N TT NGHIP
Thit k mỏy bin ỏp in lc

SV: Liờu Quang Huy - Lp: TB-T

1
LI NểI U

Mỏy in l mt loi h in t gm cú mch t v mch in liờn
quan vi nhau. Mch t gm cỏc b phn dn t v khe h khụng khớ.
Mch in gm hai hoc nhiu dõy qun cú th chuyn ng tng i vi
nhau cựng b phn mang chỳng.
Mỏy bin ỏp l mt h thng bin i cm ng in t dựng bin
i dũng in xoay chiu t in ỏp ny thnh dũng in xoay chiu cú
in ỏp khỏc. Cỏc dõy qun v mch t ca nú ng yờn v quỏ trỡnh bin
i t trng sinh ra sc in ng cm ng trong dõy quỏn thc hin
bng phng phỏp in.
Mt khỏc, mỏy bin ỏp nú cũn cú vai trong quan trng trong nn kinh
t quc dõn nh trong cụng nghip, nụn nghip, giao thụng vn ti, cỏc h
iu khin.
õy trong ỏn thit k mỏy bin ỏp ngõm du ny ca em c
lm theo trỡnh t sau:
Khỏi nim chung v thit k mỏy bin ỏp
Tớnh toỏn s b v chn cỏc kớch thc ch yu
Tớnh toỏn dõy qun mỏy bin ỏp
Tớnh toỏn ngn mch
Tớnh toỏn kt cu mch t
Tớnh toỏn nhit
Phn chuyờn : So sỏnh cụng ngh mi v hiu qu ca nú
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ti in nng i xa lm sao cho kinh t.
Máy
phát điện
Giảm áp
Tăng áp

Nh ta ó bit, cựng mt cụng sut truyn ti trờndf dõy nu in ỏp
c ttng cao thỡ dũng in chy trờn ng dõy s gim xung, nh vy
cú th lm tit din dõy nh i do ú trng lng v chi phớ dõy dn s
gim xung. ng thi tn hao nng lng trờn ng dõy cng gim
xung. Vỡ th mun truyn ti cụng sut ln i xa ớt tn hao v tit kim
c kim loi mu trờn ng dõy ngi ta phi dựng in ỏp cao ng
35, 110, 220kV v 500kV. Trờn thc t cỏc mỏy phỏt in khụng cú kh
nng phỏt ra nhng in cao nh vy thng ch 3 n 21kV l cựng, do ú
cn phi cú thit b tng ỏp u ng dõy lờn. Mt khỏc cỏc h tiờu
th thng yờu cu in ỏp thp t 0,4 n 6kV do ú ti õy phi cú thit
b gim in ỏp xung. Nhng thit b dựn tng in ỏp u ra ca
mỏy phỏt in tc l u ng dõy dn in v gim in ỏp ti h tiờu
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy biến áp điện lực

SV: Liêu Quang Huy - Lớp: TBĐ-ĐT

4
thụ tức là cuối đường dây dẫn được gọi là máy biến áp. Thực ra trong hệ
thống điện lực muốn truyền tải và phân phối cơng suất từ nhà máy điện đến
tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý thường phải qua 4 ÷ 5 tầng tăng giảm
điện áp như vậy. Do đó tổng cơng suất của máy biến pá trong hệ thống điện
lực thường gấp 4 ÷ 5 lần cơng suất của trạm phát điện. Những máy biến áp

vòng dây, dây quấn hai có W
2
vòng dây được quấn tren lõi thép 3. Khi đặt
một điện áp U
1
xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i
1
,
trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với cả hia dây quấn 1 và 2,
cảm ứng ra sức điện động e
1
và e
2
. Dây quấn hai sẽ có sức điện động sẽ
sinh ra dòng điện i
2
đầu ra tải với điện áp là U
2
. Như vậy năng lượng của
dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông
do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin. Φ = Φ
m
. sin ωt.
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn
1 và 2 sẽ là:
e
1
=

m
2 2
d sin t
d
W . W .
dt dt
φ ω
φ
− = −

= -W
2
.
ω
.
φ
m
. cos
ω
t (2)
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy biến áp điện lực

SV: Liêu Quang Huy - Lớp: TBĐ-ĐT

6
=
2
2E .sin( t )

(4)
Là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn 1 và 2. Các biểu thức (1)
và (2) ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra
nó một góc
2
π
. Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định nghãi tỉ số biến
đổi của máy biến áp như sau:
K =
1 1
2 2
E W
E W
≈

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

2. in ỏp dõy s cp nh mc: U
1m
.
L in ỏp ca dõy qun s cp tớnh bng V hay kV. Nu dõy qun
s cp cú cỏc u phõn nhỏnh thỡ ngi ta ghi c in ỏp nh mc ca u
phõn nhỏnh.
3. in ỏp dõy th cp nh mc: U2m.
L in ỏp dõy ca dõy qun th cp khi mỏy bin ỏp khụng ti v
in ỏp t vo dõy qun s cp l nh mc. n v l: kV, V.
4. Dũng in dõy nh mc s cp I1m v th cp I2m.
L nhng dũng in dõy ca dõy qun s cp v th cp ng vi
cụng sut v in ỏp nh mc. n v A, kA.
Cú th tớnh nh sau:
- i vi mỏy bin ỏp mt pha:
I
1m
=
đm
1đm
S
U
; I
2m
=
đm
2đm
S
U

- i vi mỏy bin ỏp 3 pha:

lm vic nh mc ca mỏy bin ỏp na m cú th khụng ghi trờn nhón mỏy
nh:

nh mc, chờnh lch nh mc, nhit nh mc ca mụi
trng xung quanh.
1.4. S DNG VT LIU TRONG CH TO.
Vic tỡm kim mt loi vt liu mi l nhm mc ớch ci thin cỏc
c tớnh c mỏy bin ỏp nh gim tn hao nng lng, kớch thc, trng
lng, tng tin cy ca nú. Khuynh hng chung thng thay vt liu
qỳy him bng nhng vt liu r tin v d tỡm kim hn. Nh dựng dõy
nhụm thay dõy ng trong mỏy bin ỏp cụng sut nh v trung bỡnh l mt
vớ d.
Vt liu tỏc dng: Dựng dn in nh dõy qun, dn t nh lừi
thộp.
- Vt liu cỏch in: Dựng cỏch in gia cỏc cun dõy hay gia
cỏc cun dõy vi cỏc b phn khỏc bng cỏc vt liu nh cactụng, cht cỏch
in, s, du bin ỏp
- Vt liu kt cu: Dựng d gi bo v mỏy bin ỏp nh bulụng, v
mỏy.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
N TT NGHIP
Thit k mỏy bin ỏp in lc

SV: Liờu Quang Huy - Lp: TB-T

9
Vic thay i vt liu dựng ụi khi lm thay i quỏ trỡnh cụng ngh
quan trng hay nhng kt cu c bn ca mỏy bin ỏp. Cho nờn iu ú
liờn quan cht ch n tin ca quỏ trỡnh cụng ngh.
+ Vt liu quan trng trc tiờn trong ngnh ch to mỏy bin ỏp l


10
hiệu suất của máy giảm xuống đáng kể. Để cách điện các bộ phận mang
điện với bộ phận khơng mang điện của máy người ta dùng vật liệu cách
điện. Khi máy làm việcdo tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động
hố lý khác cách điện sẽ bị lão hố nghĩa là mất dần các tính bền về điện và
cơ. Thực nghiệm cho biết khi nhiệt độ tăng q nhiệt độ làm việc cho phép
8 - 10
0
C thì tuổi thọ của vật cách điện giảm đi một nửa. Ở nhiệt độ làm việc
cho phép, tuổi thọ của vật liệu cách điện khoảng 15
÷
20 năm. Vì vậy khi
sử dụng máy điện tránh để máy q tải làm nhiệt độ tăng cao trong một
thời gian dài.
Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo các bộ phận và chi tiết truyền động
hoặc kết cấu máy theo dạng cần thiết bảo đảm cho máy làm việc bình
thường. Người ta thường dùng gang thép các kim loại, hợp kim và các vật
liệu bằng chất dẻo.
1.5. CÁC KẾT CẤU CHÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP.
Máy biến áp thường dùng có các phần chính sau:
- Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) và kết cấu của nó, dây quấn, hệ
thống làm lạnh và vỏ máy
1. Lõi sắt và các kết cấu của nó
Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thơng trong máy biến áp. Đồng
thời làm khung để quấn dây. Lõi sắt gồm các lá thép Silic ghép lại được ép
bằng xà ép và bulong tạo thành khung máy biến áp. Trên đó còn bắt các giá
đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sức xun hoặc các ty để nắp máy… ở các
máy biến áp dầu tồn bộ lõi sắt có quấn dây và các dây dẫn ra được ngâm
trong thùng đựng dầu máy biến áp gọi là ruột máy. Các máy biến áp cỡ

du. Hu ht mỏy bin ỏp lm ngui bng du bao quanh lừi thộp v dõy
qun s núng lờn v truyn nhit ra ngoi vỏch thựng nh hin tng i
lu. Nhit lng t vỏch thựng li truyn ra khụng khớ xung quanh bng
phng phỏp i lu v bc x. Nh vy m hiu ng lm lnh c tng
lờn cho phộp tng ti in t i vi thộp v dõy qun, tng c cụng sut
mỏy bin ỏp. Mỏy bin ỏp cú cụng sut t (10 16).10
3
KVA thng phi
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy biến áp điện lực

SV: Liêu Quang Huy - Lớp: TBĐ-ĐT

12
tăng cường làm nguội bằng sự đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Để đảm
bảo dầu trong máy ln ln đầy trong q trình làm việc trên máy biến áp
có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng
ống dẫn dầu. Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do
trong bình dầu phụ, khơng ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp. Vì vậy
bình dầu phụ còn được gọi là bình dầu giãn nở.
Trên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây
quấn trong máy biến áp với lưới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết bị đo
nhiệt độ biến áp, móc treo… mặt khác dầu máy biến áp ngồi tác dụng làm
lạnh con người là một chất cách điện tốt, nhưng nhược điểm là dầu máy
biến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn. Vì vậy
trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp.
1.6. MỤC ĐÍCH U CẦU VÀ NHIỆM VỤ.
Để đảm bảo vê tính tốn hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy
biến áp sẽ lần lượt tiến hành theo thứ tự.

, O
n
, P
n
ó cho.

Xỏc nh ng kớnh tr, chiu cao dõy qun. Tớnh toỏn s b lừi
st
3. Tớnh toỏn dõy qun CA v HA

Chn dõy qun CA v HA

Tớnh cun dõy HA

Tớnh cun dõy CA
4. Tớnh toỏn ngn mch.

Xỏc nh tn hao ngn mch

Tớnh toỏn in ỏp ngn mch

Tớnh lc c bn ca dõy qun khi mỏy bin ỏp b ngn mch
5. Tớnh toỏn cui cựng v h thng mch t v tham s khụng ti ca
mỏy bin ỏp.

Xỏc nh kớch thc c th ca lừi st

Xỏc nh tn hao khụng ti

Xỏc nh dũng in khụng ti v hiu sut

CA MY BIN P

2.1. XC NH I LNG C BN
1. Dung lng mt pha

= =
f
S 60
S
m 3
= 20 (KVA)
2. Dung lng trờn mi tr

= =
S 60
S'
t 3
= 20 (KVA)
3. Dũng in dõy nh mc.
+ i vi phớa CA.

= = =
3 3
2
3
2
S.10 60.10
I
3.U 3.6,3.10
5,498 (A)

= =
3
2
U 6,3.10
3 3
3637,308 (V)
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy biến áp điện lực

SV: Liêu Quang Huy - Lớp: TBĐ-ĐT

16
- Ở phía phía dây quấn HA:
= =
3
1
f1
U
0,4.10
U
3 3
= 230,9 (V)
6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn (tra bảng 2)
- Với dây quấn CA: U
th2
= 25 (KV)
- Với dây quấn HA: U
th2
= 5 (KV)

12
= 9 (mm),
δ
12
= 2,5 (mm)
Trong rãnh a
12
đặt ống cách điện dày
δ
12
= 2,5mm. Theo bảng 12 ta
có K = 0,706.
−
+
=
2
4
1 2
a a
K. S'10
3
= 0,706.
−2
4
60.10
= 0,015 (m)
+
= +
1 2
r 12


= − = − =
2 2 2 2
nx n r
U U U 4,0 1,5 3,708%

4. Hiện nay trong chế tạo máy biến áp điện lực thường dùng tôn sillic cán
nguội đẳng hướng, có hàm lượng silic vào khoảng 4%. Với loại tôn silic có
cùng tính năng công nghệ chế tạo đã xác định thì thường chọn Bt trong
khoảng hẹp, có thay đổi chút ít theo công suất máy biến áp.
- Với công suất máy biến áp: S = 60KVA, ta chọn loại tôn cán nguội
mã hiệu chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm. Theo bảng
11 ta chọn B
t
= 1,6 (T)
Hệ số gông: K
g
= 1,025. 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
6 mối nối xiên.
Theo bảng 5 ta chọn số bậc thang trong trụ là 6, số bậc thang của
gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc, tức gông có 5 bậc.
Hệ số chêm kích K
c
= 0,91, hệ số điền đầy rãnh K
đ
= 0,965 (chịu
nhiệt và phủ một lớp sơn cách điện), theo bảng 4,10.
K
ld

2 2

- Sut tn hao tr v gụng:
P
t
= 1,295 W/kg
P
g
= 1,207 W/kg
- Sut t hoỏ:
q
t
= 1,775 VA/kg
q
g
= 1,575 VA/kg
- Sut t hoỏ khe h khụng khớ mi ni xiờn: q
k
= 2950 VA/m
2

(bng 45, 50).
5. Khong cỏch in chớnh,
chn theo U

2
= 10mm
6. Cỏc hng s tớnh toỏn a, b gn ỳng cú th ly (Theo bng 13, 14).
a = 1,36
b = 0,55
e = 0,405
7. H s K
f
l h s tớnh n tn hao ph trong dõy qun, trong dõy dn ra,
trong vỏch thựng v cỏc chi tit kim loi khỏc do dũng in xoỏy (K
f
< 1)
Gn ỳng cú th ly theo bng 15.
K
f
= 0,97
8. Chn h s

trong di bin thiờn t 1,2 n 3,6. Nhng xỏc nh
chớnh xỏc hn ta phi tớnh cỏc s liu v cỏc c tớnh c bn ca mỏy bin
ỏp.
A =
4
2 2
'. .
0,507.
. . .
r r
nx t ld
S a K

. K
ld
. l
02
= 3,605. 10
4
. (0,095)
2
.0,8782. 0,02 = 5,715 (Kg)
B
1
= 2,4. 10
4
. K
g
. K
ld
. A
3
. (a + b +c)
= 2,4. 10
4
. 1,025. 0,8782. (0,095)
3
. (1,36 + 0,55 + 0,405)
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thi
ế
t k

= 2,4. 10
4
. 1,025. 0,8782. (0,095)
2
. (0,009 + 0,008)
= 3,315 (Kg)
= =
2
1 dqCu
2 2 2
f ld t nr
S.a
C K
K .K .B .A .U

( )
( ) ( ) ( )
−
=
2
2
1
2 2 2
60. 1,36
C 2,46.10 .
0,97. 0,8782 . 1,6 . 0,095 .1,5
= 105,299 Kg
- Tr
ọ
ng l

=3,751.x
3

- Ti
ế
t di
ệ
n tr
ụ
s
ơ
b
ộ
tính theo công th
ứ
c:
T
t
= 0,785. K
ld
. A
2
. x
2
.
= 0,785. 0,8782. (0,095)
2
. x
2


v
ậ
y và các h
ệ
s
ố
tra
ở
b
ả
ng 45 b
ả
ng 47, 48
K
pf
= 1,12; K
p0
= 8,58
Có th
ể
tính s
ơ
b
ộ
t
ổ
n hao không t
ả
i nh
ư


= + + +


0 t 0 g 0 0
8,58 8,58
P 1,12.1,295. G G . 1,12.1,207. G 6G G
2 2

P
0
= 1,4504 + 1,35184 G
g
+ 3,91G
0
- Cụng su

t t

hoỏ cú th

tớnh s

b

cụng th

c sau v

i cỏc h


i n

i xiờn t

t c

)
= 8. 4,3 = 34,4 = +

+

ig ir
' '' ' ''
io
0 if if t T 0 if if g g 0 0
''
if K K K
K .K
K
Q K .K .q G . G K .K .q G . G 6G
2 2
K q n T


0
+289,6193.x
2




1,2 1,7 1,8 1,95 3,0 3,2
4
x =

1,047 1,142 1,158 1,245 1,316 1,337
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thi
ế
t k
ế
máy bi
ế
n áp
đ
i
ệ
n l
ự
c

SV: Liêu Quang Huy - Lớp: TBĐ-ĐT


2
8,481 10,099 10,394 11,997 13,414 13,856
=
2
1
t 2
A
G +A x
x

95,396 89,784 88,978 85,089 82,562 81,919
=
3 3
1
B x 67,29x

77,182 100,195 104,568 129,735 153,354 161,025
B
2
x
2
= 4,49x
2
4,916 5,855 6,026 6,955 7,777 8,033
G
g
= B
1
x
3

+
1,35184G
g
+
3,91G
0
275,741 307,853 214,324 352,567 390,019 402,426
T
t
= 0,0084x
2
0,0092 0,0109 0,0113 0,013 0,0145 0,015
2,2152G
t
211,321 198,889 197,104 188,489 182,891 181,467
1,9656G
g
163,337 208,452 217,384 268,678 316,719 332,30
61,424G
0
414,673 538,319 561,845 697,039 823,942 865,157
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thi
ế
t k
ế
máy bi
ế
n áp

2
I
0
=
( )
0
Q
%
10.S

1,1064 1,3233 1,365 1,6028 1,8252 1,8971
G
dq
=
=
1
2 2
C
93,72
x x

85,589 71,871 69,836 60,504 54,734 52,387
1,03G
dq
88,157 74,027 71,931 62,319 55,734 53,958
G
dd
= 1,03.1,03G
dq
90,802 76,248 74,089 64,188 57,406 55,577

d = A.x = 0,11x 0,1152 0,1256 0,1274 0,1369 0,1447 0,1471
d
12
= a.d = 1,35d 0,1566 0,1708 0,1733 0,1863 0,1968 0,20
l =
π
β
12
d

0,4099 0,3156 0,3025 0,2439 0,2061 0,1963
c = d
12
+ d
12
+2a
2

= +
'
td Fe dqFe dd
C G K .G

342,846 333,843 333,673 337,959 347,598 351,571

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thi
ế
t k

2
3
0
Po(W)
2,41,2
500
1,951,7 1,81,61,4 2,22,0 2,82,6
β
3,0 3,2
100
200
G
dq
G
Fe
300
G
Fe
,G
dq
(Kg)THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
N TT NGHIP
Thi



V

i gi

i h

n P
0
= 310 W

ó cho ta tỡm

c trờn

th

P
0
= f(

), i
0
=
f(

), C
td
= f(



= = =

4
4
đm
d
0,13
1,95
A 0,11

Rừ rng v

i giỏ tr



= 1,95 thỡ P
0
l

n h

n m


n l:
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN