THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Nguyễn Văn Luận luan.nv174037@sis.hust.edu.vn MSSV:20174037 KTĐ04_K62 Ngành Kĩ Thuật Điện Chuyên ngành Thiết Bị Điện – Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Thanh Bộ môn: Thiết bị điện – điện tử Viện: Điện Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 06/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc ************* ========0000======= NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Họ tên: Nguyễn Văn Luận MSSV: 20174037 Khoá: K62 Ngành học: Thiết bị điện – Điện tử Đề tài thiết kế - Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha công suất 1600 kVA - Thiết kế động khơng đồng roto lồng sóc 30 kW - Thiết kế động khơng đồng roto lồng sóc ABB 30 kW Các số liệu thiết kế ban đầu a) Máy biến áp điện lực ba pha công suất 1600 kVA       Dung lượng S= 1600 kVA Điện áp U1/U2 = 690/35000 V Tần số f= 50 Hz Tổn hao không tải P0=3100 W Tổn hao ngắn mạch Pn=18000 W Tổ nối dây Y/Yn-0 b) Động không đồng roto lồng sóc 30 kW        Công suất định mức P=30 kW Điện áp U=380/220 V Tần số f= 50 Hz Đấu dây Y/D Tốc độ đồng n1= 1500 vòng/phút Bảo vệ IP44 Chiều cao tâm trục h=200 mm c) Động không đồng roto lồng sóc ABB 30 kW         Công suất định mức Pn=30 kW Điện áp 400V Tần số f = 50 Hz Tốc độ đồng n= 1500 vịng/phút Hệ số cơng suất cosφ=0,83 Hiệu suất n=92,3 % Cấp bảo vệ IP 55 Chiều cao tâm trục 180 mm Nội dung tính tốn thiết kế - Tính tốn kích thước chủ yếu - Tính tốn điện từ - Tính toán nhiệt CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Vũ Thanh MỤC LỤC A Thiết Kế Máy Biến Áp I Nhiệm vụ thiết kế .9 II Thiết kế kích thước chủ yếu Xác định đại lượng Chọn số liệu xuất phát tính tốn kích thước chủa yếu 10 III Tính toán dây quấn .16 Dây quấn HA 16 Dây quấn CA .18 IV Tính tốn tham số ngắn mạch 22 Tổn hao .22 Điện áp ngắn mạch 25 Tính tốn lực học ngắn mạch 25 V Tính tốn cuối hệ thống mạch từ .27 Chọn kết cấu mạch từ 27 28 Tổng chiều dày thép tiết diện trụ gông .28 Toàn tiết diện bậc thang trụ 28 Tiết diện bậc than gông .28 Thể tích góc mạch từ 28 Tiết diện hữu hiệu ( sắt ) trụ 28 Thể tích sắt góc mạch từ 29 Chiều cao trụ .29 Khoảng cách hai tâm trụ 29 10 Trọng lượng sắt góc 29 11 Trọng lượng sắt gông 29 12 Trọng lượng sắt trụ 29 13 Trọng lượng toàn sắt trụ gông 29 VI Tính tốn tổn hao dịng điện không tải .29 Hệ số tự cảm trụ sắt gông 29 Suất tổn hao .30 Các hệ số khác 30 Tổn hao không tải .30 Suất từ hóa 30 Cơng suất từ hóa khơng tải 30 Thành phần phản kháng dịng điện khơng tải .31 Thành phần tác dụng dịng điện khơng tải 31 Hiệu suất mba tải định mức 31 VII Tính tốn nhiệt 32 Tính tốn nhiệt dây quấn 32 Tính tốn nhiệt độ thùng 33 B Thiết Kế Động Cơ Mẫu .38 I Yêu cầu thiết kế .38 II Thiết kế 38 Kích thước chủ yếu 38 Dây quân rãnh stato khe hở khơng khí 40 Dây quấn, rãnh gông roto .44 Tính tốn mạch từ .46 Tham số động điện chế độ địn mức 49 Tổn hao thép tổn hao .53 Đặc tính làm việc 55 Tính tốn đặc tính khởi động 56 Tính tốn nhiệt 60 10 Trọng lượng vật liêu tác dụng tiêu sử dụng 64 C Thiết Kế Động Cơ ABB .65 I Yêu cầu thiết kế .65 II Thiết kế 66 Các kích thước stator 66 Dây quấn Stato 68 Kích thước rãnh stato 71 Rãnh roto 73 Dòng điện từ hóa .76 Điện trở cuộn dây 77 Tổn hao hiệu suất 82 Đặc tính hoạt động 85 Tăng nhiệt độ 87 III Thuật toán hiệu chỉnh 88 Hiệu chỉnh sức từ động stato Fmts roto Fmtr 88 Hiệu chỉnh lại mật độ từ thông gông Bcs 89 Hiệu chỉnh hiệu suất 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình A 1: Đồ thị mối quan hệ β C’td 13 Hình A Đồ thị mối quan hệ giữ C’td β 14 Hình A 3: Đồ thị trọng lượng lõi sắt Gfe dây quấn Gdq theo β .14 Hình A Đồ thị mối quan hệ công suất không tải dịng điện khơng tải theo β 15 Hình A 5: Các thơng số kích thước mạch từ MBA .28 Hình A Các thơng số kích thước mạch từ MBA 28 Hình A Các khoảng cách tối thiểu bên kích thước thùng mba 33 Hình A Bố trí làm lạnh vách thùng dầu 36 Y Hình B Kích thước rãnh stato 42 Hình B Kích thước rãnh roto 45 Hình C Đồ thị hệ số Esson .67 Hình C Đồ thị mối quan hệ Kf αi theo hệ số 1+ Kst 69 Hình C Kích thước rãnh stato 71 Hình C Loại rãnh roto 74 Hình C Mơ hình tương đương 78 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng A Các thông số yêu cầu thiết kế .9 Bảng A Bảng giá trị giá trị Gfe, Gdd,… theo β 14 Bảng A Sơ đồ phân bố điều chỉnh điện áp .19 Bảng A Các thông số kỹ thuật cuộn dây điều chỉnh 21 Bảng A Kích thước thép .28 Y Bảng B Các yêu cầu thiết kế động điện khơng đồng roto lồng sóc 38 Bảng B Các đặc tính làm việc động khơng đồng roto lồng sóc 56 Bảng C Các thông số yêu cầu thiết kế động 66 Bảng C Hệ số kinh nghiệm λ 66 Bảng C Hệ số KD theo số đôi cực 68 Bảng C Đường kính dây quấn tiêu chuẩn 71 Bảng C Mối quan hệ số rãnh roto stato .73 A.Thiết Kế Máy Biến Áp I Nhiệm vụ thiết kế Tính tốn mba dầu hai dây quấn BAD 1600/35 có số liệu sau: Thông số Dung lượng Tần số Số pha Điện áp hạ áp Điện áp cao áp Điện áp ngắn mạch Tổn hao ngắn mạch Tổn hao khơng tải Dịng điện không tải Phương pháp làm mát Điều kiện hoạt động Vật liệu dây dẫn Kết cấu máy biến áp Tổ nối dây Kí hiệu S f m U1 U2 Un Pn P0 I0 Giá trị 1600 50 690 35000±(2 x 2.5 %) 6.5 18000 3100 1.3 Đơn vị kVA Hz V V % W W % Bằng dầu máy biến áp Ngoài trời Đồng pha trụ Y/Y0 Bảng A Các thông số yêu cầu thiết kế II Thiết kế kích thước chủ yếu Xác định đại lượng 1.1 Dung lượng pha St = 1600 =533.3 kVA PT A.2 Dung lương trụ S' = 1600 =533.3 kVA PT A.2 1.2 Dòng điện dây định mức Phía CA : I 2= 1600.103 =26.4 A √( ) 35000 PT A.2 I 1= 1600.103 =1339 A √ ( ) 690 PT A.2 Phía HA 1.3 Dịng điện pha định mức Vì dây quấn nối Y/Y nên It2=I2=26.4; It1=I1=1339A 1.4 Điện áp pha định mức Phía CA Uf 2= U 35000 = =20207 V √ ( 3) √ ( 3) PT A.2 Uf 1= U 690 = =399V √ ( ) √( ) PT A.2 Phía HA 1.5 Điện áp thử dây quấn Với dây quấn CA Uth2=85kV, với dây quấn HA Uth1=5kV Chọn số liệu xuất phát tính tốn kích thước chủa yếu 2.1 Chiều rộng qui đổi từ rãnh từ tản dây quấn CA HA Với Uth2=85kV theo bảng 19 ta có a12=27 mm δ 12=5 mm rãnh a12 đặt ống cách điện dày δ 12=5 mm a 1+ a =k √ S' 10−2 PT A.2 =0.0245 m; ar =a 12+ PT A.2 a1+ a =0,027+0,0254=0,0515 m 2.2 Hệ số qui đổi từ trường tản lấy kr =0.95 10 iμ= Iμ =41,76 % I 1n PT 60 40 Điện trở cuộn dây Hình C Mơ hình tương đương Điện trở dây quấn stato Rs= pco lc W1 Aco a PT 61 PT 62 lc =2 ( L+lend ) lend=2 y −0,02=0,206 mvới y =β τ =0,113 m Điện trở suất Cu 20oC ( pc ) 20=1,78.10−8 Ω m ( ( pCo ) 130 oC=( pCo ) 20 oC 1+ (130−20 ) PT 63 −8 =2,49.10 Ω m 273 ) Vậy Rs=0,149 Ω Điện trở dẫn roto/ vòng ngắn mạch Rbe Rbe= pAl [ L KR+ Ab ler Aer sin ( πpNr1 ) ] PT 64 Điện trở suất Al 20oC 68 ( pAl ) 20 oC=3,1.10−8 Ω m Chiều dài vòng ngắn mạch ler ler= PT 65 π ( Der−b ) π ( Dis−2 g−3−b ) = =0,0144 m Nr Nr Hệ số kháng hiệu ứng bề mặt dẫn Kr KR=ξ=1,19 với √ ξ=βs hr √ S=1,19 ; βs= ω PT 66 μ0 =79,7965 m−1 pAl hr= 0,0149 m S=1 Giá trị ( Rbe ) 130o C=9,71.10−5 Ω Điện trở lồng sóc R’r ( R r ' ) s 1=4 m1 ( W Kw )2 PT 67 ( Rbe ) 80 oC =0,11376 Ω Nr Điện kháng stator Xs1 Xs 1=2 μ w L W 12 [ λs= λs+ λds+ λec y PT 68 ; β= p q τ hs hw hos 1+3 PT β 69 + + =1,641 ( bs 1+b ) ( bos+bs ) bos ]( λds=0,9 τs q2 Kw Cs Cs=1−0,033 γds Kc g ( 1+ Kst ) bo s2 g τs ) PT 70 PT 71 γds=( 0,14 sinφ+ 0,76 ) 10−2 với q=4 PT 72 φ 1=π ( β−5,5 ) PT 73 Từ cơng thức ta có γds=0,0115 ; Cs=0,91293; λds=1,526 Dây quấn hai lớp hệ số thẩm thấu hình học 69 λec=0,34 PT 74 q ( lend−0,64 β τ ) =0,7823 L Điện kháng stato Xs 1=0,3718 Ω Điện kháng rò rỉ dẫn Xbe PT 75 Xbe=2 π f μ L ( λrKx+ λdr + λer ) với λr=0,66+ hr hor + =1,7 ( d 1+d ) bor PT 76 PT 77 Nr p1 p −2 λdr=0,9 τr γdr =2,126 ; γdr=9 .10 =0,112 Kc g Nr ( ) λer =2,3 ( ) Der−b ¿¿ PT 78 Hệ số điện kháng hệ số bề mặt Kx với ξ=1,19 Kx=3 sinh ( ξ )−sin ( ξ ) = =1,26 ξ ξ ( cosh ( 2ξ )−cos ( ξ ) ) PT 79 ( Xbe )s 1=0,000428 Ω Điện kháng rotor (W Kw )2 ( Xr ) =4 m Xbe=0,5014 Ω Nr PT 80 ( Xs )s sat= Xs 1.0,6=0,223 Ω PT 81 ( Xr )s sat=Xr 1.0,6=0,3 Ω PT 82 s1 ( Rbe 130 ) Sn=8,387.10−5 Ω Điện trở roto (Rr’)Sn Sn S1 ( R' r ) =( R ' r ) ( Rbe 130 )sn =0,0982 Ω s1 ( Rbe 130 ) PT 83 70 Điện kháng từ hóa Xm Xm= √( Vph −R s2− Xs 1=9,41 Ω Iμ ) PT 84 Hiệu ứng nghiêng Xm=Xm Kskew=9,3837 Ω sin Kskew= π c τ =0,997 π c τ ( ) ' X r skew=Xm ( 1−Kske w ) =0,05363 Ω PT 85 PT 86 PT 87 ( Xr )s skew=( Xr )s sat+ Xr skew=0,3545PTΩ2 88 ( Xr )sn skew=Xr 1+ Xr skew=0,555 Ω PT 89 41 Tổn hao hiệu suất η= Pout Pout = Pin Pout + ∑ losses ∑ losse=Pco+ pAl+ piron+ pmv+ pstray PT 90 PT 91 Pcu tổn hao dây quấn stato pCo=3 Rs I 12=1428,538W PT 92 pAl tổn hao roto PT W 93 pAl=3 ( Rr ) sn Ir n2=3 K I I n2 Rr=702,564 Tổn hao công nghệ pmv=0,012 Pn với p 1=2 PT 94 71 pmv=240W Tổn hao từ dò pstray pstray=0,01 Pn=150W PT 95 piron= p1 iron+ p2 iron PT 96 Tổn hao sắt với piron tổn hao , piron 2là tổn hao sóng hài pt 1=Kt p 10 f1 50 1,3 ( ) PT 97 Bt s 1,7 >1 với p10=2 W/kg ; Kt=1,6 Gt1 khối lượng stato PT 98 kg ¿ 1=γiron Ns bts ( hs+hw+ hos ) L KFe=11,1792 với γiron=7600 kg m2  pt 1=79,534 W Tương tự khối lượng gông stato f1 py 1=Ky p 10 50 1,3 ( ) Gy 1=γiron PT 99 Bc s 1,7 Gy PT 100 π [ Dout 2−( Dout −2hcs )2 ] L KFe=40,332 kg với Ky=1,6 ; Bcs=1,549T py 1=271,247 W Tổn hao sắt piron1 PT 101 p1 iron= pt 1+ py 1=350,783 W Tổn thất xung lượng thành phần tổn hao từ dị [( ps iron=0,5.10−4 Nr f Kps PT 102 Bps Bpr Gts+ Ns f Kpr Gtr p1 p1 ) ( ) 72 ] Kps= =1,667 2,2−Bts PT 103 Kpr= =1,6667 2,2−Btr PT 104 Bps=( Kc 2−1 ) Bg=0,0238 T PT 105 Bpr=( Kc 1−1 ) Bg=0,178T PT 106 Khối lượng roto Gtr ( Gtr=γiron L KFe Nr hr + PT 107 d 1+d btr=9,826 kg ) Vậy ps iron=62,9093W Tổng tổn hao sắt piron piron= p1 iron+ ps iron=413,692W PT 108 Tổng tổn hao ∑ losses=2934,7944 W Hiệu suất ηn = Pout =0,911=91,11 % so sánh với yêu cầu 92,3 % thỏa mãn Pout + ∑ losse 42 Đặc tính hoạt động Dịng điện khơng tải I o I 01= piron+ pmv+3 I μ2 Rs =1,303 A 3Vph PT 109 Hệ số trượt định mức Sn= pAl =0,0226 Pn+ pAl + pmv+ pstray PT 110 Pn =195,4 Nm 1−Sn π f p1 PT 111 Momen định mức Tn= 73 Cm=1+ Xs1 =1,0396 Xm PT 112 Momen xoắn Tbk Tbk=3 p PT 113 Vp h 2 ω [ Rs + √ R s2 + ( Xs 1+C Xr )2 ] =624,2455 Nm Dòng điện khởi động I LR I LR = Vph √ ( Rs+ Rr ) +( X s=1 PT 114 s 1+ X s=1 r ) =363,947 A Momen khởi động T LR =3 Rs =1 r I 2LR p1 =479,621 Nm ω1 PT 115 Hệ số cosφ n Pn =0,841 Vph I 1n ηn PT 116 Tbk =3,194 so với yêu cầu là2,9 Tn PT 117 tLR= TLR =2,455 so với yêu cầu 2,7 Tn PT 118 iLR= ILR =6,44 so với yêu cầu 7,3 I 1n PT 119 cosφ n= tbk = 43 Tăng nhiệt độ Nhiệt độ chênh dây quấn rãnh thành rãnh Δθco= Pco αcond Als Δθframe=¿ ¿ PT 120 PT 121 với αconv=50 W /m2 K với p=4 74 Hệ số ảnh hưởng độ dẫn nhiệt αcond = λins =1000W /m K hins PT 122 Als diện tích mặt bên rãnh stato Als=( hs+bs ) L Ns=0,50861 m2 PT 123 Aframe=π Dout ( L+τ ) Kfin=1,0164 m PT 124 Δθco=2,8080 C ; Δθframe=57,7460 C Nhiệt độ môi trường θamb=40 oC Vậy PT 125 θCo=θamb + Δ θframe+ ΔθCo=98,86 oC