§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Luận văn tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế máy biến áp
1 pha
1
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN.
2.1 Tính dòng điện cao áp và hạ áp của máy biến áp một pha.
+ Phía cao áp :
).(273,2
10.22
10.5010.10.
3
3
2
33
2
A
U
S
U
S
I
CA
====
+ Phía hạ áp :).(27,227
220
10.5010.10.

= 0,22 kV thì U
t
= 5 kV.
Các kích thước chủ yêú :
C C
d
d
a
l
aa
H×nh 2.1 C¸c kÝch thíc chñ yÕu cña m¸y
biÕn ¸p mét pha hai d©y quÊn.
a
01
01
l
0
2
121
12
3
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Trong đó:
+ C: Chiều rộng cửa sổ mạc từ.
+ d: Đường kính trụ sắt.

+l: Chiều cao dây quấn , hai dây quấn cao áp và hạ áp thường có chiều
dài bằng nhau.
+d
12

aa
aa
r
+
+=
Trong đó:
a
r
: Là chiều rộng quy đổi từ trương tản(mm).
a
1
,a
2
: Là bề dầy cuộn hạ áp và cao áp .

).mm( 4,1410.50.54.010.S.k
3
aa
2
4
2
421
===
+
−−
k: là hệ số tra bảng 12 sách thiết kế máy biến áp của Phan tử Thụ, k =
0,64÷ 0,51, ta chọn k =0,54.
4.Hệ số quy đổi từ trường tản lấy sơ bộ: k
r
= 0,95.

2222
=−=+=
rnnx
UUU
.
6. Các thông số mạch từ máy biến áp một pha.
+ Mạch từ máy biến áp một pha thiết kế dạng chữ E với dây quấn kiểu
trụ quấn giữa trụ, mạch từ có mối ghép chéo ở góc , ghép thẳng với trụ giữa.
Trụ dùng băng đai, gông dùng sắt ép lại, lõi thép dùng thép cán nguội đẳng
huớng 3406 dày 0,35 mm.
+ Chọn mật độ từ thông sơ bộ: B
T
= 1,62 T.
+ Theo bảng 13.2 sách thiết kế máy kế máy điện – Trần khánh Hà+
Phan Tử Thụ với S = 50 kVA chọn sơ bộ số bậc của trụ là 6.
+ Hệ số điền đầy:

92,0==
K
T
P
S
S
K
.
+ Hệ số ép chặt K
C
= 0,93÷ 0,94, sơ bộ chọn K
C
=0,93.

- Từ cảm ở khe hở không khí với mối nối xiên: B
K’’
= 1,62/
2
= 1,46.
7. Các thông số tổn hao của mã hiệu thép.
Theo bảng 44-4 đặc tính mã hiệu thép 3404, dày 0,35 mm sách thiết kế
máy biến áp ta có
+ Tổn hao trong thép: P
FeT
= 1,358w/kg; P
FeG
= 1,251w/kg.
+ Tổn hao trong trụ: Q
T
= 1,956 VA/ kg; trong gông Q
G
= 1,575VA/ kg,
trong khe hở vuông góc q
K’’
= 0,61VA/ cm
2
, khe hở chéo q
K’’
= 0,0956VA/
cm
2
.
8. các thông số khác.
7


.507,0
ldtnx
r
KBUf
KraS
A =
Trong đó:
S = 50 kVA: công suất định mức máy biến áp một pha.
a
r
: chiều rộng quy đổi từ trường tản.
K
r
= 0.95 : hệ số quy đổi từ trường tản.
8
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
f = 50 hZ: Tần số dòng điện;
U
nx
= 4.7% - thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng.
B
t
= 1.62T : mật độ từ cảm trong trụ.
K
ld
= 0,86: hệ số lợi dụng lõi sắt.
2.Trọng lượng trụ sắt.
2
2

.a.A
2
.K
ld
.l
0
=1,89.10
4
.1,3.0,1211
2
.0,86.20.10
-3
=
4,41 (kg).
1211,0
86.062,1.44,4.50
0344,0.50
.507.0
K.B.U.f
Kr.a.S
.507,0A
2
4
2
ld
2
tnx
r
===
.

b)
H×nh 2.2.a) Quy ®æi nöa tiÕt diÖn trô bËc thang vÒ
h×nh ch÷ nhËt; b) C¸c phÇn cña g«ng.
+ Trọng lượng của trụ sắt ở bộ phận thứ nhất là:
Feg
'
g
.c.2.S2G γ=
.
Trong đó:
10
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
C = 0,5.d
12
+0.25d+0,5a
12
+ a
2
+a
22
: chiều rộng cửa sổ mạch
từ.
d
12
: đường kính trung bình của hai dây quấn hạ áp và cao
áp.
a
12
: khoảng cách giữa cuộn hạ áp và cao áp .
a

4
.K
g
.K
ld
.A
3.
(a+b+e) =1,2.10
4
.1,03.0,86.0,1211
3.
(1,3+0,4+0,405) = 42,459(kg).
B
2
= 1,2.10
4
.K
g
.K
ld
.A
2.
(a
12
+2.a
22
)
= 1,2.10
4
.1,03.0,86.0,1211

KfC
''
f0
++=
.
Trong đó:
+
''
f
kf
: hệ số kể đến sự phục hồi không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn
cũng như sự uốn nắn và ép lõi sắt, có thể lấy
''
f
kf
= 1,25.
+
C
Q
: suất tổn hao chung của trụ và gông.
GTGGTTC
G.575,1G.956,1G.qG.qQ +=+=
.
+
f
Q
: công suất từ hoá phụ đối với mối nối thẳng.
ggtf
G.24,78G.q.40Q ==
+

2
.x
2
= 0,785.0,86.0,1211
2
= 0,
6. Trọng lượng kim loai hai dây quấn .

2
1
dq
x
C
G =
.
)kg(2,45
1211,0.7,1.62,1.86,0.91,0
3,1.50
.10.46,2
A.U.B.K.k
a.S
.KC
22
2
2
2
nrT
2
ldµ
2

6
RmaxK
−
β=
Trong đó:
i
max
= K
n
.I;
K
n
= 1,41.
2,34)e1.(
u
100
nx
nr
u
u
n
=+
π−
.
Ứng suất kéo tác dụng lên dây dẫn.
795,1
A.a
P
.k.k.k.10.66,.0M
n

Fe
G
G
G
T
G
Cu
β
0
1,2
β
1,4
2,5
1,6
3,0
C'
td
(%)
100
C¸c quan hÖ a) träng lîng lâi s¾t, d©y quÊn; b) Gi¸ thµnh vËt liÖu t¸c dông
15
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Lập bảng tính các đại lượng với β = 1,2÷3,0
Từ bảng lập trên ta thấy được rằng, giá thành chi phí vật liệu tác dụng
thấp nhất trong khoảng
8,16,1 ≤β≤
, trong khoảng đó tất cả các tham số đều
đạ yêu cầu.
β
1,2 1,4 1,6 2,5 3,0

2
4,8309 5,2180 5,5783 0,9728 7,6383
G
T
= A
1
/x+ A
2
.x
2
43,0486 41,9909 41,1438 38,7837 38,0318
B
1
.x
3
= 42,5.x
3
48,7276 54,6997 60,4615 84,4975 96,8790
B
2
.x
2
=5,45.x
2
5,9702 6,4485 6,8938 8,6172 9,4397
G
G
= B
1
.x

G
+1,969.G
T
1648 1814,8 1975,8 2648,7 2995
i
0x=
Q
0
/10.50 3,2965 3,6297 3,9517 5,2975 5,991
G
dq
= C
1
/x
2
41,2618 38,2010 35,7337 28,5870 26,0962
G
Cu
= 1,06.G
dq
43,4945 40,4930 37,275 30,3022 27,6620
CuFe
'
td
G.81,1GC +=
263,085 260,4133 259,3456 264,3127 270,4823
J =
dq
nf
G.K

12
+0,5.a
12
+a
2
+a
22
0,2189 0,2183 0,2238 0,2586 0,2461
16
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Ta chọn với hệ số hình dáng β =1,6.
1. Đường kính trụ sắt: d = 0,1361(m)≈140mm.
2. đường kính trung bình giữa cao áp và hạ áp: d
12
=
0,1769(m)≈180mm.
3. Chiều dày cuộn hạ áp: l = 0,3472(m).
4. Tiết diện lõi sắt :S
T
= 0,0125 (m
2
).
5. Chiều dài trụ lõi sắt: l
T
= l +2.l
0
= 0,3971 (m).
6. Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt: C = 0,2182 (m)≈220mm.
7. điện áp một vòng dây: U
V

+ Dây quấn hình ống dây dẫn tròn.
+ Dây quấn hình xoắn.
+ Dây quấn xoắn ốc liên tục.
3.1.1. Dây quấn hình ống dây quấn chữ nhật.
+Loại dây này dùng dây tiết diện hình chữ nhật quấn thành
hình trụ. Nếu dòng điện lớn quá thì ghép thành nhiều sợi song song. Lúc đó
tốt nhất là dùng các sợi cùng kích thước ghép kề nhau theo hướng trục, không
nên ghép kề theo hướng kính để cho từ thông tản trong các sợi dây giống nhau
và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau và về mặt cơ
khí ghép hướng trục cũng tốt hơn.
+ Các phương pháp quấn dây: Quấn nẹp sợi dây, quấn
dựng sợi dây.Nói chung dây quấn loại này nên quấn nẹp (theo cạnh lớn) sợi
dây, không nên quấn gân dựng (theo cạnh nhỏ) sợi dây vĩe khó quấn hơn mà
dây quấn dễ nghiêng đi; tổn hao phụ do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại
kém.
18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha
b
a
b
a) Quấn nẹp sợi
dây(hay dùng)
b) Quấn gân dựng sợi
dây(kiểu này khó
quấn dây hơn nữa dễ
nghiêng đi)
Hỡnh 3.1.a,b;
+ Nu qun dõy mt lp ta cú kiu qun dõy qun hỡnh ng mt lp hay
gi l ng n (hỡnh 3.2.a) ; nu qun dõy hai lp ta cú kiu dõy qun ng kộp
(hỡnh 3.2.b). Kiu hỡnh ng kộp thỡ hai lp ni tip nhau(qun lp trong t trờn

4
8
4
7
6
5
3
2
1
7
6
5
4
3
2
1
14
13
12
11
10
9
8
14
13
12
11
10
9
8

+ Kiểu dây quấn này có số vòng dây ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây
quấn hạ áp. Ưu điểm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt. Nhưng
nhược điểm của nó là chiều dài của các sợi dây ghép không bằng nhau nên
điện trở khác nhau, từ thông tản không đều (càng xa trụ sắt từ thông tản càng
nhỏ) nên điện kháng tản cũng khác nhau. Mặt khác dòng điện không đều làm
tăng tổn hao phụ. Vì vậy các sợi dây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị.
21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha
3.2.a) Dây dẫn hình ống một lớp
dây dẫn tròn
Tấm lót cách điện
bằng giấy cáp
Vành đệm bìa
cách điện
quấn bằng băng
vải
Cách điện lớp
3.2 b)Cách điện phần đầu của dây quấn hình ống
nhiều lớp.
3.1.3. Dõy qun hỡnh xon.
+ i vi dõy qun hỡnh xon mch n theo chiu di dõy
qun ngi ta thng hoỏn v ba ch gm: Hai hoỏn v phõn t khong
4
1

v
4
3
chiu cao cun dõy v mt hoỏn v ton b gia cun dõy.
22

điện đỡ phiền phức. Như vậy số bánh phải là số chẵn.
- Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây. Nhưng việc hoán
vị ở đây có thể tiến hành giữa hai bánh dây cạnh nhau và không làm thay đổi
chiều cao của dây quấn.
+ Dây quấn xoáy ốc liên tục được dùng chủ yếu làm cuộn cao áp và
thường được sử dụng trong dải công suất rộng các máy biến áp từ 160÷
100000 kVA và điện áp từ 2 đến 500 KV.
24
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
3.2. Cách điện trong máy biến áp.
3.2.1 Vật liệu cách điện dùng trong máy biến áp.
a) Giấy cáp: Thường có các loại giấy cáp dày 0,08; 0,12; 0,17
mm. Trong các máy biến áp thương dùng loại giấy loại 0,12 mm để bọc quanh
các sợi dây đồng; ngoài ra giấy cáp còn dùng làm cách điện giữa các lớp dây
quấn hay cắt thành băng nhỏ để cách điện cho dây dẫn ra và tăng cường cách
điện cho các vòng dây đầu cuộn cao áp từ 6, 10 đến500 KV. Giấy cáp là một
trong những cách điện chính trong máy biến áp. Mã hiệu giấy cáp Nga là k-
08; k-12; k-17.
b) Giấy điện thoại: Mỏng hơn giấy cáp (thương dày 0,05± 5%
mm) thường dùng làm cách điện giữa các lớp, cách điện cho các dây dẫn ra
của một số dây dẫn tròn. Mã hiệu giấy Nga là KT- 50.
c) Vải sơn: Máy biến áp dầu thường dùng loại vải hay lụa đã qua
3 lần tẩm dầu sơn có chiều dầy 0,17; 0,20;0,24 mm.
d) Băng vải:
Có hai loại: Loại sợi chéo dày 0,54 ±0,02 mm và loại sợi thẳng dầy 0,28
±0,02 mm, rộng từ 1,5 ÷5 cm. Trong máy biến áp dùng băng vải này để giữ
chặt các vòng dây của dây quấn, hay bọc chặt cách điện của dây quấn không
nhằm để cách điện.
đ) Bìa cách điện: Bìa cách điện được chế tạo thành từng tấm có
chiều dầy 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 2,5; 3,0 mm hay cũng có loại chế tạo thành