đồ án thiết kế máy biến áp điện lực

Thiết kế MBA điện lực


Lời nói đầu
Mba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện . Việc
tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện
cần phải có rất nhiều lấn tăng giảm điện áp . Do đó tổng công suất đặt của
các Mba lớn hơn nhiều lần so với công suất máy phát . Tuy hiệu suất của
Mba thờng rất lớn ( 98-99% ) Nhng do số lợng Mba nhiều nên tổng tổn hao
trong hệ thống rất đáng kể vì thế vấn đề đặt ra trong thiết kế Mba vẫn là
giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba .
Khuynh hớng phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện naylà
tăng đợc giới hạn về công suất , về điện áp , ngoài ra còn mở rộng thang
công suất của Mba thành nhiều dãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu
cầu sử dụng và vận hành Mba . Để làm đợc điều đó trong thiết kế , chế tạo
Mba ta phải không ngừng cải tiến , tìm ra những vật liệu mới tốt hơn , thay
đổi kết cấu mạch từ hợp lí , tăng trình độ công nghệ
Qua bản đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc
thiết kế Mba nói riêng và máy điện nói chung . Mặc dù đã rất cố gắng trong
quá trình thiết kế nhng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót , em mong
các thầy , cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng .
Em xin chân thành cảm ơn .
Hà nội . Ngày 10.10.2001
Sinh viên
Khuất Minh Toản

Phần I : Tính toán các kích thớc chủ yếu
1.1 Các đại lợng điện cơ bản của Mba
1.1.1 Công suất mỗi pha của mba:
S
f

=
m
S
=
3
250
=83,333 (KVA)
1.1.2 Công suất mỗi trụ: S=
t
S
=
3
250
=83,333 (KVA)
1.1.3 Dòng điện dây định mức:
-Phía CA:
2
3
.dm
2
U3
10S
I =
=
)A(124,4
10.35.3
10.250
3
3
=

1
Thiết kế MBA điện lực

-Phía HA:
1
3
dm
1
U.3
10.S
I =
=
)A(884,360
10.4,0.3
10.250
3
3
=
1.1.4 Dòng điện pha định mức:
-Phía CA: đấu Y
124.4II
22f
==
(A)
-Phía HA: đấu Y I
f1
=I

1
=360,844 (A)
1.1.5 Điện áp pha:
Cả CA và HA đấu Y:
.3
U
U
2
2f
=
=
)V(10.207,20
3
10.35
3
3
=

)V(940,230
3
400
3
U
U
1
1f
===
1.1.6 Các thành phần điện áp ngắn mạch:
Thành phần tác dụng:
(%)480,1

250.10
3700
S.10
P
10.I.m
10.I.m
.100.
U
r.I
u
dm
n
3
f
3
f
f
nf
r
====


Thành phần phản kháng:
%637,648,18,6uuu
222
r
2
nx
===
1.1.7 Điện áp thử của các dây quấn:

Phía CA:
85U
2th
=
(KV)
Phía HA:
5U
1th
=
(KV) ( Bảng 2)
1.2 Chọn các số liệu xuất phát và thiết kế sơ bộ lõi thép:
1.2.1 Lõi sắt :
Chọn lõi sắt kiểu trụ , dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của
trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đờng kính d
d
d
0
1
Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 6
Vật liệu lõi sắt : dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng8
Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ
áp <H.2>



2
Thiết kế MBA điện lực

Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông
Xà ép gông trên và dới đợc liên kết với nhau bằng những bulông thẳng đứng

chạy dọc cửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn dây. giữa xà ép với gông phải lót đệm
cacton cách điện để hệ thống xà sắt không tạo thành mạch từ kín .
1.2.2 Chọn tôn silic và cờng độ từ cảm trong trụ
Chọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm
Theo Bảng 10 ta chọn B
T
=1,6T
1.2.3 Các hệ số và suất tổn hao, suất từ hoá trong trụ và gông.
1/ Hệ số dầy: Tra Bảng 10 : k
đ
= 0,92
2/ Hệ số chêm kín Bảng 4: k
c
=0,884
3/ Hệ số lợi dụng lõi thép: k
ld
=k
c
.k
đ
= 0,884.0,92=0,813
4/ Hệ số tăng cờng tiết diện gông: ( Bảng 6) k
g
=T
g
:T
t
=1,015
Từ cảm trong gông B
G

=B
T
/k
g
=1,6/1,015=1,576
5/ Hệ số quy đổi từ trờng tản: k
R
=0,95
6/ Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông:
ghép chéo
2/BB
TKK
=
=
)T(131,1
2
6,1
=
7/ Suất tổn hao thép (Bảng 45 ) Trong trụ p
T
= 1,295(W/kg)
Trong gông p
G
=1,251(W/kg)
8/ Suất từ hoá ( Bảng50) Trong trụ q
T
=1,775 (W/Kg)
Trong gông q
G
=1,675(W/Kg)

1.2.4 Chọn cách điện : ( Bảng 18,19)
1. Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a
01
= 4 (mm)
2. Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a
12
=27 (mm)
3.cách điện giữa dây quấn CA và CA: a
22
=20 (mm)
4. cách điện giữa dây quấn CA đến gông : l
02
=75 (mm)
5.bề dầy ống cách điện CA và HA :
12
=5 (mm)
6.Tấm chắn giữ các pha :
22
=3 (mm)
7.Đầu thừa ống cách điện: l
đ2
=50 (mm)
8. Chiều rộng quy đổi từ trờng tản: a
R
=a
12
+1/3(a
1
+a
2

)



3
Thiết kế MBA điện lực

trong đó
2
4
'
21
10.Sk
3
aa

=
+
(Bảng 12)

k=0,58
018,010.333,83.58,0
3
aa
2
4
21
==
+

a
R
=0,027+0,018=0,046 (m)
1.3 Xác định kích thớc chủ yếu của MBA:
MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4)
l
a
2
d
21
d
l
o
a
01
a
1
c
a
22
c
Các kích thớc chủ yếu của MBA là:
- Đờng kính trụ sắt: d
- Chiều cao dây quấn: l
- Đờng kính trung bình giữa hai dây quấn: d
12
1.3.1 Tính hệ số kích thớc cơ bản :
Hệ số biểu diễn quan hệ giữa đờng kính trung bình d
12

với chiều cao dây quấn
l.

l
d.
12

=
Để chi phí chế tạo MBA là nhỏ nhất, mặt khác vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật
ta cần phải tìm đợc giá trị tối u .
Công suất trên một trụ : S

=U.I
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch :
(%)10.
.
9,7
4
12


=
lu
kadwIf
U
v
rR
x

4
Thiết kế MBA điện lực


(%)10.
.
9,7
4

=
v
rR
x
u
kawIf
U
Trong đó :
. I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây CA hoặc HA
. f =50Hz tần số lới điện
.k
r
=0,95 hệ số Rogovski
.a
R
=0,046 m chiều rộng quy đổi từ trờng tản
.u
v
=4,44.f.B
T

.T
T
Điện áp trên một vòng dây
.T
T
=k
lđ
d
2
/4 Tiết diện trụ
rR
x
2
ld
2
T
rR
34
vx
v
'
k.a.f.9,7
10.u.k.
4
d
.B.f.44,4
k.a w.f.9,7
10.10.u.u
.w.uS

=

=

Rút ra:
22
'


507,0
ldTx
rR
kBuf
kaS
d

=
Trong biểu thức trên chỉ có thay đổi trong một phạm vi rộng quyết định tới sự
thay đổi đờng kính d
Đặt A=
4
22

4
22
144,0
813,0.6,1.637,6.50
95,0.046,0.333,83
507,0

.'.
507,0 ==
ldTx
rR
kBuf
kaS
Để tìm đợc tối u, trớc hết ta xác định trọng lợng tác dụng của MBA
a. Trọng lợng tác dụng của lõi sắt: Lõi sắt gồm hai phần trụ và gông
Trọng lợng sắt của trụ :








+




=+=

0
12
Feld0FeTT
l.2
d.
.k.
4
d.
.t)l.2l.(.T.tG
Trong đó : +Số trụ tác dụng : t=3
+Tỉ trọng sắt
)m/Kg(7650
3
Fe
=
+Đờng kính trung bình giữa 2 dây quấn : d
12
=a.d
Hệ số : a=1,4 (Bảng13)
+Khoảng cách giữa cuộn dây và gông : l
0
= 0,075 (m)
D=A.X ; d=a.A.X ; =X
4
;
2
2
1
T
X.A

X
A
G +=
(2-42)
Trong đó :
ld
34
1
k.A.a.10.663,5A =

0ld
24
2
l.k.A.10.605,3A =
Thay số :
)Kg(465,192813,0.144,0.4,1.10.663,5A
34
1
==

)Kg(581,45075,0.813,0.144,0.10.605,3A
24
2
==
Trọng lợng sắt gông: Để cho đơn giản ta giả thiết gông có tiết diện chữ nhật :

)eC)1t.((.k
4
d.
.k.2)eC)1t.((.T.k.2G

Feld
2
GFeTGG
+

=+=
Trong đó : +Khoảng cách giữa hai trụ : C=
2221212
aa.2ad +++
+Chiều dày cuộn CA: a
2
=b.d/2
+Trị số b (Bảng 14) : b = 0,32
+Khoảng cách cách điện : a
12
= 0,027(m) ; a
22
= 0,02(m)
+d =a.A.X
+Hệ số tăng cờng gông : k=1.015



5
Thiết kế MBA điện lực

Thay vào :
2
2
3

1G
X.BX.BG +=
(2-48) với:

)aa.(A.k.k.10.40,2B
)eba.(A.k.k.10.40,2B
2212
2
ldG
4
2
3
ldG
4
1
+=
++=
Thay số :
)Kg(961,125)41,032,04,1.(144,0.813,0.015,1.10.40,2B
34
=++=


)Kg(310,19)02,0027,0.(144,0.813,0.015,1.10.40,2B
24
2
=+=

Trọng lợng tác dụng của lõi sắt MBA :
3

1
2
22
1
GTFe
X.BX).BA(
X
A
GGG +++=+=
b. Trọng lợng dây quấn đồng :
2
nf
dq
.K
P.k
G

=
(2-53)
Trong đó : .K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của dâyquấn : K
Cu
=2,4.10
-12
+mật độ dòng điện :
12
vn
f
d.S
u.P
.k.746.0=

+k
f
: hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong vách.
Chọn k
f
=0,93 (Bảng 15)
Thay d
12
=a.A.X, u
v
=4,447.B
T
.T
T
; T
T
=
ld
2
k
4
d.
vào ( 2-53) :
2
1
dq
X
C
G =
.

Trong đó :
2
r
2
T
2
ldf
2
'
dq1
A.U.f.B.k.k
Sa
KC =

Với tần số f=50Hz :

2
r
2
T
2
ldf
2
dq1
AUBkk
Sa
kC =
với dây đồng : K
dq
=2,46.10

-2

( )
kg598,249
114,0.48,1.6,1.813,0.93,0
4,1.250
10.46,2C
222
2
2
1
==

Khi tính cả trọng lợng cách điện của dây quấn và phần dây quấn tăng thêm dùng
để điều chỉnh điện áp ở cuôn CA thì trọng lợng toàn bộ dây quấn phải nhân thêm
hệ số k=1,06
Giá thành vật liệu td:
( )
dqdqgTFetd
G.k.CGGCC ++=
Trong đó C
Fe
và C
dq
tơng ứng là giá 1kg sắt làm lõi và 1kg kim loại đồng làm dây
quấn đã kể đến các chi phí về chế tạo lõi sắt và dây quấn cũng nh các phế liệu
không dùng đợc . Thờng biểu diển giá thành theo đơn vị quy ớc với cách chọn
giá thành 1kg sắt làm đơn vị.
( )
X

C
.k.K
X
A
XABX.B
C
C
C
1
dqFe
1
2
22
3
1
Fe
td
'
td
++++==
(2-59)
Trong đó:
84,1
C
C
K
Fe
dq
dqFe
==

(Bảng 16)
Đạo hàm CT 2-59 và cho triệt tiêu:
0
dX
dC
'
td
=
Để xác định trị số X tơng ứng
với giá thành vật liệu tác dụng cực tiểu từ phơng trình:
0DCXBXX
45
=+
(2-60)



6
Thiết kế MBA điện lực


582,206,1.84,1.
691,125.3
598,249.2
k.K.
B3
C2
D
510,0
691,125.3

456,192
B3
A
C
344,0
691,125
)581,45301,19(
.
3
2
B
AB
.
3
2
B
dqFe
1
1
1
1
1
22
===
===
=
+
=
+
=

Thayvào (2-60): X
5
+ 0,344.X
4
- 0,510.X- 2,582=0
Giải phơng trình trên bằng phơng pháp dò ta đợc : X=1,199
Tơng ứng với trị số
068,2X
4
==
So sánh với phạm vi trị số

cho trong Bảng 17
[ ]
4,2;8,1

Để chọn đợc

còn phải căn cứ vào những tham số kĩ thuật của mba thiết kế:
1. Tổn hao không tải:
)G.pGp(kP
ggtt
'
f0
+=

Trong đó: + p
t
; p
g

suất tổn hao trong trụ và gông ( bảng44 , bảng 45)
P
t
= 1,295 (w/kg) ; p
g
=1,251(w/kg)
+ k

f
: hệ số phụ, (Bảng 43) ; k

f
=1,25
G
t
,G
g
;theo biểu thức (2-42) và (2-48)
2. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải

(%)
S10
Q
10.S
10.Q
i
3
2
ox
==

Với Q là công suất từ hoá, gần đúng tính bởi công thức :

)QQQ(kQ
fc
''
f
++=

Trong đó:
+
''
f
k
: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn lấy
2,1k
''
f
=
+Q
c
: công suất tổn hao chung của trụ và gông:
Q
c
=q
t
.G
t
+ q
g
.G

g
(VA) (2-64)
q
t
;q
g
là suất tổn hao của trụ và gông: Bảng 50 q
t
=1,775 (VA/kg)
q
g
=1,675 (VA/kg)
+Q
f
: công suất từ hoá phụ đối với góc
Q
f
= 40 q
t
.G
0
=(VA) 40 .1,775. G
0
=71. G
0

G
0
là trọng lợng của một góc
333433

ldg
4
0
X975,11X.144,0.813,0.015,1.10.486,0X.A.k.k10.486,0G ===

+

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

t
T.q2,3Q

=
(VA) =3,2 .3200 T
t
(2-67)
+

q
: suất từ hoá khe hở: bảng 50
Tiết diện tác dụng của của trụ : T
t
=
223
ld
X002,0XAk785,0 =
Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điện không tải i
0
=i

0x
3. Mật độ dòng điện trong dây quấn:
dq
6
dq
12
dq
12
dq
n.f
G
1
10.865,37
G
10.75,1433
G.10.4,2
3700.93,0
G.K
Pk
====

Trong đó : +
2
1
dq
X
C
G =
+K=2,4.10
-12

7
Thiết kế MBA điện lực

+k
f
=0,93
Đối với MBA dầu
6
Cu
10.5,4
(A/m
2
)
4. Lực cơ học :
Lực hớng kính tác dụng lên một trong hai dây quấn :
)N(
a.f
S.u.k
10.2610.k ).i(628,0F
R
'
x
2
n
26
r
2

maxr

==
026,31)e1(
8,6
100
.41,1)e1(
u
100
.41,1k
637,6/48,1.
u/u.
n
n
XR
=+=+=


)N(10.186,60
046,0.50
333,83.637,6.062,31
10.26F
3
2
2
r
==

ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn :

3
r
r
X.M
T 2
F
=

=
Trong đó :
123,0
144,0.4,1
3700
.95,0.93,0.026,31.10.224,0
A.a
P
.k.k.k.10.244,0M
6
n
rfn
6
Cu
===

Điều kiện :
2
m/MN(60
Lập bảng các đại lợng :

1,2 1,8 2,4 3,0 3,6

4
X =
1,047 1,158 1,245 1,316 1,377

X/165,192X/A
1
=
183,889 166,163 154,632 146,242 139,726
22
2
X.581,45X.A =
49,931 61,153 70,614 78,949 86,484
2
21T
X.AX/AG +=
233,820 227,316 225,246 255,191 226,210
33
1
X.961,125X.B =
144,418 195,745 242,882 287,129 329,202
22
2
X.301,19X.B =
21,143 25,895 29,901 33.430 36,621
2
2
3
1G

X.BX.BG +=
165,561 221,640 272,783 320,559 365,823
GTFe
GGG +=
399,381 448,956 498,029 575,750 592,033
TTt
G.295,1G.p =
302,797 294,374 291,694 330,472 292,942
GGG
G.251,1G.p =
207,117 277,272 341,252 401,019 457,645
)G.pG.p(25,1P
GGTt0
+=
637,392 714,558 791,181 914,364 938,233
TTT
G.775,1G.q =
415,031 403,486 399,812 452,964 401,523
GGG
G.675,1G.p =
277,315 371,247 456,912 536,936 612,754
GGTTC
G.qG.qQ +=
692,346 774,733 856,724 989,900 1014,277
3
0
X.975,11G =
13,730 18,610 23,091 27,297 31,297
0f
G.71Q =

974,830 1321,31 1639,46 1938,09 2222,087



8
Thiết kế MBA điện lực

2
T
X.002,0T =
0,0021 0,0026 0,0030 0,0033 0,0036
T
T.10240Q =

21,504 26,624 30,720 33,792 36,864
)QQQ(2,1Q
fc
++=
2026,416 2547,200 3032,285 3554,136 3927,874
)S.10/(Qi
x0
=
0,811 1,019 1,213 1,422 1,571
2
1dq
X/CG =
227,851 186,039 161,115 144,105 131,550
dqdqdqFe
G.95,1G.k.k =
444,401 362,850 314,239 281,062 256,575

dqdqFeFe
'
td
G.k.kGC +=
843,782 811,806 812,268 856,812 848,608
dq
6
G/1.10.865,37=
2,508.10
6
2,776.10
6
2,983.10
6
3,154.10
6
3,301.10
6
3
r
X.123,0=
0,141 0,191 0,237 0,280 0,321
X.144,0X.Ad ==
0,151 0,167 0,179 0,190 0,198
d.4,1d.ad
12
==
0,211 0,234 0,251 0,266 0,277
= /d.l
12

0,552 0,408 0,329 0,279 0,242
+Với giới hạn P
0
=820 W
6,2
+Với giới hạn i
0
=2,3%
[ ]
6,3;2,1
+Trị số =2,068 ứng với C

tdmin

Ta chọn giá trị =268 thoả mãn tất cả các tiêu chuẩn đặt ra.
1.3 Các kích thớc chủ yếu :
1/ Đờng kính trụ sắt :
)m(173,0068,2.144,0Ad
4
4
===
Chọn đờng kính tiêu chuẩn gần nhất : d
đm
=0,17 (Bảng 7)
Tính lại trị số
đm
:

942,1
144,0

17,0
A
d
4
4
dm
dm
=






=






=
2/ Đờng kính trung bình của rãnh dầu giữa hai dây quấn :
12101dm12
aa.2a.2dd +++=
(2-77)
+
)m(02,0018,0.1,1
3
aa

.ka
21
11
==
+
=
; Trong đó : k
1
=1.1 và
018,0
3
aa
21
=
+
+ a
01
=0,4 cm
+ a
12
=2,7 cm
cm5,247,22.24,0.217d
12
=+++=
3/ Chiều cao dây quấn :
cm634,39
942,1
5,24.d.
l
dm

12
=

=


=
Tiết diện thuần sắt của trụ :
)m(0185,0
4
17,0.
.813,0
4
d.
.k
4
d.
.k.kT
22
dm
ld
2
dm
cdT
=

=

=

=
Điện áp một vòng dây :
)V(555,60185,0.6,1.50.44,4T.B.f.44,4u
TTv
===
Phần II. Tính toán dây quấn.



9
Thiết kế MBA điện lực

2.1 Tính dây quấn HA.
1. Số vòng dây một pha của dây quấn HA: W
1
=
v
1t
U
U
Trong đó +U
t1
là điện áp trên một trụ của dây HA:
U
t1
= U
f1
= 230,94 (V)
+U
v

= 6,555 (V) - Điện áp một vòng dây.
W
1
=
555,6
94,230
=35,231 36(vòng)
Tính lại điện áp một vòng dây
U
v
=
36
94,230
= 6,415 (V)
Cờng độ từ cảm thực trong trụ sắt là :
B
t
=
t
v
T.f.44,4
U
=
0185,0.50.44,4
415,6
= 1,562 (T)
2. Mật độ dòng điện trung bình.
Sơ bộ tính theo công thức:
tb
= 0,746.k

g
.
12
vn
Sd
U.P
10
4
( A/m
2
)

tb
= 0,746 . 0,93 .
245,0.250
415,6.3700
.10
4
= 2,689 .10
6
( A/m
2
)
3. Tiết diện vòng dây sơ bộ:
T
'
1
=
tb
1t

I

=
tb
1f
I

=
6
10.689,2
844,360
= 134,216.10
-6
(m
2
) = 134,216 (mm
2
)
Chọn kết cấu dây quấn, dựa theo Bảng 38:
Với S = 250 KVA ; I
t
= 360,844 (A) ; U
1
= 0,4 ( KV)
T
'
1
= 134,261 (mm
2
)

Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn mạch đơn dây dẫn bẹt. ( H.5) . Với u điểm là
độ bền cơ cao, cách điện boả đảm, làm lạnh tốt.



10
Thiết kế MBA điện lực

hv
Hình 5.
4. Chiều cao sơ bộ mỗi vòng dây:
h
v1
=
4W
l
1
1
+
- h
r1
Trong đó: + h
r1
là kích thớc hớng trục của rãnh dầu giữa các bánh dây: Bảng
54a: Lấy h
r1
= 4(mm)
+ l
1
: Chiều cao dq HA: l

1
= 39,634cm = 0,39634 (m)
+ W
1
= 36 (vòng)
h
v1
=
436
39634,0
+
- 0,004 = 0,006m = 6 (mm)
h
v1
< 0,0165m ( 16,5mm) do đó dùng dây quấn hình xoắn mạch đơn.
5. Căn cứ vào h
v1
và T
'
1
chọn dây dẫn theo Bảng 21:
- Chọn số sợi chập song song là : m
v1
= 6
- Tiết diện sợi dây : 23,4(mm
2
)
- Kích thớc dây dẫn: b.
6,6.2,4
2,6.8,3

; 23,4
6. Tiết diện mỗi vòng dây:
T
1
= n.v
1
. T
d1
. 10
-6
= 6 . 23,4 . 10
-6
= 140,4 . 10
-6
(m
2
)



11
Thiết kế MBA điện lực

7. Mật độ dòng điện thực:

1
=
1
1
T

I
=
6
10.4,140
844,360

= 2,57 . 10
6
( A/m
2
) = 2,57 (MA/m
2
)
8. Chiều cao dây quấn:
Dây dẫn hình xoắn mạch đơn hoán vị ba chỗ, giữa các bánh dây đều có rãnh
dầu
l
1
= b . 10
-3
. (W
1
+ 4 ) + k. h
r1
( W
1
+ 3 ) . 10
-3
l
1

= 6,6. 10
-3
( 36 + 4 ) + 0,95 . 4 ( 36 + 3 ) 10
-3
= 0,412 (m)
Trong đó: + b = 6,6(mm)
+ W
1
= 36 (vòng)
+ h
hr
= 4 (mm)
+ k = 0,95: hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây.
9. Bề dầy của dây quấn:
a
1
=
n
n
1v
a . 10
-3
=
1
6
. 4,2 . 10
-3
=25,2.10
-3
= 0,0252 (m)

Với dây quấn hình xoắn mạch đơn : n =1.
10. Đờng kính trong của dây quấn HA:
D
'
1
= d + 2a
01
= 0,17 + 2. 0,004 = 0,178 (m)
11. Đờng kính ngoài của dây quấn:
D
"
1
= D
'
1
+ 2a
1
= 0,178 + 2. 0,0252 = 0,228 (m)
12. Bề mặt làm lạnh của dây quấn:
M
1
= 2.t .k .. (D
'
1
+ a
1
) ( a
1
+ b

. 10
-3
) .W
1
(m
2
)
+ k : Hệ số kể đến bề mặt dây quấn bị tấm dệm che khuất lấy k = 0,75
+ t : Số trụ tác dụng : t =3



12
hv
hr
hv
a
a1
b
Thiết kế MBA điện lực

M
1
= 2.3.0,75.3,142 ( 0,178 + 0,0252) ( 0,0252 + 6,6 .10
-3
) = 0,091 (m
2
)
13. Trọng lợng đồng dây quấn HA:
G

cu1
=t .
2
D.D
"
1
'
1
W
1
.T
1

cu
= 28 t .
2
D.D
"
1
'
1
W
1
.T
1
. 10
3
=28 . 3.
2
228,0178,0 +

. 36 . 140,4 . 10
-6
. 10
3
= 86,188(Kg)
2.2 Tính dây quấn CA.
1. Chọn sơ đồ điều khiển điện áp: Đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài
cùng, mỗi nấc điều chỉnh đợc bố trí thành hai nhóm trên dới dây quấn nối tiếp
với nhau và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn. (H.7 ) . Chú ý rằng hai
nhóm của đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với dây quấn chính.
%U
đm
Đáp (V) Đấu dây
+5 36750 A X
1
+2,5 35875 A X
2
0 35000 A X
3
-2,5 34425 A X
4
-5 33250 A X
5
X
1
X
2
X
3
X

4
X
5
A
2. Số vòng dây của cuộn CA ứng với đáp đm :
W
2
= W
1
.
1f
2f
U
U
= 36 .
940,230
10.207,20
3
= 3149,961 3150 (vòng )



13
Thiết kế MBA điện lực

3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh đáp:
W
đc
= 0,025. W
2đm

= 0,025 . 3150 = 78,75 79 (vòng )
4. Số vòng dây tơng ứng ở các đầu phân áp:
+ Cấp [+5%U
đm
]: 36750 (V) : W
2
= W
2đm
= 3150 + 2.79 = 3308(vòng)
+ Cấp [+2,5%U
đm
]: 35875(V) : W
2
= W
2đm
+ W
đc
= 3150 + 79 = 3229 (vòng)
+ Cấp U
đm
: 35000(V) : W
2
= W
2đm
= 3150
+ Cấp [-2,5%U
đm
]:34425(V)
W
2

= W
2đm
- W
đc
= 3150 2 . 79 = 2992(vòng)
5. Mật độ dòng điện sơ bộ:

2
= 2
tb
-
1
= 2 . 2,689 . 10
6
- 2,577 . 10
6
= 2,808 . 10
6
(A/m
2
)
6. Tiết diện dây dẫn sơ bộ:
T
'
2
=
6
2
2
10

I


=
66
10.10.808,2
124,4

= 1,469(mm
2
)
7. Chọn kiểu dây quấn:
Theo bảng 38: Với S =250 (KVA) ; I
t2
= 4,124(A) ; U
2
= 35(KV)
+ T
'
2
= 1,469(mm
2
)
Chọn kết cấu dây quấn kiểu: hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn. Ưu điểm: Công
nghệ chế tạo đơn giản , nhợc: Tản nhiệt kém, độ bền cơ không cao.
8. Chọn dây dẫn:Bảng 20: Chọn dây b 1 .
8,1
4,1
. 1,54
9. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây:

T
2
= n
v2
.T
d2
.10
-6
= 1,54.10
-6
(m
2
)
10. Mật độ dòng điện thực:

2
=
2
2
T
I
=
6
10.54,1
124,4

= 2,678.10
-6
(A/m
2

) = 2,678 (MA/m
2
)
11. Số vòng dây trong một lớp: W
12
=
'
22v
3
2
d.n
10.l
- 1 =
8,1.1
10.412,0
3
- 1 =
228(vòng)



14
Thiết kế MBA điện lực

Trong đó lấy l
2
= l
1
= 0,412(m)
12. Số lớp của dây quấn: n

12
=
12
2
W
W
=
288
3150
= 14 (lớp)
13. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau:
U
12
= 2W
12
. U
v
= 2. 228 . 6,415 = 2925,240(V)
14. Chiều dày cách điện giữa các lớp:
Bảng 26: + Số lớp giấy cáp: 4 lớp
+ Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm)
Chiều dày cách điện giữa các lớp:
12
= 4. 0,12 = 0,48mm
15. Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp:
+ Do số lớp của dây quấn đợc làm tròn thành số nguyên n
12
= 14 (lớp) nên số
vòng dây trong mỗi lớp không đúng bằng w
12

( 228 vòng).
Ta phân phối 12 lớp trong có số vòng dây là W
12
= 228vòng còn 2 lớp ngoài
cũng có số vòng dây ít hơn:
w

12
= ( 3150 -12. 228 )/2 = 207(vòng)
+ Để tăng điều kiện làm mát, phần dây quấn CA thành hai tổ lớp giữa hai tổ có
rãnh dầu dọc trục a

22
Tổ lớp trong : Có số lớp n =5 lớp
Tổ lớp ngoài: Có số lớp m = n
12
- n = 14 - 5 = 9 (lớp)
Kích thớc rãnh dầy: Bảng 54 : a
22
= 5(mm)
16. Chiều dày dây quấn CA:
a
2
=
[ ]
[ ]
'
2212
'
2

a)1m()1n()mn(d ++++
.10
-3
Trong đó: + d
'
2
= 1,8 mm , m = 9 , n =5
+
12
= 4. 0,12 = 0,48 (mm) , a
'
22
= 5(mm)
a
2
=
[ ][ ]
3
10.5)19()15(48,0)95(8,1

++++
= 36.10
-3
(m)
Với điện áp 35 KV ta bố trí thêm màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dầy 0,5mm
( nối điện với dây quấn cao áp) ở lớp trong cùng của cuộn CA. Màn chắn có cách
điện hai phía bằng cách điện lớp nên chiều dày cuộn CA sẽ là:
a
2
=

[ ]
( )
[ ]
)m(10.5,3710.48,0.25,03610.2(a
333
1c
'
2

=++=++




15
Thiết kế MBA điện lực

+
c
= 0,5mm
+
1
=
12
= 0,48(mm)
Đây chỉ là kích thớc hình học cuộn dây, còn khi tính sđđ tản thì lấy giá trị
a
2
= 36. 10
-3

(m) và lúc đó coi rãnh dầu đợc tăng lên:
a
'
12
= ( a
12
+
c
+ 2
1
). 10
-3
= ( 27 + 0,5 + 2. 0,48) 10+-3

= 28,5. 10
-3
(m)
17. Đờng kính trong của dây quấn CA :
)m(282,010.27.2228,010.a.2DD
33
12
1
"
2
'
=+=+=

18. Đờng kính ngoài của dây quấn CA :
)m(357,010.5,37.2282,0a.2DD
3

2
2
'
2
"
=+=+=

19. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:

)m(377,010.20357,010.aDC
33
22
2
"
=+=+=

20 Bề mặt làm lạnh của dây quấn :
)m(275,3412,0).357,0282.0.(.88,0 3.5,1l).DD.(.k.t.5,1M
2
2
2
"
2
'
2
=+=+=
Trong đó k= 0,88 : hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết cách điện che
khuất
21.Trọng lợng đồng của dây quấn CA:
)Kg(191,13010.10.54,1.3150.

2
357,0282,0
.3.2810.T.w.
2
DD
.t.28G
363
2dm2
2
"
2
'
2Cu
=
+
=
+
=

Hai cuộn dây đIều chỉnh có trọng lợng :

)Kg(51,6191,130.05,0G.05,0G
2Cuc/d
===
Phần III: Tính toán ngắn mạch
3.1. Tổn hao ngắn mạch:
Tổn hao ngắn mạch của Mba hai dây quấn là tổn hao khi ngắn mạch một dây
quấn còn dây quấn kia đặt vào điều áp ngắn mạch U
n
để cho dòng điện trong cả

hai dây quấn đều bằng định mức .
3.1.1. Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn:



16
Thiết kế MBA điện lực

P
cu
= I
2
.R =
T
10.l T.
622

=
2
(T.l).

.10
-6
P
cu
=
2
(T.l.
d
).

d


, 10
-6
= 2,4m 10
-12
.
2
. G
cu
(4-3)
Trong đó: + : Mật độ dòng điện (A/m
2
)
+
1

= 2,570. 10
6
(A/m
2
)
+
2
= 2,678 . 10
6
(A/m
2
)

+ T tiết diện dây đồng: (m
2
)
+ l chiều dài dây dẫn (m)
+
d
: Tỉ trọng dây dẫn
d
= 8900kg/m
3
+

: Điện trở suất của dây dẫn ở 75
0
C

= 0,02135 àm
+ G
cu
: Trọng lợng đồng dây quấn:
+ Dây quấn HA: G
cu
= 86,188(kg)
P
cu
= 2,4 . 10
-12
. 2,57
2
. 10

12
. 86,188 1366,231(W)
- Dây quấn CA: G
cu2
= 130, 191 (kg)
P
cu2
= 2,4 . 10
-12
. 2,678
2
.10
12
.130,191
= 2240,855(W)
Vậy tổn hao đồng:
P
cu
= P
cu1
+ P
cu2
= 1366,231 + 2240,855 = 3607,086 (W)
3.1.2. Tổn hao phụ trong dây quấn:
Tổn hao phụ thờng đựơc ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số k
f
vào
tổn hao chính:
P
cu

+ P
f
= P
cu
. k
f
.
Trong đó k
f
phụ thuộc vào kích thớc hình học của dây dẫn và sự sắp xếp của
dây dẫn trong tổn thất tản.
- Trong đó dây quấn HA:
+ Số thành dẫn song song với từ thông tản: m = 36



17
ThiÕt kÕ MBA ®iÖn lùc

k
f1
= 1 + 0,095 . 10
8
.β
2
a
4
.n
2
Trong ®ã: + β =

l
m.b
k
r
=
412,0
95,0.36.10.1,6
3−
= 0,506
+ b = 6,1(mm)
+ a = 3,7(mm)
k
f1
= 1 + 0,95.10
8
( 0,506)
2
. ( 3,7)
4
. 10
-12
. 6
2
= 1,0164
Trong d©y quÊn CA.
k
f2
= 1 + 0,044. 10
8
β

2
.d
4
.n
2
Víi : n = 14
d = 1,3(mm)
m = 288 β =
l
m.d
.kr =
412,0
95,0.288.10.3,1
3−
= 0,683
k
f2
= 1 + 0,44. 10
8
(0,683)
2
. 1,3
2
.10
-12
.14
2
= 1,001
D©y quÊn HA lµ d©y quÊn h×nh xo¾n cã sè sîi ghÐp song song lµ 6 do ®ã cßn
cã tæn hao phô g©y nªn bëi dßng ®iÖn ph©n bè kh«ng ®Òu gi÷a c¸c d©y ghÐp

song song v× ho¸n vÞ kh«ng hoµn toµn.



18
ThiÕt kÕ MBA ®iÖn lùc

l

a
b
1 2 3
4
5
6
m
m
nn
k
fhv1
= 1 + 0,53 . 10
-2
.β
2
(
cu
f
ρ
)
2

.a
4
(n
4
– 20n
2
+ 64)
k
fhv1
= 1 + 0,53. 10
-2
(0,506)
2
.
2
02135,0
50






. 3,7
4
.10
-12
(6
4
– 20. 6

2
+ 64)
k
fhv1
= 1,001
3.1.3. Tæn hao chÝnh trong d©y dÉn ra:
P
r
= 2,4. 10
-12
.∆
2
.G
r

1. §èi víi d©y quÊn HA:
- ChiÒu dµi d©y dÉn ra HA: l
r1
= 7,5l = 7,5. 0412 = 3, 090(m)
- Träng lîng ®ång d©y dÉn ra HA:
G
r1
= l
r1
.T
r1
.γ = 3,09 . 140,4. 10
-6
. 8900 = 3,861(kg)
- Tæn hao trong d©y dÉn ra HA:

P
r1
= 2,4 . 10
-12
. 2,57
2
. 10
-12
. 3,861 = 61,206(W)



19
Thiết kế MBA điện lực

2. Đối với dây quấn CA:
- Chiều dài dây dẫn ra CA
l
r2
= 7,5.l = 7,5. 0,412 = 3,090 (m)
- Trọng lợng đồng dây dẫn ra CA:
G
r2
= l
r2
.T
r2
.
cu
= 3,09 . 1,54.10

-6
. 8900 = 0,042(kg)
- Tổn hao trong dây dẫn ra CA:
P
r2
= 2,4 . 10
-12
. ( 2,678)
2
. 10
12
. 1,042 = 0,729 (W)
3.1.4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác:
Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các
bulông , nên phát sinh tổn hao trong các bộ phận này.
P
t
= 10.k.s
Trong đó hệ số k tra theo bảng 40a: k = 0,015
P
t
= 10 . 0,015 . 250 = 37,5 (W)
3.1.5. Nh vậy ta có tổn hao ngắn mạch của mba là:
P
n
= P
cu
k
f1
+ P

cu2
k
f2
+ P
r1
+ P
r2
+ P
t
P
n
= P
cu1
( k
f1
+ k
fhv1
1 ) + P
cu2
k
f2
+ P
r1
+ P
r2
+ P
t
= 1366,231( 1,0164 + 1,001
1) + +2240,855. 1,001 + 61,206 + 0,729 + 37,5 = 3732,534
(W)

So sánh với số liệu đã cho :
3700
534,3732
.100 = 100,879%
Nếu kể cả dây quấn điều chỉnh ( khi 100,05Uđm)
P
n
= 3732,534 + 0,05 ( 2240,855.1,001) = 3844,689(W)
3.2. Xác định điện áp ngắn mạch:
3.2.1. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng.
U
nr
=
dm
nr
U
U
.100 =
dm
dmn
U
I.r
.100 =
m.IU
mI.r
dm.dm
dmn
.100=
1000.S
P

n
100
U
nr
=
S.10
P
n
=
250.10
534,3732
= 1,439 (%)
3.2.2. Tính thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng:



20
Thiết kế MBA điện lực

u
nx
=
dm
dmn
U
IX
.100 =
2
v
rr

U
k.a.'.s.f.9,7
.10
1
%
Trong đó : + =
l
d
12

+d
12
= d đ
m
+ 2a
01
+ 2a
1
+ a
12
= 0,17 + 2.0,004 + 2.0,0252 + 0,027 = 0,255 (m)
+ = 3,142 .
412,0
255,0
= 1,944
+a
r
= a
12
+ 1/3(a

1
+ a
2
) = 0,027 + 1/3 ( 0,0252 + 37,5 . 10
-3
) = 0,048(m)
+k
r
= 1 - ( 1 e
1/6
)
+ =
412,0.142,3
0375,00252,0027,0
l.
aaa
2112
++
=

++
= 0,069
+k
r
= 1 0,069 ( 1 e
-1/0,069
) = 0,931
U
nx
=

2
415,6
931,0.048,0.944,1.333,83.50.9,7
. 10
-1
= 6,949%
3.2.3. Điện áp ngắn mạch toàn phần:
U
n
=
22
493,1949,6 +
= 7,107%
Sai lệch lớn hơn so với tiêu chuẩn :
8,6
8,6107,7
.100 = 4,5%
Nh vậy sai số nằm trong phạm vi 5% đạt yêu cầu.
3.3. Lực cơ học của dây quấn:
Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn, nó không
những làm tăng nhiệt độ máy mà còn gây lực cơ học lớn nguy hiểm đối với dây
quấn mba.
3.3.1. Dòng điện ngắn mạch cực đại.
1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập:
I
n
=
n
dm
U

I
100 =
107,7
124,4
.100 = 58,027 (A)
2. Trị số cực đại ( xung kích) của dòng điện ngắn mạch:
)e1(I2i
nxnr
u/u.
nmax

+=



21
Thiết kế MBA điện lực

)A(846,123)e1.(2.027,58i
949,6/493,1.
max
=+=

3.3.2. Tính lực cơ học khi ngắn mạch:
Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản.
- Lực hớng kính: Do từ trờng tản dọc tác dụng với dòng điện gây nên
F
r
= B
tb

i
max
. W. l
v
= 0 ,628 (i
max
.W)
2
. k
r
. 10
-6
( 4- 34)
F
r
= 0,628. ( 123,846 . 3150)
2
. 1,944. 0,931. 10
-6
= 172978N
Lực F
n
đối với hai dây quấn là trực đối nhau ( H.9 ) có tác dụng ép ( hay nén)
dây quấn trong và có tác dụng trơng ( bung) đối với dây quấn ngoài.
- Lực chiều trục F
t
do từ trờng tản ngang tác dụng với dòng điện sinh ra.
F
t
= F

r
.
l2
a
r
= 172978 .
412,0.2
048,0
= 10076 (N)
Lực F
t
có tác dụng nén cả hai dấy quấn theo chiều trục và F
t
sẽ đạt giá trị lớn
nhất ở giữa dây quấn.
3.3.3. Tính toán ứng suất của dây quấn:
1. ứng suất do lực hớng kính gây nên:
- ứng suất nén trong dây quấn HA: Do lực nén F
nr
gây nên
F
nr
=
2
F
n

nr1
=
TW

10.F
6
nr

=
W.T.2
10.F
6
r


=
36.10.4,140.142,3.2
10.172978
6
6


= 5,447 (MP
a
)
- ứng suất nén hoặc kéo trong dây quấn CA:

nr2
=
3150.10.54,1.142,3.2
10.172978
6
6

= 5,675(MPa)
So sánh với giá trị tiêu chuẩn:
nr
30MPa

100.
30
675,5
= 18,9% ứng suất nén cho phép.



22
Thiết kế MBA điện lực

2. ứng suất do lực chiều trục gây nên:
- Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách
điện giữa các vong dây. ( H .10)
a
b
F
n
= F
t
= 10076

n
=
b.a.n

10.F
6
n

=
6
6
10.40.2,25.8
10.10076


= 1,25 MPa
Trong đó: +n : Số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=8 (Bảng 30)
+a, b:kích thớc miếng đệm
Chọn + Bề rộng tấm đệm b = 40 (mm)
+ Bề rộng tấm đệm a = 25,2(mm)
Phần IV: tính toán cuối cùng về hệ thống mạch
từ và tham số không tải của m.b.a
4.1 Tính toán kích thớc lõi sắt :
1. Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha , 3 trụ , lá thép ghép xen kẽ làm bằng
tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dầy 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc . ép trụ
dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy bakêlit với trụ . Gông ép bằng xà ép với bu
lông siết ra ngoài gông



23
Thiết kế MBA điện lực

Số bậc , chiều dầy các tập lá thép và kích thớc các tập lá thép tra theo Bảng

41a : với d = 0,17 m
Thứ
tự tập
Trụ (mm) Gông ( Trong 1/2 T
t
)
1
160
28ì
160
28ì
2
145
17
ì
145
17ì
3
130
10
ì
130
10ì
4
110
10ì
110
10
ì
5

85
8ì
85
16ì
6
50
8ì
- Số bậc thang trong trụ n
T
= 6
- Số bậc thang trong gông n
G
= 5
- Chiều rộng tập lá thép gông ngoài cùng a
G
= 85 mm
- Hệ số chêm kín hình tròn của bậc thang trụ k
c
= 0,927
- Diện tích tiết diện ngang các bậc thang của trụ và gông ( Bảng 42a )

2
bT
cm5,208T =

2
b
cm1,214T =
- Thể tích góc mạch từ : V
0

= 2908 cm
3




24
Thiết kế MBA điện lực

2. Xác định tiết diện tổng các bậc thang trong trụ :

==
26
TTbT
cm5,20810.b.aT
3. Tiết diện tác dụng của trụ sắt :

bTdT
T.kT =
Trong đó k
đ
là hệ số điền đầy k
đ
= 0,92 ( Bảng 10 )

2
T
cm82,1915,208.92,0T ==
4. Tiết diện tổng các bậc thang của gông :

==
26
GGbG
mm2141010.b.aT
5. Chiều dầy gông :

( )
m162,02.881010172810.bb
3
TG
=+++++==


6. Tiết diện tác dụng của gông :

2
bGdG
cm972,1961,214.92,0T.kT ===
7. Chiều cao trụ sắt :

( )
''l'lll
00T
++=
Trong đó : l
0
' và l
0
'' là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dới và

bằng 0,075 m



25