Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế máy biến áp một pha

Chia sẻ: tanlang

Tham khảo luận văn - đề án 'đồ án tốt nghiệp - thiết kế máy biến áp một pha', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế máy biến áp một pha

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy biến áp một pha




.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN.

2.1 Tính dòng điện cao áp và hạ áp của máy biến áp một pha.

+ Phía cao áp :

S.10 3 S.10 3 50.10 3
I2 = = = = 2,273 ( A ).
U CA U2 22.10 3




+ Phía hạ áp :




S.10 3 S.10 3 50.10 3
I1 = = = = 227,27 ( A ).
U HA U1 220

Trong đó:

S : công suất biểu kiến của máy biến áp một pha (kVA).


U2 : điện áp định mức của máy biến áp một pha phía cao áp (kV).


U1 : điện áp định mức của máy biến áp một pha phía hạ áp (kV).

2.2 Điện áp thử nghiệm của dây quấn theo TCVN .

+ dây quấn cao áp với UCA = 22 kV thì Ut = 50 kV.



1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ dây quấn hạ áp với UHA = 0,22 kV thì Ut = 5 kV.

Các kích thước chủ yêú :




C C
a01 01




l0
l




a 1 a12 a2




d
d 12
H×nh 2.1 C¸c kÝch th−íc chñ yÕu cña m¸y
biÕn ¸p mét pha hai d©y quÊn.




2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




Trong đó:


+ C: Chiều rộng cửa sổ mạc từ.


+ d: Đường kính trụ sắt.


+l: Chiều cao dây quấn , hai dây quấn cao áp và hạ áp thường có chiều
dài bằng nhau.


+d12: Đường kính trung bình của hai dây quấn .


+ a01: Khoảng cách từ trụ đến cuộn hạ áp .


+ a12: Khoảng cách điện giữa cao áp và hạ áp .


+ a2: Bề dầy cuộn cao áp .

Chiều rộng quy đổi của rãnh từ trường tản giữa cao áp và hạ áp , với Uth2 =
50 kV, theo bảng 19 sách thiết kế máy biến áp − Phan Tử Thụ, ta chọn:


a12 = 20 mm.


δ12 = 5 mm : chiều dày ống cách điện giữa hạ áp với trụ sắt.


3. Tính chiều rộng quy đổi từ trường tản.




3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

a1 + a 2
a r = a12 +
3

Trong đó:


ar: Là chiều rộng quy đổi từ trương tản(mm).


a1,a2: Là bề dầy cuộn hạ áp và cao áp .

a1 + a 2
= k.4 S .10 −2 = 0.54.4 50 .10 −2 = 14,4 (mm).
3

k: là hệ số tra bảng 12 sách thiết kế máy biến áp của Phan tử Thụ, k =
0,64÷ 0,51, ta chọn k =0,54.

4.Hệ số quy đổi từ trường tản lấy sơ bộ: kr = 0,95.

5. Các thành phần điện áp ngắn mạch: TCVN

+ Điện áp ngắn mạch: Un% = 5%.

+ Thành phần tổn hao không tải: P0= 270W.

+Thành phần tổn hao ngắn mạch: Pn = 850 W.




+Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng :

Pn 850
U nr = = = 1,7%
10.s dm 10.50




4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Thành phần điện áp ngắn mạch phản tác dụng :


U nx = U n + U r = 5 2 − 1,7 2 = 4,71% .
2 2




6. Các thông số mạch từ máy biến áp một pha.

+ Mạch từ máy biến áp một pha thiết kế dạng chữ E với dây quấn kiểu
trụ quấn giữa trụ, mạch từ có mối ghép chéo ở góc , ghép thẳng với trụ giữa.
Trụ dùng băng đai, gông dùng sắt ép lại, lõi thép dùng thép cán nguội đẳng
huớng 3406 dày 0,35 mm.

+ Chọn mật độ từ thông sơ bộ: BT = 1,62 T.

+ Theo bảng 13.2 sách thiết kế máy kế máy điện – Trần khánh Hà+
Phan Tử Thụ với S = 50 kVA chọn sơ bộ số bậc của trụ là 6.

+ Hệ số điền đầy:

ST
KP = = 0,92 .
SK


+ Hệ số ép chặt KC = 0,93÷ 0,94, sơ bộ chọn KC =0,93.

+ Hệ số lợi dụng lõi sắt:

K ld = K C .K P = 0,93.0,92 = 0,866 .

+ Số bậc của gông trên và dưới thường ít hơn số bậc của trụ một bậc
nhằm mục đích đảm bảo lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép ép gông.

+ Hệ số ép gông: tỷ lệ giữa tiết diện gông và tiết diện trụ.

5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

Sg
Kg = , theo bảng 6 sách thiết kế máy biến áp của Phan Tử Thụ ta
ST
chọn Kg = 1,02.

+ Mật độ từ thông trong gông:

- Từ cảm trong gông: Bg = 1,62/1,02 = 1,585 T.

- Từ cảm ở khe hở không khí với mối nối thẳng: Bk = BT = 1,62 T.


- Từ cảm ở khe hở không khí với mối nối xiên: BK’’ = 1,62/ 2 = 1,46.

7. Các thông số tổn hao của mã hiệu thép.

Theo bảng 44-4 đặc tính mã hiệu thép 3404, dày 0,35 mm sách thiết kế
máy biến áp ta có

+ Tổn hao trong thép: PFeT = 1,358w/kg; PFeG = 1,251w/kg.

+ Tổn hao trong trụ: QT = 1,956 VA/ kg; trong gông QG = 1,575VA/ kg,
trong khe hở vuông góc qK’’ = 0,61VA/ cm2, khe hở chéo qK’’= 0,0956VA/
cm2.

8. các thông số khác.

+ Theo bảng 13.7 sách thiết kế máy điện – Nguyễn Hồng Thanh, hệ số
tổn hao phụ chọn Kf =0,91 khi ngắn mạch và bảng 13.5 cho hằng số đối với
dây đồng là: a = 1,3; b = 0,4.

Trong đó:



6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

a = d12/d: tỷ số giữa tri số trung bình giữa hai dây quấn và đường kính
trụ sắt d.

b = 2. a2/ d: tỷ số giữa bề dày cao áp và đường kính trụ sắt.

+ Hệ số hình dáng máy biến áp β.

π.d 12
β= = 1,2 ÷ 3,8 .
l

Tính toán các tham số cơ bản.

1. Đường kính trụ sắt.

d = A.x.

S.a r .Kr
A = 0,507.4
f .U nx .B t2 .K ld
2




Trong đó:

S = 50 kVA: công suất định mức máy biến áp một pha.

ar: chiều rộng quy đổi từ trường tản.

Kr = 0.95 : hệ số quy đổi từ trường tản.

f = 50 hZ: Tần số dòng điện;

Unx = 4.7% - thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng.

Bt = 1.62T : mật độ từ cảm trong trụ.



7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

Kld = 0,86: hệ số lợi dụng lõi sắt.




2.Trọng lượng trụ sắt.

A1
GT = + A 2 .x 2 .
x

Trong đó:

d = A.x; d12= a.d = A.d.x; β = x4.

A1 =1,89.104.a.A3.Kld =1,89.104.1,3.0,12113.0,86 = 40 (kg).

A2 =1,2.104.a.A2.Kld.l0 =1,89.104.1,3.0,12112.0,86.20.10-3 = 4,41 (kg).




S.a r .Kr 50.0,0344
A = 0,507.4 2 2
= 0.507. = 0,1211 .
f .U nx .B t .K ld 50.4,44.1,62 2 0.86


3.Trọng lượng sắt gông.

+ Gông máy biến áp một pha có thể tính như sau: Một bộ phận trong
phạm vi hai trụ của hai gông biên, có tiết diện Sg với chiều dài 2.C và trọng
lượng của bộ phận này ở gông trên và dưới là Gg’; Một bộ phận gồm hai nửa
góc mạch từ ở phía ngoài của hai gông biên với trọng lượng của gông trên và
gông dưới là Gg’’; Một bộ phận gồm hai trụ biên có trọng lượng bằng trọng
lượng của trụ giữa:

G G = G 'g' + G 'g + G T .

8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




G''g/4




e.d C C G'g/2
a) b)

H×nh 2.2.a) Quy ®æi nöa tiÕt diÖn trô bËc thang vÒ
h×nh ch÷ nhËt; b) C¸c phÇn cña g«ng.



+ Trọng lượng của trụ sắt ở bộ phận thứ nhất là:

G 'g = 2S g .2.c.γ Fe .


Trong đó:

C = 0,5.d12+0.25d+0,5a12+ a2+a22: chiều rộng cửa sổ mạch từ.

d12: đường kính trung bình của hai dây quấn hạ áp và cao áp.

a12: khoảng cách giữa cuộn hạ áp và cao áp .

a2: bề rộng cuộn cao áp .

a22: khoảng cách cuộn cao áp đến gông.



9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Trọng lượng sắt gông ở bộ phận thứ hai:

G 'g' = 4S g .e.d.γ Fe = 4S g .e.A.x.γ Fe .


e: hệ số quy đổi nửa tiết diện gông biên về hình chữ nhật tương đương
e.d. Chọn e = 0,45.

+ Công thức tính trọng lượng gông:

GG = B1.x3+B2.x2+GT.

B1=1,2.104.Kg.Kld.A3.(a+b+e)
=1,2.104.1,03.0,86.0,12113.(1,3+0,4+0,405) = 42,459(kg).

B2 = 1,2.104.Kg.Kld.A2.(a12+2.a22)

= 1,2.104.1,03.0,86.0,12112.(0,002+0,03) = 5,45(kg).

4. Tổn hao không tải.

P0 = kff' (p T .G T + p G .G G ) .

Trong đó:

pT, pG: suất tổn hao trong trụ và gông của máy biến áp .

k 'f - hệ số tổn hao phụ trong lõi sắt, với tôn cán nguội lấy k 'f = 1,25.

P0 = 1,125(1,348.G T + 1,251.G G ) = 1,7.G T + 1,563.G G .

5. Công suất phản kháng.



10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

Q 0 = kff'' (Q C + Q f + Q K ) .


Trong đó:

+ kff'' : hệ số kể đến sự phục hồi không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn cũng

như sự uốn nắn và ép lõi sắt, có thể lấy kff'' = 1,25.

+ Q C : suất tổn hao chung của trụ và gông.

Q C = q T .G T + q G .G G = 1,956.G T + 1,575.G G .

+ Q f : công suất từ hoá phụ đối với mối nối thẳng.


Q f = 40.q t .G g = 78,24.G g


+ Qk : công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép.

Q k = 3,2.q kt .S k = 35,478.x 2 .0103.x2.

Vậy :

Q0 = 2,445.GT+1,563.GG+97,8.Gg+136,5.x2.

SK = St = 0,875.Kld.A2.x2= 0,785.0,86.0,12112= 0,

6. Trọng lượng kim loai hai dây quấn .

C1
G dq = .
x2




11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

S.a 2 50.1,3 2
C 1 = K dq . = 2,46.10 .
−2

k μ .K 2 .B T .U nr .A 2
ld 0,91.0,86 2.1,62 .1,7 .0,12112 .
= 45,2( kg)

Kdq =2,46.10-2.

7. Giá thành vật liệu tác dụng:

C 'td = G Fe + K CuFe .G Cu = G Fe + 1,81.G Cu .

8.Thành phần phản kháng dòng điện không tải.

Q0
i ox =
10.S

9. Theo lực điện động tác dụng lên dây quấn:

+Lực điện động tác dụng lên dây quấn được tính như sau:

FK = 0,628.(i max .W ) .β.K R .10 −6 ( N ).

Trong đó:

imax = Kn .I;

u nr
100 −π
Kn = 1,41. .(1 + e u ) = 34,2 .
nx


un

Ứng suất kéo tác dụng lên dây dẫn.

Pn
M Cu = 0,.66.10 −6.k 2 .k f .k r .
n = 1,795 .
a.A


12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

σ r = 1,795.x 3

Sau khi tính toán các đại lượng tham số cơ bản theo hệ số hình
dáng β =1,2÷ 3,0 ở trang 38 ta xây dựng đường đăc tính chi phí vật liệu
tác dụng và trọng lượng sắt, đồng.




240
180 C'td (%)
GFe
150
120 GG 100
90
60
GT
30
0 GCu 0
β 1,2 1,4 1,6 2,5 3,0 β 1,2 1,4 1,6 2,5 3,0

C¸c quan hÖ a) träng l−îng lâi s¾t, d©y quÊn; b) Gi¸ thμnh vËt liÖu t¸c dông




Lập bảng tính các đại lượng với β = 1,2÷3,0



13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha


β 1,2 1,4 1,6 2,5 3,0

x= 4 β 1,0466 1,878 1,1247 1,2754 1,3161

x2= 4 β 1,0954 1,1832 1,2649 1,5811 1,7321
2




x3 = 4 β 1,465 1,2871 1,4226 1,9882 2,2795
3



A 1 40
= 38,2177 36,7729 35,5656 31,8108 30,3934
x x
A2.x2 = 4,41.x2 4,8309 5,2180 5,5783 0,9728 7,6383
GT = A1/x+ A2.x2 43,0486 41,9909 41,1438 38,7837 38,0318
B1.x3= 42,5.x3 48,7276 54,6997 60,4615 84,4975 96,8790
B2.x2=5,45.x2 5,9702 6,4485 6,8938 8,6172 9,4397
GG = B1.x3+ B2.x2+GT 98,127 103,1391 108,4991 131,8984 144,3505
GFe = GT+ GG 183,8456 187,1209 190,7868 209,4657 220,4140
Gg = 8,168.x3 10,1279 12,2052 13,5405 18,9235 21,6963
P0 = 1,7.GT+1,563.GG 225,9603 232,5910 239,5268 272,0894 290,2738
Q0 = 2,245.GG+1,969.GT 1648 1814,8 1975,8 2648,7 2995
i0x= Q0/10.50 3,2965 3,6297 3,9517 5,2975 5,991
Gdq = C1/x2 41,2618 38,2010 35,7337 28,5870 26,0962
GCu = 1,06.Gdq 43,4945 40,4930 37,275 30,3022 27,6620

C 'td = G Fe + 1,81.G Cu 263,085 260,4133 259,3456 264,3127 270,4823

k f .Pn
J= 2,794.106 3.106 3,093.106 3,3577106 3,51106
K.G dq

σ CF 1,795.x 3 2,2928 2,5739 2,845 3,9760 4,5586

d = A.x 0,1266 0,1316 0,1361 0,1521 0,1592
d12 = a.d 0,1646 0,1791 0,1811 0,1978 0,2027
d12
l = π. 0,4308 0,3838 0,3472 0,2454 0,2167
β
2.a2 ≈ b.d ≈ 0,4.d 0,0633 0,0658 0,0680 0,0761 0,0796


14
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

C= 0,75.d12+0,5.a12+a2+a22 0,2189 0,2183 0,2238 0,2586 0,2461
Từ bảng lập trên ta thấy được rằng, giá thành chi phí vật liệu tác dụng
thấp nhất trong khoảng 1,6 ≤ β ≤ 1,8 , trong khoảng đó tất cả các tham số đều
đạ yêu cầu.

Ta chọn với hệ số hình dáng β =1,6.

1.Đường kính trụ sắt: d = 0,1361(m)≈140mm.
2.đường kính trung bình giữa cao áp và hạ áp: d12 =
0,1769(m)≈180mm.
3.Chiều dày cuộn hạ áp: l = 0,3472(m).
4.Tiết diện lõi sắt :ST = 0,0125 (m2).
5.Chiều dài trụ lõi sắt: lT = l +2.l0 = 0,3971 (m).
6.Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt: C = 0,2182 (m)≈220mm.
7.điện áp một vòng dây: UV = 4,44.f.BT.ST = 4,9664(V).
8.Trọng lượng trụ sắt: GFe= 190,768 (kg).
9.Trọng lượng đồng: GCu = 37,7337 (kg).
10.Mật độ dòng điện : J = 3,093.106A/ mm2.
11.ứng suất dây quấn: σ =2,845 MPa.
12.Tổn hao không tải:P0 = 239,5286(W).
13.Dòng điện không tải phản kháng: i0x = 3,951 (A).




15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA.

3.1. Các kiểu dây quấn máy biến áp một pha.

Theo cách quấn dây ta có ta có thể chia dây quấn máy biến áp ra làm các
kiểuchính sau:

+ Dây quấn hình ống dây quấn chữ nhật.

+ Dây quấn hình ống dây dẫn tròn.

+ Dây quấn hình xoắn.

+ Dây quấn xoắn ốc liên tục.

3.1.1. Dây quấn hình ống dây quấn chữ nhật.

+Loại dây này dùng dây tiết diện hình chữ nhật quấn thành hình trụ.
Nếu dòng điện lớn quá thì ghép thành nhiều sợi song song. Lúc đó tốt nhất là
dùng các sợi cùng kích thước ghép kề nhau theo hướng trục, không nên ghép
kề theo hướng kính để cho từ thông tản trong các sợi dây giống nhau và như
vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau và về mặt cơ khí
ghép hướng trục cũng tốt hơn.

+ Các phương pháp quấn dây: Quấn nẹp sợi dây, quấn dựng sợi dây.Nói
chung dây quấn loại này nên quấn nẹp (theo cạnh lớn) sợi dây, không nên




16
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

quấn gân dựng (theo cạnh nhỏ) sợi dây vĩe khó quấn hơn mà dây quấn dễ
nghiêng đi; tổn hao phụ do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại kém.




b
a
b




a) QuÊn nÑp sîi b) QuÊn g©n dùng sîi
d©y(hay dïng) d©y(kiÓu nμy khã
quÊn d©y h¬n n÷a dÔ
nghiªng ®i)


Hình 3.1.a,b;

+ Nếu quấn dây một lớp ta có kiểu quấn dây quấn hình ống một lớp hay
gọi là ống đơn (hình 3.2.a) ; nếu quấn dây hai lớp ta có kiểu dây quấn ống kép
(hình 3.2.b). Kiểu hình ống kép thì hai lớp nối tiếp nhau(quấn lớp trong từ trên
xuống dưới, sau đó lớp ngoài quấn ngược từ dưới lên). Như vậy đầu dây phân
lớp trong và đuôi dây phân lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha.

+ Nếu Uđm ≤ 1000 V cách điện rất đơn giản, hoặc dùng một rãnh dầu 4÷8 mm
hoặc dùng một ống giấy cách điện là đủ.

+Kiểu dây quấn hình ống có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ
chặt nên dễ bị tung ra do đó chỉ dùng cho máy biến áp cỡ nhỏ.Dây quấn hình

17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

ống kép ơn định về mặt cơ khí hơn và nói chung dễ chế tạo cũng đơn giản nên
dùng phổ biến trong các máy biến áp có công suất 630 kVA trở xuống và điện
áp dưới 6 KV.




1 14
2 13 1 1
1 3 12 2 2
2 4 11 3 3
4 14
3 5 10 4 13
4 6 9 5
7 5 12
5 8 6
6 11
6 8 7
7 10
7
8 9
8


a)D©y quÊn èng ®¬n b)D©y quÊn h×nh èng
d©y quÊn èng kÐp




Hình 3.1.2 a,b.

+ Trong các máy biến áp dây quấn hình ống đơn và kép chủ yếu dùng
làm dây quấn hạ áp.

3.1.2. Dây quấn hình ống nhiều lớp.

+ Dây quấn hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn (lớn hơn2) đồng tâm (hình
3.2). Vì số vòng dây một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp lớn do đó cách điện
không đảm bảo, cần phải tăng cường cách điện giữa các lớp. Thường dùng vài



18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

lớp giấy cáp là đủ với điện áp 10 KV dùng 3 lớp dày 3.0,12. Dây quấn hình ống
nhiều lớp dây dẫn tròn với điện áp đến 35 KV cần có cách điện tốt hơn; Để đề
phòng phóng điện bề mặt, chiều cao cách điện giữa các lớp phải cao hơn chiều
dài dây quấn từ 20÷25 mm( cả hai phía) và phải quấn thêm gờ bằng bìa cách
điện.

+ Quấn số lớp nhiều quáthì việc tản nhiệt khó khăn do đó cần phải có
rãnh dầu dọc ở giữa. Khi làm dây quấn hạ áp ở trong,rãnh dầu có thể ở giữa
dây quấn, còn khi làm cao áp ở ngoài rãnh dầu thường bố trí vào quãng 1/2 ÷
2/ 5 chiều dầy cuộn dây tính từ trong ra ngoài.

+Dây quấn có thể sợi hay hai sợi chập lại, ít khi dùng đến 4 sợi. Khi
dùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vì vị trí của nó phân bố đã đều đặn.

+ Dây quấn loại này chủ yếu được áp dụng cho máy biến áp công suất
dưới 630 KVA thường cho cấp điện áp đến 30 KV.

+ Ngoài ra còn có một kiểu gần giống kiểu ống nhiều lớp dây dẫn tròn
nữa gọi là dây dẫn hình ống nhiều lớp phân đoạn, ở đây cũng cũng làm dây
dẫn tròn. Việc phân đoạn thành nhiều bánh dây như vậy sẽ giảm điện áp giữa
các lớp cạnh nhau trong từng bánh dây, nhờ đó có thể cải thiện được vấn đề
cách điện giữa các lớp. Mặt khác việc làm nguội cuộn dây cũng dễ dàng hơn.
Nhược điểm của dây quấn này là việc quấn dây phức tạp hơn.

+ Kiểu dây quấn này có số vòng dây ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây
quấn hạ áp. Ưu điểm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt. Nhưng
nhược điểm của nó là chiều dài của các sợi dây ghép không bằng nhau nên
điện trở khác nhau, từ thông tản không đều (càng xa trụ sắt từ thông tản càng



19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

nhỏ) nên điện kháng tản cũng khác nhau. Mặt khác dòng điện không đều làm
tăng tổn hao phụ. Vì vậy các sợi dây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị.




Vμnh ®Öm b×a TÊm lãt c¸ch ®iÖn
c¸ch ®iÖn b»ng giÊy c¸p


quÊn b»ng b¨ng
v¶i




C¸ch ®iÖn líp



3.2.a) D©y dÉn h×nh èng mét líp 3.2 b)C¸ch ®iÖn phÇn ®Çu cña d©y quÊn h×nh èng
d©y dÉn trßn nhiÒu líp.




3.1.3. Dây quấn hình xoắn.




20
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Đối với dây quấn hình xoắn mạch đơn theo chiều dài dây quấn người
1 3
ta thường hoán vị ba chỗ gồm: Hai hoán vị phân tổ ở khoảng và chiều
4 4
cao cuộn dây và một hoán vị toàn bộ ở giữa cuộn dây.




H×nh 3.3.D©y quÊn h×nh
xo¾n a) m¹ch ®¬n b)
m¹ch kÐp.




3.1.4.Dây quấn xoắn ốc liên tục.

+ Ở đây ta dùng dây dẫn tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều
bánh theo đường xoáy ốc phẳng. Như vậy chiều cao bánh dây vừa bằng chiều
cao sợi dây. Giữa tất cả các bánh dây hay vài bánh dây một có rãnh dầu ngang
(hình 3.4) suốt cuộn dây không có mối hàn nào để nối giữa các bánh dây nên
được gọi là dây quấn liên tục. Có thể dùng một hay nhiều sợi dây chập lại để
quấn nhưng không nên quá 4.



21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Dây quấn liên tục có ưu điểm là chịu lực cơ học tốt, làm nguội tốt và
không có mối hàn. Nhưng nhược điểm là quá trình quấn phức tạp, vì khi quấn
một bánh từ trong ra ngoài như thường lệ, thì bánh tiếp theo phải quấn từ
ngoài vào trong. Muốn quấn được bánh này trước hết phải quấn tạm từ trong
ra ngoài như bánh trước đó đã, sau đó khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và
đầu đầu của nó rồi dùng tay nếp lại để cho những vòng trong ra ngoài và vòng
ngoài vào trong. Như vậy ta được đôi bánh thứ nhất. Cứ thế iếp tục sang
những đôi bánh khác.




b
h




3.4. D©y quÊn xo¸y èc
liªn tôc.

+ Yêu cầu đối với loại dây quấn này là:

- Các đầu ra của dây quấn phải ở phía ngoài cùng bánh dây, để cách
điện đỡ phiền phức. Như vậy số bánh phải là số chẵn.




22
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

- Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây. Nhưng việc hoán
vị ở đây có thể tiến hành giữa hai bánh dây cạnh nhau và không làm thay đổi
chiều cao của dây quấn.

+ Dây quấn xoáy ốc liên tục được dùng chủ yếu làm cuộn cao áp và
thường được sử dụng trong dải công suất rộng các máy biến áp từ 160÷
100000 kVA và điện áp từ 2 đến 500 KV.

3.2. Cách điện trong máy biến áp.

3.2.1 Vật liệu cách điện dùng trong máy biến áp.

a) Giấy cáp: Thường có các loại giấy cáp dày 0,08; 0,12; 0,17 mm.
Trong các máy biến áp thương dùng loại giấy loại 0,12 mm để bọc quanh các
sợi dây đồng; ngoài ra giấy cáp còn dùng làm cách điện giữa các lớp dây quấn
hay cắt thành băng nhỏ để cách điện cho dây dẫn ra và tăng cường cách điện
cho các vòng dây đầu cuộn cao áp từ 6, 10 đến500 KV. Giấy cáp là một trong
những cách điện chính trong máy biến áp. Mã hiệu giấy cáp Nga là k-08; k-
12; k-17.

b) Giấy điện thoại: Mỏng hơn giấy cáp (thương dày 0,05± 5% mm)
thường dùng làm cách điện giữa các lớp, cách điện cho các dây dẫn ra của một
số dây dẫn tròn. Mã hiệu giấy Nga là KT- 50.

c) Vải sơn: Máy biến áp dầu thường dùng loại vải hay lụa đã qua 3 lần
tẩm dầu sơn có chiều dầy 0,17; 0,20;0,24 mm.

d) Băng vải:




23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

Có hai loại: Loại sợi chéo dày 0,54 ±0,02 mm và loại sợi thẳng dầy 0,28 ±0,02
mm, rộng từ 1,5 ÷5 cm. Trong máy biến áp dùng băng vải này để giữ chặt các
vòng dây của dây quấn, hay bọc chặt cách điện của dây quấn không nhằm để
cách điện.

đ) Bìa cách điện: Bìa cách điện được chế tạo thành từng tấm có chiều
dầy 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 2,5; 3,0 mm hay cũng có loại chế tạo thành từng
cuộn rộng tới 1000 mm, dầy 0,5 mm. Thường dùng làm tấm đệm giữa các
bánh dây, giá đỡ cách điện, bức vách tấm chắn, vòng đệm hay ống cách điện
giữa các dây quấn.

e) Thành phẩm ống bakêlit: Thường làm ống cách điện, bề đây cả hai
phía2;4;6;8 mm và hơn nữa làm cách điện giữa các dây dẫn ra. Các loại ống
lớn dùng để cách điện giữa các dây quấn hay giữa dây quấn với trụ sắt.

g) Gỗ: Thường dùng là gỗ dẻ trắng làm que nêm để lồng dây quấn và
cách điện hình trụ hay làm que nêm giữa các lớp dây quấn nếu U≤10 KV,
cũng có thể dùng làm que nêm lõi sắt và dây quấn hạ áp. Gỗ dẻ đỏ dùng làm
kẹp dây dẫn ra, làm dầm ép gông.

h) Sứ: Dùng trong máy biến áp dầu để xuyên dây dẫn vào.

i) Dầu máy biến áp: Dùng làm cách điện và làm nguội máy biến áp.

3.2.2. Các kết cấu cách điện và kghoảng cách cách điện.

3.2.2.1 Cách điện chính.

+ Là cách điện giữa các dây quấn với các bộ phận nối đất. Cách điện
phải đảm bảo chịu được những quá điện áp ngắn hạn (có lúc tới 4 lần điện áp


24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

định mức) do những thao tác thông thường trong lưới (như đóng cắt tải lớn...)
hay sự cố (ngắn mạch, đứt dây...).

+ Cách điện giữa hạ áp và cao áp, giữa dây quấn với trụ thường dung
dạng ống cứng làm từ giấy bakêlit. Cách điện giữa dây quấn và gông trên,
gông dưới thường dùng các vòng đêm.Với điện áp cuộn cao áp ≤ 35 KV thì
kết cấu cách điện và các tấm đệm có dạng đơn giản.




l02
l01




l®2
HA HA
1 2




a01 a1 a2
H×nh 3.2.1. Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn chÝnh cña d©y
quÊn CA víi ®iÖn ¸p thö 5 ®Õn 85 KV; ®−êng ®øt nÐt
chØ kho¶ng phãng ®iÖn cã thÓ, ®−êng ®ã quyÕt ®Ýnh
kÝch th−íc ld.


3.2.2 Cách điện dọc.

+ Cách điện dọc là cách điện giữa các vòng dây , giữa các lớp dây và
giữa các bánh dây. Cách điện dọc phải đảm bảo cho dây dẫn phải chịu được
những quá điện áp thiên nhiên, thường do sóng điện áp xung kích của sét
truyền ngoài đường dây tới máy biến áp. Những sóng điện áp này trong


25
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

trường hợp nghiêm trọng có thể lớn gấp 10 lần điện áp định mức thời gian tác
dụng vài micrô giây. Cách điện này có thể xác định theo độ bền điện cả với
tần số 50 hZ và cả với điện áp xung kích.

+ Cách điện giữa các vòng dây chính là nhờ cách điện bọc xung quanh
sợi dây. Các máy biến áp điện lực hiện nay thường dùng hai loại dây cách
điện sau:

-Dây đồng tráng men (ê may) bọc sợi bông đường kính 1,18÷5,2 mm.
Dây này của Nga kí hiệu là Π∃Π b0.

- Dây đồng bọc giấy cáp kép, với dây tròn đường kính 1,18÷5,2 mm;
với dây chữ nhật có cạnh nhỏ từ 1,4÷ 5,6 mm, cạnh lớn từ 3,75 ÷ 16,0 mm.

+ Cách điện giữa các lớp dây:

- Thường dùng là giấy cáp hay giấy điện thoại, bìa cách điện hay có thể
dùng rãnh dầu hoặc dùng rãnh không khí dọc trục.




a) b) c) d) ®) r·nh
C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp. dÇu.
a) GiÊy c¸p; b)GiÊy c¸p ho¹c giÊy ®iÖn tho¹i; c,d:
b×a c¸ch ®iÖn


26
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




3.2.3 Cách điện giữa các bánh dây: Đối với dây quấn kiểu bánh dây, có thể
phân ra làm nhiều loại rãnh khác nhau. Có bánh dây chính, có bãnh dây điều
chỉnh điện áp thường bố trí ở giữa chiều cao cuộn dây. Tuỳ theo từng loại mà
kích thước và khoảng cách cách điện của chúng khác nhau.

+ Đối với bánh dây chính , cách điện giữa chúng thường là các rãnh dầu
ngang (hình3.2.3 a) hoặc có thêm những đệm cách điện thẳng (hình 3.2.3c,d)
hay đệm gẫy góc (hình 3.2.3a). Trưòng hợp thêm cách điện giữa là dùng cho
bánh dây có điện áp lớn. Chiều rộng rãnh dầu thường không chọn nhỏ hơn 4
m; nếu dùng đệm cách điện thì ghép hai tấm, mỗi tấm dầy δd = 5 mm với đầu
thừa a≥ 6 mm.
hr




a
a) b) c) d)
H×nh 3.2.3 C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c b¸nh d©y.




3.3. Các kiểu bố trí đoạn dây điều chỉnh và cách điều chỉnh dây quấn cao
áp


27
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+Như ta đã biết tải của máy biến áp luôn thay đổi. Khi tải thay đổi, điện
áp ra của máy biến áp cũng thay đổi theo . Để duy trì điện áp ra ổn định, cần
phải thiết kế các đầu dây điều chỉnh điện áp để thay đổi số vòng dây cho thích
hợp. Các đầu dây điều chỉnh (hay còn gọi là đầu phân áp) thường bố trí trên
cuộn cao áp gồm nhiều vòng dây do đó dễ điều chỉnh chính xác; mặt khác dòng
điện lại nhỏ nên có thể làm bộ đổi nối nhỏ, gọn.

+ Ở các máy biến áp giảm áp muốn tăng hay giảm điện áp cuộn hạ áp
thì phải tăng hay giảm cuộn cao áp; ở các máy biến áp tăng áp muốn tăng hay
giảm cuộn cao áp thì phải tăng hay giảm số vòng dây trên bản thân cuộn cao áp.
Việc điều chỉnh nói trên được tiến hành bằng tay khi máy biến áp được cắt ra
khỏi lưới điện- ta gọi là điều chỉnh điện áp không kích thích (ĐKT). Muốn điều
chỉnh tự động và không phải cắt máy biến áp ra khỏi lưới điện thì phải có thiết
bị điều chỉnh điện áp tự động dưới tải. Những máy biến áp như vậy gọi là máy
biến áp điều chỉnh dưới tải (ĐDT).

+ Tiêu chuẩn quốc tế với máy biến áp công suất 25÷ 200.000 KVA khi
điều chỉnh không kích thích thì cuộn cao áp bố hai đến 4 cấp điều chỉnh: + 5,+
2,5;-2,5;- 5% điện áp định mức. Việc chuyển đổi các đầu điều chỉnh điện áp
được tiến hành nhờ bộ đổi nối riêng đặt trong máy biến áp có tay quay điều
khiển.

+ Khi điều chỉnh điện áp sẽ có một số vòng dây không có dòng điện do
lực tác dụng đặt lên trọng tâm dây quấn lệch đi làm cho máy biến áp chịu
những lực chiều trục đáng kể. Cách bố trí và chọn các đoạn điều chỉnh điện áp
phải đảm bảo làm sao cho lực đó nhỏ nhất (đặc biệt là khi có ngắn mạch) và từ
trường tản được đều đặn hơn.



28
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

Có các kiểu bố trí đoạn dây điều chỉnh sau:



A A A A

X1


X2 A6
X1 A4
X1 A3 A2
X3 X2 A5
X2 X3 A7
X4
X3 X5
X4
X4
X5 X5
a) b) c) X d)
H×nh 3.3. C¸c s¬ ®å kh¸c nhau ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p cuén cao ¸p khi
kh«ng cã ®iÖn.


a) Đoạn dây điều chỉnh cuối dây quấn (hình 3.3.a) Kiểu này hay dùng
trong máy biến áp công suất tới 160 KVA với dây quấn hình ống nhiều lớp và
lúc đó các đầu phân áp nằm ở lớp ngoài. Đối với máy biến áp có công suất
250 KVA trở lên, để tránh lực cơ học tác dụng lên các vòng dây khi ngắn
mạch, thường đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh
được bố trí làm hai nhóm trên dưới dây quấn nối nối tiếp với nhau (hình 3.3.b)
và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn nên không xuất hiện lực chiều
trục. Chú ý rằng hai nhóm của đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với
dây quấn chính.

b) Đoạn dây điều chỉnh ở giữa dây quấn với đầu dây nối “ngược” hình
3.3.c: Kiểu này thường dùng cho các máy biến áp có công suất không quá
1000 KVA và điện áp đến 38,5 KV với dây quấn hình ống nhiều lớp phân


29
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

đoạn hay dây quấn xoáy ốc liên tục. Để đảm bảo từ thông cùng chiều trong lõi
sắt, hai nửa cuộn dây phải quấn ngược chiều nhau. Kiểu này lực chiều trục
nhỏ, nhưng điện áp giữa hai đầu A1 X rất lớn nên phải tăng cường cách điện ở
đó, chiều cao dây quấn sẽ tăng lên. Vì vậy không dùng với điện áp quá cao.

c) Đoạn dây điều chỉnh ở giữa dây quấn với đầu nối “ thuận” (hình
3.3.d) kiểu này dùng cho các loại dây quấn như kiểu thư hai đã trình bầy trong
hình 3.3.c, nhưng với điện áp cao hơn từ 3÷ 220 KV và khắc phục được
những nhược điểm của kiểu trên.

3. 4 .Tính toán dây quấn hạ áp.

1.Lựa chọn dây quấn :

+ Theo bảng 38 sách thiết kế máy điện – Phan Tử Thụ. Ta xem xét 2
kiểu dây quấn thường hay sử dụng phía hạ áp với máy biến áp một pha công
suất : S = 50 KVA.

-Loại dây quấn hình ống một hay hai lớp dây dẫn chữ nhật, dùng chủ
yếu cho phía hạ áp; công nghệ chế tạo đơn giản rẻ làm lạnh tốt; độ bền cơ thấp,
chịu được công suất tới 630 KVA, dòng đến 800 A, điện áp đến 6 KV.

- Dây quấn kiểu hình xoắn, kép dây dẫn chữ nhật, dùng chủ yếu cho
phía hạ áp; độ bền cơ cao, cách điện bảo đảm, làm lạnh tốt; giá thành cao hơn
so với dây quấn hình ống, cấp công suất 160 KVA trở lên, dòng 300 A trở lên,
và chịu được điện áp tới 35 KV.

+ Ta lựa chọn kiểu dây quấn 1: Kiểu dây quấn hình ống chữ nhật hai
lớp, dây dẫn bằng đồng.



30
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

1.Số vòng dây quấn hạ áp.

U1 220
W1HA = = = 44,29 ≈ 44( vßng) .
U V 4,9664

+ Ta chia số vòng dây quấn hạ áp ra làm hai lớp, mỗi lớp 22 vòng không chập
sợi.

W1
+ Số vòng dây mỗi lớp: W11 = = 22 vßng.
2

1.Mật độ dòng điện trung bình dây quấn hạ áp.

Pn .U V 850.4,9664
J tb = 0,746.k f . = 0,746.0,91. = 3,2 A / mm 2 .
S.d12 50.0,1769

+ Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp :

J1 = 3,23 A/ mm2.

2.Tiết diện dây quấn hạ áp.

I 1 227,273 A
S 1HA = = = 71,02 .
J tb 3,2 mm 2

3.Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây:

l1 347,2
h V1 = = =≈ 15 mm.
W11 + 1 22 + 1

4.Lựa chọn dây dẫn hạ áp.




31
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Căn cứ vào hV1 và S1 dựa vào bảng 44- 10 sách thiết kế máy biến áp
của Phạm Văn Doanh ta chọn: Loại dây dẫn chữ nhật bằng đồng với kích
thước a×b/ a’×b’ = 5,1×14,5/5,7×15,1, giữa hai lớp dây quấn hạ áp có đặt hai
bìa dày: 2×0,5 (mm).

5.Mật độ dòng điện thực.

I 1 227,273
J1 = = = 3,06 A / mm 2 .
S1 74,10

6.Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp :

l 1 = h V1 (W11 + 1) + (0,005 ÷ 0,015 ) = 0,0151.23 + 0,01 = 0,357 (m).

+ Trong đó:

hV1 = b’ = 15,1 mm = 0,0151 m; W11 = 22.

Trị số 0,005÷0,015 là kể đến việc quấn dây không chặt sơ bộ lấy = 0,01.




32
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha



5,70mm




15,1mm
14,50mm 5,1
KÝch th−íc d©y
quÊn h¹ ¸p.


7.Bề dầy dây quấn hạ áp.

a 1 = (2.a ' + a 11 ).10 −3 = (2.5,7 + 5).10 −3 = 16,4.10 −3 = 16,4 (mm).




8.Đường kính trong dây quấn hạ áp.

D 1 = d + 2.a 01 .10 −3 = 0,1361 + 2.5.10 −3 = 0,1461 (m).
'




Theo bảng 18- sách thiết kế máy biến áp – Phan Tử Thụ:

+ a01 = 5 mm: khoảng cách cách điện từ trụ đến cuộn hạ áp .

9.Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp .

D 1'' = D 1 + 2.a 1 = 0,1461 + 0,01464 = 0,1625 (m).
'




33
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

10.Bề mặt làm nguội của dây quấn hạ áp .

M 1 = (n + 1).k.π.(D 1 + D 1'' ).l1
'




Trong đó:

n = 1: số rãnh dầu dọc trục.

k = 0,75: hệ số kể đến sự che khuất của nêm và các chi tiết khác.

Với n = 1/ M1 = 0,5189 m2.

n = 0/ M1 = 0,259 m2.




01 1




a11

S¬ ®å dïng cho viÖc x¸c
®Þnh kÝch th−íc h−íng kÝnh
cña d©y quÊn




3.5 Tính toán dây quấn cao áp .

34
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

1.Số vòng dây cuộn cao áp .

U 2 22.1000
W2 dm = = = 4429,76 ≈ 4430 ( vßng).
UV 4,9664

quy chuẩn: W2đm = 4430 vòng.

2.Số vòng dây dẫn của từng cấp điều chỉnh.

+ Ta lựa chọn sơ đồ cao áp với cách điều chỉnh 4 cấp: ±5%; ± 2,5%.

+ Số vòng điều chỉnh:

Wdc = 0,025.W2 dm = 4430 .0,025 = 110 ( vßng ).

W2 = 4430+2.110 = 4650 (vòng).

W2 = 4430+1.110 = 4540 vòng.

W2 = 4430 vòng.

W2 = 4430-1.110 = 4320 vòng.

W2 = 4430-2.110 = 4210 vòng.

3.Mật độ dòng điện trung bình trong dây dẫn cao áp.

J tb = 3,23 A / mm 2 .

Sơ bộ chọn: J = 3,0 A/mm2.

4. Chọn kiểu dây quấn :



35
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Theo bảng 38 chọn kiểu dây quấn: dây quấn cao áp chủ yếu 4
kiểu.Hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn; hình ống nhiều lớp phân đoạn; dây dẫn
xoáy ốc liên tục và hình ống nhiều lớp dây chữ nhật.

+ Đối với máy biến áp một pha: S = 50 KVA,UCA = 22 KV, ICA = 2,273
A – dòng cao áp bé ta lựa chọn kiểu dây quấn cao áp hình ống nhiều lớp.

+ Đặc điểm và phạm vi sử dụng của kiểu dây quấn này: Công nghệ chế
tạo đơn giản; tản nhiệt kém và độ bền cơ giảm khi công suất tăng; sử dụng tới
công suất 630 KVA, dòng điện tới 100 A, điện áp tới 35 KV.

+ Sử dụng sơ đồ điều chỉnh điện áp hình 3.3,a.

5. Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn:

I 2 2,273
S '2 = = = 0,71(mm 2 ).
J2 3,2

6. Chọn dây dẫn.

+ Lựa chọn dây dẫn bằng đồng, dây dẫn tròn, theo bảng 20 lựa chọn: 1×
d2 0,96
'
= 1× mm.
d2 1,025

+ Tiết diện toàn phần (kể cả cách điện): S2 = 0,824 mm2.

+ Mật độ dòng điện thực trong dây dẫn cao áp:

2,273
J2 = = 3,14 A / mm 2 .
0,723




36
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

7. Số vòng dây dẫn một lớp:

l 2 .10 3 34,7.10 3
W12 = −1= − 1 = 338 ( vßng).
n V 2 .d '2 1.1,025


l2 = l1 0,357 m; d '2 = 1,025mm.

8.Số lớp dây quấn.

W2 4430
n 12 = = = 13,1 ≈ 13 (líp ).
W12 338

9. Điện áp làm việc của 2 lớp kề nhau:

U12 = 2.W12.UV = 2.338.4,9664 = 3357,3 (V).

10. Căn cứ vào bảng 26 sách thiết kế máy biến áp của Phan Tử Thụ, chọn
chiều dây cách điện giữa các lớp: 5× 0,12 = 0,6 mm.

11.Tra bảng 18 và 19 sách thiết kế máy biến áp – Phan tử Tụ ta chọn các
kích thước cơ bản sau:

+ a12 = 20 mm: Khoảng cách giữa Cao áp và Hạ áp .

+ δ12 = 5 mm: Chiều dầy ống cách điện giữa hai dây quấn.

+ Khoảng cách từ Cao áp đến gông: l02 = 75 mm.

12.Phân phối các vòng dây trong các lớp, chia tổ:

+ Để tăng điều kiện làm nguội thường theo chiều dày của dây quấn phân
làm hai tổ lớp. Giữa hai lớp có rãnh dầu dọc trục a '22 . Tổ lớp trong làm nguộ


37
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

khó khăn hơn nên bố trí ít lớp hơn tổ lớp ngoài. Thường tổ lớp trong không
quá1/3 đến 2/5 tổng số lớp dây quấn.

+ Căn cứ vào trên ta chọn:

Tổ lớp 1: n = 4, tổ lớp trong.

Tổ lớp2: m = 9, tổ lớp ngoài.

13.Bề dầy dây quấn cao áp.

a 2 = d '2 .(n + m ) + δ.(n − 1 + m − 1) + a '22
= 1,025.(4 + 9 ) + 2.0,3.(4 − 1 + 9 − 1) + 10 = 30 (mm).

+ Ta phải tính thêm bề dây thực của dây quấn Cao áp khi đưa ra các
đầu nối dây quấn điều chỉnh;để đầu dây điều chỉnh không bị bung thì cần phải
có dây gai quấn chặt nó, ta có 6 đầu dây dẫn cao áp đưa ra:

+ Như vậy kể cả cách điện đầu dây dẫn ra và bọc cách điện của nó ta sơ
bộ chọn thêm : 10 mm.

+ Bề dầy thực cuộn cao áp: a2 = 30+10 = 40 (mm).

14.Đường kính trong dây quấn cao áp.

D '2 = D 1 + 2.a 12 .10 −3 = 0,1625 + 2.20.10 −3 ≈ 0,21 (m) = 210mm.
'




15.Đường kính ngoài dây quấn cao áp.

D 2' = D '21 + 2.a 2 . = 210 + 2.40 = 290 (mm).
/'




16.Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau.

38
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

C = 0.5D '21 + .a 22 + 0,25.d = 0,5.290 + 40 + 0,25.140 = 220 (mm).
'




17.Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp.

M 2 = 1,5.k.π.(D 2' + D 2'' ).l 2 = 1,5.0,88.π.(0,2025 + 0,2325).0,357 = 0,643(m 2 ).



Trong đó:

+ k = 0,88: hệ số kể đến sự che khuất của nêm và các chi tiết cách điện
khác.

18.Lựa chọn sơ đồ điều chỉnh dây quấn .

+ Với cách lựa chọn dây quấn hình ống nhiều lớp như trên ta lựa chọn
sơ đồ điều chỉnh dây quấn như sau:


A

X1


X2


X3


X4

X5




39
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ Đoạn dây điều chỉnh ở cuối dây quấn kiểu này hay dùng cho các máy
biến áp công suất tới 160 KVA.

Điện áp (KV) Số vòng dây Các cực dây quấn
(Vòng)
23,10 4650 AX1
22,55 4540 AX2
22,0 4430 AX3
21,45 4320 AX4
20,9 4210 AX5

19.Trọng lượng dây quấn Hạ áp.

D 1 + D 1''
'

G Cu1 = 28. .W1dm .S 1 .10 3 =
'

2
0,1461 + 0,1625
= 28. .44.86,07.10 3.10 −6 = 16,36 ( kg).
2

20.Trọng lượng dây dẫn cao áp .

D '2 + D '2'
G Cu 2 = 28. .W1dm .S '2 .10 3 =
2
0,2025 + 0,2325
= 28. .4430.0,765.10 3.10 −6 = 20,67 ( kg).
2

21.Toàn bộ trọng lượng dây quẫn kể cả cách điện của dây dẫn cao áp và hạ
áp :

Gdd = 13,36 + 20,67 =37,025 (kg).




40
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

22.Sơ đồ bố trí dây quấn cao áp và hạ áp(trang bên).

+ Sau khi tính toán và quy chuẩn ta có:

d = 140 mm; d12 = 180 mm; D1’ = 150 mm; D1’’ = 166,4 mm; D2’ =
210mm; D1’’ = 290 mm; a01 = 10 mm; δ1 = 5 mm; a1 = 16,4 mm; a12 =20
mm; δ12 = 5 mm; a2 = 30mm; l02 = 75 mm.;lđ = 20 mm.




41
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




φ140




l02

φ150




φ166,4 a22




φ180


φ210


φ240




δ1 δ12 δ2
a21


a1 a1 a12 a2




42
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH DÂY QUẤN

MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA.

4.1.Đai cương.

+ Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn là tổn hao trong
máy biến áp khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điện áp
ngắn mạch Un để dòng điện trong cả hai dây dẫn đều bằng địnhh mức.

+ Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau:

a) Tổn hao chính, tức tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp và cao áp do
dòng điện gây ra PCu1 và PCu2.

b) Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông tản xuyên qua dây quấn
làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết dây gây ra Pf1 và Pf2.

c) Tổn hao chính trong dây dẫn ra Pr1và Pr2.

d) Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Prf1và Prf2 thường tổn hao này rất nhỏ
ta bỏ qua.

đ) Tổn hao trong vách thùng dầu và các chi tiết kim loại khác Pt do từ
thông tản gây ra.

+ Thường thì tổn hao được tính gộp vào trong tổn hao chính bằng cách
thêm vào tổn hao chính bằng việc thêm vào hệ số tổn hao phụ Kf. Vậy tổn hao
ngắn mạch tính theo công thức sau:

Pn = PCu1.Kf1+ PCu2.Kf2 + Pr1+ Pr2+Pt.


43
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

4.2. Tính toán tổn hao phụ.

1.Tổn hao chính.

+ Dây quấn hạ áp:

PCu1 = 2,4.10 −12 .J 2 .G Cu1 = 2,4.10 −12 .3,06 2 .16,36 = 367,6 ( W ).
tb




Trong đó: Jtb = 3,06 A/mm2; GCu1 = 16,36 kg.

+ Dây quấn hạ áp:

PCu 2 = 2,4.10 −12 .J 1tb .G Cu 2 = 2,4.10 −12 .3,13 2 .20,67 = 486 ( W ).
2




Trong đó: Jtb = 3,13 A/mm2; GCu1 = 20,67 kg.

+ Tổng tổn hao đồng chính:

PCu = PCu1+PCu2 = 376,6 +486 = 853,6 W.




1 2 S¬ ®å dïng ®Ó
W1 W2 x¸c ®Þnh träng
d S1 S2 l−îng d©y ®ång
J1 J2
PCu2 vμ tæn hao trong
PCu1
d©y quÊn.


Dtb1
d12
Dtb2



44
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha




2.Tổn hao chính trong dây dẫn ra.

+ Dây dẫn hạ áp:

Pr1 = 2,4.10 −12 G r1HA .J 1 = 2,4.10 −12.0,93.3,06 2 = 20,49( W).
2




Trong đó:

Gr1HA = 3,5.l1.S1’.γ.10-6 = 3,5.0,347.86,07.8900.10-6 = 0,93 (kg).

J1 = 3,06 A/mm2.

+ Dây dẫn cao áp :

Pr 2 = 2,4.10 −12 G r 2 CA .J 2 = 2,4.10 −12.0,08.3,132 = 1,88( W).
2




Trong đó:

Gr2CA = 3,5.l2.S2’.γ.10-6 = 3,5.0,347.0,724.8900.10-6 = 0,08 (kg).

J1 = 3,136 A/mm2.

3.Tổn hao trong thùng và các chi tiết khác.

Pt = 10.k.S = 10.0,015.50 = 7,5 (W).

Trong đó:

+ Trị số k tra trong bảng 40a sách thiết kế máy biến áp – Phạm Văn
Doanh ta lấy k = 0,015.



45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

4.Tổng tổn hao ngắn mạch.

Pn = PCu1.Kf1+ PCu2.Kf2 + Pr1+ Pr2+Pt = PCu.Kf+ Pr1+ Pr2+Pt

= 853,6.1,02 +20,49 + 1,88 + 7,5 = 900 (W).

Trong đó: Lấy Kf1 = Kf2 = Kf = 1,02, hệ số tổn hao phụ.

4.3. Xác định điện áp ngắn mạch.

+ Điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn Un là điện áp đặt
vào một dây quấn với tần số định mức, còn dây quấn kia nối ngắn mạch sao
cho dòng điện cả hai phía đều bằng dòng điện định mức tương ứng.

+ Trị số Un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới đặc tính vận
hành cũng như kết cấu của máy biến áp:

- Khi Un bé thì dòng điện ngắn mạch In gây lên lực tác dụng cơ học lớn
trong máy biến áp .

- Khi Un lớn thì điện áp giáng ΔU ở trong máy biến áp tăng lên ảnh
hưởng tới các hộ dùng điện (đèn tối...).

- Phân phối tải không tốt dẫn tới máy biến áp một pha làm việc không
cân tải.

1.Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng.

Pn 900
U nr = = = 1,8 %.
10.S 10.50

2. Thành phần ngắn mạch phản kháng.

46
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

7,92.f .S.β.a r 7,92.50.50.1,6.0,95
U nx = 2
.K r .10 −1 = 2
.0,95.10 −1 = 4,48% .
UV 4,9664

3. Điện áp ngắn mạch toàn phần:


U n = U 2 + U 2 = 1,82 + 4,482 = 4,8% .
nr nx




4.So sánh điện áp ngắn mạch tính toán với điện áp ngắn mạch tiêu chuẩn:

U ntt − U nTC
ΔU n = .100 = 3,6% .
U nTC


* Nhận xét: Giá trị điện áp ngắn mạch tính toán trên là đạt yêu
cầu thiết kế.

4.4 Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp.

+Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất
lớn.Vấn đề nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng lắm, máy cắt sẽ tự
động cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đó vấn đê chủ yếu là lực cơ học gây
lên tác dụng nguy hiểm đối với dây quấn máy biến áp. Bởi vậy để đảm bảo
cho máy biến áp làm việc an toàn, khi thiết kế ta phải chú ý đến những lực cơ
học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền dây quấn có đảm bảo
không:

- Phải xác định trị số cực đại của dòng ngắn mạch.

- Xác định lực cơ học giữa các dây quấn.




47
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

- Tính ứng suất cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản
thân dây quấn .

1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch:

I dm 2,273
In = .100 = .100 = 45,46 (A).
Un 5

2. Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xác lập:

I dm 2,273.100
In = .100 = = 45,46 (A).
Un 5

3.Trị số cực đại (hay xung kích) của dòng điện ngắn mạch.

+ Khi ngắn mạch đột nhiên dòng điện ngắn mạch gồm hai thành phần:
một thành phần chu kỳ và một thành phần tự do không chu kỳ. Chính thành
phần tự do không chu kỳ làm trị số dòng điện ngắn mạch tăng lên rất lớn.

⎛ − πU nr
⎞ ⎛ − π .1, 8
4 , 48 ⎞
i max = 2 .⎜ I n + I n . U nx
⎟ = 2 .⎜ 45,46 + 45,64. ⎟ = 82,5 (A).
⎝ ⎠ ⎝ ⎠

4.Tính lực cơ học khi ngắn mạch.

+ Khi ngắn mạch dây quấn chịu lực cơ học lớn rất lớn. Nếu không xét
kỹ có thể lực cơ học làm hư hỏng dây quấn. Lực cơ học sinh ra do tác dụng
của dòng điện trong dây quấn với từ trường tản.

+Dây quấn Hạ áp và Cao áp đều là dây quấn đồng tâm, có cùng chiều
cao; từ trường tản gồm có thành phần dọc trục với từ cảm B và thành phần




48
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

ngang trục với từ cảm B’, ứng với mỗi từ trường tản sẽ có lực tác dụng tương
ứng.



B'




Fr Fr




a1 a12 a2
B

H×nh 4.1.Tõ tr−êng t¶n däc vμ ngang trong d©y quÊn
®ång t©m.


5. Tính lực hướng kính tác dụng lên dây quấn.

+ Dây quấn mà ta xét ở đây là dây quấn đồng tâm, nên công thức tính
như sau:

Fr = 0,628(W2 .i max ) .β.K r .10 −6 = 0,628(4430.82,5 ) .1,6.0,95.10 −6
2 2



= 127502 ( N ).

Trong đó:

+ imax = 82,5: Trị số cực đại dòng điện điện ngắn mạch.



49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

+ W2= 4430: Số vòng dây cuộn Cao áp ứng với U2 đm = 22 KV.

+β = 1,6: Hệ số hình dáng máy biến áp.

+ Kr = 0,95: Hệ số quy đổi từ trường tản.

+ Lực hướng kính Fr đối với hai loại dây quấn đồng tâm Hạ áp và Cao
áp là trực đối với nhau, có tác dụng ép (hay nén) đối với dây quấn trong và có
tác dụng trương hay bung đối với dây quấn ngoài. Lực phân bố đều dọc chu vi
của hai dây quấn.




H×nh 4.2. T¸c dông cña lùc h−íng kÝnh
lªn d©y quÊn ®ång t©m.


6. Lực chiều trục tác dụng lên dây quấn.

+ Lực chiều trục có tác dụng nén cả hai dây quấn theo chiều trục, lực
chiều trục FT có xu hướng lớn nhất là ở giữa dây quấn vì hai đầu ép lại và có
xu hướng làm sập những vòng dây ngoài cùng nếu quấn không chặt.


50
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp một pha

ar 0,95
FT = F. = 127502. = 6687 ( N ).
2.l 2.0,347

7. Ứng suất trong dây quấn Hạ áp và Cao áp.

+ dây quấn Hạ áp (ứng suất nén).

Fr 127502
σ nHA = = = 5,36 ( MPa ).
2.π.W1 .S 1 2.π.44.86,07.10 −6
'




W1 = 44 vòng; S1’ = 86,07 mm2.

+ dây quấn Cao áp (ứng suất kéo).


Fr 127502
σ kCA = = = 5,56 ( MPa ).
2.π.W2 .S 2 2.π.4430.0,825.10 −6
'




W2 = 4430vòng; S2’ = 0,825 mm2.

8.Ứng suất dọc trục ở các cuộn dây Cao áp và Hạ áp.


Ft .10 −6 6657.10 −6
σn =
π.
(D ' + D '' ).(a − a ) = π. (0,1461 + 0,1625) .(0,0164 − 1.10 −3 )
1 11
2 2
= 0,85 ( MPa ).

* Nhận xét:

σHẠ ÁP =5,36 MPa, σCAO ÁP =5,56 MPa
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản