TRUỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MƠN THIẾT BỊ ĐIỆN

 ĐỒ ÁN MƠN
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN
ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA
250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
1
1 Đề tài : Thiết kế máy biến áp không khí
Dung lượng máy biến áp : S
dm
= 250 KVA
Tổn hao không tải : P
o
= 600 W
Sơ đồ đấu dây : Y/Y
o
-12
Điện áp ngắn mạch : U
n
= 5.5%
Tổn hao ngắn mạch : P
n
= 2750W
Số pha : m = 3, tần số f=50Hz, U
dm
=35/0.4KV

stt
Tên bản vẽ
Khổ giấy
Số lượng
1

1/2010
2
Chƣơng 1: Tổng Quan Về Máy Biến Áp I.Khái Niệm.
Máy biến áp là bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, biến đổi điện áp này
sang điện áp khác. Việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện tới hộ tiêu thụ cần tối
thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt gấp từ 5 đến 8 lần
hoặc hơn nữa. Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98%-99%). Nhưng vì số
lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao là rất lớn, do đó tôn cán lạnh được dùng
làm mạch từ máy biến áp, khi đó tổn hao công suất (P) và công suất từ hoá(Q)
thấp, dẫn đến tổn hao giảm đáng kể.
Các bộ phận chính trong máy biến áp: Lõi sắt( mạch từ), dây quấn , hệ
thống làm mát và vỏ máy

II. Tiêu chuẩn trong việc chế tạo máy biến áp.
Một trong những nhiệm vụ của ngành thiết kế máy biến áp là xác định được
những yêu cầu riêng cho các máy biến áp. Phản ánh được yêu cầu về vận hành và
điều kiện làm việc của nó. Đảm bảo sự phát nóng cho phép, khả năng về quá tải, sơ
đồ tổ nối dây, điện áp định mức, điều chỉnh về điện áp, các đặc tính về không tải,
ngắn mạch…. Do yêu cầu về mở rộng thang công suất, điện áp và nâng cao chất
lượng điện năng cũng như tính năng của máy biến áp nhiều tiêu chuản mới của
máy biến áp được đưa ra. Ở đây ta thiết kế máy biến áp có công suất là 250KVA
điện áp 35/0.4KV ( làm mát bằng không khí), kiểu trụ.
Công Suất
Làm lạnh bằng
Số pha
điện áp
250KVA

- vật liệu kết cấu : dùng để bảo vệ vả giữ cố định máy biến áp( bulông, xà
ép, vỏ máy.

Vật liệu quan trọng trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp là tôn silic.
Lõi thép máy biến áp được dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0.5mm hoặc
tôn cán lạnh dày 0.35mm. Tuy nhiên để giảm suất tổn hao người ta dùng tôn
cán lạnh, đồng thời tăng độ từ cảm trong lõi thép lên 1.6 1.65 tesla trong
khi tôn cán nóng chỉ tới 1.45 tesla. Do dó suất tổn hao giảm, trọng lượng và
kích thước giảm đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đặc biệt là chiều cao giảm
đáng kể thuận tiện cho di chuyển lắp đặt.
Vật liệu quan trọng thứ hai là kim loại làm dây quấn, người ta thường
dùng dây quấn làm bằng đồng vì:
- điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công.
- đảm bảo độ bền cơ điện tốt…
Trong thiết kế MBA có hai loại dây dẫn thường được dùng là đồng và
nhôm, mặc dù nhôm có những ưu điểm như rẻ, dễ kiếm, nhẹ nhưng điện trở
suất cao hơn, độ bền cơ kém, khó gia công nên người ta chọn đồng làm dây
quấn
Về vật liệu cách điện thông thường người ta dùng dây quấn cách điện
bọc bằng giấy cáp. Ở đây theo yêu cầu thiết kế ta dùng cấp cách điện B. Tuy
nhiên nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không
chỉ ở cấp cách điện của mày biến áp mà còn phụ thuộc nhiệt độ cho phép
của không khí làm mát biến áp.
Người ta thường dung sơn emay do mỏng hơn, cách điện tốt hơn, độ
bền cơ và tính chịu nhiệt cũng tốt hơn giấy cáp tuy nhiên giá thành cao hơn.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


dây quấn dùng để khép kín mạch từ giưa các mạch từ với nhau.
Thường phân lõi sắt theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây
quấn.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
5
a/Lõi sắt kiểu trụ : Ở đây dây quấn ôm lấy trụ sắt. Gông từ không bao lấy mặt
ngoài của dây quấn. Trụ sắt thường để đứng, tiết diện gồm nhiều bậc thang nên
đường bao gần hình tròn và dây quấn thành hình trụ tròn. Kết cấu đơn giản chịu
được ứng suất do lực điện động gây ra tốt.


b/Lõi sắt kiểu bọc: Gông trụ bọc ngoài dây quấn, trụ thường để nằm ngang , tiết
diện trụ hình chũ nhật. Ưu điểm là máy biến áp không cao nên vận chuyển dễ
dàng. Ở kiều này dây quấn CA và HA thường quấn xen kẽ nhau nên chống sét
tốt. Nhược điểm là khó chế tạo hơn, độ bền cơ học kém ( các lực tác dụng lên
dây quấn không đều , tốn nguyên liệu

Hình 3. Lõi sắ MBA 3 pha kiểu bọc
1- Trụ 2- Gông 3- Dây quấn

Ngoài ra người ta còn thiết kế kiểu lõi sắt trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc
gọi là trụ-bọc.
c/Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu: Lõi ghép nối
và ghép nối xen kẽ.
+ Ghép nối: Gông và trụ ghép riêng rồi được nối lại với nhau nên không bảo đảm


2. Dây quấn
Dây quấn MBA là bộ phận thu nhân năng lượng vào và truyền tải năng
lượng đi. Trong MBA hai dây quấn cuộn cao áp nối với điện áp cao, cuộn hạ áp
nối với điện áp thấp. Theo phương pháp bố trí dây quấn người ta chia thành hai
kiểu dây quấn chính: loại đồng tâm và xen kẽ
a/ Loại đồng tâm: Dây quấn cao áp và hạ áp là những hình ống đặt đồng tâm với
nhau thường thì có chiều cao bằng nhau. Khi bố trí dây thì cuộn hạ áp đặt trong
cùng cuộn cao áp đặt ngoài cùng, làm như vậy dễ điều chỉnh cấp điện áp và giảm
kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và cuộn dây với lõi sắt
b/ Loại xen kẽ: Dây CA và HA được quấn thành hình bánh có chiều cao khác nhau
và quấn xen kẽ nhau.
Ngoài ra dây quấn phụ thuộc vào hình dáng, tiết diện cuộn dây chia làm hai
loại: dây quấn tròn và hình chữ nhật.

Hình 6. a) dây quấn đồng tâm
b)dây quấn xen kẽ

HA
CA
a)

Chủ yếu định rõ hình dáng máy biến áp như kết cấu, phương pháp làm mát.
Ở đây ta thiết kế MBA không khi công suất 250KVA - 35/0.4KV - 50Hz vì
vậy nhiệm vụ thiết kế phải đảm bảo tính kinh tế, độ ổn định, độ tin cậy MBA.
2. Tính toán điện từ:
Thường qua một số bước chủ yếu sau đây:
- Tính toán kích thước chủ yếu
- Thiết kế cuộn dây, các kết cấu cách điện của chúng
- Tính toán kiểm nghiệm các đặc tính về điện, từ.
- Tính toàn cụ thể lõi sắt
- Tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máy
3. Thiết kế thi công.
- Tính toán và vẽ đầy đủ chi tiết kết cấu MBA
- Tính toán kinh tế về sản phẩm chế tạo
- Thiết kế MBA được tiến hành qua các bước như sau:
a/ Xác định các đại lượng cơ bản:
+ Tính dòng điện, điện áp pha của các cuộn dây.
+ Xác định điện áp thử của dây quấn.
+ Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
9
b/Tính toán kích thước chủ yếu:
+ Chọn sơ đồ và kích thước lõi sắt
+ Chọn mã hiệu tôn và cách điện, chọn cường độ từ cảm lõi sắt
+ Chọn kết cấu và xác định khoảng cách cách điện các cuộn dây
+ Tính toán sơ bộ và chọn kích thước chủ yếu hình dáng β theo P
0
, P
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
10

CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN KÍCH THƢỚC CHỦ
YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP

I. Các thông số kĩ thuật ban đầu
Việc thiết kế MBA luôn luôn đảm bảo bốn thông số quan trọng trong
pham vi cho phép ở điều kiện làm việc lưới điện Việt Nam.
Trong phạm vi cho phép việc thiết kế MBA các thông số kĩ thuật theo
tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN):
Theo TCVN ta thiết kế MBA không khí 3 pha có số liệu ban đầu như
sau: Dung lượng máy biến áp : S
dm
= 250 KVA
Tổn hao không tải : P

n
ảnh
hưởng đến hiệu suất của MBA.
+ P
n
lớn thì hiệu suất của MBA giảm và ngược lại tuy nhiên trọng lượng
đồng tăng làm giá thành tăng.

)1(
0
0
ndm
n
PPP
PP
100
%
2/Tổn hao không tải P
o

Trong thí nghiệm không tải phía sơ cấp đặt điện áp định mức, phía thứ cấp
hở mạch vì vậy P
o
là tổn hao trên lõi thép và tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ
cấp. Tổn hao trên lõi thép thường 0.1% - 0.2% của tổng công suất MBA.Gồm có
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
11

)/(
50
1
kgW
là tổn hao của lõi thép ở tần số từu hoá f=50Hz tương ưóng với
cảm ứng từ B=1Tesla
m
K
là khối lượng lõi thép ở đoạn k(kg)
B là cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k ( Tesla)
3/ Điện áp ngắn mạch U
n

Điện áp ngắn mạch U
n
là đại lượng đặc trưng của điện trở và điện kháng tản
của dây MBA.
U
n
% =
100100
dm
ndm
dm
n
U
ZI
x
U
U

II

+ I
0x
là dòng từ hoá lõi thép tạo nên từ thông cùng chiều với từ thông
+I
0r
là dòng tạo nên tổn hao sắt từ của lõi thép thông thường I
0r
=0.1*I
o

Thông thường I
0
= (0,005-0,1) I
dm
.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
12
III. Tính toán các trị số định mức
1. Công suất mỗi pha máy biến áp ba pha.


U
1dm
=0,4KV : điện áp phía hạ áp
b/Dòng cao áp.
I
2
=
)(12,4
35.3
250
.3
2
A
U
S
dm

4. Điện áp pha.
Bên cao áp: U
f2
= U
2
/
3
=35000/
3
=20207 V.
Bên hạ áp : U
f1

=360,85A chọn dây quấn hình ông đơn. IV. Chọn vật liệu tác dụng.
Trong thiết kế việ lựa chọn vật liệu tác dụng cũng như vật liệu cách
điện vật liệu dây dẫn, vật liệu kết cấu mạch từ, vật liệu kết cấu mạch từ… có
ảnh hưởng đến tính năng MBA, hiệu suất máy.
Các vật liệu dùng đẻ chế tạo MBA gồm có:
o Thép kĩ thuật điện dẫn từ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
13
o Đồng hay nhôm dùng làm dây quấn
o Thép làm thùng, vỏ máy
o Sứ cách điện và các vật liệu cách điện khác
1. Chọn vật liệu dẫn điện.
Ta chọn vật liệu đồng vì đồng có tính dẫn điện dẫn nhiết tót, độ bền
cơ cao.
Dây HA ta chọn dây có tiết diện lớn, hình chũ nhật vì dòng cao
Dây cao áp ta chọn dây có tiết diện nhỏ, tiết diện tròn vì dòng thấp.
2. Chọn vật liệu dẫn từ.
Vật liệu dẫn từ có hai loại: Thép kĩ thuật cán nóng và thép kĩ thuật cán
lạnh. Ta chọn thép kĩ thuật cán lạnh vì có hàm lượng silic cao hơn nên
tổn hao thấp, đặc tính từ cảm cao có độ từ cảm co thể đạt từ 1.45 đến
1.75, trọng lượng giảm, giảm tổn hao dòng điện và tổn hao không tải dẫn
đến giá thành máy giảm.
Để cách điện người ta dùng sơn emay.
Dựa vào đặc tính của thép ta chọn thép cán lạnh đẳng hướng 3404 dày

dây quấn tiết diện tròn la tốt nhất hơn nữa dây quấn kiểu này còn tiết kiệm
nhất.
MBA công suất nhỏ thường dùng tiết diện hình chữ thập
Hình 7. Tiết diện hình chũ thập
Mạch từ kiểu trụ có hai loại chính:
o Loại 3 trụ :loại này chế tạo dễ, tốn it thép sử dụng rộng dãi với máy
công suất nhỏ.
Hình 8. Loại mạch từ 3 trụ Hình 10. Dạng mạch từ kiểu bọc
Ưu điểm: Dễ chế tạo, tiết kiệm trọng lượng thép, ứng dụng với MBA công
suất vừa và nhỏ. GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
16
Nhược điểm: Chiều cao mạch từ lớn khó di chuyển, chịu lực kém.
Với đề tài thiết kế này ta chọn mạch từ ba pha kiểu trụ loại ba trụ.
3. Chọn tiết diện trụ thép.
Hình dáng tiết diện trụ thép phụ thuộc vào tiết diện dây quấn.
Thông thường có ba loại chính:
o Tiết diện vuông
o Tiết diện thập
o Tiết diện nhiều cấp Hình 11. Tiết diện vuông Tiết diện chũ thập Tiết diện nhiều cấp
Với đề tài náy ta chọn tiết diện nhiều cấp để giảm tổn hao và tăng hiệu
suất MBA.
4. Ghép trụ và gông.

o Dây quấn đồng trục: Dây HA đặt bên trong, dây CA đặt bên ngoài
như vậy dễ cách điện cho dây quấn cao áp hơn. Dây quấn thường
quấn sang trái, quấn HA đồng trục từng vòng liên tục, dây cao thế
phân thành bánh dây, ở giưa có khe hở làm mát. Hình 13. Dây quấn đồng trục đơn giản vn : dây CA
nn : dây HA
o Dây quấn phân tán( hai lần đồng trục): dùng đẻ giảm điện áp ngắn
mạch Hình 15. Các kích thước chủ yếu MBA
1. Chọn thông số cơ bản cho máy biến áp
Xác định tham số để tình kích thước chủ yếu .
o Ta có:
813.133,836.0'.
3
)(
4
4
21
P
Sk
aa
cm
Trong đó k=0.6 ( theo bảng 13.1)
o Vậy chiều rộng quy đổi từ trường tản:

a
R

a
1
a
01
a
22
l
0
l
0
d

d

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
19
U
nr
=
%1.1
25010
2750
10
P
n
S
P

dùng mối ghép thẳng lá tôn.
o Chọn hệ số bậc thang trong trụ
Theo bảng XVII1.b ta chọn bậc thang trụ n=8, bậc thang gông bằng:
n-1=7 bậc.
o Hệ số ép chặt của máy biến áp: K
c
=0,93 ( theo bảng 13.3-TL1)
o Chọn hệ số điền đầy dãnh K
d
= 0,935 ( theo bảng 13.2 -TL1)
o Hệ số lợi dụng lõi sắt : K
ld
= K
c
.K
d
=0,93.0,935=0,86955.
o Hệ số K
f
= 0,96( theo bảng 13.7-TL1)
o Từ cảm trong gông:

)(59,1
02,1
62,1
T
K
B
B
g

2
, q
k
’=0.0956VA/cm
2
.

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
20 Vậy ta có khoảng cách cách điện chính:
- Giữa trụ và dây quấn hạ áp: a
01
=1,5cm
- Giữa dây quấn cao áp và hạ áp: a
12
=2,7cm
- Giữa hai cuộn cao áp: a
22
=2cm
- Tấm chắn giữa các pha: δ
22
=0,3cm
- Giữa dây quấn cao áp đến gông: l
02
=5cm

=5.39% thành phẩn phản kháng điện áp ngắn mạch.
o B
t
=1,62 T: hệ số tự cảm
o S’=83,33 KVA : công suất của MBA
Đặt :
d = A.X

X =
4

Trong đó
A = 16.
4
22

'.
ltx
rr
KBUf
KaS
= 16.
4
22
86,0.62,1.38,5.50
95,0.513,4.33,83
= 14,5.

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA



Trong đó :
+ t=3 số trụ tác dụng
+
FE
=7,65 kg/dm
3
tỉ trọng của sắt (đối với tôn cán lạnh)
+ l
0
= 2l
02
= 2.5=10cm khoảng cách từ bề mặt cuộn dây tới gông.
+ T
t
=
4
.
2
d
tiết diện trụ
Chiều cao của trụ l
t
: l
t
= l + l
0
= l + 10 (cm).
d
12

X
A
X
A

Trong ñoù :
A
1
= t.K
ld
.
T.
A
3
.
2
.
4
1
. 10
-3
= 3.0,869.7,65.(14,5)
3
.
2
.
4
1
. 10
-3

1/2010
22
= 96,12
A
3
= t.K
ld
.
T.
A
2
. .l
0
.
4
1
. 10
-3

= 3.0,869.7,65.(14,5)
2
. .
4
1
. 10
-2
= 32,9
G
T
= 150

tích gạch chéo ) Thông thường : e = 0,75.d = 0,75.14,5X = 10,875X
C
’
: Khoảng cách giữa hai trụ
C’ = d
12
+ a
12
+ 2a
2
+ a
22

C
C
G
g
’
/2
G
g
’’
/4
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA

2
+a
12
+ e )
= d + 2,1 + 2( 5 + 2,7 + 0,411 )
= d + 18,3
= 20X + 18,3
Với: K
g
= 1,03
G
g
= 2.1,02. .
4
).20(
2
X
.0,869.7,65[ ( 3 –1)( 20X + 18,3 ) ]10
-3

= 2.1,02. .
4
).20(
2
X
.0,869.7,65.( 40X + 36,6 )10
-3

= 170,33X
3