Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

1

THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA NGÂM DẦU.

PHẦN I: VAI TRÒ CỦA MBA TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN
NĂNG
I. VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP.
Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện
(Hình l.l) 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, như vậy có thể làm tiết diện
dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tồn hao năng
lượng trên
đường dây cung sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa,
ít tổn hao và nết kiệm kim loại mầu trên đường đây 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 t
ăng điện áp đầu đường dây lên. Mặt

MBA được nối với tải gọi tà thứ cấp (TC)
Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp.
Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp .
Các
đại lượng và thông số của đầu sơ cấp .
+ U
1
: Điện áp sơ cấp .
+ I
1
: Dòng điện qua cuộn sơ cấp .
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

3
+ P
1
: Công suất sơ cấp .
+ W
l
: Số vòng dây cuộn sơ cấp .
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp .
+ U
l
: Điện áp thứ cấp .
+ I
1
: Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
+ P
1

Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

4
S
đm
= U
2d
.I
2đm
= U
1đm
. I
1đm

Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
S
đm
=
dmdmdmdm
IUIU
1122
.3..3 =

IV. 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 biế

suất P , hiệu điện thế U và dòng điện trên dây dẫn liên h
ệ với nhau bằng biểu thức
P = U.I
Do hiệu ứng jun-lenxơ,trên đường dây sẽ có một công suất hao phí ΔP sẽ biến
thành nhiệt toả vào môI trường . Ta có biểu thức tính tổn hao :
ΔP= U
2
/R
Trong đó R là điện trở dây dẫn
Vì ΔP là tổn hao công suất do vậy cần phải giảm ΔP xuống mức thấp nhất .
Chẳng hạn muốn giảm ΔP xuống 100 lần thì ta có thể làm hai cách:
• Giảm R xuống 100 lần
• Tăng u lên 100 lần
Nếu làm theo cách thứ nhất thì ta phải tăng tiết diện dây lên 100 lần ,đồng nghĩa
với việc ta phải tă
ng khối lượng dâu dẫn lên 100 lần .Điều này là quá tốn kém vì ta
phải tăng sức trống đỡ của cột lên 100lần và giá thành vật liệu sẽ quá cao.Như ta đã
biết việc tăng U lên 10 lần chỉ có thể thực hiện được khi ta sử dụng MBA.Ta nhìn
vào mô hình mạng điện sau đây: Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

6
Máy phát điện ở các nhà máy phát điện chỉ có thể tạo ra dòng điện tới 24kv.Trạm
biến áp ở nhà máy điện có khả năng nâng điện thế đó lên tới 500kv .Quãng đường

Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

7

PHẦN II : THIẾT KẾ
Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp công suất 6300 kVA
Các số liệu ban đầu:
Dung lượng 6300 kVA
Điện áp 22000 ±9.1,78%/6300 V
Tần số 50Hz
Tổn hao không tải 8500 W
Tổn hao ngắn mạch 48000 W
Điện áp ngắn mạch 7,5%
Dòng điện không tải 0,8%
Tổ nối dây
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ
YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP
I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP.
- Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta xác định được các
đại lượng điện sau:
1. Dung lượng 1 pha.
S
f
=
)(2100
3
6300
3

- PHía hạ áp : I
2
= )(35,377
6300.3
10.6300
3
3
2
A
dmU
Sdm
==
3. Dòng điện pha định mức.
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

8
- Phía cao áp nối Y: I
1f
= I
1
= 165,3 (A)
- Phía hạ áp nối Δ: U
2f
= )(33,333
3
2
A
I
=

= 4 (mm)
*Theo công thức (20-13a) TL1 có :
Δ
1
+ Δ
2
= K.
4
t
S

Chọn K = 2 ⇒ Δ
1
+ Δ
2
= 2
5,132100
4
=
(cm)
* Chiều rộng quy đổi từ trường tản.
b
c
= Δ +
3
21
Δ+Δ
= 18 + 45,1 = 63,1 (mm)
2. Hệ số quy đổi từ trường tản:
K

THIẾT KẾ MẠCH TỪ
1. CHỌN TÔN SILIC
Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA. Do đó
khi thiết kế cần phẩi đảm bảo làm sao cho thoả mãn những yêu cầu như, tổn hao sắt
chính và phụ nhỏ, lượng tôn silic sử dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điều đầy của lõi
sắt lớn. Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác nữa như: dây
quấn, giá
đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu
toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa. Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được lực cơ
học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn.
Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thì việc chọn loại tôn
silic như thế nào là rất quan trọ
ng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao
nhiêu là được. Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn sẽ bị dòn, đàn hồi kém đi.
ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khả
năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng. Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp
xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng, do đó suất tổn
hao giảm 2 đến 2,5 lầ
n 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 thép lên tới ( 1,6 -> 1,65)T
trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 -> 1,45)T từ đó giảm được tổn hao trong máy,
giảm được trọng lượng kích thước máy đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của
MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở. Tuy nhiên giá t hành tôn cán lạnh có hơi cao
nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượ
ng nên người ta tính rằng vẫn kinh té hơn
những loại MBA được chế tạo bởi tôn cán nóng.
lại định hướng ban đầu. Các lá thép kỹ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt
ngoài trước khi ghép chúng
2 Tra bảng 44-4 (tài liệu 1)
chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3406 dày 0,35mm

t
= 2 Var/Kg
P
g
= 1,145 W/Kg q
g
= 1,64 Var/Kg
Tra theo mục 4.2. TL1 suất từ hoá khe hở không khí
+ Nối ghép nghiêng q
ss
= 6225.cost
2
= 16947 Var/m
2

+ Nối ghép thẳng q
ss
= 7050.cost
2
= 19194 Var/m
2

5. Khoảng cách cách điện chính
Dựa vào bảng 14 -1, 14 -2 TL1
Có e = 21 mm
Δ = 18mm
d = 45 mm
c = 22 mm
δ
12

* Về mặt lỹ thuật
- Nếu β lớn thì đường kính d lớn và trọng lượng sắt tăng. Do vậy mà tổn hao sắt
tăng vì vậy mà dòng điện không tải tăng lên.Muốn giữ tổn haokhông đổi khi β tăng thì
trọng lượng đồng giảm xuống , nh
ưng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng điện và lực điện
từ tác dụng lân dq lại tăng lên.
- Vậy chọn lựa β hợp lý có ảnh hưởng tới cả vấn đề về kinh tế và kỹ thuật của
MBA do vậy các công thức 20 – 41 TL1. Cho phép tính toán để tìm được β hợp lí.
A = 16
32
85,0.65,1.46,7.50
95,0.31,6.2100
16
...
..
22
4
22
==
edtx
Rct
KBuf
Kbs

A
1
= 5,66. 10
-2
.δ.A
3

p
= 3,6.10
-2
.4,5.32
2
.0,93 = 154 (Kg)
B
2
= 2,4 .10
-2
.K
G
.k
p
.A
2
(Δ + c)
= 2,4.10
-2
.1,03.0,93.32
2
(1,8 + 2,2) = 94 (Kg)
C
1
= K
dq
.10
2
.
222

Bảng tính toán MBA S = 6300 KVA (22/6,3 kV)
β
1,2 1,4 1,6 2,2 2,8 3 3,1 3,2
x =
4
β

x
2

x
3
1,046
1,095
1,146
1,088
1,183
1,187
1,125
1,265
1,423
1,218
1,483
1,806
1,294
1,673
2,165
1,316
1,732
2,274

2146,67
194,81
2341,48
1982,7
6
228,38
2211,1
4
1866,3
1
257,64
2123,9
5
1835,1
1
266,73
2101,8
4
1819,8
9
271,19
2091,1
1806,2
8
275,51
2081,7
9
B
1
x

3
139,4
3098,5
3
3547,3
5
157,26
3704,6
1
3734,1
4
162,81
3896,9
5
3829,1
7
165,53
3994,7
3919,2
9
168,17
4087,5
6
G
t
= G’
t
+G
g
4556,9

= 1,173
G’
t
+1,525G
g
2901,6
3020,9
8
5922,5
8
2817,3
7
338,47
6153,8
4
2746,56
3737
6483,56
2593,6
7
4725,2
6
7318,9
3
2491,3
9
5649,5
3
8140,9
2

G
g
= 3,44.G
g

K
b
.qδ
s
η
m
S
t

=2955,9x
2

Q
0
= Σ
10400
6813,9
8
3238,4
8
20452,
12
16087,
77
7636,6

8782,6
2
13741,
77
5205,3
4
27729,
8743,5
2
14061,
21
5288,1
1
28097,
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

13
23 62 86 73 84
i
0
% = Q
0
/10s 0,32 0,337 0,61 0,67 0,74 0,76 6,77 0,78
G
dd
= 1,03
2
G
dq

6752,7
8
6852,87 7213,1
7
7620,2
9
7760,5
7
7832,9
8
7903,3
6 chọn
Chọn β = 2
* Đường kính trụ sắt là:
D = A.
4
β


ld
.
51,963
4
38.
.85,0
2
==
π
β
π
S
D
(cm
2
)
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

15
CHƯƠNG III

+ Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ
kỹ thuật của xưởng sản xuất.
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

16
+ Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu
cách điện.
Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước.
+ Chọn kiểu và kết cấu dây quấn.
+ Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn
+ Tính toán tính năng của MBA.II. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP
1. Có B
t
= 1,65(T) ; S
t
963,51 (cm
2
)
Từ thông trong trụ:
φ = B
t
.S
t
= 1,65.963,5.10
-4


= 1,855A/mm
2

6. Tiết diện dây quấn thứ cấp
S
2
=
)(8,181
833,1
33,333
2
2
2
mm
I
f
==
δ

7. Dựa vào bảng 44 -10 TL1
- Chọn 6 dây
6,91,4
915,3
x
x

- Cách điện 4P, ghép 6 sợi song song có hoán vị.
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP


vß
ng
H×nh 2. Bè trÝ d©y q uÊn thø cÊp
60
vß
ng

Bố trí lớp 1 và 3 dây quấn phải,lớp hai quấn trái, giữa các lớp có kênh làm
mát 9mm giữa dây quấn hạ áp và trụ có cách điện 5mm.
- Khoảng cách giữa dây quấn hạ áp và trụ là 20,5 (mm). Chiều rộng kênh
Vn – nn là Δ = 25 (mm). Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

18
9. Đường kính trong dây quấn hạ áp
D’ = 380 + 2.21 = 422 (mm)
= 437 (mm)
10. Đường kính ngoài dây quấn hạ áp
D’’= 422 + 2. 12,5
= 437 (mm)
11. Khối lượng nhôm dây quấn hạ áp
G
m2
= 25,4 x 476,5 x 181,8 x 180.10
-6
= 396 (kg)
III. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP

U
U
vòng
3. Dây quấn điều chỉnh êm (tinh) chia làm 9 phần, có 9 nấc 1,78% U
1
mỗi nấc
có số vòng dây.
W
ê1
= 485,6
9
58
9
1
==
e
W vòng
4. Cấu tạo 5 cấp, mỗi cấp 6 vòng và 4 cấp mỗi cấp 7 vòng
W
ê
= 5 x 6 + 4 x 7 = 58 vòng
5. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh thô lớn hơn U
ê
một cấp điều chỉnh
W
th
= W
ê
+ 7 = 58 + 7 = 65 vòng
U

18055
3 xU
U
v
cs
=
= 297,8 chọn 298 (vòng)
8. Số vòng dây quấn sơ cấp là
W
1
= W
th
+ W
cs
= 65 + 298 = 363 (vòng)
9. Dòng điện sơ cấp định mức
I
1f
=
)(5,165
220003
6300
3
1
A
U
S
==

10. Dòng điện khi điện áp lớn nhất:

16
17
18
19
363
369
376
382
389
395
402
408
415
422 25520
25156
24731
24367
23942
23578
23153
22789
22364
22000
18055
18419
18844
19208
19633
19997
20422

7
6
7
6
7
6
7
6
6
7
6
7
6
7
6
7
6
2
9
8
7
6
5
4
3
1
§iÒu chØnh ªm
0
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

155,3
( x
x
cách điện 4P
- Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm
2
góc dây được vẽ tròn
δ
1k
= 103,2 mm
2

3. Mật độ dòng điện thực tế
δ
1
=
6,1
2,103
5,165
=
A/mm
2

4. Mật độ dòng điện ở nấc điện áp cao nhất
δ’
1
=
38,1
2,103
5,142

(mm
2
)
2. Tra bảng 44 -10 TL1
- Chọn hai dây quấn song song : 2 x
9,167,43
6,18,2
x
x
cách điện 6P
- Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm
2
góc dây được vẽ tròn
δ
1k
= 103,2 mm
2

Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

21
3. Tiết diện thực
δ
th
=
4,88
5,165
= 1,61 A/mm
2

ê
=
63,2
2,54
5,142
=
A/mm
2

3. Mật độ dòng điện ở nấc thứ 9 (U
g
= 215754) là
δ
9
= 13,3
2,54215753
6300
.3
==
xU
S
eg
δ
A/mm
2

4. Mật độ dòng điện ở mức điện áp thấp nhất là
δ =
65,3
2,54

l
v
= (74,5 + 2) 15,6 = 1195 mm
lót dây quấn: 11 mm

1206 mm
ép dây quấn: i = 0,123.n
i
t = 0,13 x 7,6,5 x 0,6 = 6 mm
Chiều cao thực: 1200mm
2. Chiều rộng 1 lớp dây quấn: a = 2 x 4,1 + 0,3 = 8,5 mm
II. Dây quấn điều chỉnh thô

- Dây quấn có 65 vòng quấn thành 1 lớp có hoán vị ở giữa bởi dây làm
tăng chiều cao dây quấn thêm 1 vòng dây. Sau khi quấn dây điều chỉnh thô,
dùng 20 tờ giấy dày 0,1mm bọc lại ra hai phía chừng 60mm.
1. Chiều cao
l
v
= (65 +2 ) 16,9 = 1135 mm
0
D©y quÊn c¬ së
th«
§iÒu chØnh
§iÒu chØnh ªm
58 vßng 58 vßng
74,5
65 vßng
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

(Kg)
1. Dây quấn cơ sở :
G
cs
= 25,4 x 643 x 103,2 x 298.10
-6
= 502 Kg
Với d
s
= 582 + 0,5 (704 – 582) = 643 (mm)
2. Dây quấn điều chỉnh thô
G
th
= 25,4 x 757,5 x 65 x 88,4 .10
-6
= 110,5 (Kg)
3. Dây quấn điều chỉnh tinh : (bằng đồng)
G
ê
= 3π x 777 x58 x 54,2 x 8,9 .10
-6
= 204 (Kg)
4. Trọng lượng dây quấn sơ cấp
Đ
Ồ ÁN TỐT NGHIỆP

24
G
1
= 502 + 110,5 + 204 = 816,5 (Kg)


r
i
=
12
II

I
287,7,5 198, 8,998,8,9
φ

554

φ

564

15
φ

532

φ

507

φ

489


1
Δ

2
Δ

2

φ

735

φ

750

φ

765

φ

785

φ

769

φ