Công suất từ (100 - 200VA) + Với J = 2.5 (A/mm2) - Công suất từ ( 200 - 250VA) + Với J = (A/mm2) - CÔng suất từ ( 500 - 1000VA) + Với biến áp công suất thấp ta chọn J = - 10 (A/mm2) Từ ta tính thiết diện dây quấn sơ cấp thứ cấp + Thiết diện dây quấn sơ cấp s1 = I1/J + Thiết diện dây quấn thứ cấp s2 = I2/J Các giá trị I1 I2 ta biết tính dựa vào mối quan hệ số vòng dây sơ cấp thứ cấp điện áp sơ cấp thứ cấp Tính nốt đường kính dây nhờ vào thiết diện dây : (Do ta chọn dây đồng hình tròn nên ta tính sau ) + Cuộn sơ cấp : d1 = 2.sqrt(s1/3.14) + Cuộn thứ cấp : d2 = 2.sqrt(s2/3.14) Ngoài chi li cho máy biến áp hệ số lấp đầy, tính khuôn đúc ! Như để quấn biến áp cần phải biết thứ để quấn biến áp mong muốn Do quấn thủ công không chặt nhiều khe hở nên hiệu suất biến áp giảm tổn hao lớn SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI MÁY BIẾN ÁP V/ ỨNG DỤNG Máy biến (máy biến áp ) dùng để thay đổi hiệu điện từ trạm cung cấp đến trạm tiêu thụ, qua trạm tiêu thụ hiệu điện giảm đến mức định phù hợp với nhu cầu dùng điện nơi tránh gây nguy hiểm cho người sử dụng Có thể hiểu nôm na máy biến có tác dụng giảm điện áp từ cao xuống thấp , ngược lại Máy biến áp thành phần thiết yếu hệ thống truyền tải điện thường tài sản giá trị trạm biến áp Tài Liệu website: http://hqdt.vn/baiviet/tinh-toan-quan-may-bien-ap-1-pha-tan-so50hz.html http://bienapabb.vn/chi-tiet/3372/nguyen-ly-lam-viec-cua-maybien-ap-3-pha.htm SVTH: NGUYỄN THÁI ĐỊNH Trang 12