Tính toán chọn máy biến áp chỉnh lưu

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ

3.2. Tính toán các thông số của mạch động lực

3.2.2. Tính toán chọn máy biến áp chỉnh lưu

Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thysitor .

Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện, thực hiện các chức năng sau.

- Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải .

- Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện.

- Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải . - Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia .

- Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt để bảo vệ van .

- Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới .

* Tính các thông số cơ bản :

- Tính công suất biểu kiến của máy biến áp : SBA = Ks .Pdm = 1,05.7200 = 7560 (VA) ; - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

U1 = 220 (A);

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = 440V Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBA

Trong đó :

αmin = 00 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.

∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối.

∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp.

Chọn sơ bộ:

∆UBA = 6%.Ud = 0,06. 400 = 24 V.

Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:

Ud0 =

cos min

2 2



BA V

d U U

U    

= 0

0 24 . 2 21 . 2 400

Cos



 = 490 (V)

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

I2 = 32 .Id = 32 .20 = 16,33(A)

- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:

I1 = kBA.I2 =

1 2

U

U .I2 = 220440 .16,33 = 32,66 (A) * Xác định kích thước của mạch từ.

- Tiết điện sơ bộ trụ .

QFe = kQ. mSBA.f ;

Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m : Số trụ của máy biến áp, m = 3.

f : Tần số của nguồn xoay chiều, f = 50 (Hz) Thay vào ta có : QFe = 6 .

50 . 3

7560 = 42,6 cm2 . - Đường kính trụ :

d =

 QFe

.

4 =

 6 , 42 .

4 = 7,36 cm Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm

- Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T

- Chọn tỷ số m = dh = 2,3 . Suy ra h = 2,3d = 2,3 . 11 = 25,3 (cm) ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 ) .

Chọn chiều cao trụ h = 25 cm .

* Tính toán dây quấn .

- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp :

W1 = 4,44. . . 4,44.50.42420,6.10 4.1,0 1

  T Fe B Q f

U = 444,1 (vòng)

Lấy W1 = 445 vòng .

- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp : W2 =

1 2

U

U .W1 = 220440.445 = 890 vòng . =>Lấy W2 = 890 vòng .

- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :

Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2 - Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1 =

1 1

J

I = 322,,7566 = 11,9 (mm2)

Chọn dây dẫn thiết diện hình chữ nhật , cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm2 .

Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm . - Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp:

J1 =

1 1

S

I = 3214,,662 = 2,3 (A/mm2) - Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S2 =

2 2

J

I = 162,,7533 = 5,94 (mm2) Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B

* Kết cấu dây quấn sơ cấp .

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:

W11 = 2 . 250,862.1,5.0,95

1

 



c g k b

h

h = 24 (vòng)

Trong đó : kc : Là hệ số ép chặt , lấy kc = 0,95 . h : Chiều cao trụ h = 25 cm .

hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp . Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm .

- Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11 = 44524

11

1 

W

W = 18,5 lớp . Chọn số lớp n11 = 19 lớp .

Như vậy có 445 vòng chia thành 19 lớp , vậy 18 lớp đầu có 24 vòng và lớp thứ 19 có 13 vòng

445 – 18 . 24 = 13 vòng - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :

h1 = 11. 1 240..095,86 kc

b

W = 21,726 cm .

- Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 cm .

- Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = 1 (cm)

- Đường kính trong của ống cách điện :

Dt = dFe + 2a01 – 2S01 = 11 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 12,8 (cm)

- Đường kính trong của của cuộn sơ cấp:

Dt1 = Dt + 2S01 = 12,8 + 2 . 0,1 = 13 (cm) - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp:

cd11 = 0,1 (mm) - Bề dày cuộn sơ cấp :

Bd1 = ( a1 + cd11 ).n11 = ( 1,68 + 0,1 ).8 = 14,24 mm = 1,424 (cm) - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:

Dn1 = Dt1 + 2Bc1 = 13 + 2 . 1,424 = 15,848 (cm) - Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:

Dtb1 = 1 1 13 15,848

2 2

t n

D D 

 = 14,424 (cm)

- Chiều dài dây quấn sơ cấp:

l1 = W1.π) => điện áp u.Dtb = π) => điện áp u . 191 . 14,424 = 8650,649 cm = 86,5 (m) - Chọn bề dày cách điện giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp:

cd0 = 1 (cm)

* Kết cấu dây quấn thứ cấp.

- Chọn sơ bộ cuộn chiều cao cuộn thứ cấp:

h2 = h1 = 21,726 (cm) - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp:

W12 = bh .kc

2

2 = 21,1726.0,95 = 20 (vòng) - Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:

nl2 = 2

2

890

l 20 W

W  = 44,5 (lớp) chọn n12 = 45 lớp.

chọn 44 lớp trong cùng 20 vòng lớp thứ 45 có 10 vòng . - Chiều cao thực tế của cuộn thứ nhất :

h2 = 2 2 020,95.1

c l

k b

W = 21,05 (cm)

- Đường kính trong của cuộn thứ cấp:

Dt2 = Dn1 + 2a12 = 15,848 + 2 . 1 = 17,848 cm - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:

cd22 = 0,1 mm - Bề dày cuộn thứ cấp:

Bd2 = ( b2 + cd22 ). nl2 = ( 1 + 0,01 ) . 3 = 3,03 (cm) - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:

Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 17,848 + 2 . 3,03 = 23,908 (cm) - Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:

Dtb2 =

2

908 , 23 848 , 17 2

2

2 

 n 

t D

D = 20,878 (cm)

- Chiều dài dây quấn thứ cấp:

l2 = π) => điện áp u.W2.Dtb2 = π) => điện áp u . 54 . 20,878 = 3540 cm = 35,4 (m) - Đường kính trung bình của các cuộn dây:

D =

2 908 , 23 13 2

2

1 

 n 

t D

D = 18,454 (cm)

Suy ra : r = D2 18.2454 = 9,227 (cm)

* Các thông số của máy biến áp:

- Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75oC:

R1 = ρ.

1 1

s

l = 0,02133.

14 5 ,

86 = 0,13 (Ω) Trong đó : ρ = 0,02133 Ω.mm2/m.

- Điên trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75oC:

R2 = ρ.

2 2

s

l = 0,02133.3650,07,1 = 0,015 (Ω)

- Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:

RBA = R2 + R1.(

1 2

W

W )2 = 0,015 + 0,13.(19155 )2 = 0,026 (Ω)

- Sụt áp trên điện trở máy biến áp:

Δur = RBA.Id = 0,026 . 166 = 4,316 (V) - Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp:

XBA = 8.π) => điện áp u2.(W2)2.(

hqđ

r )(a12 + 3

2

1 d

d B

B 

).ω.10-7.

XBA = 8 . 3,142 . 552. (219,,227726 ) . (0,01 + 1,42433,03.102) . 314 . 10-7 XBA = 0,08 (Ω )

- Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:

LBA =

 XBA

= 0314,08 = 0,255.10-3 H = 0,255 (m) - Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:

Δux =



3 .XBA.Id =



3 .0,08.166 = 12,688 (V)

- Điện áp ngắn mạch tác dụng:

Unr = 100 0,026108.135,538.100

2

2 

U I RBA

= 3,29 (%) - Điện áp ngắn mạch phản kháng:

Unx = 100 0,08.108135,538.100

2

2 

U I XBA

= 10 (%) - Điện áp ngắn mạch phần trăm:

2 2 2 2