Tài liệu Đồ án môn học - Thiết kế máy điện doc

Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: • Công suất định mức : 400 kVA • Điện áp định mức :15/0,4 kV đấu Δ /yo-11 • 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 bằng dầu. NỘI DUNG TÍNH TOÁN: • Tinhd toán kích thước chủ yếu • Tính toán dây quấn CA,HA • Tính toán mạch từ • Tính toán các tham số ngắn mạch,không tải • Tính toán nhiệt • Bản vẽ tổng lắp ráp. CHƯƠNG I :NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 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 áp ngày càng Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 2 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 gấp 6 đến 8 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 biế n áp trong hệ thống điện rất lớn nên tổn hao này cũng đáng kể,vì vậy cần phải giảm đến mửc thấp nhất có thể tổn 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 biế n 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 thể điều áp được dưới tải.Máy biến áp được chế tạo với vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp, độ từ thẩm cao,ngoài ra còn được cải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cấu 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 đã tạo ra những máy có công suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm đáng kể. CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1.Tính toán các tham số cơ bản 1.Công suất trên mỗi pha của máy biến áp: Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 3 400 ' 133,3 33 p p S S == = kVA 2.Dòng điện định mức trên một pha máy biến áp: Dòng điện định mức phía cao áp của máy biến áp: I 1 = 3 3 3 1 .10 400.10 26,7 3.15.10 p S U == A Dòng điện định mức thứ cấp máy biến áp: I 2 = 3 3 3 2 .10 400.10 577,3 3. 3.0,4.10 p S U == A 3.Điện áp các pha của máy biến áp: Điện áp bên cao áp của máy biến áp: U f1 =U 1 =15000 V Điện áp bên hạ áp của máy biến áp: U f2 = 94,230 3 10.4,0 3 3 2 == U V 4.Điện áp thử nghiệm của dây quấn máy máy biến áp. Theo TCVN ta có điện áp thử nghiệm của máy biến áp: Dây quấn cao áp của biến áp: Với U 1 =15 kV thì ta có U t =38 kV Dây quấn hạ áp của biến áp : Với U 2 =0,4 kV ta có U t =5 kV 5.Kiểu dây quấn trong máy biến áp Theo phụ lục XV ta có : Với dây quấn cao áp điện áp U 1 =15 kV và dòng điện I 1 = 27,6 A.ta chọn loại dây xoắn ốc liên tục. Với dây quấn hạ áp U 2 =0,4 kV và dòng điện I 2 =577,3 A,ta chọn dây loại xoắn ốc mạch đơn 6.Xác định các tham số tính kích thước chủ yếu Hệ số a R Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 4 Ta có : a R = 3 21 12 aa a + + Hệ số a R phụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA và 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 12 được chọn theo điện áp thử nghiệm của cuộn CA. Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có: Công suất MBA S p kVA Điện áp thử U t của cuộn CA kV Cuộn CA đến gông,cm Giữa cuộn CA với HA,cm Giữa hai cuộn CA,cm Đầu thừa,cm l 02 d δ a 12 12 δ a 22 22 δ l d2 400 25 3,0 - 0,9 0,3 1,0 - 1,5 Lấy sơ bộ : 4 ' 3 21 p Sk aa = + .Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng máy biến áp, vật liệu làm dây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong MBA.Theo bảng 13.2 TKMĐ ta chọn được k=0,58. Thay ta có: 4 4 12 ' 0,58. 133,3 1,97 3 p aa kS + == = cm Vậy ta có: a R =2+1,97=3,97 cm Điện áp ngắn mạch tác dụng: 5750 .100 1, 43 10 10.400 n nr P P u S == = % Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 5 Điện áp ngắn mạch phản kháng: 22 2 2 41,43 3,74 nx n nr uuu=−=− = % Hình dáng sơ bộ của máy biến áp như hình vẽ: Hệ thống mạch từ sủ dụng hệ thống ba pha ba trụ có mối ghép chéo góc,ghép thẳng với trụ giữa. Trụ được ghép bằng băng đai và gông dùng sắt góc ép lại.Thép dùng làm lõi sắt là thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ cảm trong trụ B T =1,75 T. Theo bảng 13.2 với S P =400 kVA thì trụ có 6 bậc,hệ số điền đầy k d =0,926. Hệ số ép chặt k c =0,95 ta có hệ số lợi dụng: k e =k d .k C =0,95.0,926=0,88 Chọn các bậc của gông là 7.Theo phần phụ lục XVII-2 TKMĐ ta có: Hệ số của gông k G =1,02.Trông đó k G là tỉ số thiết diện giữa gông và trụ.Vì vậy ta có mật độ từ cảm trong gông B G =B T /1,02=1,75/1.02=1,029 T. Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 6 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" R =B T = 1,75 T Từ thông trong rãnh chéo là: B' K = 2/ T B = 1, 75 / 2 =1,24 T Theo bảng V-4 ta có tổn hao trong thép : +Tổn hao trong trụ p FeT =1,238 W/kg +Tổn hao trong gông p FeG =0,574 W/kg +Tổn hao từ hóa trong trụ q T =1,956 VA/kg +Tổn hao từ háo trong gông q G =1,575 VA/kg Tổn hao từ hóa trong khe hở không khí: +Tổn hao từ hóa trong khe hở vuông góc q" K = 0,61 VA/cm 2 +Tổn hao từ hóa trong khe hở chéo q' K = 0,0956 VA/ cm 2 Theo bảng 13.7 ta có hệ số tổn hao phụ k f =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 k R =0,95 là hệ số ép chặt. Hệ số β = 1,8 – 2,4. *Ta tiến hành tính toán các hệ số cơ bản : Hệ số A: A=16. 4 4 222 2 ' 133, 3.3, 97.0, 95 16. 16,51 50.3, 74.1,75 .0,88 PRR nx T l Sak fU B k == Hệ số A 1 : A 1 = 23 2 3 1 5,66.10 . . . 5,66.10 .1, 4.16,51 .0,88 313,81aA k −− == kg A 2 = 22 2 2 10 3, 6.10 . . . 3, 6.10 .16,51 .0,88.3 25,9Akl −− == kg Trong công thức trên l 0 là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gông.Tra bảng ta có được l 0 =5 mm Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 7 23 2 3 11 2,4.10 . . . .( ) 2, 4.10 .0,88.1, 02.16,51 .(1, 4 0,28 0,411) 202,72 G BkkAabc −− =++= ++= B 2 = 22 2 2 11222 2,4.10 . . . .( ) 2,4.10 .0,88.1, 02.16,51 .(2, 7 3, 0) 33, 47 G kk A a a −− += += kg C 1 = = 22 2 2 . . AuBKk aS K nr T Lf P dq , 2 2 22 2 400.1, 4 2,46.10 . 498, 49 6,91.0,88 .1,75 .1, 43.16,51 == kg M= Aa P kkk n Rfn . 10.2453,0 2 4− = = 42 5750 0,2453.10 .45,86 .0,91.0,95. 11,8 1, 4.16,51 − = MPa Trong công thức trên thì: =+= − )1( 100 .41,1 . nx nr u u n n e u k π .1,43 3,74 100 1, 41. .(1 ) 45,86 4 e π − += B= 22 1 2 2 25,9 33,47 0,19 3 3 202,72 AB B + + == Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là k Fe,Cu =2,21 C= 1 1 313,81 0,52 3. 3.202,72 A B == Chọn k cđ =1,06 ta có : D= 1 , 1 2265,98 . .2,21.1,060,22 33466,13 Fe Cu cd C kk D == Ta có đẳng thức : x 5 +Bx 4 -Cx-D=x 5 +0,328.x 4 -0,554x-0,22 Theo phương trình trên ta có 90,1 min = β Trọng lượng tôn Silic của các góc gông: G g =0,493.10 -2 .k l .k G .A 3 x 3 = Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 8 =0,493.10 -2 .0,88.1,02.16,51 3 .x 3 =19,91x 3 Thiết diện của trụ lõi sắt : S T =0,785.k l .A 2 .x 2 = =0,785.0,88.16,51 2 .x 2 =188,3x 2 Thiết diện khe hở vuông góc : S” K =S T =188,3.x 2 Thiết diện khe hở chéo: S’ K =S T . 2 =188,3. 2 .x 2 = =266,3.x 2 Tổn hao không tải trong máy biến áp : P 0 =k’ F (p T G T +p G .G G )= =1,25(1,238.G T +0,574.G G )=1,54G T +0,717G G Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 9 1.8 2 2.2 2.4 2.153 x= 1.158292185 1.18920712 1.217883286 1.24466595 1.211326 x 2 = 1.341640786 1.41421356 1.483239697 1.54919334 1.46731 x 3 = 1.554012038 1.68179283 1.806412836 1.92822821 1.777391 A 1 /x=313.81/x 270.9247321 263.881704 257.6683691 252.123872 259.0632 A 2 x 2 =25.9.x 2 34.74849637 36.6281313 38.41590816 40.1241075 38.00334 G T =A 1 /x+ A 2 x 2 305.6732285 300.509835 296.0842773 292.24798 297.0666 B 1 x 3 =202.72.x 3 315.0293204 340.933043 366.1960101 390.890422 360.3127 B 2 x 2 =33.47.x 2 44.90471712 47.3337279 49.64403267 51.851501 49.11088 G G = B 1 x 3 + B 2 x 2 359.9340376 388.266771 415.8400428 442.741923 409.4236 G Fe =G T +G G 665.607266 688.776606 711.9243201 734.989902 706.4902 G g =52,35.x 3 30.94037969 33.4844953 35.96567957 38.3910236 35.38786 P 0 =1,7G T +1,563G G 728.8094768 741.172421 754.1270977 767.507847 751.0393 Q 0 =2,445G T +1,969G G 4663.655898 4965.56506 5261.140361 5550.95091 5192.218 +97,8G g +136,5x 2 i 0x =Q 0 /10S P 1.165913975 1.24139126 1.31528509 1.38773773 1.298054 G dq =C 1 /x 2 474.3818214 450.038111 429.0945025 410.826708 433.7528 G Cu =1,66G dq 787.4738236 747.063264 712.2968741 681.972336 720.0296 k Cùe G Cu =2,21G Cu 1740.31715 1651.00981 1574.176092 1507.15886 1591.265 C’ td =G Fe +k CuFe G Cu 1742.11715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418 J=0,91.5750/2,4G dq 3.143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196 =M.x 3 14.23475027 15.4052223 16.54674158 17.6625704 16.2809 d=A.x 19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899 d 12 =ad=1,4d 26.77276557 27.4873333 28.15015426 28.7692089 27.99859 l= d 12 / 46.70360216 43.1551132 40.17794745 37.6397149 40.83398 2a 2 =bd 5.354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717 C=d 12 +a 12 +2a 2 +a 22 37.82731868 38.6847999 39.48018512 40.2230506 39.2983 cp ∂ π β β 2 4 β 4 β 3 4 β Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 10 Ta thấy rằng giá thành thấp nhất của máy biến áp khi β 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 d=20 cm.Khi đó ta có x=1,211 vậy β =2,153 Thiết diện lõi sắt của mạch từ: S T =188,3.x 2 =188,3.1,211 2 =276,14 cm 2 Đường kính trung bình của lõi sắt: d 12 =a.A.x=1,4.16,51.1,211=28 cm Chiều cao dây quấn của máy biến áp: L = 12 .28 2,153 d π π β = =40,85 cm Chiều cao của trụ lõi sắt: l T =l +2.l 0 =40,83+2.3=43,13 cm Khoảng cách giữa các trụ và lõi sắt : C = d 12 +a 12 +2a 2 +a 22 = 41,1 cm Điện áp trên một vòng dây: U V = 4,44.f.B T .S T .10 -4 = = 4,44.50.1,75.276,1410 -4 =10,72 V Trọng lượng sắt của máy biến áp: G Fe =706,49 kg Trọng lượng đồng trong máy biến áp: G dq =433,38 kg Mật độ dòng điện trong máy biến áp: J = 3,44A/mm 2 Ứng suất trong dây quấn cho phép của máy biến áp: [...]... khớ c- b rng khe du Chn c=10mm a=25mm Chiu sõu ln nht ca cỏnh súng b=300mm, chn b=200mm Chiu cao cỏnh súng Hs thp hn chiu cao thựng Ht c 0,1m Hs=Ht-10=12 8-1 0=118(cm) 29 i hc Bỏch khoa H Ni ỏn mụn hc Thit k mỏy in - B mt bc x ca vỏch cỏnh súng Mbx.s=2.[(A+2.b)+(B+2.b)].Hs =2.[(90+2.20)+(41+2.20)].118.1 0-4 =4,9796(m2) - Chiu di mt bc súng t=(a+c+2.).1 0-3 =(25+10+2.0,4).1 0-3 =0,0358(m) trong ú =0,4mm- chiu... Pt=Ptp+Pn.+Pcs, kg - Trng lng thựng phng Ptp=[2.A.Ht+2.B.Ht]..Fe - Trng lng np v ỏy Pn.=bn.ln..Fe+A.B..Fe - Trng lng cỏnh súng c 2 c 2 Pcs=70.[2.(b- )+ ]..Fe trong ú =4mm- b dy tụn lm thựng v cỏnh súng Fe=0,00785kg/cm3 c 2 c 2 Pt={2.A.Ht+2.B.Ht+ bn.ln+A.B+70.[2.(b- )+ ]}..Fe 1 2 1 2 ={2.90.128+2.41.128+55.104+90.41+70.[2.(2 0- )+ ]}.0,4.0,00785 Pt=14,38kg 3 Trng lng du a, Th tớch du trong thựng Vd=Vt-Vr trong... trong ú =0,4mm- chiu dy tụn lm cỏnh súng - Chiu di trin khai mt bc súng c c l s = 2. b + (t c ) + 2 2 10 10 = 2. 200 + (35,8 10) + = 431,508(mm ) 2 2 - S lng cỏnh súng m= 2.( A + B ) 2.(90 + 41) = = 73,184(cỏnh ) t 3,58 Ly m=70cỏnh - B mt i lu ca vỏch thựng cỏnh súng Ml.s=m.ls.ks.Hs=70.(431,508.1 0-3 ).0,6632.(118.1 0-2 ) Ml.s=23,638m2 trong ú ks- h s tớnh n mc i lu khú khn ca khụng... B=41cm - Chiu di thựng A = 2.C + D1'' + 2.s 5 s5=s3+d2+s4=2,5+0,66+2,2=5,36(cm) A=2.270+250,73+2.53,6=897,93(mm) Ly A=90cm - Chiu cao thựng Ht=Hr+Hn Hr=2.hG+lT+n=2.134+661+50=979(mm) trong ú n=50mm- chiu dy tm m gụng di Vi U1=22KV, tra bng 13.13-TL1 (trang 502) cú Hn=300mm Ht=979+300=1279(mm) Ly Ht=128cm c, S b tớnh din tớch mt bc x v i lu ca thựng - Quan h kớch thc ca cỏnh súng a = 2,5 c trong ú: a-... nht - Chiu ngang thựng B = D1'' + s1 + s 2 + d 2 + s 3 + s 4 + d 1 trong ú: s3 Dõy dn ra HA d2 d 1- ng kớnh dõy dn ra CA 28 i hc Bỏch khoa H Ni Dõy qun CA ỏn mụn hc Thit k mỏy in d 2- b rng dõy dn ra HA d1=2.d=2.1,645=3,29(mm) d2=2.a=2.3,30=6,60(mm) tra ph lc XIV.6-TL1 khong cỏch dõy dn ra n vỏch thựng U t 2 = 5 KV , d 2 > 0,6cm s 4 = 2,2cm U t1 = 45KV , d1 < 0,6cm s 2 = 5,0cm tra ph lc XIV.7-TL1... 5500 Vi r l t trng trung bỡnh ca rut mỏy, i vi dõy qun bng ng r=(5500ữ6000)kg/m3, chn r=5500kg/m3 Vd=0,472 3-0 ,116=0,3563(m3) b, Trng lng du Gd=1,05.[Vd.d+Gcs] trong ú Gcs- trng lng du trong cỏnh súng d- Khi lng riờng ca du m.b.a, ly d=900kg/m3 c 2 c Gcs=70.[(b- ).c.Hs+ H s ].d 8 2 =70.[(0, 2- 0,012 0,01 ).0,01.1.18+ 1,18 ].d=0,1643 d 8 2 Gd=1,05.[0,3563+0,1643].900=491,967(kg) 33 i hc Bỏch khoa... 0,6632 190 vi = b 200 = =8 25 a - B mt bc x ton phn ca thựng cỏnh súng Mbx=Mbx.s+Mt+0,5.Mn trong ú: Mt, Mn- b mt phn vỏch trờn ca thựng khụng cú cỏnh súng v b mt np thựng Mt=0,1.t.m=0,1.0,0358.70=0,2506(m2) Mn=[bn.ln]=[55.104].1 0-4 =0,572(m2) 30 i hc Bỏch khoa H Ni ỏn mụn hc Thit k mỏy in Chiu rng np bn=B+2.bv=41+2.7=55(cm) Chiu bi np ln=A+2.bv=90+2.7=104(cm) trong ú bv=7cm- chiu rng vnh np thựng Mbx=4,9796+0,2506+0,5.0,572=5,5162(m2)... 24,1746 d t = 1.0,165. trong ú ( ) k1= 1- lm mỏt bng du t nhiờn c, chờnh nhit ca lp du trờn cựng so vi khụng khớ d.k=(d.t+t.k).=(3,74+25,66).1,2=35,28(C) trong ú =1, 2- h s ch s khỏc bit gia nhit trung bỡnh v nhit ln nht ca du Ta cú d.k . Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: • Công suất định mức : 400 kVA • Điện. dây quấn của máy biến áp : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 19 TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ Trong thiết kế ta dùng loại