Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN
CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
• Công suất định mức : 400 kVA
• Điện áp định mức :15/0,4 kV đấu
Δ
/yo-11
• Tổn hao không tảI : 840 W
• Tổm hao ngắn mạch : 5750W
• Điện áp ngắn mạch : 4%
• Đặc điểm:Đặt ngoài trời,làm việc liên tục,làm lạnh bằng dầu.
NỘI DUNG TÍNH TOÁN:
• Tinhd toán kích thước chủ yếu
• Tính toán dây quấn CA,HA
• Tính toán mạch từ
• Tính toán các tham số ngắn mạch,không tải
• Tính toán nhiệt
• Bản vẽ tổng lắp ráp.

vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp,độ từ thẩm cao,ngoài ra còn được
c
ải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cấu nhẹ và bền.
Có thể nói rằng sự phát triển của công nghệ chế tạo máy điện nói chung và
công nghệ chế tạo máy biến áp nói chung đã có những sự phát triển vượt bậc
Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội
3
đã tạo ra những máy có công suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm
đáng kể. CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

1.Tính toán các tham số cơ bản
1.Công suất trên mỗi pha của máy biến áp:
400
' 133,3
33
p
p
S
S == =
kVA
2.Dòng điện định mức trên một pha máy biến áp:
Dòng điện định mức phía cao áp của máy biến áp:
I
1
=

3.Điện áp các pha của máy biến áp:
Điện áp bên cao áp của máy biến áp:
U
f1
=U
1
=15000 V
Điện áp bên hạ áp của máy biến áp:
U
f2
=
94,230
3
10.4,0
3
3
2
==
U
V
4.Điện áp thử nghiệm của dây quấn máy máy biến áp.
Theo TCVN ta có điện áp thử nghiệm của máy biến áp:
Dây quấn cao áp của biến áp: Với U
1
=15 kV thì ta có U
t
=38 kV
Dây quấn hạ áp của biến áp : Với U
2
=0,4 kV ta có U

21
12
aa
a
+
+

Hệ số a
R
phụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA
và CA,do đó chỉ khi bố trí xong dât quấn mới có thể xác định chính
xác.Khoảng cách cách điện giữa dây quấn CA và HA là a
12
được chọn theo
điện áp thử nghiệm của cuộn CA.
Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có:
Công
suất
MBA
S
p

kVA
Điện áp
thử U
t

của cuộn
CA kV
Cuộn CA đến

Sk
aa
=
+
.Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng
máy biến áp, vật liệu làm dây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong
MBA.Theo bảng 13.2 TKMĐ ta chọn được k=0,58.
Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội
5
Thay ta có:

4
4
12
' 0,58. 133,3 1,97
3
p
aa
kS
+
== =
cm
Vậy ta có:
a
R
=2+1,97=3,97 cm
Điện áp ngắn mạch tác dụng:
5750

P
=400 kVA thì trụ có 6 bậc,hệ số điền đầy
k
d
=0,926.
Hệ số ép chặt k
c
=0,95 ta có hệ số lợi dụng:
k
e
=k
d
.k
C
=0,95.0,926=0,88
Chọn các bậc của gông là 7.Theo phần phụ lục XVII-2 TKMĐ ta có: Hệ
số của gông k
G
=1,02.Trông đó k
G
là tỉ số thiết diện giữa gông và trụ.Vì
vậy ta có mật độ từ cảm trong gông B
G
=B
T
/1,02=1,75/1.02=1,029 T.
Số khe hở trong mạch từ gồm 4 rãnh chéo ở 4 góc và 3 rãnh vuông ở trụ
giữa.Mật độ từ thông trong rãnh vuông góc là:
B"
R

2

+Tổn hao từ hóa trong khe hở chéo q'
K
= 0,0956 VA/ cm
2

Theo bảng 13.7 ta có hệ số tổn hao phụ k
f
=0,91 khi ngắn mạch.Theo
bảng 13.5 và 13.6 ta có được hằng số đối với dây đồng là a=1,4 và b=
0,28.Ta lấy hệ số k
R
=0,95 là hệ số ép chặt.
Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội
7
Hệ số
β
= 1,8 – 2,4.
*Ta tiến hành tính toán các hệ số cơ bản :
Hệ số A:
A=16.
4
4
222
2
'
133, 3.3, 97.0, 95

0
là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gông.Tra bảng
ta có được l
0
=5 mm
23 2 3
11
2,4.10 . . . .( ) 2, 4.10 .0,88.1,02.16,51 .(1, 4 0,28 0,411) 202,72
G
BkkAabc
−−
=++= ++=
B
2
=
22 2 2
11222
2,4.10 . . . .( ) 2,4.10 .0,88.1, 02.16,51 .(2, 7 3, 0) 33, 47
G
kk A a a
−−
+= +=
kg
C
1
=
=
22
2
2

=
=
42
5750
0,2453.10 .45,86 .0,91.0,95. 11,8
1, 4.16,51
−
=
MPa
Trong công thức trên thì:
=+=
−
)1(
100
.41,1
.
nx
nr
u
u
n
n
e
u
k
π

.1,43
3,74
100

3. 3.202,72
A
B
==

Chọn k
cđ
=1,06 ta có :
D=
1
,
1
2265,98
.. . .2,21.1,060,22
33466,13
Fe Cu cd
C
kk
D
==
Ta có đẳng thức :
x
5
+Bx
4
-Cx-D=x
5
+0,328.x
4
-0,554x-0,22

S
T
=0,785.k
l
.A
2
.x
2
=
=0,785.0,88.16,51
2
.x
2
=188,3x
2

Thiết diện khe hở vuông góc :
S”
K
=S
T
=188,3.x
2

Thiết diện khe hở chéo:
S’
K
=S
T
.

G
Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội
9


1
/x+ A
2
x
2

305.6732285 300.509835 296.0842773 292.24798 297.0666
B
1
x
3
=202.72.x
3

315.0293204 340.933043 366.1960101 390.890422 360.3127
B
2
x
2
=33.47.x
2

44.90471712 47.3337279 49.64403267 51.851501 49.11088
G
G
= B
1
x
3
+ B

T
+1,969G
G

4663.655898 4965.56506 5261.140361 5550.95091 5192.218
+97,8G
g
+136,5x
2i
0x
=Q
0
/10S
P

1.165913975 1.24139126 1.31528509 1.38773773 1.298054
G
dq
=C
1
/x
2

474.3818214 450.038111 429.0945025 410.826708 433.7528
G
Cu
=1,66G

G
Cu

1742.11715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418
J=0,91.5750/2,4G
dq

3.143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196

=M.x
3

14.23475027 15.4052223 16.54674158 17.6625704 16.2809
d=A.x
19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899
d
12
=ad=1,4d
26.77276557 27.4873333 28.15015426 28.7692089 27.99859

l= d
12
/

46.70360216 43.1551132 40.17794745 37.6397149 40.83398
2a
2
=bd
5.354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717
C=d

2
=188,3.1,211
2
=276,14 cm
2

Đường kính trung bình của lõi sắt:

d
12
=a.A.x=1,4.16,51.1,211=28 cm
Chiều cao dây quấn của máy biến áp:
L =
12
.28
2,153
d
π
π
β
=
=40,85 cm
Chiều cao của trụ lõi sắt:
l
T
=l +2.l
0
=40,83+2.3=43,13 cm
cp
∂

=10,72
V
Trọng lượng sắt của máy biến áp:
G
Fe
=706,49 kg
Trọng lượng đồng trong máy biến áp:
G
dq
=433,38 kg
Mật độ dòng điện trong máy biến áp:
J = 3,44A/mm
2

Ứng suất trong dây quấn cho phép của máy biến áp:
cp
∂
= M.x
3
=16,28 Mpa
Tổn hao không tảI trong máy biến áp thiết kế :
P
0
= 751 W
Dòng tổn hao không tải:
i
0
%=

Q

nv
P
PU
A mm
Sd
==Thiết diện của dây quấn hạ áp tính toán:
S’
dq2
=I
2
/J
2
=230,94/3,66 = 63,1 mm
2

Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội
12
Chọn dây quấn của máy biến áp là dây quấn xoắn ốc kép một lớp.Chọn
khoảng cách rãnh dầu trong máy biến áp h
r
=0,5 cm.
Chọn số đệm dọc theo chi vi của dây quấn của cuộn dây của cuộn hạ áp là
12 chiếc.Chiều rộng tấm đệm là 4 cm.
Chiều cao hướng trục của dây quấn hạ áp :
h

2

Chiều cao dây quấn hạ áp:
Ta tiến hành tính toán chiều cao dây quấn hạ áp bằng cách cho chiều cao dây
quấn hạ áp bằng chiều cao dây quấn cao áp.
Chiều cao dây quấn hạ áp được tinh theo công thức:
[ ]
22 222
2'( 1) ( 1)
r
lbw khw w
σ
=++ ++

Trong công thức trên:
l
2
: Chiều cao thực tế của cuộn hạ áp
b’ : Chiều rộng của một sợi dây quấn
w
2
: Số vòng dây cuộn hạ áp
k : Hệ số khi kể đến sự co ngót của dây quấn khi ép chặt để
sây khô.thông thường k=0,94-0,96,ta lấy k=0,95
h
r2
: Chiều cao rãnh dầu làm mát
Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Đại học Bách khoa Hà Nội

n
aa cm== =

Trong thủ nghiệm cao áp thì với cấp điện áp 0,4 kV, điện áp thử nghiệm là
5 kV.Trong kết cấu dây quấn kiểu xoắn ốc ta có a
01
=1,5 đó là khoảng cách
từ cuộn hạ áp dến gông.
Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
D’
2
= d+2a
01
= 20+2.1,5 = 23 cm
Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:
D”
2
= D’
2
+2.a
2
= 23+2.3 = 29 cm
Đường kính trung bình của dẩ quấn hạ áp:
D
tb2
= (D’
2
+D”
2
)/2 = (23+29)/2 =26 cm