Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 1

LỜI NÓI ĐẦU
Đối với chuyên ngành Thiết bị điện - điện tử , Máy biến áp là một lĩnh vực
rất quan trọng. Chính vì vậy, thiết kế môn học Máy biến áp có mục đích giúp cho
sinh viên nắm được những bước cơ bản nhất trong việc tính toán kết cấu của một
Máy biến áp.
Dưới sự hướng dẫn của thầy Bùi Đức Hùng - giảng viên Bộ môn Thiết bị
điện - đ
iện tử, em đã hoàn thành đồ án môn học của mình với đề tài Thiết kế Máy
biến áp điện lực ngâm dầu. Trong quá trình làm chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu
sót, qua đó em mong thầy giáo và các bạn góp ý để đồ án được tốt hơn.
. S
P
= 250 kVA
. U
đm
= 6,3/0,4 kV
. I
0
% = 2%
. P
0
= 610 W
. U
K
% = 4
. P

3
250
=S
f
83,33 kVA
Dung lượng trên mỗi trụ:

=
3
250
=S
t
83,33 kVA
2. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp:

=
10.3,6.3
10.250
=
U.3
S
=I
3
3
1
p
f1
22,9 A
- Phía hạ áp:

= 231 V
4. Điện áp thử nghiệm của dây quấn:
- Dây quấn cao áp với U
1
= 6,3 kV → U
th
= 20 k V
-
Dây quấn hạ áp với U
2
= 0,4 kV → U
th
= 5 kV II. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu:
1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp: với U
th1
= 20
kV, ta có a
12
= 1,2 cm; δ
12
= 4 mm. Trong rãnh a
12
ta dặt ống cách điện dày δ
12
= 4 mm.
Theo công thức:
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp


71,2=51,1+2,1=
3
a+a
+a=a
21
12R
cm

2. Hệ số quy đổi từ trường: k
R
=0.95
3. Các thành phần điện áp ngắn mạch:
- Điện áp ngắn mạch tác dụng:

250.10
4100
=
S.10
P
=U
P
n
nr
=1,64%
- Điện áp ngắn mạch phản kháng:

64,1_4=U_U=U
222
nr

r
= B
T
= 1,6 T, từ cảm ở mối nối xiên B’
K
= B
T
/
2
=1,6/
2
=1,13 T.
Tra bảng, ứng với từng giá trị mật độ từ cảm ta sẽ có suất tổn hao trong thép và
tổn hao từ hoá trong trụ:
. Suất tổn hao trong thép:
-Trong trụ
p
FeT
= 1,230 W/kg
-Trong gông
p
FeG
= 1,17 Ư/kg
. Tổn hao từ hoá
-Trong trụ
q
FeT
= 1,602 VA/kg
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp


. Tấm chắn các pha δ
22
= 0,2 cm
. Giữa dây quấn cao áp đến gông, l
o
= 4 cm
. Phần đầu thừa của ống cách điện, l
d2
=3 cm
5. Các hằng số tính toán , với dây dẫn bằng đồng và điện áp dây quấn cao áp là
6,3 kV (bảng 13.5 và 13.6)
. a = d
12
/d = 1,36
. b = 2a
2
/d = 0,4
6. Hệ số tổn hao phụ, với công suất 250 kVA ta chọn k
f
= 0,94 (bảng 13.7)
7. Chọn β với dải biến thiên từ 1,2 đến 3,6, để xác định giá trị tối ưu của ta
phải tính các số liệu và các đặc tính cơ bản của m.b.a:

+
4
2
l
2
Tnx
RR

-2
.A
2
.k
l
.l
0
= 3,6.10
-2
.14,04
2
.0,88.4 = 25,1 kg
+B
1
= 2,4.10
-2
.k
l
.k
G
.A
3
.(a+b+e)
= 2,4.10
-2
.0,88.1,02.14,04
3
(1,36+0,4+0,411) = 129,43 kg
e = 0,411 đối với thang nhiều bậc
+ B

dq
A.u.B.k.k
a.S
.K

=
82,188=
04,14.64,1.6,1.88,0.94,0
36,1.250
10.46,2
222
2
2
kg
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 5
+ M =
A.a
P
.k.k.k.10.2453,0
n
Rf
2
n
4-

trong đó:
k

G
g
= 0,486.10
-2
.k
l
.k
G
.A
3
.x
3

= 0,486.10
-2
.0,88.1,02.14,04
3
.x
3
= 12,07x
3
kg
+ Tiết diện trụ lõi sắt:
S
T
= 0,785.k
l
.k
G
.A2.x

= k’
f
.( p
T
.G
T
+ p
G
.G
G
) = 1,25.( 1,23.G
T
+ 1,17.G
G
)
= 1,538.G
T
+ 1,463.G
G

k’
f
hệ số tổn hao phụ trong sắt, tôn cán nguội lấy k’
f
= 1,25

+ Công suất từ hoá, theo công thức 13-26:
Q
0
= k”

G

. Q
f
Công suất từ hoá đối với góc có mối nối vuông góc
Q
f
= 40.q
T
.G
G
= 40.1,602.G
G
= 64,08.G
G

. Q
K
công suất từ hoá ở khe hở không khí nối giữa các lá thép
Q
K
= 3,2.q
K
.S
K
= 3,2.0,272.139x
2
= 120,9x
2


g
+ 151x
2

Lập bảng tính giá trị các tham số cơ bản ứng với từng giá trị của β biến thiên từ
1,2 đến 3,6;từ đó xác định được gía trị β tối ưu :

β
1,2 1,8 2,4 3,0 3,6
x=
4
β

1,047 1,16 1,25 1,32 1,38
x
2
=
2
4
β
1,095 1,34 1,55 1,73 1,90
x
3
=
3
4
β

1,15 1,55 1,93 2,28 2,62
A

2
15,82 19,37 22,37 25,01 27,40
G
G
= B
1
.x
3
+ B
2
.x
2
164,23 220,53 271,96 320,07 365,69
G
Fe
= G
T
+ G
G
370,28 415,51 460,93 505,46 548,89
G
g
= 12.07x
3
13,84 18,76 23,27 27,51 31,55
P
0
= 1,538.G
T
+

2
172,37 140,74 121,88 109,01 9,52
G
Cu
= 1,66.G
dq
286,14 233,63 202,33 180,97 165,20
K
CuFe
.G
Cu
= 2,21.G
Cu
632,35 516,31 447,14 399,93 365,09
C’
td
= G
Fe
+ k
CuFe
.G
Cu
1002,6 931,82 908,07 905,39 931,97
J=
dq
G.4,2
4100.94,0

3,05 3,38 3,63 3,84 4,02
σ

+ 2a
2
+ a
22
29,26 32,02 34,16 35,92 37,44Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 7
Ta sẽ thấy giá thành thấp nhất sẽ ứng với 3,6
≥

β

≥
3,0; nhưng với giới hạn P
0

= 610 W, ta sẽ lấy giá trị 2,4
≥

β

≥
1,2, tuơng ứng đường kính lõi sắt 16,26
≥

d

=
.d
12
π
β
π
=39,33 cm
Chiều cao trụ lõi sắt sơ bộ
l
T
= l + 2.l
0
= 39,33 + 2.4 = 47,33 cm
Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt sơ bộ
C = d
12
+ a
12
+ 2a
2
+ a
22

= 21,76 + 1,2 + 0,4.16 + 2,2 = 31,56 cm
Điện áp của một vòng dây
u
v
= 4,44.f.B
T
.S

0
% = 0,97

B. Tính toán dây quấn:

I. Dây quấn hạ áp:

1. Sức điện động của một vòng dây:
u
v
= 4,44.f.B
T
.S
T
.10
-4
= 4,44.50.1,6.181.10
-4

= 6,43 V
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 8
2. Số vòng dây trong một pha của dây quấn hạ áp:
w
1
=
43,6
231

.k.746,0
12p
vn
n

= 3,39 A/mm
2

4. Tiết diện vòng dây sơ bộ:
s
1
’ =
39,3
84,360
=
J
I
cp
1f
= 106,44 mm
2
Với điều kiện
S
P
= 250 kVA,

I
f1
= 360,84 A
U

=
1+w
l
11
1
= 2,07 cm = 20,7 mm
7. Căn cứ vào h
v1
= 20,7 mm; tiết diện s
1
’ = 106,44 mm
2
, theo bảng VI.2, ta
chọn tiết diện mỗi vòng dây bao gồm 2 sợi chập song song, chia thành 2 lớp dây
(quấn ống kép ).

Kích thước dây hạ áp như sau:
PB – 2x
52,79x
5,20x6,4
02x1,4

8. Tiết diện thực của mỗi vòng dây

Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 9
s
1


b’ b a
11
11. Bề dày của dây quấn hạ áp
a
1
= 2.a’+a
11

a’: bề dày của 1 sợi dây, a’=4,6mm
a
11
: khoảng cách giữa hai lớp của dây quấn ống kép, chọn a
11
=5mm
a
1
= 2.4,6 +5 = 14,2 mm = 1,42 cm
12. Đường kính trong dây quấn hạ áp:
D
1
’ = d+2a
01


1
’+D
1
’’
).l
1
.10
-4

t: số trụ tác dụng, t = 3
k
K
hệ số xét đến sự che khuất bề mặt của dây quấn, k
K
= 0,75
thay vào:
M
1
= 3.0,75.
π
.(17+19,84).39,95.10
-4
= 1,04 m
2

Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 10
15. Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp , theo công thức 13-76a

Điện áp lớn nhất đặt lên hai đầu tiếp điểm của bộ đổi nối là:
-

Điện áp làm việc U
lv
= 10%.U
f2
= 10%.6,3.10
3
= 630 V
-

Điện áp thử U
th
= 2.U
lv

Sơ đồ điều chỉnh điện áp A x
5
x
4
x
3
x
2
x
1

đm

w
2
=
231
10.3,6
.36=
U
U
.w
3
1f
2f
1

= 982 vòng
3. Điện áp ở một cấp điều chỉnh

Δ
u = 2,5%.U
2
= 2,5%.6,3.10
3
= 157,5 V
4. Số vòng dây cao áp ở một cấp điều chỉnh:
w
đc
=
42,6

2
’

= 2J
cp
– J
1
= 2.3,39 – 2,27 = 4,51 A/mm
2

7. Tiết diện dây cao áp sơ bộ:
s
2
’ =
51,4
9,22
J
I
'
2
2f
=
= 5,08 mm
2

8. Căn cứ vào công suất máy biến áp 250 kVA, dòng I
f2
= 22,9 A, U
2
=6,3 kV,

J
2
=
72,8
9,22
s
I
2
2f
=
= 2,62 A/mm
2

11. Số vòng dây trong một lớp:
w
12
=
1-
46.2.2
5,399
1-
d.n
l
'
22v
2
=
= 81vòng
Trong đó:
l

12
= 1040 V, ta chọn cách điện giữa các lớp của dây quấn
hình ống nhiều lớp, chiều dày cách điện là
δ
12
=0,12 mm, số lớp giấy cách điện là
2 lớp.
15. Như trên đã đề cập nhược điểm chính của kiểu dây quấn này là toả nhiệt
kém, để đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt ta quấn nên que nêm.
Bố trí dây quấn như sau:
Lớp thứ nhất đến lớp thứ 11: 80.11 = 891 vòng
Lớp thứ 12: 54 + 2.12 =78 vòng
Lớp thứ 13: 6.12 = 72 vòng
---------------------------------------------------------------------------
Tổng cộng 1030 vòng
16. Chiều dày dây quấn cao áp
Theo công thức 13-54a
a
2
= d’.n
12
+ 2.
δ
12
(n
12
-1)
=2,46.13 + 2.0,12.(13-2) + 5= 34,8 mm=3,48 cm
17. Đường kính trong của dây quấn cao áp
D

2
= 1,5.t. k.
π
.(D
2
’+D
2
”).l
2

Trong đó: t số trụ tác dụng, t=3.
k là hệ số kể đến sự che khuất, ở đây ta lấy k = 0,88
M
2
= 1,5.3.0,88.
π
.( 22,24+ 30,21).39,95.10
-4

= 2,61 m
2

21. Trọng lượng dây quấn cao áp
G
Cu2
= 28.t.
5-
max22
"
2

3
φ179,2
φ183,2
φ186,2
φ191,2
φ226

Sơ đồ bố trí quận dây và kích thước chính
của dây quấn hạ áp và cao áp

III. Tính toán các tham số ngắn mạch
A. Tổn hao
1. Tổn hao chính

Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp 14
- Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp
Theo công thức 13-75
P
Cu1
= 2,4.J
2
.G
Cu1

= 2,4.2,27
2
.88,6 = 1096 W

Cu2
= 2,4.2,62
2
.185 = 3048 W

2. Tổn hao phụ trong dây quấn

Tổn hao phụ thường được ghép nối vào tổn hao chính thông qua hệ số tổn hao k
f

, do đó việc xác định tổn hao phụ chính là xác định hệ số k
f

- Với dây quấn hạ áp tiết diện dây chữ nhật, theo công thức 13-78b
k
f
= 1+0,095
β
2
.a
4
.n
2
+
β
=
R
1
k.
l

4
.n
2
= 1+0,095.0,77.(0,41)
4
. 4
2
= 1,033
-Với dây dẫn cao áp tiết diện tròn, theo công thức 13-78c
k
f
= 1+0,044
β
2
.d
4
.n
2
+
β
=
R
2
k.
l
m.d

. d đường kính trần của dây quấn cao áp, d=2,36 cm
. m số thanh dẫn của dây quấn song song với từ trường tản, m=81
. l