Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp một pha
MỤC LỤC
Tổ nối dây của máy biến áp
Cách biểu thị đó như sau: kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ cấp đặt cố định ở con số 12, kim ngắn chỉ sức điện động dây thứ cấp đặt tương ứng với các con số 1, 2,. Trong thực tế sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác nhau rất bất tiện cho việc vận hành và chế tạo, vì thế ở nước ta chỉ sản xuất máy biến áp điện lực có tổ nối dây như sau.
Những hiện tượng xuất hiện khi từ húa lừi thộp
Máy biến áp một pha
Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện không tải io chạy trong nú, dũng điện khụng tải io sinh ra từ thụng φ chạy trong lừi thộp mỏy biến áp. Giả sử điện áp đặt vào hai đầu cuôn dây sơ cấp có dạng u=Umsin. nghĩa là từ thông sinh ra cũng biến thiên hình sin theo thời gian. Nếu khụng kể đến tổn hoa trong lừi thộp thỡ dũng điện khụng tải io chỉ thuần tỳy là thành phần dũng điện phản khỏng dựng để từ húa lừi thộp io=iox. Theo lý thuyết cơ sở kỹ thuật điện thì do hiện tượng bão hòa mạch từ, nếu φ là hình sin, i0 sẽ không sin mà có dạng nhọn đầu và trùng pha với φ, nghĩa là dòng điện io ngoài thành phần sóng cơ bản io1 còn có các thành phần sóng điều hòa bậc cao: bậc 3, 5, 7 ,.. , trong đó thành phần sóng bậc 3 io3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác không đáng kể có thể bỏ qua. Nếu mạch từ càng bảo hòa thì io càng nhọn đầu do đó thành phần sóng bậc cao càng lớn đặc biệt là thành phần sóng bậc ba. Khi đó dòng điện từ hóa gồm hai thành phần, tác dụng và phản kháng, io có dạng nhọn đầu và vượt trước φ một góc α nào đó. Góc α lớn hay bé tùy thuộc mức độ trể của B đối với H nhiều hay ít, nghĩa là tổn hao từ trễ trong lừi thộp nhiều hay ớt, vỡ thế α được gọi là gúc tổn hao từ trể. Trên thực tế Ior<10%Io , nên dòng điện Ior thực ra không ảnh hưởng đến dòng điện từ hóa nhiều và có thể coi Iox ≈Io. Máy biến áp ba pha. Khi không tải nếu xét từng pha riêng lẽ thì dòng điện bậc ba trong các pha. trùng pha nhau về thời gian, nghĩa là tại mọi thời điểm chiều của dòng điện trong cả ba pha hoặc hướng từ đầu đến cuối dây quấn hoặc ngược lại. Song chúng có tồn tại hay không và dạng sóng như thế nào còn phụ thuộc vào kết cấu mạch từ và cách đấu dây quấn nữa. a) Trường hợp máy biến áp nối Y/y. Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần dòng điện bậc ba không tồn tại, do đó dong điện từ hóa io có dạng hình sin và từ thông do nó sinh ra sẽ có dạng vạt đầu. Như vậy có thể xem từ thông tổng φ gồm sóng cơ bản φ1 và các sóng điều hòa bậc cao,φ3,φ5.. Vì các thành phần từ thông bậc cao hơn 3 rất nhỏ có thể bỏ qua. Đối với tổ máy biến áp ba pha, vì mạch từ của cả ba pha riêng rẽ, từ thông φ3 của cả ba pha cùng chiều tồn tại mọi thời điểm sẽ dễ dàng khộp kớn trong từng lừi thộp như từ thụng φ1. Do từ trở của lừi thộp rất nhỏ, nờn φ3 cú trị số khỏ lớn. sẽ có dạng nhọn đầu, nghĩa là biờn độ sức điện đụng pha tăng lờn rừ rệt, như vậy hoàn toàn không có lợi cho sự làm việc của máy biến áp và trong nhiều trường hợp rất nguy hiểm, như chọc thủng cách điện của dây quấn, làm. hư hỏng các thiết bị điện đo lường và nếu trung tính nối đất dong điện bậc 3 sẽ gây ảnh hưởng đến đường dây thông tin. Bởi những lý do đó, trên thực tế người ta không dùng kiểu nối Y/y cho tổ máy biến áp ba pha đối với máy biến áp ba pha 5 trụ thành phần từ thông bậc cao cũng dễ dàng khộp mạch trong lừi thộp nờn những hiện tượng xuất hiện cũng tương tự tổ máy biến áp ba pha. Đối với máy biến áp ba pha ba trụ vì thuộc hệ thống mạch từ chung nên hiện tương sẽ khác đi. Từ thông φ3 bằng nhau và cùng chiều trong ba trụ thép tại mọi thời điểm, nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác mà bị đẩy ra ngoài và khép mạch từ gông này đến gông kia qua không khí hoặc dầu là môi trường có từ trở lớn. Vì thế φ3 không lớn lắm và có thể coi từ thông trong mạch từ là hình sin, nghĩa là sức điện động pha thực tế là hình sin. Nhưng do từ thông bậc 3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, các bu lông ghép vv.. sẽ gây nên những tổn hao phụ làm hiệu suất giảm xuống. Do đó phương pháp đấu Y/y đối với máy biến áp ba pha ba trụ cũng chỉ dùng cho máy biến áp công suất hạn chế từ 5600 kVA trở xuống. b) Trường hợp nối D/y. Dây quấn sơ cấp nối D, nên dòng điện io3 sẽ khép kín trong tam giác đó, vì vậy dòng điện từ hóa vì có thành phần bậc 3 sẽ có dạng nhọn đầu, do đó từ thông và các sức từ động của dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều có dạng hình sin. Do đó sẽ không có hiện tượng bất lợi như trên xẩy ra. c) Trường hợp máy biến áp ba pha nối Y/d. Do dây quấn sơ cấp nối Y nên dòng điện từ hóa trong đó sẽ không có thành phần điều hòa bậc 3, như vậy từ thông sẽ có dạng vạt đầu, nghĩa là tồn tại thành phần từ thông bậc 3 φ3.
Trong nghiên cứu máy biến áp thường dùng các định luật sau 1 Định luật về cảm ứng điện từ. Định luật Faraday
CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẤU
- Điện áp pha định mức phia cao áp, phía cao áp nối tam giác ta có U. Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn điện khác và các bộ phận nối đất của máy biến áp cần phải biết các trị số điện áp thử của chúng.
THIẾT KẾ SƠ BỘ LỖI SẮT VÀ TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP
Thiết kế sơ bộ lừi sắt
Để giảm tổn hao trong mạch từ và đảm bảo cho mạch từ chắc chắn và lực ộp phõn bố đều trờn lừi thộp ta dựng băng vải thủy tinh. Gông là phần mạch từ dùng để khép kín mạch từ với máy biến áp mạch từ không gian gông được làm bằng thép cuộn quấn lại.
Tính toán lựa chọn phương án
- Hệ số qui đổi từ trường tản:krqui đổi từ trường tản thực tế về từ trường tản lý tưởng hệ số này thay đổi rất ít trong tính toán sơ bộ ta chọn kr =0,95. = π chọn kc=0,93, trong đó Tb là tiết diện hình bậc thang đã kể đến các chi tiết chiếm chỗ như đệm cách điện đai ép lỗ bắt gông.
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP
CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN
Yêu cầu sao cho kết cấu đơn giản, tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành.
THIẾT KẾ DÂY QUẤN CAO ÁP
Đối với dây quấn cao áp có hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh tổ lớp trong quấn trực tiếp lên ống cách điện thì có ba mặt làm lạnh bề mặt làm lạnh được tính theo công thức 3-42c trang 94 tài liệu 1. Đối với dây quấn cao áp dây dẫn tròn, nên dây quấn được quấn trên ống nhựa bakelit chiều dày ống bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cường làm mát giữa dây quấn cao áp ta làm rãnh dầu dọc trục để tạo rãnh dầu ta bố trí 12 căn dọc bằng gỗ để định dạng dây quấn kích thước căn dọc như sau 6x20x454 mm.
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tổn hao chính trong dây dẫn ra
Như đã biết, một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác. Tổn hao phát sinh trong các bộ phận này chủ yếu là vách thùng dầu có liên quan đến tổn hao ngắn mạch.
XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH
Tổn hao ngắn mạch khi điện áp là định mức. Sai số của tổn hao ngắn mạch so với yêu cầu đặt ra. ntc ntc ndm. chuẩn tổn hao ngắn mạch. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng unx. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng là thành phần điện áp ngắn mạch rơi trên điện kháng tản của dây quấn cao áp và hạ áp. Đối với máy dây quấn đồng tâm hai dây quấn có chiều cao bằng nhau theo công thức 4- 23 tài liệu 1 ta có. là hệ số kể đến từ thông tản thực tế không hoàn toàn đi theo dọc trục. Thay số vào ta dược. Điện áp ngắn mạch toàn phần. Sai lệch của điện áp ngắn mạch so với tiêu chuẩn. Vây sai lệch này khôngvượt quá giới hạn cho phép 5% dây quấn thiết kế đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về điện áp ngắn mạch. TÍNH LỰC CƠ HỌC CỦA DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP. Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn. Những vấn đề về nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng lắm vì quán tính nhiệt lớn nên để đốt nóng được dây quấn nóng quá trị số cho phép thì các thiết bị bảo vệ và máy ngắt tự đông ngắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đó vấn đề còn lại là lực cơ học gây nên tác dụng nguy hiểm đối với dây quấn máy biến áp. Bởi vậy để đảm bảo cho máy biến áp làm việc an toàn, khi thiết kế phải xét đến những lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền cơ của dây quấn có đủ hay không. - Phải xác định trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch. - Xác định lực cơ học giữa các dây quấn. - Tính ứng lực cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây quấn. Hình 4-3: Từ trường dọc và ngang trong dây quấn đồng tâm. Tính dòng điện ngắn mạch cực đại. a) Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập - Dòng điện ngắn mạch xác lập phía sơ cấp. - Dòng điện ngắn mạch xác lập phía thứ cấp. b) Trị số cực đại (hay xung kích) của dòng điện ngắn mạch kmax=(1+e. Vì dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp có chiều cao bằng nhau do đó lực chiều trục do sự phân bố của dây quấn không đồng đều không xuất hiện Ft’’=0.
TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỤ THỂ CỦA LếI SẮT
Lấy đường kính lỗ để bắt bu lông ép gông và trụ là dl=15 mm, do đó tiết diện lỗ chiếm chổ trong trụ là Sl=.
TÍNH TỔN HAO KHễNG TẢI, DềNG ĐIỆN KHễNG TẢI VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP
- Hình dáng tiết diện gông ảnh hưởng rất nhiều đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông nên phải nhân thêm hệ số gia tăng tổn hao ở gông kpg đối với gông có tiết diện hình chữ nhật ta có kpg=1,04-1,07. Vì mạch từ không gian có gông tiết diện hình chữ nhật nhưng chổ mối ghép giữa gông và trụ có dạng hình tròn gần với tiết diện trụ nên ta chọn kpg=1,03.
TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP
TÍNH NHIỆT ĐỘ CHÊNH QUA TỪNG PHẦN 1. Tính toán độ chênh nhiệt của dây quấn
Việc tính toán ở đây chủ yếu căn cứ vào yêu cầu tản nhiệt để thiết kế được một loại thùng thích hợp, sau đó kiểm tra lại xem với kết cấu thùng như vậy nhiệt độ chênh của các bộ phận của máy biến áp có đạt tiêu chuẩn nhà nước qui định không. Căn cứ vào kớch thước đó biết của lừi sắt, dõy quấn, để chọn cỏc khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn, đến vách thùng và các bộ phận nối đất khác của máy biến áp.