ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
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 điện 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
giảm 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 .
Trong lĩnh vực công nghiệp máy biến áp đóng vai trò vô cùng quan
trọng phục vụ cho việc cung cấp điện năng chuyển hoá thành các dạng
năng lượng khác ứng dụng vào sản xuất. Trong đó máy biến áp dùng cho
đầu máy chạy điện cũng đóng vai trò rất quan trong phục vụ cho ngành
giao thông vận tải. Đầu máy chạy điện là phương tiện giao thông hữu ích
tiện lợi, đặc biệt nó có lợi cho môI trường. Vì vậy đầu máy chạy điện được
sử dụng khá rộng rãI trên thế giới. Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là việc cấp
điện cho động cơ đầu máy là khó khăn. Vì vậy việc thiết kế chế tạo MBA
cho đầu máy chạy điện cần đặc biệt chú trọng.
1
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
Chính vì lý do đó trong đợt thực tập tốt nghiệp lần này em đã đựơc
giao đề tài Thiết kế máy biến áp 1 pha dùng cho đầu máy chạy điện. Bằng
tất cả cố gắng của mình ,với những kiến thức nhận được từ thầy cô và sự

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết
kiệm kim loại mầu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao,dẫn
điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35,110,220 và 500 KV. Trên
thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy
vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết
bị để tăng điện áp đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường
chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó
trước khi sử dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp
xuống. Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu
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 hệ 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 thiết 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
4
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung

5
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
+ 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 nhiều lượng định mức, dưới đây ta giới
thiệu vài đại lượng cơ bản:
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 .
Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U
2đm
,là điện áp giữa các cực của
dây quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây
quấn sơ cấp là định mức ,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định
mức là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây .Đơn vị của điện áp
ghi trên nhãn máy thường là KV .
b. Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của
MBA ,ứng với công suất định mức và điện áp định mức .Đối với MBA 1
pha dòng điện định mức là dòng điện pha .Đối với MBA 3 pha dòng điện

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 .
+ Trong lĩnh vực đo lường (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…)
+ Máy biến áp thử nghiêm .
+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong hệ
thống điện .
Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng , dùng để
truyền tải và phân phối điện năng ,vì các nhà máy điện công suất lớn
thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ
tiêu thụ…) vì thế cần phải xây dựng các hệ thống truyền tải điện
năng .
Điện áp do nhà máy phát ra thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Để
nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây
phải giảm dòng điện chạy trên đường dây ,bằng cách nâng cao điện áp
truyền ,vì vậy ở đầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ;
220KV ;500 KV v..v.và ở cuối đường dây cần đặt MBA hạ áp để cung
7
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN

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 biến áp.
Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có
các loại lõi sắt như sau :
a.Lõi sắt kiểu trụ:
Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây
quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng,
tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm,
dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu
lõi sắt này(Hình 1.3)
Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ
a. Một pha; b. Ba pha;
b.Lõi sắt kiểu bọc:
Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây
quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ
9
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
thường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA loại này có
ưu điểm là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây
dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện
dung dây quấn C
dq
lớn, điện dung đối với đất C
đ
nhỏ nên sự phân bố điện áp

*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối
với nhau nhờ những xà và bulong ép ( hình 1.6a). kiểu ghép này ghép đơn
giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện
không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng.
*Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ
( hình 1.6b) sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt. Muốn lồng dây vào thì dở
hết phần gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào
trụ, trụ được nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện ( gỗ,bakelit)
sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại.
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 giản, 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.
e.
Lît 2
Lît 1
12
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
a.
b.
Lượt 1
Lượt 2
c.

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
14
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha
dây và giữa cuộn dây với trụ sắt.
H×nh 1.7 D©y quÊn ®ång t©m
b. Dây quấn xen kẽ (Hình1.8) : Cuộn
CA và HA được quấn thành từng
bánh có chiều cao thấp và quấn
xen kẽ, do đó giảm được lực dọc
trục khi ngắn mạch. Dây quấn xen
kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên
tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ thi
kém vững chắc so với dây quấn
đồng âm. Dây quấn kiểu này có
nhiều mối hàn giữa các bánh dây.
15
SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN
15
H×nh 1.7 D©y quÊn xen kÏ
1.5.3 Vỏ máy biến áp:
Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện
ngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp
thùng.
a. Thùng MBA :

lượng sứ ra càng lớn.
• Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang
trên nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảo
đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức
nhất định. Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn
nở tự do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo
dõi mức đầu bên trong.
• Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu
nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh. Nếu vì lí do
nào đó mà áp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa
thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA. Chú ý
ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại
hay những vị trí ít nguy hiểm nhất.
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).
I
1
I
2
Z
t
W
1
W
2
U

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

1
m E
2
=
2
2
mW
φω
=
2
2
2
mfW
φπ
=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
=
2
1
W
W
Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U

• 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
• 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 máy MBA
• Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt
• Xác định tổn hao không tải
• Xác định dòng điện không tải và hiệu suất
6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA
• Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh
• Tính toán nhiệt MBA
• Tính tóan gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu
PHẦN II: THIẾT KẾ
CHƯƠNG I: CHỌN SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH VÀ KẾT CẤU MẠCH
TỪ MỘT PHA
I.1 Các phương pháp điều chỉnh

S
V
VR
0 - 22 KV
HT
MT
MT
TV
Tj
AT
Sơ đồ nối dây máy biến áp , điều chỉnh điện áp phía 22kV
1. Điều chỉnh điện áp phía cao áp
Điện áp được điều chỉnh bằng 1 MBA tự ngẫu, máy thường được chế
tạo kiểu bọc. MBA chính thưòng có 2 trụ, ngoài ra còn có bộ phận thay đổi
điện áp gồm chuyển mạch các tiếp điểm công suất lớn và biến dòng.
Tj
TV
MT
MT
VS
T
0
AT
M
1 1,5 0,5
1
1
2
2
2