ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy biến áp
400kVA ngâm dầu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
1
LỜI NÓI ĐẦU

Máy điện là một loại hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên
quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.
Mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với
nhau cùng bộ phận mang chúng.
Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điệ
n từ dùng để biến
đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có
điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến
đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong dây quán thực hiện
bằng phương pháp điện.
Mặt khác, máy biến áp nó còn có vai trong quan trọng trong nền kinh
tế quốc dân như trong công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, các hệ

điều khiển….
Ở đây trong đồ án thiết kế máy biến áp ngâm dầu này của em được
làm theo trình tự sau:

thụ lớn thì một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được gi
ải quyết là: Việc truyền
tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế.
Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây nếu
điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống,
như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi do đó trọng lượng và chi phí dây sẽ
giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công su
ất lớn đi xa ít tổn hao và tiết
kiệm được kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao
đường 35, 110, 220 và 500KV. Trên thực tế các máy phát điện không có
khả năng phát ra những điện áp cao như vậy thường chỉ 3 đến 21KV là
cùng, do đó cần phải có thiết bị để tăng áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác
các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6KV do đ
ó tới đây
phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng áp ở đầu
ra của máy phát tức là ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp tới hộ

Máy phát
điện
Tăng áp Giảm áp
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
4
tiêu thụ tức là cuối đường dây dẫn được gọi là máy biến áp. Thực ra trong

vòng
dây, dây quấn 2 có W
2
vòng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một
Đồ
đi
ệ
th
é
sứ
c
đi
ệ
ch
i
th
ô
1
v
án tốt nghi
ệ
ệ
n áp U
t
x
o
é
p sẽ sinh
r
c

à 2 sẽ là:
ệ
p
o
ay chiều
v
r
a
t
ừ thôn
g
n
g e
1
và e
2
a
.
ớ
i dòng đi
ệ
ợ
c truyền t
ừ
ử
điện á
p

s
inh ra cũ

ò
ng với cả
n
hai sẽ c
ó
N
hư vậy
n
n
1 sang dâ
u
đặt vào
h
àm hình s
i
ứ
ng điện t
ừ
h
iết kế máy
b
g
đó sẽ có
hai dây q
u
ó
sức điện
n
ăng lượn
g

âm
d
i
1
, trong l
õ
cảm ứng
r
s
inh ra dò
n
g
điện xo
a
h sin thì
t
n
g dây qu
ấ
d
ầu

õ
i
r
a
n
g
a
y

22 2
2m
2
d.sint
d
eW. W.
dt dt
W. . .cos t 2
2E .sin
2
Φ
ω
Φ
=− =−
=− ωΦ ω
π
⎛⎞
=ω−
⎜⎟
⎝⎠

Trong đó:

1m
i
E
E
2
ωφ
==

EW
=≈

Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E
1
= U
1
; E
2
=
U
2
sauy ra:

11
22
EU
K
EU
=≈

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
7
Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có định nghĩa máy
biến áp như sau: máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa
trên nguyên lý cảm ứng điện tử biến đổi một hệ thống dòng điện xoay
chiều ở diện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp
khác với tần số không thay đổi. Máy bi
ến áp có hai đây quấn gọi là máy

2đm

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với
công suất và điện áp định mức. Đơn vị: A, KA
Có thể tính như sau:

®m ®m
1®m 2®m
1®m 2®m
SS
I;I;
UU
==

Đối với máy biến áp ba pha:

®m ®m
1®m 2®m
1®m 2®m
SS
I;I;
3.U 3.U
==

5. Tần số định mức: Hz
Thường máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz
Ngoài ra trên nhãm máy còn ghi những số liệu khác như: số pha, sơ
đồ và tổ đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch U
n
% chế độ làm việc ngắn hạn

m
đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi
gì. Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất rất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công
(hàn, quấn) bảo đảm độ bền cơ điện tốt. Gần đây người ta có dùng nhôm
thay thế đồng làm dây quấn. Nhôm có ưu điểm là nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn,
nhưng tất nhiên có nh
ược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém
hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khăn trong việc hàn nối. Khi dùng
nhôm thay đồng để đảm bảo được công suất tương đương thì thể tích nhôm
tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu
cách điện, sơn tẩm…. Tăng lên. Những khoả
n đó tăng thì được bù lại bởi
giá thành nhôm rẻ hơn. Nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng
nhôm và dây đồng thực tế không khác nhau là bao nhiêu.
+ Vật liệu cách điện phần lớn các máy biến áp dùng dây quấn có
cách điện bằng giấy cáp, thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho
phép +150
0
C. Với chiều dày cách điện cả hai phía 0,45 – 0,5mm. Việc
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
10
dùng dây dẫn có cách điện cao hơn E, B, F… không có ý nghĩa lắm vì nhiệt
độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quy định không chỉ ở cấp cách
điện của vật liệu cách điện mà còn ở nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây
quấn nữa. Một loại cách điện hay dùng bọc dây nữa là men cách điện
(emay). Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng
dây cách điện cao hơn nữ
a. Vì một lý do nữa là nhiệt độ cho phép càng cao
thì mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho

cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu xúc rửa,
lắp ráp, sửa chữa. Với máy biến áp công suất 1000KVA trở lên vì ruột máy
rất nặng nên được bắt cố đị
nh với đáy thùng và lúc lắp ráp sửa chữa thì
phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy. Lõi sắt gồm hai phần: trụ T
và gông G. Trụ là phần lõi có lồng dây quấn, gông là phần lõi không có dây
quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụ.
2. Dây quấn.
Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và
truyền tải năng lượng đi. Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối
với lưới điện áp thấ
p và cuộn CA nối với lưới điện cao hơn. Ở máy biến áp
có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ 3 với
điện áp trung bình gọi la TA. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều
một pha gọi là máy biến áp một pha. Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng
điện xoay chiều 3 pha gọi là máy biến áp 3 pha. Máy biến áp ngâm trong
dầu gọi là máy biến áp dầu. Máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy
biến áp khô.
3. Hệ thố
ng làm lạnh và vỏ máy.
Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng
lượng làm cho máy biến áp nóng lên. Muốn máy biến áp làm việc được lâu
dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá
trình làm nguội máy biến áp. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên
hoặc bằng dầu máy biến áp. Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi
là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp
dầu. Hầ
u hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
13
2. Tính toán các kích thước chủ yếu.
− Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt
− Chọn loại và mã hiệu tôn silic cách điện của chúng. Chọn cường
độ từ cảm lõi sắt
− Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách điện chút củ cuộn dây
− Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ
yếu β theo trị số i
0
, P
0
, O
n
, P
n
đã cho.
− Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn. Tính toán sơ bộ lõi
sắt
3. Tính toán dây quấn CA và HA
− Chọn dây quấn CA và HA
− Tính cuộn dây HA
− Tính cuộn dây CA
4. Tính toán ngắn mạch.
− Xác định tổn hao ngắn mạch
− Tính toán điện áp ngắn mạch
− Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch
5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạ
ch từ và tham số không tải của

==
= 133,333 [KVA]
2. Dung lượng trên mỗi trụ

'
®m
t
S
400
S
t3
==
= 133,333 [KVA]
3. Dòng điện dây định mức.
+ Đối với phía cao áp.

3
®m
2®m
3
2
S
400.10
I
3.U 3.22.20
== =
10, 5 [A]
+ Đối với phía hạ áp.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT

= 577,35 (A)
5. Điện áp pha định mức.
+ Đối với phía CA: U
2f
= U
2
= 22.000 (V)
+ Đối với phía HA:
3
1
1f
U
0,4.10
U
33
==
= 230,9 (V)
6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn
Theo bảng (2) ta tra được: U
t2
= 55 [KV]
U
t1
= 5 [KV]
II.2. CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT PHÁT VÀ TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ
YẾU.
7. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA
Với U
t2
= 55[KV] theo bảng 19 TKMBA thầy Phan Tử Thụ ta tra:

r
đối với một dãy công suất và diện rộng:
Nói chung thay đổi rất ít.

12
r12
aa
aa
3
+
=+

Trong đó:

2
4
12
aa
K. S'.10
3
−
+
=

Với K = 0,52 (theo bảng 12)
Vậy:

2
12
4

SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
17
Theo bảng 11 Phan Tử Thụ ta có:
B
t
= 1,62T
Hệ số gang: K
g
= 1,015 (theo bảng 6 Phan Tử Thụ)
Ép trụ bằng nêm với dây quấn, ép gông bằng xà ép, không dùng
bulong xuyên qua trụ và gông. Sử dụng lõi thép có 4 nối ghép nghiêng ở 4
góc của lõi, còn 2 nói ghép ở giữa dùng nối ghép thẳng lá tôn. Làm như vậy
để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng. Phương pháp ghép hiện đại nhất hiện nay là ghép chéo góc cho tỏn
thao trong mạch từ nhỏ nhấ. Kết cấu mạch từ kiểu không gian như trên r
ất
tiện cho sản xuất hàng loạt và công tác sửa chữa vì rất dễ cơ khí hoá, tự
động hoa và dễ tháo dỡ, lắp ráp.
Theo bảng 4 Phan Tử Thụ ta chọn số bậc thang trong trụ là 6, số bậc
thang của gông lấy bằng 5 bậc.
Hệ số chêm kích K
c

g
g
B
1, 62
B1496T
K1,015
== =

Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng
B”
K
= B
t
= 1,62 (T)
Mối nối nghiêng:

()
'
t
K
B
1, 62
B1,145T
22
== =

Suất tổn hao của thép trong trụ và gông
Theo bảng 45 Phan Tử Thụ:
P
t

SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
19

rr
4
4
22
nx t ld
S'.K .a
133,333.0,95.0,0357
A 0,507. 0,507.
f.U .B .K 50.3,756.1,62 .0,839
==

A = 0,163
a. Trọng lượng sắt (G
Fe
): G
Fe
= G
T
+ G
g
- Trọng lượng trụ:
2
1
T2
A
GAx
x

. 0,839. 0,163
2
. 0,45
A
1
= 36,16 (Kg)
Vậy:
2
T
283,95
G36,16x
x
=+

- Trọng lượng của gông: G
g
= B
1
x
3
+ B
2
x
2

+ B
1
= 2,4. 10
4
. K

+a
22
)
B
1
= 2,4. 10
4
. 0,839. 1,015. 0,163
3
. (0,018 + 0,018) = 19,54 (Kg)
Vậy: G
g
= 188,08x
3
+ 19,54 x
222
Fe
283,95
G 188,08x 55,7x
x
=++

b. Trọng lượng dây quấn:
1
dq
2
C

B
t
= 1,62 T
Vậy:
()
2
2
1
22 2
400.1,38
C 2,46.10 . 298,56 Kg
0,93.0,839 .1,62 .1,375.0,163
−
==

Vậy:
dq
2
298,56
G
x
=

5. Tính tổn hao
- Tổn hao không tải máy biến áp.

() ()
00
0pttt0 ptgg 0 0
KP KP

283,95
P 1,13.1,194 36,16x 0,5.10,64G
x
1,13.1,150 188,08x 19,54x 0,5.10,64G 6G
⎡⎤
=++
⎢⎥
⎣⎦
⎡
⎤
+++−
⎣
⎦

P
0
= 244,40x
2
+ 74,17x
2
+ 6,28G
0
.
383,11
x

Mặt khác

433
0ld

KqnT
⎡
⎤
⎡⎤
=+ −+
⎢
⎥
⎢⎥
⎣⎦
⎣
⎦
+
∑

Trong đó:

(
)
(
)
()
()
'''2
if t K
'' ' 2
if g K
K 1,20 q 1,645 VA / Kg P 20480 VA / m
K 1,06 q 1,526 VA / Kg P 2800 VA / m
== =
== =


''
io
K11,0=
(theo bảng 52a Phan Tử Thụ)
⇒ K
ig
= 4,43 + 2.11 = 39,2
K
ir
= 1,18 (theo bảng 52b Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến ảnh hưởng
do chiều rộng lá tôn ở góc mạch từ.
Q
0
= 1,2. 1,06. 1,645.(G
T
+ 0,5. 42,45 G
0
)
+ 1,2. 1,06. 1,526 (G
g
– 6G
g
+ 0,5. 1,18. 39,2G
0
)
+ 1,06. 2800. 4. T’
K
+ 1,06. 20480. 2T
’’

= 0,785. 0,839. 0,163
2
. X
2
= 0,0174x
2

Diện tích khe hở ở mối nối thẳng

'' 2
Kt
T T 0,0174x==

Diện tích khe hở mối nối nghiêng

'22
Kt
T 2T 2.0,0174x 0.0246x== =

Thay vào sau khi biến đổi ta được.
Q
0
= 1757,26x
3
+ 1161,06
2
+
594,02
x


C 188,08x 55,7x
xx
=+++

16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải

()
22
0
ox
594,02
1757,26x 1161,06x
Q
x
i%
10S 10.400
++
==

i
ox
= 0,44.x
3
+ 0,29 x
2
+
0,15
x

17. Mật độ dòng điện trong dây quấn.

G
x
=

β
1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6
4
x =β

1,048 1,16 1,167 1,17 1,172 1,245 1,32 1,38
2
4
x
2
=β
1,096 1,344 1,161 1,368 1,374 1,55 1,734 1,90
3
4
x
3
=β

1,148 1,56 1,588 1,60 1,61 1,93 2,29 2,62
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
24
β
1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6
2
T

856,60 986,75 996,02 999,99 1003,4
3
111,54 1226,2
0
135,68
T
t
= 0,0174x
2
0,0190 0,0233 0,0236 0,0238 0,0239 0,0269 0,030 0,033
32
0
Q 1757,26x 1161,x
594,02
x
=+
+

3856,6
6
4813,8
6
4879,7
3
4907,6
4
4931,3
1
5668,2
7

3,32410
6

3,52410
6
3,68410
6
dq
2
298,56
G
x
=

272,4 222,14 219,36 218,29 217,29 192,61 172,17 157,13
d=A.x = 0,163.x
0,1708 0,1890 0,1902 0,1907 0,191 0,2029 0,2151 0,2249
d
12
= a. d = 1,38.d
0,2357 0,2608 0,2624 0,2631 0,2635 0,2800 0,2968 0,3103
C = d12 + a12 + a22

0,3297 0,3608 0,363 0,3639 0,3644 0,384 0,4058 0,4223
32
td
2
C 188,08x 55,7x
283,95 588,64
x