Xây dựng phần mềm tính toán thiết kế máy biến áp

Bao gồm: Đồ án thiết kế phần mềm máy biến áp file docx (có mô tả thuật toán, ý tưởng đầy đủ) Mã nguồn phần mềm viết bằng VB.NET. Tính toán đầy đủ kể cả tính toán nhiệt. Phần mềm viết ra ứng dụng được. Có thể dùng để giải quyết một số đồ án thiết kế máy biến áp bằng tay.

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 4

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1 Khái niệm chung 5

1.2 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp 6

1.3 Cấu tạo 7

1.3.1 Lõi thép 7

1.3.2 Dây quấn 9

1.4 Công nghệ chế tạo 10

1.5 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo máy biến áp 10

1.6 Sử dụng vật liệu mới trong chế tạo máy biến áp 10

1.7 Vai trò và ảnh hưởng 11

1.8 Các loại máy biến áp đặc biệt 11

1.8.1 Máy biến áp lò 11

1.8.2 Máy biến áp thí nghiệm 12

1.8.3 Máy biến áp hàn 12

1.8.4 Máy biến áp chỉnh lưu 12

1.8.5 Máy biến áp đo lường 12

1.8.6 Máy biến áp ngắn mạch 12

Chương 2 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MBA 13

2.1 Xác định tham số cơ bản 13

2.1.1 Công suất mỗi trụ 13

2.1.2 Dòng điện định mức 13

2.1.3 Điện áp pha 13

2.1.4 Điện áp thử nghiệm của dây quấn 13

2.1.5 Kiểu dây quấn 13

2.1.6 Xác định các tham số để tính kích thước chủ yếu 14

2.2 Tính toán dây quấn 19

2.2.1 Dây quấn hạ áp 19

2.2.2 Dây quấn cao áp 21

2.3 Tính toán ngắn mạch 23

2.4 Tính toán hệ thống mạch từ MBA 25

2.5 Tính toán nhiệt 28

Chương 3 CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ MBA BẰNG MÁY TÍNH 32

3.1 Phân tích và thiết kế chương trình 32

3.2 Tổng quan về ngôn ngữ VB.NET 32

3.3 Các lưu đồ thuật toán 33

3.4 Giao diện chương trình và hướng dẫn sử dụng 37

3.5 Mã nguồn chính và chú giải 44

3.5.2 Mã nguồn chính của chương trình 44

3.5.2 Bảng chú giải chức năng và các hàm chính của chương trình 74

3.6 So sánh kết quả 74

3.6.1 So sánh kết quả giải được bằng tay và bằng phần mềm 74

3.6.2 Một số kết quả tính toán khác 75

3.7 Kết quả 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản 5

Hình 1.2 Nguyên lý làm việc của MBA 6

Hình 1.3 Lõi thép MBA 3 pha kiểu trụ có dây quấn 7

Hình 1.4 MBA kiểu trụ 8

Hình 1.5 MBA kiểu bọc 8

Hình 2.1 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của cuộn cao áp khi không có điện 21

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán chính 33

Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán tìm β 34

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán giải phương trình x5 + Bx4 – Cx – D = 0 35

Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán chọn bánh dây thích hợp 36

Hình 3.5 Giao diện nhập thông số 37

Hình 3.6 Giao diện tính toán tham số cơ bản 38

Hình 3.7 Giao diện tính toán dây quấn 39

Hình 3.8 Giao diện tính toán ngắn mạch 40

Hình 3.9 Giao diện tính toán hệ thống mạch từ 41

Hình 3.10 Giao diện tính toán nhiệt và ống tản nhiệt 42

Hình 3.11 Giao diện tùy chỉnh 43

Hình 3.12 Giao diện nhập thông số bài toán mẫu 1 76

Hình 3.13 Giao diện tùy chỉnh thông số bài toán mẫu 1 76

Hình 3.14 Giao diện nhập thông số bài toán mẫu 2 78

Hình 3.15 Tùy chỉnh tính cho điện áp 22kV cho bài toán mẫu 2 78

Hình 3.16 Tùy chỉnh dây quấn cho bài toán mẫu 2 79

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng chú giải các hàm của chương trình 74

Bảng 3.2 Bảng so sánh kết quả tính toán bằng tay và bằng phần mềm 74

Bảng 3.3 Kết quả tính toán bài toán mẫu 1 77

Bảng 3.4 Kết quả tính toán bài toán mẫu 2 79

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế máy biến áp (MBA) là một lĩnh vực quan trọng trong ngành Kỹ Thuật Điện nói chung và ngành máy điện nói riêng Có thể coi MBA là trái tim của toàn bộ mạng điện, là thiết bị giúp truyền tải điện năng đi xa chính hiện nay trong lưới điện quốc gia Chính vì vậy việc thiết kế và chế tạo MBA phải được tính toán

và chế tạo một cách cẩn thận Chỉ cần một sai sót nhỏ có thể dẫn đến việc tổn hao, làm giảm tuổi thọ, hư hỏng MBA và thậm chí là làm rã cả hệ thống điện.

Với tốc độ phát triển của khoa học kỹ thuật như vũ bão hiện nay, quy mô mạng điện của nước ta càng ngày càng được mở rộng Nhu cầu sử dụng điện càng cao kéo theo hàng loạt các nhà máy thủy điện, nhiệt điện ra đời từ đó dẫn tới yêu cầu kỹ thuật chế tạo MBA càng cao để có thể truyền tải một lượng công suất điện năng lớn với chi phí tổn hao là thấp nhất Từ đó việc tính toán chế tạo MBA vốn là công việc cần sự tỉ mỉ, chính xác cao nay lại thêm phần nặng nhọc.

Nắm được vấn đề đó, đồ án này xin đưa ra một phương án giải quyết: ứng dụng tin học vào thiết kế MBA cụ thể là viết một chương trình tính toán MBA Bằng cách áp dụng máy tính vào một hoặc một số công đoạn trong việc tính toán có thể làm giảm thiểu sự sai sót của con người và giảm thời gian tính toán nhiều lần Trong đồ án này em xin trình bày hai phần chính: Phần tính toán và thiết kế MBA bằng tay và tính toán MBA bằng phần mềm được viết bằng ngôn ngữ VB.NET, từ

đó rút ra được ưu điểm vượt trội về tốc độ và độ chính xác của phương pháp sử dụng phần mềm Ngoài ra đồ án còn đề cập đến một số thủ thuật, thuật toán lập trình và đoạn code chính cho chương trình tính toán thiết kế MBA.

Đồ án này là kết quả của qua trình nghiên cứu, tìm tòi và học hỏi trong vòng

4 năm đại học Em xin cảm ơn thầy T.S Lê Thái Hiệp và toàn thể thầy cô khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ trường Đại Học Quy Nhơn đã truyền đạt cho em kiến thức và tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Vì thời gian làm đồ án ngắn, dữ liệu không được đầy đủ nên không thể không tránh khỏi sơ sót, kính mong sự góp ý của các thầy cô cũng như các bạn đồng môn, các anh chị, những người có kinh nghiệm

đi trước trong lĩnh vực này Em xin chân thành cảm ơn!

Quy Nhơn, Tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Chương 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Khái niệm chung

Ðể dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ lớn thì việc đặt ra cần giải quyết là làm sao để truyền tải diện năng đi xa được kinh tế nhất.

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản

Việc làm tăng điện áp truyền tải ở trạm phát sẽ làm dòng điện chạy trên đường dây giảm xuống làm chi phí đường dây và tổn hao giảm đi Nhờ vậy ta có thể truyền tải công suất lớn đi xa Ngược lại, ở nơi tiêu thụ lại thường yêu cầu điện

áp thấp, do đó tới đây ta cần thiết bị để giảm điện áp xuống.

Vậy để có thể tăng điện áp ở đầu đường dây và hạ điện áp tại nơi tiêu thụ ta phải dùng một loại thiết bị gọi là MBA.

MBA điện lực là một thiết bị điện từ tĩnh có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều điện áp này thành dòng điện xoay chiều điện áp khác với tần số không thay đổi để truyền tải, phân phối điện năng và tạo nguồn cho các phụ tải đặc biệt MBA là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện Như chúng ta đã biết các nhà máy điện thường ở cách xa hộ tiêu thụ, mặt khác tổn hao trên đường dây và tiết diện dây dẫn tỉ lệ nghịch với điện áp Nên việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4-5 lần tăng giảm điện áp Do đó tổng công suất của MBA gấp 4-5 lần tổng công suất máy phát điện Gần đây người ta tính rằng nó có thể gấp (6-8) lần hay hơn nữa Chính vì vậy MBA

có chất lượng cao, làm việc tin cậy là vấn đề cần quan tâm.

Hiệu suất của MBA rất cao (98-99%) nhưng vì số lượng MBA nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất lớn Ðể giải quyết vấn đề này, xu hướng thiết kế MBA và việc hoàn thiện công nghệ chế tạo cũng như trình độ tay nghề công nhân

để đạt được các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cao là điều hết sức có ý nghĩa.

Tính kinh tế trong việc chế tạo MBA có những khía cạnh như: Tính kinh tế trong việc chế tạo và tính kinh tế trong vận hành Kinh tế trong chế tạo là giá thành

còn kinh tế trong vận hành cosφφ, hiệu suất, thời gian phục vụ Thông thường các chỉ

tiêu kinh tế này khó đạt được đồng thời, chỉ khi nào có được điểm cực đại của tính hiệu quả trong chế tạo MBA.

Trong những năm gần đây, ngành chế tạo MBA nước ta đã có những tiến bộ rất lớn nhất là trên lĩnh vực về sản xuất vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu

từ, công nghệ chế tạo, quy trình thử nghiệm MBA,… cho nên đã chế tạo được MBA với dung lượng lớn đến 63000 (KVA), điện áp 110 KV.

Vấn đề cấp bách hiện nay là cung cấp một lượng MBA khá lớn với chất lượng cao, vậy nên xu hướng phát triển công nghệ MBA ở nước ta là tăng cường đầu tư thiết bị công nghệ để nâng cao độ tin cậy của MBA Công nghệ chế tạo MBA cũng gặp rất nhiều khó khăn trong việc đầu tư thiết bị sản xuất Người thiết

kế MBA phải thiết kế MBA phù hợp với công nghệ sản xuất của nhà máy cũng như trình độ tay nghề của công nhân.

1.2 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp

MBA làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Giả sử xét MBA một pha hai

dây quấn (Hình 1.2) Dây quấn 1 có w1 vòng dây và dây quấn 2 có w2 vòng dây

được quấn trên lõi thép như hình 1.2 Cuộn 1 được gọi là cuộn sơ cấp, cuộn 2 gọi

là cuộn thứ cấp Khi cho dòng điện xoay chiều có điện áp u1, dòng điện i1, tần số f vào cuộn sơ cấp, dòng xoay chiều này sẽ tạo nên một từ thông xoay chiều f trong lõi

thép Từ thông này móc vòng với cả hai dây quấn, cảm ứng trong hai dây quấn sơ

cấp và thứ cấp các sức điện động e1, e2 Khi thứ cấp MBA nối với tải sức điện động

e2 sẽ sinh ra một dòng điện i2 Ðiện áp thứ cấp lúc đó là u2 Như vậy năng lượng đã

được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp

Hình 1.2 Nguyên lý làm việc của MBA

Hình 1.3 Lõi thép MBA 3 pha kiểu trụ có dây quấn

Giả sử dòng sơ cấp có dạng i I  0sin  t (A) từ thông xoay chiều có dạng:

E1, E2 là các giá trị hiệu dụng của suất điện động dây quấn.

Người ta định nghĩa hệ số biến đổi k như sau:

từ đồng thời làm khung để quấn dây vì

vậy yêu cầu có từ trở nhỏ, suất tổn hao

nhỏ và chắc chắn Lõi thép được ghép

từ các lá thép kỹ thuật điện (tôn silic)

để giảm tổn hao dòng Fucô Hơn nữa

lõi sắt có thể chịu được những lực cơ

học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch vì

vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải

bền và ổn định về cơ khí để đảm bảo

lúc nâng cẩu lõi an toàn Ngày nay,

người ta đã sản xuất nhiều loại thép

mỏng và có suất tổn hao nhỏ.

Lõi sắt MBA gồm có hai phần:

Phần trụ và phần gông, trụ là phần lõi

thép có dây quấn, gông là phần lõi

thép nối các trụ lại với nhau thành

mạch từ kín Các MBA điện lực thường dây quấn được quấn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp Ðường kính d của đường tròn được gọi là đường kính trụ sắt, đó là một tham số quan trọng về kích thước, kết cấu của MBA.

Các MBA dung lượng lớn, để đảm bảo làm mát các phần bên trong thì trong lõi phải có các rãnh dầu Có thể tạo các rãnh dầu bằng những thanh sắt nhỏ.

Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện càng hình tròn Những số tập

lá tôn càng tăng làm cho quá trình công nghệ chế tạo, lắp ráp lõi sắt càng trở nên phức tạp Hiện nay trụ và gông thường được gép chéo với nhau bằng phương pháp xen kẽ Sau khi ghép, lõi thép được ghép chặt bằng xà ép và bu lông để tạo thành một bộ đảm bảo chắc chắn Vì lí do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất.

1.3.2 Dây quấn

Dây quấn là bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và truyền tải năng lượng đi Trong biến áp hai dây quấn có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Dây quấn sơ cấp là cuộn cao áp và dây quấn thứ cấp là cuộn hạ áp với MBA hạ áp và ngược lại với MBA tăng áp Các MBA điện lực hiện nay chủ yếu dùng dây quấn đồng tâm với lõi sắt kiểu trụ Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, dây quấn cao áp được quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp Với cách quấn như thế này có thể giảm được điều kiện cách điện của dây quấn cao áp như: kích thước rãnh dầu, vật liệu cách điện dây quấn.

Các kiểu dây quấn:

- Dây quấn đồng tâm: Cuộn cao áp và cuộn hạ áp quấn trên một trục có dạng hình ống đồng tâm với nhau Cuộn hạ áp đặt trong, cuộn cao áp đặt ngoài nhằm giảm bớt cách điện giữa dây quấn và trụ.

- Dây quấn xen kẽ: Cuộn cao áp và hạ áp được quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ nhằm giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch.

+ Các kiểu dây quấn đồng tâm chính:

 Dây quấn hình ống tiết diện chữ nhật hoặc tròn: Loại dây này dùng dây tiết diện chữ nhật hoặc tròn quấn thành hình trụ Khi tiết diện dây nhỏ thì dùng dây dẫn tròn quấn thành nhiều lớp Dây quấn hình tròn thường làm dây quấn cao áp, điện áp từ 35

kV Dây quấn tiết diện lớn dùng dây chữ nhật có dạng bẹt thường quấn thành hai lớp, chủ yếu dùng làm dây quấn hạ áp với điện áp từ 6 kV trở xuống, dung lượng nhỏ hơn 500 kVA Hiện nay người ta hay dùng dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn tiết diện tròn Như vậy sẽ giảm được điện áp giữa các lớp phân đoạn và tăng cường tản nhiệt trong các đoạn dây nhờ các rãnh dầu nhưng giá thành chế tạo cao hơn.

 Dây quấn hình xoắn: Dây quấn gồm một hay nhiều sợi dây chữ nhật dạng bẹt chập lại và quấn theo chiều trục như đường ren

ốc Các sợi dây chập thường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải có tiết diện và kích thước các sợi như nhau ở giữa các vòng dây có rãnh hở để dầu lưu thông Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có dây quấn hình xoắn mạch đơn, khi dòng điện lớn cần phải chập thành hai mạch để quấn gọi là dây quấn hình xoắn mạch kép Kiểu dây quấn này

có số vòng ít tiết diện lớn nên thường dùng cho dây quấn hạ áp Khi quấn cần phải hoán vị để chiều dài các sợi dây bằng nhau nhằm mục đích giảm dòng cân bằng giữa các vòng dây Ưu điểm của loại dây quấn này là chịu lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt Ðối với dây quấn hình xoắn mạch đơn, theo chiều dài dây người

ta thường hoán vị tập trung ba chỗ Còn đối với dây quấn hình xoắn mạch kép người ta lại sử dụng cách hoán vị phân bố đều.

 Dây quấn xoắn ốc liên tục: Dùng dây dẫn tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh theo đường xoắn ốc phẳng Như vậy chiều cao bánh dây bằng chiều cao sợi dây Suốt chiều dài cuộn dây không có mối hàn nào để nối giữa các bánh, nên được gọi là dây quấn liên tục Nhược điểm của dây quấn này là quấn phức tạp Dây quấn xoắn ốc liên tục chủ yếu làm cuộn cao áp.

1.4 Công nghệ chế tạo

MBA trong hệ thống truyền tải điện thường được thiết kế với công suất lớn (tới hàng trăm ngàn KVA) Kích thước của MBA tăng chậm so với công suất Công nghệ chế tạo MBA đóng vai trò quan trọng trong việc hạ giá thành MBA và tăng độ tin cậy của nó.

Do tính đa dạng về chủng loại MBA nên công nghệ chế tạo MBA cũng gặp rất nhiều khó khăn trong việc đầu tư thiết bị sản xuất Nhà máy chế tạo MBA thường có 6 phân xưởng chính: Chế tạo lõi sắt, chế tạo dây quấn, chế tạo cách điện, chế tạo vỏ máy, chế tạo các chi tiết cơ khí và phân xưởng lắp ráp thử nghiệm.

1.5 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo máy biến áp

Để đảm bảo sự ổn định của chất lượng điện năng cũng như những yêu cầu về vận hành và điều kiện làm việc của MBA Khi thiết kế chế tạo người ta phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn nhà nước đặt ra.

Các tiêu chuẩn chế tạo MBA điện lực được xây dựng trên cơ sở đảm bảo sự phát nóng cho phép, năng lực quá tải, sơ đồ tổ nối dây, dung lượng, điện áp định mức, điều chỉnh điện áp, không tải, ngắn mạch Các tiêu chuẩn này thường được biến đổi theo từng giai đoạn phụ thuộc vào công nghệ, chất lượng yêu cầu.

Một vài tiêu chuẩn tiêu biểu (TCVN 1984-1994) và IEC 76:

- Công suất danh định Sđm (kVA) của MBA 3 pha: 10; 25; 31.5; 50; 63; 80

và các bội số của nó

- Điện áp danh định: 0.4; 3; 6.3; 10; 22; 35

So với tiêu chuẩn cũ thì những tiêu chuẩn mới về MBA hiện nay có những yêu cầu cao hơn như tổn hao giảm đáng kể, hiệu suất tăng, giảm mức tăng nhiệt độ cho phép, mở rộng phạm vi sử dụng điều chỉnh điện áp dưới tải, tăng cường những yêu cầu và trang bị của MBA bằng các thiết bị kiểm tra chất lượng và bảo quản dầu.

1.6 Sử dụng vật liệu mới trong chế tạo máy biến áp

Việc phát triển MBA liên quan chặt chẽ tới những tiến bộ trong việc sản xuất các vật liệu cách điện, dẫn từ và dẫn điện Điều đó đòi hỏi các ngành công nghiệp tương ứng phải sản xuất ra các vật liệu mới.

Vật liệu dùng trong MBA thường có 3 loại:

- Vật liệu tác dụng: Là vật liệu để dẫn điện và dẫn từ dùng làm dây quấn và lõi thép

- Vật liệu cách điện: Dùng để cách điện giữa các cuộn dây, dây quấn Ngoài ra nó còn là sứ và dầu MBA

- Vật liệu kết cấu: Dùng để giữ và bảo vệ.

Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo MBA là lá tôn silic (thép

kỹ thuật điện) Trong nhiều năm lõi thép MBA dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0,5 mm và 0,35 mm loại tôn này có suất tổn hao cao Khoảng vài năm gần dây người ta đã thay thế nó bằng loại tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và dẫn từ đẳng hướng Do đó suất tổn hao giảm nhỏ từ 2 đến 2,5 lần Hiện nay loại tôn 0,27 mm của Nhật được sử dụng rộng rãi bởi vì tổn hao

do dòng Fucô là rất nhỏ Dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép nên giảm được tổn hao, trọng lượng và kích thước của máy.

Vật liệu tác dụng thứ 2 của MBA là kim loại làm dây quấn Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn Bởi vì đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công, đảm bảo độ bền cơ và điện Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn, nhôm có ưu điểm nhẹ, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là điện trở suất lớn, độ bền cơ kém.

Về vật liệu cách điện thì phần lớn trong MBA đều dùng dây quấn có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho phép là 1050C, chiều dầy cách điện cả hai phía là 0,5 mm Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn nữa là men cách điện (êmay) Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn, độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng làm giảm trọng lượng dây quấn lõi sắt Đối với MBA khô, hay dùng nhưng giây dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn như giây cách điện bằng thuỷ tinh, giây nhôm Với loại dây dẫn có cấp cách điện cao hơn thì nhiệt độ cho phép cao hơn nên

có thể chọn mật độ dòng điện trong giây dẫn lớn hơn vì thế kích thước cuộn dây nhỏ đi.

1.7 Vai trò và ảnh hưởng

MBA có mặt ở khắp mọi nơi trong hệ thống điện Nó có ảnh hưởng tương đối rộng Giả sử một động cơ điện bị hỏng nó chỉ ảnh hưởng đến một khâu truyền động hay một phân xưởng nào đó Nhưng MBA bị hỏng nó sẽ ảnh hưởng dến toàn

bộ nhà máy hoặc một khu dân cư.

1.8 Các loại máy biến áp đặc biệt

điều chỉnh dưới tải hoặc không tải Tải của MBA lò là dòng hồ quang nấu kim loại MBA lò thường được làm mát bằng dầu cưỡng bức.

1.8.2 Máy biến áp thí nghiệm

Dùng để xác định độ bền cách điện điện áp cao của thiết bị điện Thường là loại máy một pha, điện áp có thể tới 1000KV hoặc hơn Công suất và điện áp cao áp của máy quan hệ với nhau thông qua độ lớn, điện dung của thiết bị thử, cường độ từ cảm B được chọn thấp Tiết diện dây dẫn được chọn đủ lớn để đề phòng ngắn mạch MBA này được làm mát tự nhiên.

1.8.3 Máy biến áp hàn

Dùng để cấp nguồn cho tải hàn một chiều hoặc xoay chiều Các MBA hàn hồ quang được chế tạo sao cho có đặc tính ngoài rất dốc để hạn chế được dòng điện ngắn mạch và đảm bảo hồ quang ổn định MBA thường có điện áp không tải khoảng 75V và bằng 30V ở tải định mức Công suất MBA hàn thường từ 20 - 100 KVA Với MBA hàn lớn người ta điều chỉnh dòng hàn nhờ MBA tự ngẫu vì vậy MBA hàn không cần có đầu phân áp MBA hàn có thể làm mát bằng dầu hoặc bằng quạt gió.

1.8.4 Máy biến áp chỉnh lưu

MBA có đặc điểm là tải của các pha không đồng thời mà luân phiên nhau vì vậy MBA luôn làm việc ở tình trạng không đối xứng do đó phải chọn sơ đồ nối dây sao cho đảm bảo được điều kiện từ hoá bình thường Thường thì phải tăng số pha của dây quấn thứ cấp lên thành 6 pha.

1.8.5 Máy biến áp đo lường

MBA đo lường gồm hai loại: máy biến dòng điện và máy biến điện áp dùng

để biến đổi điện áp cao hoặc dòng điện lớn thành những đại lượng nhỏ đo được bằng những dụng cụ đo tiêu chuẩn hoặc dùng trong mạch bảo vệ Trong thực tế máy biến dòng có thể chế tạo theo MBA kiểu bọc hay kiểu lõi, nhiều trường hợp dây quấn bằng đồng lá, mật độ dòng điện chọn rất thấp Máy biến điện áp thường chế tạo 5 trụ, dùng loại thép dầy 0,35 mm có hệ số từ thẩm cao.

1.8.6 Máy biến áp ngắn mạch

Dùng để tạo ra dòng ngắn mạch lớn trong thí nghiệm chuyển mạch, đóng ngắt điện áp cao, hoặc kiểm tra độ bền dây quấn của MBA công suất lớn.

Chương 2 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

Bài Toán Mẫu:

Tính toán MBA dầu có công suất Sp = 1600 kVA Số pha m = 3 Tổ nối dây Y/Y0 – 0 Điều chỉnh điện áp lúc không tải, chế độ làm việc liên tục:

Điện áp bên cao áp U2 = 35 ± 2 x 2,5% kV; Bên hạ áp U1 = 0,4 kV.

Điện áp ngắn mạch un = 6,25%; Dòng không tải i0 = 1,0%.

Tổn hao ngắn mạch Pn = 18000 W; Tổn hao không tải P0 = 3400 W; dùng thép cán nguội ký hiệu 3404 dày 0,35 mm

U

(A) Bên hạ áp:

1 1

400 231

2.1.4 Điện áp thử nghiệm của dây quấn

Theo phụ lục 13 (Trang 653 giáo trình Thiết Kế Máy Điện)

- Dây quấn cao áp với U2 = 35 kV thì Ut = 80 kV

- Dây quấn hạ áp với U1 = 0,4 kV thì Ut = 5 kV

2.1.5 Kiểu dây quấn

Theo phụ lục XV(Trang 661 giáo trình Thiết Kế Máy Điện), dây quấn cao áp với điện áp U2 = 35 kV và dòng I2 = 26,4 (A), chọn loại dây quấn xoắn liên tục; dây quấn hạ áp với U1 = 0,4 kV và dòng I1 = 2310 A, chọn loại xoắn ốc mạch kép.

2.1.6 Xác định các tham số để tính kích thước chủ yếu

- k = 0,52 (theo bảng 13.1 trang 456 sách Thiết Kế Máy Điện)

1 2

12 2, 7 2,5 5, 2 3

R

(cm) Trong đó a12 = 2,7 (cm), l0 = 7,5 (cm), a22 = 3 (cm) với Ut = 80kV và a01 = 1,5 (cm) với Ut = 5 (kV) (theo phụ lục XIV-2 sách Thiết Kế Máy Điện)

P

P u

= 1,02 (tỷ lệ giữa tiết diện gông với tiết diện trụ).

Như vậy mật độ từ thông gông lấy bằng 1,02 1,585

T G

B

(T)

Số khe hở trong hệ thống 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’’r = BT = 1,6 (T), trong rãnh chéo là

Theo bảng 13.7 (trang 464 sách Thiết Kế Máy Điện), hệ số tổn hao phụ kf = 0,91 khi ngắn mạch và bảng 13.5, bảng 13.6 (trang 462, 463 sách Thiết Kế Máy

Điện) cho hằng số đối với dây đồng là a = 1,4 và b = 0,28 Lấy kR = 0,95 Phạm vi

chọn β là từ 1,8 đến 2,4 (bảng 13.4 trang 461 sách Thiết Kế Máy Điện).

100

1, 41 (1 ) 100

1, 41 (1 ) 34, 2

6, 25

nr nx

u u n

- Ta có đẳng thức:

5 4 5 0, 232 4 0,516 2,16 0

x  Bx  Cx D x    x  x  

Tìm giá trị cực tiểu của đẳng thức trên được trị số cực tiểu của β = 1,96

Ứng với mật độ dòng điện J và lực điện động cho phép, tìm ra khoảng cách

2 2

2 3074, 8 3091,5 3161,3 3253,2 0,91.18000

Từ bảng lập được ta thấy rằng, giá thành thấp nhất ở trong khoảng 1,8 < β <

2,4 tương ứng với đường kính lõi sắt d = 26,7 + 28,6 cm Trong khoảng ấy, tất cả các tham số đều đạt yêu cầu.

Chọn d = 28 cm Lúc đó β = 2,22, a = 1,221 Tiết diện lõi sắt ST = 355,9x2 = 530,3 cm2, d12 = aAx = 1,4.23.1,221 = 39,3 cm, chiều cao dây quấn

Tổn hao không tải P0 = 3122 (W), i’0% = 0,86%.

2.2 Tính toán dây quấn

2.2.1 Dây quấn hạ áp

Số vòng dây hạ áp:

1 1

231

12,15 19,07

f v

v

(V) Mật độ dòng điện trong dây quấn

2

0,746

18000.19, 25 0,746.0,91 3,75 ( / )

Số đệm chèn theo chu vi dây quấn là 12 Chiều rộng tấm đệm là 4 cm.

Kích thước vòng dâu hướng trục

S

(A/mm2) Chiều cao của dây quấn HA: Để cân bằng với chiều cao của dây quấn CA,

bố trí 16 rãnh dầu ngang ở giữa dây quấn rộng hr = 1 cm, phần các rãnh dầu còn lại rộng hr = 0,8 cm.

12 ' 0,5 3, 0

Đường kính trong của dây quấn HA:

' 2 28 2.1,5 31

D   d a    (cm)

Suất tản nhiệt trên bề mặt tản nhiệt của dây quấn

1 1 1

1,07 1,07.3,5.2310.0,5.1, 05

1454 ( ' ) 0,75(1, 483 2,9)

f b f

J I w k q

1 1, 02 1 1, 02.226,1 230, 6

2.2.2 Dây quấn cao áp

Chọn kiểu điều chỉnh điện áp như trong hình 2.1 Dòng điện ở tiếp điểm điều chỉnh là 26,4 (A) Điện áp làm việc giữa 2 tiếp điểm của bộ điều chỉnh điện áp là

f dm

sφ

J

(mm2) Dùng dây quấn xoắn liên tục với dây dẫn:

J

sφ

(A/mm2) Giữa 2 bánh dây quấn kép có rãnh dầu rộng 0,5 cm Giữa hai lớp của dây quấn kép có lót cách điện dày 0,05 cm Ở hai rãnh dầu ở đầu dây quấn , khe hở là 0,75 cm để tăng cường cách điện Khe hở giữa 2 nửa cuộn dây h = 1,25 cm, chiều cao của một bánh dây b’=0,55 cm.

Số bánh dây:

2 2

2( ) 2(55,5 0,5)

66

2 ' 2.0,55 0,5 0,1

K k

K

l h n

n

Tổng số vòng dây trong các bánh:

Kích thước ống balekit có đường kính ϕ39/40×66,5 cm.

Trọng lượng của dây quấn CA không cách điện: G dq2 315, 6 (kg)

Trọng lượng của dây quấn CA kể cả cách điện G'dq2 327,9 (kg)

Trọng lượng cả hai dây quấn:

Tổn hao cơ bản trong dây dẫn ra:

Chiều dài dây dẫn đối với dây quấn Y

p

P u

S

3 2

3 2

7,92 '

.10 7,92.50.533,3.2, 235.4,86.0,946.1,028

19, 25

P R R q nx

v

fS a k k u

d l

1 2 12

2,8 3,7 2,7 4,86

n a k

4, 65

0,086 55,58

nr nx

u u

Lực ép điện động cực đại trong dây quấn:

t t

  MPa (Số đệm n = 12%, kích thước đệm a×b=30×40 mm2)

2.4 Tính toán hệ thống mạch từ máy biến áp

Dùng tôn silic 3404 dày 0,35 mm không có cách điện mạch từ Với đường kính chuẩn d = 28 cm, trụ có 8 bậc được băng đai Không có tấm ép.

Tiết diện trụ S T 570,9 (cm2)

Tiết diện trụ thuần sắt:

'T c T 0,93.570,9 530,9

Tiết diện gông trong các bậc: S G 591,1 (cm2)

Tiết diện thuần sắt của gông:

Chiều dày của gông: b4  2  bbG  2.12,9 25,8  (cm)

Trong đó chiều dài của gông bằng chiều dài của trụ

Chiều cao của trụ: lT   l 2 l0  55,8 2.7,5 70,8   (cm)

Khoảng cách giữa hai trụ:

6 6

2.2.0,93.7650.10 (27.27.3,7 25.25.2, 6 23.23.1,7 21,5.21,5.0,9 19,5.19,5.1,1 17,5.17,5.0,9 13,5.17,5.0,9 10,5.17,5.0,7) 192, 6 ( )

1,615

1,14

T rc

B

(T) Tra với thép 3404:

Theo phụ lục XIV (trang 653 sách Thiết Kế Máy Điện) được các tổn hao từ hóa:

q1 = 1454 (W/m2) Dây quấn cao áp:

4 4 2

dc f t

Độ tăng nhiệt bề mặt dây quấn

Dây quấn HA:

0 1d k k k1 2 3.0,35q 1.1,1.0,85.0,35.958 20,1

Ở đây k1 = 1,0 – làm nguội bằng dầu; k2 = 1,1 – mặt trong của dây quấn HA,

k3 = 0,85 (bảng 13.11 trang 500 sách Thiết Kế Máy Điện) với hr/a = 0,5/3,7

Độ tăng nhiệt của dây quấn với dầu:

Chiều ngang thùng dầu:

2 1 2 2 3 4 1

'' 49,8 4 4, 2 2 2,5 9 1,0 72,5 ( )

B D sφ sφ d sφ sφ d

cm

Trong đó các khoảng cách cách điện:

s1 = 4 (cm); s2 = 4,2 (cm) – theo điện áp thử nghiệm 80kV

s3 = 2,5 (cm); s4 = 9 (cm) – theo điện áp thử nghiệm 5 kV

d1, d2 là đường kính dây dẫn ra.

Diện tích tản nhiệu của vách thùng thẳng:

ở đây kbx – hệ số xét đến ảnh hưởng của bức xạ.

Để đạt được độ tăng nhiệu  ''dt  34,9 (oC) thì cần một bề mặt tản nhiệt là:

2 0

o td

tdM

o

L n

l l

 Lấy 76 ống Khoảng cách các ống là:

5,75 76

4 1

4 2

[2(175 76) (76 2.10 2.18,8 2.10 7,5)].220.10 0,5.1,6 16,3 ( )

( 16 )

10 ( )( 16).10 4

(76 16) [ (175 76)(76 16)].10

4 1,6 ( )

k = 0,5 xét đến nắp thùng chỉ có ½ nắp tham gia tản nhiệt.

Độ tăng nhiệt của thùng dầu với không khí:

1,05( )

0,5 1,05.(17705.3443)

58,5.9,6 0,8

n td

Độ chênh nhiệt của dây quấn HA với không khí:

Chương 3 CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BẰNG MÁY

TÍNH

3.1 Phân tích và thiết kế chương trình

Thiết kế MBA là một lĩnh vực rất khó đòi hỏi độ tỉ mỉ, chính xác cao Để làm được điều đó cần những kinh nghiệm thực tế mà máy tính không có được Vì thế việc thiết kế một phần mềm tự động là điều hoàn toàn không thể mà chỉ có thể thiết kế bán tự động và quan trọng nhất là phải cho phép con người tương tác với những phần mà máy tính không xử lý được Vì vậy mục đích mà chương trình hướng tới là:

- Dùng máy tính xử lý các phép tính dài và có độ phức tạp cao (điển hình như giải phương trình bậc 5, các biểu thức liên quan đến đồ thị, bảng biểu,…)

- Hỏi người dùng các khâu liên quan nhiều đến kinh nghiệm thiết kế (khâu này còn được gọi là khâu hỏi ý kiến chuyên gia về các kinh nghiệm chọn dây dẫn, rãnh dầu, cách điện,….)

Ngoài ra chương trình còn phải có giao diện trực quan, dễ dàn sử dụng Với những lý do đó ngôn ngữ được sử dụng để viết chương trình này là Visual Basic NET (VB.NET)

3.2 Tổng quan về ngôn ngữ VB.NET

VB.NET là ngôn ngữ được phát triển bởi hãng Microsoft thích hợp cho những người không chuyên về máy tính nhưng muốn khai thác sức mạnh từ lĩnh vực này Ngoài ra ngôn ngữ VB.NET còn rất mạnh về phần giao diện người dùng Một số ưu điểm của VB.NET:

- Dễ dàng sử dụng ngay cả với những người mới học.

- Ngôn ngữ lập trình cho mọi mục đích.

- Cho phép khả năng lập trình cao dành riêng cho các chuyên gia mà vẫn giữ được sự đơn giản cho người mới học.

- Hỗ trợ giao diện cực mạnh.

- Các thông báo lỗi rõ ràng và thân thiện.

- Không cần phải hiểu biết về phần cứng máy tính.

- Là ngôn ngữ đứng giữa người sử dụng và hệ điều hành.

3.3 Các lưu đồ thuật toán

Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán chính

Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán tìm β

Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán giải phương trình x5 + Bx4 – Cx – D = 0

Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán chọn bánh dây thích hợp

3.4 Giao diện chương trình và hướng dẫn sử dụng

Hình 3.10 Giao diện nhập thông số

Hình 3.5 hiển thị dao diện của tab nhập thông số đầu vào của MBA gồm các thông số cơ bản như Công suất (Sp), số pha (m), Tổ nối dây,… Ngoài ra còn có thêm phần ghi chú của chương trình và một thanh tiến trình tính toán.

Hướng dẫn Nút Tính Toán:

- Nhập thông số theo yêu cầu của chương trình.

- Nhấn tính toán: Chương trình sẽ căn cứ vào thông số nhập để tính các giá trị phù hợp Sẽ có hai trường hợp xảy ra

o Tính toán thất bại: Chương trình sẽ hiển thị ra thông báo tính toán thất bại kèm theo mô tả lỗi Người dùng có thể căn cứ và thông báo

mô tả lỗi để chỉnh sửa lại thông số cần thiết

o Tính toán thành công: Kết quả tính toán sẽ được hiể thị trong các tab tiếp theo

Hướng dẫn nút tùy chỉnh: Nút tùy chỉnh hiện thị khung tùy chỉnh Xem hướng dẫn và hình ảnh khung tùy chỉnh ở trang sau.

Hướng dẫn nút thoát: Thoát khỏi chương trình chính

Hình 3.11 Giao diện tính toán tham số cơ bản

Hình 3.6 thể hiện đầy đủ kết quả tính toán các tham số cơ bản hay còn gọi là tham số sơ bộ của MBA Các tham số gồm công suất mỗi trụ, dòng điện định mức, điện áp pha, điện áp thử nghiệm,… nhưng quan trọng nhất là tham số β Đây là tham số hình dáng của MBA, ảnh hưởng rất nhiều đến các đặc tính kinh tế và kỹ thuật của máy biến áp Người sử dụng có thể nhìn vào các tham số này để nhận xét, đánh giá và đưa ra các tùy chỉnh thiết kế hợp lí.

Giao diện gồm 1 khung bên trái thể hiện đại lượng và kết quả Ngoài ra còn

có 1 khung nhỏ mô tả với nhiệm vụ hiển thị ý nghĩa từng đại lượng được chọn ở khung bên trái.

Hình 3.12 Giao diện tính toán dây quấn

Hình 3.7 thể hiện kết quả tính toán dây quấn Các thông số về dây quấn cả cao áp và hạ áp (như số vòng dây, dây dẫn PB thích hợp, chiều cao dây quấn,….) được hiển thị đầy đủ và chi tiết Trong đó các thông số cần chú ý là số vòng dây quấn cao áp, hạ áp, số bánh dây quấn cao áp Ngoài ra còn 1 số thông số như rãnh dầu, rãnh không khí cách điện là các thông số quan trọng cần chú ý nếu người sử dụng muốn can thiệp vào quá trình thiết kế máy biến áp Để tùy chỉnh các thông số này người sử dụng có thể vào tùy chỉnh

Giao diện gồm 2 khung thể hiện trị số tính toán được của cuộn cao áp và cuộn hạ áp Khung mô tả có chức năng hiển thị ý nghĩa của đại lượng đang chọn Ngoài ra còn có 1 hình vẽ thể hiện số bánh dây cao áp, kích thước rãnh dầu giữa từng bánh cho sử dụng dễ dàng hình dung.