ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến
áp điện lực 3 pha
ngâm dầu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
1
LỜI MỞ ĐẦU
húng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của
khoa học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa
được đặt lên hàng đầu .
Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được
ngành điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó.
Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy đ
iện là một khâu vô cùng
quan trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới
được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện. Khi điện đã được sản xuất ra
thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện
năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và
gi
ảm điện áp lưới sao cho phù hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên cao
để tránh tổn thất điện năng khi truyền tải cũng như giảm điện áp cho phù
hợp với nơi tiêu thụ .

Mục lục .

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
3
Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường
dây tải điện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi
tiêu thụ điện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc
truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và
đảm bảo được các
chỉ tiêu kĩ thuật. Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản
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,

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
4
đường dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thụ
gọi là các máy biến áp (MBA).
Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công
suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải
qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của
các MBA trong h
ệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của
trạm phát điện. Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA
điện lực hay MBA công suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm
vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng
lượng.
Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiế
t kế chế
tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên
liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thước máy.
Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng
trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa
nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung
lượng 63000KVA với
điện áp 110KV.
1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP


: Số vòng dây cuộn sơ cấp .
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp .
+ U
2
: Điện áp thứ cấp .
+ I
2
: Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
+ P
2
: Công suất thứ cấp .
+ W
2
: Số vòng dây cuộn thứ cấp .
1.3 CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC

Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho
phù hợp với từng loại máy .
Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA .
a. Điện áp định mức

Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U
1đm
,là điện áp qui định cho dây quấn
sơ cấp .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

1đm
.I
1đm
.
Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
S
đm
= 3 .U
2đm
.I
2đm
= 3 .U
1đm
.I
1đm
.
1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA

MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ
chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như
+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò .
+ Trong hàn điện có MBA hàn .
+ Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
8
định hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ
từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng
cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn
cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T. từ đó giảm được tổn hao trong
máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt
đáng kể chiều cao củ
a MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở. Tuy nhiên
tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng
lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn
này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng.
Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởi tôn
các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhậ
t, Mỹ, CHLB Đức…v v)
Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G) .
Trụ là nơi để đặt dây quấn.
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ(0,30 tới
0,5)mm hai mặt được sơn cách điện.
Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong
dầu biế
n áp.
Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có

sét trên dây quấn đều hơn. nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo
phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại kích
thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trường
hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ
tác dụng lên dây quấ
n không đều, tốn nguyên vật liệu. Lõi sắt loại này
thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện (Hình 1.4)
Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu tr
ụ
a. Một pha; b. Ba pha; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
10c.Lõi sắt kiểu trụ – bọc
( Hình 1.5):
Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc. Kiểu này hay
dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn
100000KVA /1 pha)và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang
hai bên.
Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc thì hai trụ sắt phía
ngoài cũng thuộc về gông. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
12
Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khi ghép các lá
thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thể
cắt vát góc lá thép kĩ thuật điện như (hình 1.6.c.d.e).
Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ
sắt thường làm thành hình bậc thang gần tròn.
Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết
diện ngang của gông có thể làm đơn gi
ản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ
T. Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện
gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ.

a


Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng
vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng,
cũng có thể bằng nhôm ( ít phổ biến).
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa các
vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện
với lõi.
Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ
áp (HA) đôi
khi còn có cuộn trung áp (TA).
Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người ta chia ra hai loại dây
quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ
a.
Dây quấn đồng tâm:
(Hình 1.7): Cuộn CA và HA là
những hình ống đồng tâm ,bố
trí cuộn HA đặt sát trụ còn
cuộn CA đặt ngoài .Bố trí cuộn
CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc
việc rút đầu dây điều chỉnh điện
áp cũng như giảm được kích
thước rãnh cách điện giữa các
cuộn dây và giữa cuộn dây với
trụ sắt.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu


SINH VIÊN :BUI THI LUONG
15
Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc,
một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi
thép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên.
Do đó giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi
là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm
tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối vớ
i MBA.
Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi
MBA được ngâm trong môi trường dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt
truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và
truyền ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ
chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan
các bộ phận bên trong MBA. Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng
cườ
ng cách điện.
Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác
nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các
MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống.
Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có
ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt.

Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
17
1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA
Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và
sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra.
Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với
nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ.
Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11).
Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA
Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây. Cuộn sơ

cấp có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi
thép.
Khi đặt một điện áp xoay chiều v
1
vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có
dòng điện i
1
. Trong lõi thép và sinh ra từ thông  móc vòng với cả hai cuộn
dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e
1
và e
2
. ở cuộn sơ cấp

=W
1
dt
d
φ
= - 
1
dt
tmd
ω
φ
sin
= -W

mcost
=
2
E
1
sin(t-
2
π

e

W

dt
d
φ

mfW
φ
π
=4,44fW
1
m E
2
=
2
2
mW
φ
ω
=
2
2
2
mfW
φ
π
=4,44fW
2
m
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau.
k =
2
1
E
E

dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
19
MBA điện lực được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu
chuẩn nhà nước như sau.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui dịnh.
+Điều kiện làm việc của MBA. Độ cao không quá 100m so với mực
nước biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20
o
C đến
-40
o
C. Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ
nước đầu vào không vượt quá 25
o
C.
+ Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối
với MBA công suất đến 10MVA được chọn theo dãy R10 của 10; 16; 25;
63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300;1 0.000 KVA.
Nếu là MBA một pha thì công suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm.
+ Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220;
500kV. Tiêu chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch
pha trong MBA 3 pha như sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây
pha của MBA 3 pha và được đánh dấu bằng các chũ Y, D và Z cho các cuộ
n
dây cao áp và y, d,z cho các cộn dây hạ áp. Nếu điểm trung tính của cuộn

• Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt
• Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách điện của chúng, chọn
cường độ tự cảm của lõi sắt
• Chọn các kết cấu và xác định các khỏang cách cách điện
chính của cuộn dây
• Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu 
theo đại số io, Po,
θ
m, Pn đã cho.
• Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ
lõi sắt.
3. Tính toán dây quấn CA và HA

• Chọn dây quấn CA và HA
• Tính cuộn dây HA
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
21
• Tính cuộn dây CA
4. Tính toán ngắn mạch

• Xác dịnh tổn hao ngắn mạch
• Tính toàn điện áp ngắn mạch
• Tính lực cơ của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch
5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của

PHẦN II: THIẾT KẾ
Nhiệm vụ thiết kế
:
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 400KVA.
Các số liệu ban đầu:

Dung lượng S = 400KVA.
Điện áp U
CA
/U
HA
=22/0.4KV(+-) 2*2.5%
Tần số f=50 Hz.
Tổ nối dây Y/Y0-12.
Tổn hao không tải : P
0
= 840 W
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

400
=133,3 (KVA)
2.Dung lượng trong mỗi trụ.
S’ =
t
S
=
3
400
=133,3 (KVA)
Trong đó :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG
24
S= 400KVA: công suất định mức máy biến áp
m=3 :số pha
t=3 : số trụ tác dụng của m.b.a
3. Dòng điện dây định mức.

- Phía cao áp (CA)
I
2
=
dm
dm


0,4.10
3
(V) : là điện áp phía hạ áp.
4.Dòng điện pha định mức.

Vì dây quấn nối Y/Y
0
nên dòng điện pha định mức là :
- Phía CA nối Y: Nên ta có I
f2
=I
2
=10,479(A).
- Phía HA nối Y: Nên ta có I
f1
=I
1
=577,35(A).
5. Điện áp pha định mức.
- Phía cao áp nối Y: U
f2
=
3
CA
U
=
.3
22
=12,7(KV)