đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến áp

Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
Chương I
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Tính toán máy biến áp dầu ba pha có số liệu sau:
Tổng dung lượng máy biến áp S= 320 kVA;
Số pha m = 3; Tần số f = 50 Hz;
Điện áp hạ áp: U
2
= 0,4 kV; Điện áp cao áp: U
1
= 15 kV;
So đồ nối dây Y/Y
0
-12.
Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn gam mới, có các đặc tính: điện áp ngắn mạch u
n
=
4,4%; tổn hao ngắn mạch p
n
= 5200 W; Tổn hao không tải p
0
= 1200 W; dòng điện không tải i
0
=
2,5. Làm lạnh bằng dầu biến áp. Thiết bị đặt ngoài trời. thiết kế dây dẫn bằng đồng, loại máy biến
áp ba pha ba trụ cấu trúc phẳng.
Chương II
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
1. Dung lượng một pha
S

f
=
m
S
dm
=… = 106,67 (kVA).
Dung lượng trên mỗi trụ: S
’
=
t
S
dm
=
3
320
= 106,67 (kVA) .
2. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp: I
1
=
dm
dm
U
S
1
3
.3
10.
=
3

3
10.15.3
10.320
= 12,32 (A) .
- Phía hạ áp: I
2
=
dm
dm
U
S
2
3
.3
10.
=
3
3
10.4,0.3
10.320
= 461,88 (A)
3. Dòng điện pha định mức:
Vì dây quấn nối Y/Y
0
nên:
I
f1
= I
1
= 12,32 (A) ;

I
f2
=I
2
= 461,88 .
4. Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp: U
f1
=
3
U
dm1
=
3
10.15
3
= 8660 (V)
- Phía hạ áp: U
f2
=
3
U
dm2
=
3
10.4,0
3
= 231 (V)
5. Điện áp thử của các dây quấn:
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng

Trang 1
Lớp
2
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn và giữa các phần khác của máy biến áp
thì ta phải biết được điện áp thử của chúng. Với dây quấn U
1dm
= 15kV và U
2dm
= 0,4 kV ta tra
trong bảng 2 tài liệu hướng dẫn ta được:
Với U
1dm
= 15kV ta có U
th1
= 45 kV;
Với U
2dm
= 0,4 kV ta có U
th2
= 5 kV.
6. Các thành phần điện áp ngắn mạch.
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:
U
nr
=
S
Pn
.10
% =

320.10
5200
= 1,625 %
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:
U
nx
=
22
nrn
UU −
=
22
625,14,4 −
= 4,09%
II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bản
Các kích thước cơ bản của máy biến áp
1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp:
Với U
th1
= 45 kV, theo bảng 19 TLHD ta có a
12
= 20mm,
12
δ
= 4 mm. trong rãnh a
12
đặt ống
cách điện dày
12
δ

= 4 mm. Theo bảng công thức (2-36) và bảng 12 TLHD ta chọn k = 0,53

3
aa
21
+
= k.
4
'
S
.10
-2
= 0,53.
4
67,106
.10
-2
= 0,017 (m)
a
R
= a
12
+
3
aa
21
+
= 0,02 +0,017 = 0,037 (m).
2. Hệ số quy đổi từ trường tản là k
r

= 0,95
3. ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11 tài liệu hướng dẫn,
ta chọn từ cảm trong trụ B
t
= 1,62 T, hệ số k
g
= 1,025
Cách ghép trụ: theo bảng 6 TLHD, ta chọn cách ghép trụ bằng nêm và dây quấn. cách ép
gông: ta chọn cách ép gông bằng xà ép, bu lông đặt phía ngoài gông. Chọn hệ số tăng cường
gông k
g
= 1,025.
Sử dụng lõi thép có bốn mối ghép xiên ở bốn
góc của lõi, còn ba mối nối giữa dùng mối ghép
thẳng lá tôn.
Theo bảng 4 TLHD chọn số bậc thang trong
trụ là 6 số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ
một bậc tức là 5 bậc, hệ số chêm kín k
c
= 0,918.
Tra trong bảng 10 TLHD chọn hệ số điền dầy
rãnh là k
đ
= 0,97. Hệ số lợi dụng lõi sắt k
ld
=
k
c
.k
đ

= 0,918.0,97 = 0,89.
Từ cảm trong gông B
g
=
g
t
k
B
=
025,1
62,1
=1,58 (T).
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng B
’’
k
= B
t
= 1,62 (T), từ cảm ở khe hở không khí ở mối
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 2
d
12
d
a
12
l
0

a
2

CC
a
01
a
22
a
1
l
d đường kính trụ sắt.
l chiều cao dây quấn.
d
12
đường kính trung bình giữa hai
dây quấn hay của rãnh dầu của hai dây
quấn .
a
1
bề rộng dây quấn cao áp.
a
2
bề rộng dây quấn hạ áp.
l
0
khoảng cách từ dây quấn đến
gông.
a
22
khoảng cách giữa hai dây quấn
cao áp quấn ở hai trụ.
a

01
bề rộng rãnh dầu giữa lõi thép và
cuôn hạ áp.
a
12
khoảng cách cách điện giữa dây
quấn cao áp và dây quấn hạ áp.
C khoảng cách giữa hai trụ.
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
nối xiên B
’
k
=
2
t
B
=
2
62,1
= 1,146(T). Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 TLHD
với tôn chọn có mã hiệu là 3404 ta tra được các số liệu sau:
Với B
t
= 1,62 T tra được p
t
= 1,353 (W/kg),q
t
= 1,958(VA/kg).
Với B
g

= 1,58T tra được p
g
= 1,251 (VA/kg), q
g
= 1,675(W/kg).
Suất từ hoá ở khe không khí:
Với B
’’
k
= 1,62 (T) tra được q
’’
k
= 25100 VA/m
2
Với B
’
k
= 1,146 (T) tra dược q
’
k
= 22100 VA/m
2
4. Các khoảng cách cách điện chính:
Chọn theo U
th1
= 45 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và U
th2
= 5 kV của cuộn thứ cấp (hạ áp).
Tra bảng 18 và 19 TLHD ta có các số liệu sau:
- Trụ và dây quấn hạ áp a

01
= 15 mm.
- Dây quấn hạ áp và cao áp a
12
= 20 mm.
- Ống chách điện giữa cao áp và hạ áp
12
δ
= 4 mm.
- Dây quấn cao áp và cao áp a
22
= 18 mm.
- Tấm chắn giữa các pha
22
δ
= 2 mm
- Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và gông l
0
= l
01
= l
02
= 50 mm
- Phần đầu thừa của ống cách điện l
đ
= 20 mm.
5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tr trong bảng13, 14 TLHD:
a = 1,36; b =
d
a

2
2
=0,40
6. Tra trong bảng 15 TLHD ta được hệ số tính toán tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong
dây dẫn ra vách thùng và ở vài chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây nên, k
f
= 0,95.
7. Quan hệ giữa đường kính trung bình d
12
và chiều cao l của trụ sắt.
Trong thiết kế người ta dùng hệ số
β
để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao của máy.
β
=
l
12
d.π
;
β
thay đổi từ 1,2 đến 3,6
Sự lựa chọn hệ số
β
không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép,
dây đồng mà còn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: tổn hao không tải, tổn hao ngắn
mạch…
Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát, và các
tham số kỹ thuật thì khi
β
nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu

β
lớn thì máy biến áp “ béo” và
thấp. với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt và trọng lượng đồng trong máy biến áp
cũng khá nhau.
β
nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều,
β
tăng lên thì lượng săt tăng lên,
lượng đồng nhỏ lại.
8. Đường kính của lỏi thép:
Theo công thức (2-37) TLHD
d = A.x
Trong đó x =
4
β

A là hằng số A = 0,507.
4
2
1
2
'

'.
dtx
rR
kBUf
kaS
Với:
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng

Trang 3
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
S
’
= 106,67 (kVA)
a
R
= 0,037 (m)
f = 50 Hz
U
x
= 4,09 %
B
t
= 1,62 (T)
k
r
là hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn k
r
= 0,95
k
ld
là hệ số lợi dụng của lỏi sắt đã tính ở trên: k
ld
= 0,9. Từ đó ta có
A = 0,507.
4
22
9,0.62,1.09,4.50
95,0.037,0.66,106

= 0,1545 (m)
d = 0,1545.x
9. Trọng lượng tác dụng của lỏi thép
9.1 Trọng lượng thếp trong trụ:
G
t
=
x
A
1
+ A
2
.x
2
(theo CT 2-42 TLHD )
Với A
1
= 5,663.10
4
.a .A
3
.k
1d
Trong đó d
12
= a.d suy ra a = d
12
/d
Với trị số hướng dẫn a = d
12

/d bằng 1,36 đối với dâu quấn đồng, theo bảng 13 TLHD
A
1
= 5,663.10
4
.1,36.0,1545
3
.0,89 = 252,79 (kg)
A
2
= 3,605.10
4
.A
2
.k
ld
.l
0
A
2
= 3,605.10
4
.0,1545
2
.0,89.0,05 = 38,29 (kg)
Vậy G
t
=
x
79,252

+ 38,29.x
2

9.2 Trọng lượng thép trong gông
G
g
= B
1
.x
3
+ B
2
.x
2
theo CT 2-48 TLHD
Với a = 1,36; k
g
= 1,025
Trị số hướng dẫn b =
d
a2
2
tra bảng 14 TLHD ta có b = 0,4, e = 0,41 với gông nhiều bậc.
B
1
= 2,4. 10
4
.k
g
.k

1d
.A
3
.(a+b+e) = 2,4.10
4
.1,02.0,9.0,1545
3
.(1,36 + 0,40 + 0,41)
= 176,3 (kg)
B
2
= 2,4.10
4
.k
g
.k
1d
A
2
.(a
12
+ a
22
)
Với a
12
= 0,02 m
a
22
= 0,018 m

B
2
= 2,4.10
4
.1,02.0,89.0,1545
2
.(0,02 + 0,018) = 19,76 (kg)
Vậy G
g
=176,3 .x
3
+ 19,76 .x
2

Như vậy trọng lượng của lỏi thép :G
fe
= G
t
+ G
g

G
fe
=
x
A
1
+ (A
2
+B

2
).x
2
+ B
1
.x
3
10. Trọng lượng kim loại làm dây quấn
G
dq
=
2
1
x
C
theo CT (2-55) TLHD
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 4
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
Với C
1
= K
dq
.
222
1
2

.
AUBkk

aS
rtdf
, K
dqcu
= 2,46.10
-2
k
f
là hệ số tính tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong đầu ra và các chi tiết kim loại khác do dòng
điện xoáy gây nên. Theo bảng 15 TLHD tra dược k
f
= 0,95
C
1
= 2,46.10
-2
222
2
1545,0.625,1.62,1.89.0.95,0
36,1.320
= 190,075 (kg)
G
dq
=
2
1
x
C

11. Xác định các hằng số trong biểu thức giá thành cực tiểu của vật liệu tác dụng:

B =
3
2
.
1
22
B
AB +
=
3
2
.
3,176
29,3876,19 +
= 0,22
C =
1
1
B3
A
=
3,176.3
79,252
= 0,48
D =
1
1
B.3
C.2
k

dqfe
.k =
3,176.3
08,190.2
.1,84.1,06 = 1,4
Với k
dqfe
=1,84, tra bảng 16 TLHD
k là hệ số hiệu chỉnh trọng lượng của dây quấn ( vì dây quấn có thêm sơn cách điện và các
phần điều chỉnh điện áp ỏ cuộn cao áp) k=1,03.1,03 = 1,06
Ta có phương trình : x
5
+ Bx
4
- Cx - D = 0
⇔
x
5
+ 0,22x
4
- 0,48x – 1,4 = 0
Dùng phương phần mềm MATLAB để giải phương trình trên ta được x = 1,1. Từ đó ta có
464,1
4
== x
β
Chọn
β
= 1,464 thì giá thành của máy biến áp thiết kế là nhỏ nhát, nghĩa là phương án tối
ưu về măt kinh tế. Nhưng ta còn phải chọn một phương án không những tối ưu về mặt kinh tế mà

còn thoả mãn các nhỉ tiêu kỹ thuật trong giới hạn sai số cho phép.
Từ x = 1,1 ta tính được các thông số ở trên như sau.
- trọng lượng thép trong trụ: G
t
=
x
79,252
+ 38,29.x
2
=
1,1
79,252
+ 38,29.1,1
2
= 276,11(kg)
- Trọng lượng thép trong gông: G
g
=176,3.x
3
+ 19,76.x
2
= 176,3.1,1
3
+ 19,76.1,1
2
= 254,93
(kg).
- Trọng lượng lỏi thép: G
fe
= G

t
+ G
g
= 276,11+ 254,93 = 531,04(kg).
- Trọng lượng dây quấn : G
dq
=
2
1
x
C
=
2
1,1
08,190
= 157,1 (kg).
11. Kiểm tra sơ bộ điều kiện phát nóng:
Theo công thức (2-71) TLHD ta có:
x
max
≤
4,5.10
6
nf
Pk
C
.
.10.4,2
.
1

12−
= 4,5.10
6
5200.0,95
08,190.10.4,2
12−
=1,367
Với C
1
= 190,08
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 5
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
k
f
= 0,93
P
n
= 5200 (W) là tổn hao ngắn mạch
Từ đó ta có x = 1,1 < x
max
=1,367 như vậy điều kiện phát nóng được đảm bảo.
12. Trọng lượng một góc của lõi:
G
0
= 0,492.10
4
.k
g
.k

1d
.A
3
.x
3
= 16,47.x
3
theo CT (2-66c) TLHD
G
0
= 0,492.10
4
.1,02.0,89.0,1545
3
.1,1
3
= 21,92 (kg).
13. Tiết diện tác dụng của trụ
Theo công thức (2-68) TLHD, ta có
T
t
= 0,785.k
1d
.A
2
.x
2
= 0,785.0,89.0,1545
2
.x

2
= 0,0167.1,1
2
= 0,0202 (m
2
)
14. Tổn hao không tải
Theo công thức (5-23) TLHD ta có:
P
0
= k
pf
. p
t
.(G
t
+G
g
.
2
k
p0
) + k
pf
.p
g
[G
g
- (N + 2).G
0

+
2
.Gk
0p0
]
Trong đó
N là số lượng góc của mạch từ N = 4 đối với máy biến áp ba pha.
k
pf
là hệ số tổn hao phụ, tra bảng 48 TLHD ta được k
pf
= 1,22
k
po
= k
n
.k’
po
+ k’’
po
Với k
n
là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, k
n
= 4.
k’
po
, k’’
po
: Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ.

Tra bảng 46a TLHD ta có:
k’
po
= 1,32
k’’
po
= 1,96
k
po
= 4.1,32+1,96 = 7,24
p
t
= 1,353 (VA/kg) , p
g
= 1,251(W/kg),G
0
= 24,86 (kg) đã tính ở trên.
Vậy P
0
= 1,22.1,353.(G
t
+G
o
.
2
24,7
) + 1,22.1,251.[G
g
- (4 + 2)G
o

+
2
24,7
.G
o
] =
= 1,651G
t
+ 1,526G
g
+2,344G
0
= 1,651.276,11+ 1,526.254,93 +2,344.21,92 = 901,593
(W)
15. Công suất từ hoá của may biến áp.
Theo công thức (5-31) TLHD ta có
Q
0
= k
i
’
f
.k
i
’
f
’
.q
t
(G

t
+
2
io
k
G
o
) + k
i
’
f
.k
i
’
f
’
.q
g
(G
g
+
2
.
irig
kk
G
o
-(N+2)G
0
) + k

i
’
f
’
.
∑
q
k
.n
k
.T
k
Trong đó k
i
’
f
= k
ib
.k
ic
;
k
ib
là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia ; chọn k
ib
= 1
k
ic
là hệ số kể đến ảnh hưởng đến việc cắt dập lá thép; chọn k
ic

= 1,18
k
i
’
f
= k
ib
.k
ic
= 1.1,18 = 1,18
k
i
’
f
’
= k
ig
.k
ie
.k
it
= 1,07
q
t
= 1,958(VA/kg), q
g
= 1,675 (VA/kg) là suất từ hoá của trụ và gông.
q
kt
= 25100 VA/m

2
,
q
kg
= 22100 VA/m
2
là những suất từ hoá ở những khe hở không
khí( bảng 50 TLHD)
k
ig
là hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông: k
ig
=1,00
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 6
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
k
ir
kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ , tra bảng 52b ta được k
ir
=1,35
n
k
là số khe hở không khí trong lõi thép.
T
k
= T
t
/
2

là diện tích bề mặt khe hở không khí
k
io
là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hoá tăng lên, k
io
= 42,45
Q
0
=1,18.1,07.1,958.(G
t
+
2
45,42
G
o
) + 1,18.1,07 . 1,675 [ G
g
+
2
35,1.1
.G
o
-(4+ 2).G
o
] + 1,07 .
25100 .4.T
t
/
2
+ 1,07 . 22100 . 2 .T

t
=
= 2,473G
t
+2,115G
g
+ 41G
0
+123257,06.T
t
= 2,473G
t
+2,115G
g
+ 41G
0
+123257,06.0,0167.x
2
=
= 2,473.276,11+2,115.254,93 +41.21,92 +2058,39.1,1
2
= 4905,026 (VAr)
16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải.
Theo công thức (2-62) TLHD
I
0
=
S.10
Q
o

=
10.320
4905,026
= 1,533 (%)
17.Mật độ dòng điện trong dây quấn:
Theo công thức (2-70) TLHD
∆
=
dq
nf
G.k
P.k
=
dq
G
12
10.4,2
5200.93,0
−
=
dq
G
2015
.10
6
A/mm
2
K là hằng số phụ thuộc vào điện trở dây quân: K=2,4.10
-12
đối với dây đồng

17. Khoảng cách giữa hai trụ:
C = d
12
+ a
12
+ 2a
2
+a
22
Với 2a
2
= 0,4.d =0,4.0,1545.x = 0,4.0,1545.1,1 = 0,068
18. Trọng lượng dây dẫn:
G
dd
= 1,03.1,03.G
dq
= 1,06.G
dq
19. Giá thành vật liệu tác dụng:
Theo công thức (2-59), ta có
C
'
td
= B
1
x
3
+ (B
2

+ A
2
).x
2
+
x
A
1
+ k
d.fe
.k.
2
1
x
C
Với k = 1,03.1,03 = 1,06
Tra bảng 16 TLHD ta được k
d.fe
= 1,84
C
'
td
= 176,3.x
3
+ (19,76 + 38,29).x
2
+
x
252,79
+ 1,84.1,06.

2
x
190,08
= 176,3.x
3
+ 58,05.x
2
+
x
252,79
+
2
x
370,73
= 841
Từ các số liệu tính toán ở trên ta cho
β
thay đổi từ 1,2 đến 3,6 ta được bảng sau:
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 7
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4
8 4 0
8 6 0
8 8 0
9 0 0
9 2 0
9 4 0
9 6 0
9 8 0

C 'td t h e o b e t a
20. Nhận xét:
Dựa vào bảng biến thiên, với mức tổn hao không tải P
o
= 1200 W và dòng không tải i
o
= 2,5%
ta thấy các phương án đã tính thì phương án có hệ số
β
= 1,464 ứng với gí thành nhỏ nhất không
kha thi vì với máy biến áp có S= 320kVA thì
β
biến thiên từ 1,8 đến 2,4. Bởi vậy với sai số của
C’
td
là 1% so với giá trị nho nhất ta có thể lấy
β
= 1,6
Đường kính trụ sắt: d = A.
4
β
= 0,1545.
4
6,1
= 0,173(m), chọn đường kính tiêu chuẩn d =
0,17
- Tính lại trị số
β
:
4

dm
)
A
d
(β =
= 1,65; x = 1,133; 2a
2
= 0,07 (m)
Với trị số
β
=1,65 bảng trên ta tính được:
G
t
= 272,27( kg); G
g
= 282,05 (kg) ; G
Fe
= 554,27 (kg); G
dq
= 147,97 (kg); P
o
= 935,781
(W) ; i
o
= 1,628;
Sai số của P
o
là
0
010

P
PP −
.100 = 22 (%);
- Đường kính trung bình của rãnh dẫn dầu sơ bộ: d
12
= a.d = 1,36.0,17 = 0,2312 (m)
- Chiều cao dây quấn sơ bộ: l =
β
π.d
12
=
65,1
2312,0.14,3
= 0,44 (m)
- Tiết diện hữu dụng của trụ sắt: T
t
= k
đ
.T
b
= 0,97.0,02085 = 0,02022 (m
2
) ; Với T
b
=
0,02085m
2
theo bảng 42 TLHD ứng với d = 0,17 m
- Khoảng cách giữa hai trụ: C = d
12

+a
12
+2a
2
+a
22
= 0,2312 + 0,02+0,07 + 0,018 = 0,34 (m).
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 8
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
- Mật độ dòng điện:
∆
=
dq
G2015
.10
6
=
2,140
.10
6
= 3,69.10
6
(A/m
2
);
- Giá thành : C’
td
= G
fe

+ k
d.fe
.G
dd
= 842,88
- Sức điện động của một vòng dây: U
v
= 4,44.f,B
t
.T
t
= 4,44.50.1,62.0,02022= 7,27(V)
CHƯƠNG III.
TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÂY QUẤN CỦA MÁY
BIẾN ÁP
I. Tính toán dây quấn thứ cấp (hạ áp).
1. Sức điện động của một vòng dây:
U
v
= 4,44.f,B
t
.T
t
= 4,44.50.1,62.0,02022 = 7,27 (V)
2. Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp:
W
2
=
v
t2

U
U
=
27,7
231
= 31,77= 32 (vòng)
U
t2
là điện áp trên một trụ của dây quấn thứ cấp , U
t2
= 231 V trên cả ba trụ.
Điện áp thực của mỗi vòng dây U
v
=
32
231
= 7,22 (V)
3. Mật độ dòng điện trung bình:
∆
tb
= 0,746. k
f
.
12
v.n
d.S
UP
.10
4
= 0,746.0,93.

2312,0.320
22,7.5200
.10
4
= 3,52 (MA/m
2
)
4. Tiết diện vòng dây sơ bộ:
T’
2
=
tb
2
I
∆
=
6
10.52,3
88,461
= 131,22.10
-6
(m
2
) =131,22 (mm
2
)
Theo bảng 38 TLHD , với S = 320kV, I
2
= 461,88 A, U
2

= 231 V , T’
2
=131,22mm
2
, ta chọn dây
quấn hạ áp kiểu hình xoắn mạch đơn dây dẫn chữ nhật.
5. Chiều cao sơ bộ mỗi vòng dây.
h
v2
=
4W
l
2
+
- h
r2
Trong đó h
r2
là kích thước hướng trục của rãnh dẫn dầu giữa các bánh dây. Theo bảng 54a TLHD
ta chọn h
r2
= 5 mm.
h
v2
=
432
0,44
+
- 0,005 = 0,00722 (m) = 7,22 mm.
6. Chọn dây dẫn:

Với h
v2
= 7,22 mm và T’
2
= 131,22 mm
2
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 9
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
Tra bảng 22 TLHD ta chọn dây đồng tiết diện chữ nhật mã hiệu
Π
Cд có:Я
a = 4 mm
b = 8 mm
Tiết diện 35,1 mm
2
Chọn 4 sợi chập song song trong 1 vòng .
Quy cách dây quấn như sau:
Π
Cд - 4
×
5,85,4
84
×
×
;31,1
7. Tiết diện mỗi vòng dây:
T
2
= n

v2
.T
d2
= 4.31,1 = 124,4 (mm
2
).
8. Chiều cao thực của mỗi vòng dây:
h
v2
= b’= 8,5 mm
9. Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp:
2
∆
=
2
2
T
I
=
6
10.4,124
88,461
−
= 3,71 MA/m
2
.
10. Chiều cao thực của dây quấn hạ áp
Ở đây ta chọn dây quấn hình xoắn mạch đơn hoán 3 chỗ, có rãnh dầu giữa tất cả các bánh
dây.
l

2
= b
’
.10
-3
(W
2
+4) +k.h
r2
(W
2
+3).10
-3
=8,5 (32+4)10
-3
+ 0,9.5 (32+3)10
-3
= 0,464 (m)
Trong đó k là hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuôn dây. Chọn k = 0,9
11. Bề dày dây quấn hạ áp
a
2
= 4.a
’
.10
-3
= 4.4,5.10
-3
= 18.10
-3

(m) = 0,018 m
12. Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
D
2
’ = d+2.a
01
. 10
-3
với a
01
= 15mm, d = 0,17m; D’
2
= 0,17+2.0,015 = 0,2 (m).
13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp
D’’
2
= D’
1
+ 2.a
2
= 0,2+2.0,018 = 0,236(m)
14. Bề mặt làm lạnh của dây quấn
M
2
= 2.t.k.
Π
(D
2
’
+a

2
)(a
2
+ b
’
10
-3
).W
2
(m)
Với k = 0,75 la hệ số kể đến sự che khuất bề mặt của dây quấn của que nêm và các chi tiết
cách điện khác.
M
2
=2.3.0,75.3,14(0,2 + 0,018)(0,018 + .8,5.10
-3
).32 = 2,612 m
2
15. Trọng lượng dây quấn thứ cấp (hạ áp)
G
cu2
= 28.t
2
DD
''
2
'
2
+
.W

2
.T
2
.10
3
(kg
= 28.3
2
236,02,0 +
.32.124,4.10
-3
= 72,9 (kg)
16. Trọng lượng dây quấn thứ cấp kể cả cách điện
G
dq2
= 1,06.G
cu2
=1,06.72,9 = 77,3 (kg)
II. Tính toán dây quấn sơ cấp (cao áp):
1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp:
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 10
A
A
A
X
5
X
4
X

3
X
2
X
1
Y
5
Y
4
Y
3
Y
2
Y1
Z
5
Z
4
Z
3
Z
2
Z1
Sơ đồ điều chỉnh điện áp
aïp
Sơ đồ bộ đổi nối
X
1
X
2

X
3
X
4
X
5
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
Máy biến áp sau khi thiết kế có thể lắp đặt ở nơi gần nguồn hoặc xa nguồn vì thế điện áp đưa
vào cuộn sơ cấp (cao áp) thay đổi một lượng
∆
U nào đó. Vì vậy để duy trì điện áp đầu ra ổn
định trong một phạm vi nào đó ta phải chọn đầu phân áp cho phù hợp trước khi lắp đặt.
Dòng điện làm việc qua các tiếp điểm:
I
1
= 12,32 A.
Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của hai pha của bộ đổi nối:
U
lv
= 10%.
3
U
1
= 10%.
3
15
=
866 V
Điện áp thử: U
th

= 20%.
3
U
1
=
1732 (V)
Để có được những điện áp khác
nhau bên cao áp cần phải nối như sau:
2. Số vòng dây của dây quấn sơ cấp
(cao áp) ứng với điện áp định mức:
W
1
= W
2
.
f
f
U
U
2
1
= 32.
231
8660
= 1200
(vòng)
3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp
W
đc
= 0,025 W

1
= 0,025.1200 = 30 (vòng)
4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân nhánh:
Ta chọn loại có 4 cấp điều chỉnh điện áp, ứng với mỗi cấp điều chỉnh là 2,5% điện áp định mức :
- Cấp 15750 V – (X
1
Y
1
Z
1
) ứng với W =1200 + 2.30 = 1260(vòng)
- Cấp 15375V – (X
2
Y
2
Z
2
) ứng với W =1200 + 30 = 1230 (vòng)
- Cấp 15000V – (X
3
Y
3
Z
3
) ứng với W = 1200 (vòng)
- Cấp 14625V – (X
4
Y
4
Z

4
) ứng với W = 1200 – 30 = 1170 (vòng)
- Cấp 14250V – (X
5
Y
5
Z
5
) ứng với W = 1200 – 2.30 = 1140(vòng)
5. Mật độ dòng điện sơ bộ:
'
1
∆
= 2.
tb
∆
–
2
∆
= 2.3,52 – 3,71 = 3,33(MA/m
2
)
6. Sơ bộ tính tiết diện vòng dây:
T’
1
=
'
1
1
Δ

I
=
6
10.33,3
32,12
= 3,710
-6
(m
2
) = 3,7mm
2
Với S = 320 kVA; I = 12,32 A; U = 15 kV; T’
1
= 3,7 mm
2
. Ta chọn kết cẩu dây quấn kiểu hình
ống nhiều lớp dây tròn (theo bảng 38 TLHD). Theo bảng 20 TLHD ta chon dây dẫn tiết diện tròn
mã hiệu
Π
Б có kích thước như sau :
Π
Б - 1x
62,2
12,2
; 3,53 mm
2

7. Tiết diện toàn phần của một vòng dây.
T
1

= n
v1
. T’
d1
.10
-6
= 1. 3,53 .10
-6
= 3,53 .10
-6
m
2

= 3,53 mm
2
8. Mật độ dòng điện thực:
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 11
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
1
∆
=
1
1
T
I
=
53,3
32,12
= 3,49 (A/mm

2
)
9. Số vòng dây trên một lớp:
1
'.
10.
11
3
1
12
−=
dn
l
W
v
=
1
62,2.1
10.464,0
3
−
= 176 (vòng)
l
1
= l
2
= 0,464m ; d
1
’ là đường kính dây kể cả cách điện (d’
1

= d
1
+ 0,5 (mm) )
10. Số lớp của dây quấn:
n
12
=
12
1
W
W
=
176
1200
= 7 (lớp), nên lấy tròn n
12
với số nguyên lớn hơn.
11. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau:
U
12
= 2.
v
UW
12
= 2.176.7,22 = 2541 (V);
12. Chiều dày cách điện giữa các lớp.
Căn cứ vào U
12
, ta tra bảng 26 TLHD, ta chọn chiều dày cách điện giữa các lớp là 4x0,12mm
13. Tra bảng 18&19 tìm được các kích thước sau:

Chiều rộng rãnh dẫn dầu a
12
giữa dây quấn ha áp và cao ápp; chiều dày ống cách điện giữa hai
dây quấn
12
δ
; khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp a
22
; chiều dày ống giấy cách điện giữa
hai pha
12
δ
; khoảng cách từ dây quấn đến gông l
02
.
14. Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp:
Do số lớp của dây quấn được láy tròn thành số nguyên nên số vòng dây trong mỗi lớp có thể
không đúng bằng W
12
đã tính ở trên, do đó cần phải phân phối sao cho số vòng dây giữa các lớp
gần xấp xỉ với số đó ( nên phân phối hầu hết các lớp đều có số vòng dây là W
12
còn bao nhiêu
phân phối cho một hai vài lớp ngoài cùng).
Để tăng điều kiện làm nguội thường theo chiều dày của dây quấn thành hai tổ lớp. Giữa hai tổ
có rãnh dầu dọc trục a’
22
. Tổ lớp trong làm nguội khó khăn hơn nên bố trí ít lớp hơn tổ lớp ngoài.
Thường tổ lớp trong không quá 1/3 đến 2/5 tổng số lớp của dây quấn. Nếu kiểu dây quấn này
dùng làm cuộn HA hay TA thì hai tổ lớp nên bố trí có số lớp bằng nhau. Kích thước rãnh dầu

dọc trục xem ở bảng 54a
15. Chiều dài dây quấn CA:
3
221211
].10a'1)](m1)[(nδm)(n[d'a
−
+−+−++=
(m)
Trong đó n, m, là số lớp của mỗi tổ hợp, n+m = n
12
Trong các dây quấn điện áp 35 kV, thường ở đầu dây quấn - tức ở lớp trong cùng của cuộn
cao áp người ta có bố trí màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dày 0,5 mm nối điện với dây cao áp.
màn chắn có cách điện hai phái bằng cách điện lớp nên lúc đó chiều dày dây quấn cao áp sẽ là:
3
111
10)].2('[
−
++=
δδ
c
aa
(m)
Trong đó a’
1
= n
12
= 4;
mm
c
5,0=

δ
;
1
δ
tra ở bảng 26, thông thường
.5,22
1
mm
c
≈+
δδ
, nên
3
1
10].5,27[
−
+=a
= 0,0095( m).
Công thức trên chỉ dùng để tính kích thước hình học cuộn dây, còn lúc tính d.đ.đ tản cần tính
a
2
thì vẫn dùng công thức trên và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên thành
3
11212
10).2('
−
++=
δδ
c
aa

, a
12
tra ở bảng 19.
16. Đường kính trong của dây quấn:
D’
1
= D’’
2
+ 2
12
a
= 0,236 + 2.0,02 = 0,276 (m)
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 12
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
17. Đường kính ngoài cỉa dây quấn cao áp:
D’’
1
= D’
1
+ 2
1
a
= 0,276 + 2.0,0095 = 0,295 (m)
18. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:
C = D’’
1
+
3
22

10.
−
a
= 0,295 + 0,018 = 0,313 (m)
19. Bề mặt làm lạnh của dây quấn:
Quấn dây quấn CA thành hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh và ở lớp trong quấn lên
hình trụ có cách điện có que nêm.
1111
)'''.( 2 lDDktM +=
π
= 2.3.0,88.3,14.(0,276 + 0,295).0,464 = 4,41 (m
2
)
Với t = 3; k = 1; l
1
= 0,464 m .
k = 0,88 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết che khuất.
20. trọng lượng của dây :
G
cu1
= 28.t.
2
''
1
'
1
DD +
W
1
.T

1
.10
3
(kg) = 28.3.
2
295,0276,0 +
.1200.3,53.10
-6
.10
3
= 101,58 (kg).
21. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp kể cả phần cách điện
G
dq1
= 1,06.101,58 = 107,68(kg).
22. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp:
G
cu
= G
cu1
+ G
cu2
= 101,58 + 72,9 = 174,48 (kg).
G
dq
=1,06.174,48 = 185 (kg).
Chương III
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP
Tính toán ngắn mạch trong máy biến áp liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạch P
n

,
điện áp ngắn mạch U
n
, các lực cơ học trong dây quấn và sự phát nóng của dây khi ngăn mạch.
Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau:
1.
Tổn hao chính tức là tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp do dòng
điện gây ra P
cu1
, P
cu2 .
2.
Tổn hao phụ trong hai cuộn dây do từ trông tản xuyên qua dây quấn làm cho
dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra P
f1
, P
f2
.
3.
Tổn hao chinh trong hai dây dẫn ra P
r1
, P
r2

4.
Tổn hao phụ trong dây dẫn ra P
rf1
, P
rf2
thường tổn hao này rất nhỏ, ta bỏ qua.

5.
Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác P
t
do từ thông tản
gây nên.
Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn
hao phụ k
f
. Vậy tổn hao ngăn mạch sẽ được tính theo biểu thức:
P
n
= P
cu1
.k
f1
+ P
cu2
.k
f2
+ P
r1
+ P
r2
+ P
t
I. Các loại tổn hao
1. Tổn hao chính:
- Tổn hao chính trong dây quấn sơ cấp (hạ áp).
P
cu2

= 2,4.10
-12
.
2
2
∆
.G
cu2
= 2,4.10
-12
.3,71
2
.10
12
.72,9= 2408,16(W)
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 13
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
- Tổn hao trong dây quấn sơ câp ( hạ áp )
P
cu1
= 2,4.10
-12
.
2
1
∆
.G
cu1
= 2,4.10

-12
.3,49
2
.10
12
.101,58= 2970 (W)
2. Tổn hao phụ
- Trong dây quấn thứ cấp (hạ áp)
k
f2
= 1 + 0,095.10
8
.
2
2
β
.a
4
.n
2
Với n = 4 là số thanh dẫn quấn thẳng góc với từ thông tản chính la số lớp dây quấn
2
β
=
2
.
l
mb
.k
r

Với k
r
là hệ số Ragovski , l là chiều cao của toàn bộ dây quấn, m là số thanh dẫn của dây quấn
song song với từ thông tản, m = 32 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản
chính là số thanh dẫn trên một lớp
2
β
=
464,0
10.32.5,8
3−
.0,95 = 0,556
k
f2
= 1 + 0,095.10
8
.0,556
2
.4
4
.10
-12
.4
2
= 1,012
- Trong dây quấn sơ cấp (cao áp ):
k
f1
= 1 + 0,095.10
8

.
2
1
β
.a
4
(n
2
- 0,2) , Với
1
β
=
1
.
l
mb
=
464,0
176.10.12,2
3−
.0,95 = 0,764
k
f1
= 1 + 0,095.10
8
.0,764
2
.2,12
4
(7

2
-0,2).10
-12

≈
1,0055
3. tổn hao chính trong dây dẫn ra:
3.1 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn thứ cấp:
- Chiều dài dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (hạ áp) : Khi dây
quấn nối Y , ta có: l
r2
= 7,5.l
2
= 7,5.0,464 = 3,48 (m)
- Trọng lượng dây dẫn ra: G
r2
= l
r2
.T
r2
.
γ
(kg)
Trong đó: T
r2
là tiết diện dây dẫn ra của cuộn thứ cấp (HA) có thể lấy bằng tiết diện diện vòng
dây thứ cấp: T
r2
= T
2

= 124,4 mm
2
;
cu
γ
= 8900kg/m
3
.
G
r2
= 3,48.124,4.10
-6
.8900 = 3,85(kg)
- Tổn hao trong dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (HA)
P
r2
= 2,4.10
-12
.
2
2
∆
.G
r2
(W)
= 2,4.10
-12
.3,71
2
.10

12
.3,85 = 127,18(W)
3.2 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp (Cao áp).
l
r1
=l
r2
= 3,48(m)
- Trọng lượng đồng của dây dẫn ra cuộn sơ cấp
G
r1
= l
r1
.T
r1
.
γ
(kg)
Với T
r1
= T
1
= 3,53mm
2

nên G
r1
= 3,48.3,53.10
-6
.8900 =0,11 (kg)

- Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp
P
r1
= 2,4.10
-12
.
2
1
∆
.G
r1
= 2,4.10
-12
.3,49
2
.10
12
.0,11 = 3,2 (W)
4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác P
t
:
Theo cong thức (4-21) TLHD, ta tính một cách gần đúng như sau:
P
t
= 10.k.S, với k tra ở bảng 40a TLHD ta có k = 0,02
P
t
= 10.0,2.320 = 64 (W).
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 14

Xác định tổn hao trong
các dây quấn
n thanh dẫn
m
thanh
dẫn
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
5. Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là:
P
n
= P
cu1
.k
f1
+ P
cu2
.k
f2
+ P
r1
+ P
r2
+ P
t

=2970 .1,0055 + 2408,16.1,012 + 3,2 + 127,18+64 = 5617,78(W).
II . Điện áp ngắn mạch
1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch.
U
nr

=
S.10
P
n
=
320.10
78,5617
= 1,756 (%)
2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng:
U
nx
=
2
'
9,7
v
rr
U
kaSf
β

Trong đó f = 50 Hz; S’ = 106,66;
β
=
l
d
12
π
=
61,1

464,0
2312,0
.14,3 =
; a
r
= a
12
+
3
aa
21
+
= 0,02
+
3
018,001,0 +
=0,03 ; k
r
= 0,95 ; U
v
= 7,22 (V);
U
nx
=
2
3
22,7
95,0.03,0.6,1.10.66,106.50.9,7
.10
-4

= 3,82 (%)
Vậy điện áp ngắn mạch là: U
n
=
2
nx
2
nr
UU +
=
22
82,3756,1 +
= 4,205 ( %)
Sai lệch so với tiêu chuẩn:
n
nntt
U
UU −
.100 =
4,4
4,4205,4 −
.100 = 4,4 % < 5 % thoả mãn điều kiện cho phép.
III. Tính các lực cơ học chủ yếu của dây quấn.
1. Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xác lập:
In =
)].S/(U100.S.[1U
100.I
nndmn
dm
+

Trong đó I
đm
là dòng điện định mức của dây quấn (A)
S
đm
là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA)
U
n
là điện áp ngắn mạch (%)
S
n
là công suất ngắn mạch của mạng điện cùn cấp (kVA), theo bảng 40b TLHD tra
được: S
n
= 2500.10
3
(kVA)
- Đối với dây quấn sơ cấp (cao áp) I
n1
=
)]10.2500.205,4/(320.1001.[205,4
32,12.100
3
+
=
292,11(A)
- Đối với dây quấn thứ cấp ( hạ áp ) I
n2
=

)]10.2500.236,4/(320.1001.[205,4
88,461.100
3
+
=
10950,7(A)
Trị số dòng cực đại:
i
1max
=
2
.I
n1
.(1 + e
nx
nr
U
U.π−
) =
2
.292,11.(1 + e
82,3
756,1.14,3−
) = 510,64(A)
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 15
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
i
2max
=

2
.I
n2
.(1 + e
nx
nr
U
U.π−
) =
2
.10950,7.(1 + e
82,3
756,1.14,3−
) = 19143,02(A)
2. Lực cơ học tác dụng lên dây quấn:
Lực này do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản. Khi ngắn mạch, lực co
học tác dụng lên dây quấn không đều nhau. Mặt khác giữa các vòng dây còn có cách điện, có
đệm lót… Và do đó tính đàn hồi của các chi tiết đó có ảnh hưởng đến lực tác dụng lên dây quấn
nên thực tế lực tác dụng đó lại nhỏ hơn lực co học đã tính toán.
2.1 Lực hướng kính ( lực ngang trục ) F
r
do từ thông tản dọc B tác dụng với dòng điện gây nên.
Theo công thức (4-34) TLHD ta có: F
r
= 0,628.(i
max
.W)
2
.
β

.k
r
.10
-6
(N)
Trong đo W là số vòng dây toàn phần của một dây quấn với cuộn cao áp thì số vòng dây W ứng
với điện áp dịnh mức.
- Lực hướng kính với cuộn dây thứ cấp (HA): F
r2
= 0,628(i
1max
.W
2
)
2
.
β
.k
r
.10
-6
(N)
Với: i
2max
= 19143,02(A)
W
2
= 32 , k
r
= 0,95 ,

β
= 1,61
F
r2
= 0,628(19143,02.32)
2
.1,61.0,95.10
-6
= 360,44.10
3
(N)
- Lực hướng kính với cuộn dây sơ cấp ( CA) :F
r1
= 0,628(i
1max
.W
1
)
2
.
β
.k
r
.10
-6
(N)
Với: i
1max
= 510,64(A)
W

2
= 1200 , k
r
= 0,95 ,
β
= 1,61
F
r1
= 0,628(510,64.1200)
2
.1,61.0,95.10
-6
= 360,663.10
3
(N)
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 16
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Tác dụng của lực hướng kính lên dây quấn đồng tâm
Từ trường tản dọc và ngang trong dây quấn dồng tâm
F
r
F
r
a
12
a
1
B

a
2

B
2 1

= 0 = 0 = 0 = 0

F
n
= F
n
=

+
Dây quấn 1 Dây quân 2
Lực hướng trục tác dụng dây
Trang 17
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
2.2 Lực dọc trục
Lực dọc trục do từ thông tản ngang trục tác dụng với dòng điện trong dây quấn sinh ra. Từ
thông tản ngang trục B’ phụ thuộc vào chiều cao l và chiều rộng của dây quấn. Theo công thức
(4-36) TLHD ta có: F’
t
= F
r
l
a
r
.2

(N)
- Đối với dây quấn thứ cấp ( HA): F’
2t
= F
r2
.
l
a
r
.2
= 360,44.10
3

464,0.2
03,0
= 11652,15 (N)
- Đối với dây quấn sơ cấp (CA) : F’
1t
= F
r1
.
l
a
r
.2
= 360,663.10
3

464,0.2
03,0

= 11659,36 (N)
- Lực F’
t
có tác dụng ép cả hai phía dây quấn theo chiều dọc và như vậy F’
t
sẽ cực đại giữa
hai đầu ép lại và có khuých hướng làm sập những vòng dây ngoài cùng nếu ta không quấn
chặt.
- Các lực ép chiều trục của hai dây quân:
Do cuộn dây phân bố đều theo chiều cao nên lực hướng trục F’’
t
= 0. Dựa vào sự phân bố lực ép
vào dây quấn, ta thấy lực ép cực đại ở giữa chiều cao dây quấn F
e
= F’
t
; lực đẩy gông lên F
G
= 0.
3. Tính ứng suất dây quấn:
3.1 Ứng suất phá đứt đối với dây quân:
nr
σ
=
WT
F
nr
.
10.
6−

(MN/m
2
) ,
Trong đó: F
nr
=
π
.2
r
F
(N) , T là tiết diện vòng dây, W là số vòng dây của dây quấn.
- Với dây quấn sơ cấp (CA):
1nr
σ
=
11
6
1
.
10.
WT
F
nr
−
(MN/m
2
)
Với: F
nr1
=

π
.2
1r
F
=
14,3.2
360,663.10
3
= 57,43.10
3
(N), T = 3,53 mm
2
, W
1
=1200 (vòng),
1nr
σ
=
1200.10.53,3
10.10.43,57
6
63
−
−
= 13,55 (MN/m
2
) < 30 (MN/m
2
) đạt tiêu chuẩn với dây đồng
- Với dây quấn thứ cấp (HA):

2nr
σ
=
22
6
2
.
10.
WT
F
nr
−
(MN/m
2
)
Với: F
nr2
=
π
.2
2r
F
=
14,3.2
360,44.10
3
= 57,395.10
3
(N), T
2

= 124,4 mm
2
, W
2
= 28 Vòng
2nr
σ
=
32.10.4,124
10.10.395,57
6
63
−
−
= 14,42 (MN/m
2
) < 30 (MN/m
2
) đạt tiêu chuẩn đối với dây đồng
3.2 Ứng suất do lực chiều trục gây nên:
Lực chiều trục chủ yếu là lực nén F
n
. Lực này chủ yếu làm hỏng những miếng đệm cách điện
ở giữa các vòng dây.
- Với dây quấn có nêm chèn:
n
σ
=
b.a.n
10F

6
n
−
(MN/m
2
)
Trong đó: F
n
= F’
1t
= 11659,36 (N) - hợp lực lớn nhất-; F’’
1t
= 0
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 18
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
n là số miếng đệm theo chu vì vòng tròn dây quấn. Theo bảng 30 TLHD ta
chọn miếng đệm n = 8
Kích thước các miếng đệm như sau:
a = 30 mm
b = 40 mm
n
σ
=
04,0.03,0.8
10. 11659,36
6−
= 1,21 (MN/m
2
)

n
σ
= 1,21 (MN/m
2
) < (18
÷
20) MN/m
2

Vậy
n
σ
đạt tiêu chuẩn quy định.
Chương IV
TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ
VÀ TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA MÁY
BIẾN ÁP
I. TÍNH TOÁN MẠCH TỪ.
1. Xác định h thước cụ thể của máy biến áp:
Mạch từ của máy biến áp ta đang thiết kế gồm những lá thép cán lạnh đẳng hướng 3404, bề
dày lá thép là 0,35 mm. Kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba tru, các lá thép ghép xen kê, có 4 mối
ghép xiên ở 4 góc. Ép trụ bằng nêm và dây quấn. Ép gông bằng xa ép gông, bu lông đặt phía
ngoài.
1.1 Trụ:
Với trụ có đường kính d = 0,17m, công suất định mức S
dm
=320 kVA. Tra bảng 4 TLHD ta
chọn số bậc thang trong trụ là 6 . Tra bảng 41a ta được chiều rộng a và chiều dày b của tập lá
thép như bảng sau:

Báûc Chiãöu räüng (a)mm Chiãöu daìy (b) mm
1 160 28
2 145 17
3 130 10
4 110 10
5 85 8
6 50 8
1.2 Gông:
Với máy biến áp công suất nhỏ hơn 1000 kVA. Dùng cách ép gông bằng xà ép và bu lông
không xuyên qua gông. Tra bảng 41b , Ta chọn số bậc của gông là 6 và chiều rộng của các tập
thép ngoài cùng là 100 mm
Báûc Chiãöu räüng (a)mm Chiãöu daìy (b) mm
1 160 28
2 145 17
3 130 10
4 110 10
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 19
a
b
ỏn mụn hc thit k mỏy bin ỏp
5 85 18
1.3 Tit din tng cỏc bc thang trong tr:
T
bt
=

6
10
tt

ba
(m
2
)
Trong ú : a
t
, b
t
l kớch thc ca cỏc bc thang trong tr (m)
T
bt
= 2.[ 160.28 + 145.17 + 130.10 + 110.10 + 85.8 + 50.8].10
-6
= 0,02085(m
2
)
1.4 Tit din tỏc dng ca st:
T
t
= k

.T
bt
(m
2
), k

l h s chờm kớn, k

= 0,97; T

t
= 0,97.0,02328 = 0,02022(m
2
)
1.5 Tng chiu dy cỏc lỏ thộp ca tit din tr:
b
t
= 28+17+10+10+8+8 = 81 (mm ) = 0,081m
1.6 Tit din bc thang ca na tit din gụng:
T
bg
= [ 160.28 + 145.17 + 130.10 + 110.10 + 85.18.].10
-6
= 0,010875 (m
2
)
1.7 Tit din ton b bc thang ca gụng:
T
bg
=0,010875 .2 = 0,02209 m
2
1.8 Tit din tỏc dng ca gụng
T
g
= k

. T
bg
= 0,97.0,02376 = 0,02109 ( m
2

)
1.9 Chiu dy ca gụng
Chiu dy ca gụng bng tng chiu dy cỏc tp lỏ thộp ca tr:
b
g
=
3
t
10.b


(m) = b
T
= 0,083m.
1.10 S lỏ thộp trong tng bc ca tr v gụng:
n

=
3
t
dt
.10
.kb


Trong ú
t

l chiu dy ca mi lỏ thộp:

t

= 0,35 mm, k

l h s in kớn k

= 0,97. Vy lỏ
thộp ca tng bc trong tr v gụng tớnh c bng sau:
i vi tr:
Bỏỷc Bóử daỡy (b
t
)mm
Sọỳ laù theùp

n
1
28
78
2
17
47
3
10
28
Nguyn Th Quyn Lp 04D1 Khoa in Trng HBK Nng
Trang 20
10
50
85
110

130
145
160
8
8
10
17
28
18
10
10
17
28
85
160
130
145
110
Mt phn t tit din tr Mt phn t tit din gụng
ỏn mụn hc thit k mỏy bin ỏp
4
10
28
5
8
22
6
8
22
i vi gụng:

Bỏỷc Bóử daỡy (b
t
)mm
Sọỳ laù theùp

n
1
28
78
2
17
47
3
10
28
4
10
28
5
18
50
1.11 Chiu cao ca tr st:
l
1
= l + 2l
o
= 0,464 +2.0,05 = 0,564 ( m).
1.12 Khong cỏch gia hai tr k nhau:
C = D
1

+ a
22
.10
-3
(m) =
D
1
l ng kớnh ngoi ca dõy qun s cp (CA) D
1
= 0,295 m
a
22
l khong cỏch cỏc dõy qun s cp cnh nhau a
22
= 0,018m
C = 0,295 +0,018 = 0,313= 0,31 m ( C lm trũn n 0,5 cm )
1.13 Trng lng st trong gụng:
G
g
= G
g
+ G
g

Trong ú:
G
g
l khi lng cỏc gúc; G
g
= 4.G

o
/2 = 2G
o

G
o
l trong lng st mt gúc mch t. Theo cụng thc (5-9) TLHD ta cú :
G
o
= 2.k

.

.10
-6
(a
1t
.a
1g
.b
1t
+ a
2t
.a
2g
.b
2t
+ + a
nt
a

ng
.b
nt
)
k

l h s in kớn: k

= 0,97.

l t trng thộp (
3
m
kg
), i vi thộp cỏn lnh

= 7650
3
m
kg
.

G
o
= 2.0,97.7650.10
-9
(160.160.28 + 145.145.17 + 130.130.10 + 110.110.10 +
85.85.8 + 50.50.18 ) =
= 14841.10
-9

.1701875 = 21,77 (kg)
G
g

= 2.G
o
= 43,54 (kg).
Khi lng chớnh ca gụng: G
g
G
g
= 2.(t-1)C.T
g
.

(kg)
t l s tr mang dõy qun, t = 3
C l khong cỏch gia hai tr k nhau, C = 0,31m

l t trng ca thộp,

= 7650
3
m
kg
.
T
g
l tit din hu ớch ca gụng T

g
= 0,02109 m
2
G
g
= 2.(3-1).0,31.0,02109 .7650 = 200,06(kg)
T ú ta cú: G
g
= G
g
+ G
g
= 200,06+ 43,54 = 243,6 (kg)
1.14 Trng lng thộp trong tr:
Vi tit din gụng l hỡnh bc thang nhiu bc c tớnh nh l hai thnh phn:
G
t
= G
t
+ G
t
(kg)
Trong ú: G
t


l trng lng st ca phn tr ng vi chiu cao ca s mch t.
Nguyn Th Quyn Lp 04D1 Khoa in Trng HBK Nng
Trang 21
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp

G
t
’= t.T
t
.l
t
.
γ
(kg)
Với: t là số trụ, t= 3
T
t
là tiết diện hữu ích của trụ : T
t
= 0,02022m
2
l
t
là chiều cao của
trụ, l
t
= 0,512 m
γ
là tỷ trọng của thép,
γ
= 7650
3
m
kg
.

G
t
’ = 3.0,02022.0,564.7650 = 261,72(kg)
G
t
’’ là trọng lượng sắt của phần trụ nối gông
G
t
’’= t(T
t
.a
1g
.
γ
.10
-3
- G
0
) kg = 3(0,02022.160.7650.10
-3
– 21,77) = 9 (kg)
Vậy khối lượng thép làm trụ: G
t
= G
t
’ + G
t
’’ = 261,72+ 9 = 270,72(kg).
Khối lượng thép của toàn bộ mạch từ:G
Fe

= G
t
+ G
g
= 270,72+ 243,6 = 514,32 (kg).
II. TÍNH TOÁN TỔN HAO KHÔNG TẢI, DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI, HIỆU SUẤT CỦA
MÁY BIẾN ÁP
1. Tính tổn hao không tải
Tổn hao không tải gồm hai phần tổn hao trong trụ và tổn hao trong gông.
1.1 Trị số tự cảm:
B
t
=
t
v
Tf
U
44,4
10.
4
=
4
4
10.50. 0,02022.44,4
10.22,7
= 1,608 ( T )
B
g
=
g

v
Tf
U
44,4
10.
4
=
4
4
10.50. 0,02109.44,4
10.22,7
= 1,542 ( T )
Theo bảng 45 TLHD . Với tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm ta tra được các suất tổn hao :
Với B
t
= 1,608 T tra được P
t
= 1,295 (W/kg), P
kt
=990( W/m
2
)
Với B
g
= 1,542 T tra được P
g
= 1,207(W/kg), P
kg
= 934 ( W/m
2

)
Ở mối nối nghiêng: B
kn
=
2
t
B
=
2
1,608
= 1,137(T) tra được P
kn
= 515 W/m
2
Tiết diện khe hở không khí ở mối nối thẳng bằng tiết diện trụ hoặc gông. Tiết diện khe hở
không khí ỏ mối nối ngiêng bằng: T
n
=
2
.T
t
=
2
.
0,02022
= 0,0286 (m
2
)
1.2 Tổn hao không tải:
Theo công thức (5-22) TLHD :

P
0
= k
pc
.k
pb
[ P
T
.G
T
+ P
g
.(G’
g
- N.G
0
) +
p00
gT
.kG
2
PP +
+
kkk
.T.nP
∑
].k
pg
.k
pe

.k
pt
Trong đó : N là số lượng góc nối của mạch từ: N = 4
k
po
= k
n
.k’
po
+ k’’
po
là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối của mạch từ.
Với k
n
là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, k
n
= 4.
k’
po
, k’’
po
: Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ.
Tra bảng 46a TLHD ta có:
k’
po
= 1,32 ở mối nối nghiêng
k’’
po
= 1,96 ở mối nối thẳng
Ta có thể tra ở bảng 47 TLHD được k

po
= 10,18
n
k
là số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ với những mối nối đã chọn
Mối nối nghiêng: n
kn
= 4, mối nối thăng n
kt
= 3
k
pg
là hệ số gia tăng tổn hao ở gông k
pg
= 1 vì bậc của gông nhỏ hơn trụ một bậc.
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 22
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
k
pt
là hệ số tổn hao do thao lắp gông để lồng dây quấn vào trụ. Với S = 320 ta chọn k
pt
=
1,02
k
pe
là hệ số kể đến tổn hao do ép trụ để đai. Theo bảng 46b TLHD ta chon k
pe
= 1,03 với tôn
có ủ.

k
pc
là hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm k
pc
= 1,2 với lá tôn rộng 0,05 m
k
pb
là hệ số kể đến tổn hao do gấp mép hoặc khử bavia,
Sau khi cắt dập thành tấp và khử bavia có ủ lại thép nên k
pc
.k
pb
= 1
P
t
và p
g
là các suất tổn hao ỏ trụ và gông.
P
k
là tổn hao ở các mối nối.
Mối nối nghiêng: T
kn
= 0,0286 (m
2
); T
kt
= 0,02022 (m
2
).

P
0
= 1.[1,295 .270,72 + 1,207 .( 200,6 – 4.21,77) +
18,10.77,21.
2
207,1295,1 +
+ 515.4.0,0286
+ 990.1.0,02022 + 2.934.0,02109].1.1,03.1,02 = 948 (W)
2. Công suất từ hoá (Công suất phản kháng ).
Theo CT (5-30) TL[1] :
Q
0
= {k
ib
.k
ic
[q
t
.G
t
+ q
g
(G
'
g
-N.G
0
) +
2
gt

qq +
.k
ir
.k
io
.G
0
] +
∑
kkk
Tnq .
}.k
ig
.k
ie
.k
it
(VA)
Trong đó:
N = 4
G
o
= 25,26 kg
G’
g
= 232,75 kg
G
t
= 269,44 kg
q

t
, q
g
là tổn hao công suất từ hoá đối với trụ và gông, tra bảng 50 TLHD ta được:
Với B
t
=1,608 T tra được q
t
= 1,775 (VA/kg), q
kt
= 23500 VA/m
2
B
g
= 1,542T tra được q
g
= 1,575 (VA/kg)q
kg
= 20700 VA/m
2
B
kn
= 1,137 T tra được q
kn
= 4000 (VA/m
2
)
Diện tích bề mặt khe hở không khí: T
kn
= 0,0286 (m

2
); T
kt
= 0,02022 (m
2
).
k
ir
là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ . Tra bảng 52b TLHD ,
k
ir
= 1,35
k
io
là hệ số chung, kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phân phối khác nhau về số lượng mối
nối nghiêng và thẳng . k
ig
= k
n
.k’
io
+ k
t
.k’’
io
; tra bảng 52 TLHD ta được:
k’
io
= 4,3, ở mối nối nghiêng
k’’

io
= 11; ở mối nối thẳng.
Tra bảng 53 ta được k
io
= 42,45
k
ig
= 1 là hệ số làm tăng công suất từ hoá.
k
ie
hệ số kể đến ảnh hưởng của việc ép mạch từ để đai k
ie
= 1,04
k
it
hệ số kể đến sự tăng cường công suất từ hoá do tháo lắp gông trên đển cho dây quấn vào
trụ k
it
= 1,02
k
ib
là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia. sau khi cắt gọt , k
ib
= 1,00
k
ic
là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá thép, chọn k
ic
= 1,18 với tôn 3404 có ủ .
Q

0
= {1.1,18.[ 1,775.270,72 + 1,575 .(200,6 - 4.21,77) +
35,1.
2
575,1775,1 +
.42,45.21,77] +
4000.4.0,0286 + 23500.1.0,02022 + 20700.2.0,02109}.1.1,04.1,02 = 5627 (VAr )

Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 23
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
3. Dòng điện không tải
3.1 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải.
i
ox
=
S
Q
.10
0
=
320.10
5627
= 1,758 %
3.2 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải:
i
or
=
S
P

.10
0
=
320.10
948
= 0,3 %
Dòng điện không tải toàn phần;
i
0
=
22
oxor
ii +
=
22
758,13,0 +
= 1,783 %
4. Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức:
η
= (1-
n0
n0
P
P
++
+
PP
P
dm
) .100 = (1-

5617,78 948320000
5617,78 948
++
+
) .100 = 98 %

Chương IV
TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP
I. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN
1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó:
Theo công thức (6-1 ) ta có:
cd
q
λ
δ
θ
=
0
Trong đó
δ
là chiều dày cách điện một phía của dây dẫn
δ
=
3
10.
2
5,0
−
= 0,25.10
-3

m
cd
λ
là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn,
theo bang 54 TLHD ta có:
cd
λ
= 0,17W/m.
0
C ứng với sơn.
- Đối với dây quấn hạ áp:
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 24
δ
δ
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp
cd
q
λ
δ
θ
2
02
=
;
Vì dây quấn hạ áp quấn hình xoắn đơn dây dẫn chữ nhật
q
2
=
f

cu
k
M
P
.
2
2

P
cu2
là tổn hao đồng trên dây quấn hạ áp, P
cu2
= 2205,73W
M
2
là bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp, M
2
= 2,61 m
2
k
f
là hệ số tổn hao phụ ứng với dây quấn hạ áp, k
f
= 1,0123
q
2
=
923012,1.
612,2
2408,16

=
(W/m
2
).
17,0
10.25,0. 923
3
02
−
=
θ
= 1,36 (
0
C)
- Đối với dây quấn cao áp:
Vì dây quấn cao áp làm bằng dây dẫn tròn nên theo CT ( 6-3a ) :
tb
ap
λ
θ
.8
.
2
01
=
a là chiều dày dây quấn cao áp a = 0,0095m
p là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn được tính theo công thức:
8
1
2

2
1
10.
')'(
.68,1
−
+
∆
=
dd
d
p
δ
tb
λ
là suất dẫn nhiệt trung bình :
'
)'(
11
11
d
d
tb
λλδ
δλλ
λ
+
+
=
α

λ
λ
7,0
cd
=
là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn
1
λ
là suất dẫn nhiệt của cách điện giữa các lớp , theo bảng 54 ta có
1
λ
= 0,17
1
δ
là bề dày tấm chắn cách điện giữa các lơp:
1
δ
làm bằng giấy dày : 4x0,12mm, vì dây
quấn sơ cấp có 7 lớp nên ta dùng 6 tấm cách điện,
1
δ
=4.0,12 = 0,48mm
25,0
2
5,0'
==
−
=
d
dd

α
;
486,0
25,07,0
17,0
==
λ
( W/m.
0
C )
371,0
5,2.17,048,0.486,0
)48,05,2(17,0.486,0
=
+
+
=
tb
λ
( W/m.
0
C )
48
6
62122
8
1
2
2
1

10.08,1110.
10.65,2).48,065,2(
10.12,2.10.49,3
.68,110.
')'(
.68,1 =
+
=
+
∆
=
−
−
−
−
dd
d
p
δ
( W/m
3
)
36,3
371,0.8
)0095,0.(10.08,11
.8
.
242
01
===

tb
ap
λ
θ
(
0
C )
2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu
d0
θ
- Dây quấn hạ áp:
Theo CT ( 6-10b) ta có:
6,0
32120
.35,0. qkkk
d
=
θ
(
0
C ).
Nguyễn Thọ Quyền Lớp 04D1 Khoa Điện Trường ĐHBK Đà Nẵng
Trang 25