ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN pot

§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
1
Đồ án môn học Thiết kế máy điện
CC S LIU BAN U:
Cụng sut nh mc : 400 kVA
in ỏp nh mc :15/0,4 kV u

/yo-11
Tn hao khụng tI : 840 W
Tm hao ngn mch : 5750W
in ỏp ngn mch : 4%
c im:t ngoi tri,lm vic liờn tc,lm lnh bng du.
NI DUNG TNH TON:
Tinhd toỏn kớch thc ch yu
Tớnh toỏn dõy qun CA,HA
Tớnh toỏn mch t
Tớnh toỏn cỏc tham s ngn mch,khụng ti
Tớnh toỏn nhit
Bn v tng lp rỏp.
Đại học Bách khoa Hà Nội
2
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
CHƯƠNG I :NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN
LỰC
Máy biến áp điện lực là thiết bị chủ yếu của công mghiệp điện lực.Theo
sự phát triển của xã hội và hiện đại hóa của đất nước,qui mô của lưới điện
quốc gia ngày càng được mở rộng và số lượng máy biến áp ngày càng
lớn,yêu cầu kĩ thuật máy biến áp ngày càng cao.Trong quá trình truyền tải để

giảm tổn thất điện năng thì điện áp phải được nâng và hạ xuống 4 đến 5
lần.Do vậy tổng công suất của máy biến áp lớn hơn gấp 6 đến 8 lần công
suất của nhà máy điện.
Ngày nay hiệu suất của máy biến áp được nâng lên rất cao,từ 98 đến
99%,nhưng do số lượng máy biến áp trong hệ thống điện rất lớn nên tổn hao
này cũng đáng kể,vì vậy cần phải giảm đến mửc thấp nhất có thể tổn hao
trong máy biến áp nhất là tổn hao không tải.
Trong quá trình chế tạo thì những máy biến áp cỡ vùa và nhỏ được chế tạo
thành loại ba pha.Còn những máy biến áp cơ lớn được chế tạo thành loại
một pha sau đó được ghép lại thành tổ máy biến áp ba pha.
Công suất máy biến áp ngày càng lớn.Trên thế giới đã chế tạo được máy
biến áp ba pha có công suât đến một triệu kVA và điện áp tới 1150 kV.Để
đảm bảo chất lượng cung cấp điện năng thông thường thì máy biến áp được
chế tạo sao cho có thể điều áp được dưới tải.Máy biến áp được chế tạo với
vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp,độ từ thẩm cao,ngoài ra còn được
cải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cấu nhẹ và bền.
Có thể nói rằng sự phát triển của công nghệ chế tạo máy điện nói chung và
công nghệ chế tạo máy biến áp nói chung đã có những sự phát triển vượt bậc
đã tạo ra những máy có công suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm
đáng kể.
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
3
Đồ án môn học Thiết kế máy điện
CHNG 2 :TNH TON CC KCH THC CH YU
1.Tớnh toỏn cỏc tham s c bn
1.Cụng sut trờn mi pha ca mỏy bin ỏp:
400
' 133,3
3 3
p

p
S
S = = =
kVA
2.Dũng in nh mc trờn mt pha mỏy bin ỏp:
Dũng in nh mc phớa cao ỏp ca mỏy bin ỏp:
I
1
=
3
3
3
1
.10
400.10
26,7
3.15.10
p
S
U
= =
A
Dũng in nh mc th cp mỏy bin ỏp:
I
2
=
3
3
3
2

.10
400.10
577,3
3. 3.0,4.10
p
S
U
= =
A
3.in ỏp cỏc pha ca mỏy bin ỏp:
in ỏp bờn cao ỏp ca mỏy bin ỏp:
U
f1
=U
1
=15000 V
in ỏp bờn h ỏp ca mỏy bin ỏp:
U
f2
=
94,230
3
10.4,0
3
3
2
==
U
V
4.in ỏp th nghim ca dõy qun mỏy mỏy bin ỏp.

Theo TCVN ta cú in ỏp th nghim ca mỏy bin ỏp:
Dõy qun cao ỏp ca bin ỏp: Vi U
1
=15 kV thỡ ta cú U
t
=38 kV
Dõy qun h ỏp ca bin ỏp : Vi U
2
=0,4 kV ta cú U
t
=5 kV
5.Kiu dõy qun trong mỏy bin ỏp
Theo ph lc XV ta cú :
Đại học Bách khoa Hà Nội
4
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Với dây quấn cao áp điện áp U
1
=15 kV và dòng điện I
1
= 27,6 A.ta chọn
loại dây xoắn ốc liên tục.
Với dây quấn hạ áp U
2
=0,4 kV và dòng điện I
2
=577,3 A,ta chọn dây loại
xoắn ốc mạch đơn
6.Xác định các tham số tính kích thước chủ yếu
Hệ số a

R
Ta có :
a
R
=
3
21
12
aa
a
+
+
Hệ số a
R
phụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA
và CA,do đó chỉ khi bố trí xong dât quấn mới có thể xác định chính
xác.Khoảng cách cách điện giữa dây quấn CA và HA là a
12
được chọn theo
điện áp thử nghiệm của cuộn CA.
Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có:
Công
suất
MBA
S
p
kVA
Điện áp
thử U
t

của cuộn
CA kV
Cuộn CA đến
gông,cm
Giữa cuộn CA
với HA,cm
Giữa hai cuộn
CA,cm
Đầu
thừa,cm
l
02
d
δ
a
12
12
δ
a
22
22
δ
l
d2
400 25 3,0 - 0,9 0,3 1,0 - 1,5
Lấy sơ bộ :
4
'
3
21

p
Sk
aa
=
+
.Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng
máy biến áp, vật liệu làm dây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong
MBA.Theo bảng 13.2 TKMĐ ta chọn được k=0,58.
Thay ta có:
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
5
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
4
4
1 2
' 0,58. 133,3 1,97
3
p
a a
k S
+
= = =
cm
Vậy ta có:
a
R
=2+1,97=3,97 cm
Điện áp ngắn mạch tác dụng:
5750
.100 1,43

10 10.400
n
nr
P
P
u
S
= = =
%
Điện áp ngắn mạch phản kháng:
2 2 2 2
4 1,43 3,74
nx n nr
u u u= − = − =
%
Hình dáng sơ bộ của máy biến áp như hình vẽ:
Hệ thống mạch từ sủ dụng hệ thống ba pha ba trụ có mối ghép chéo
góc,ghép thẳng với trụ giữa.
Trụ được ghép bằng băng đai và gông dùng sắt góc ép lại.Thép dùng làm
lõi sắt là thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ
cảm trong trụ B
T
=1,75 T.
Theo bảng 13.2 với S
P
=400 kVA thì trụ có 6 bậc,hệ số điền đầy k
d
=0,926.
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
6

§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Hệ số ép chặt k
c
=0,95 ta có hệ số lợi dụng:
k
e
=k
d
.k
C
=0,95.0,926=0,88
Chọn các bậc của gông là 7.Theo phần phụ lục XVII-2 TKMĐ ta có: Hệ
số của gông k
G
=1,02.Trông đó k
G
là tỉ số thiết diện giữa gông và trụ.Vì
vậy ta có mật độ từ cảm trong gông B
G
=B
T
/1,02=1,75/1.02=1,029 T.
Số khe hở trong mạch từ gồm 4 rãnh chéo ở 4 góc và 3 rãnh vuông ở trụ
giữa.Mật độ từ thông trong rãnh vuông góc là:
B"
R
=B
T
= 1,75 T
Từ thông trong rãnh chéo là:

B'
K
=
2/
T
B
=
1,75/ 2
=1,24 T
Theo bảng V-4 ta có tổn hao trong thép :
+Tổn hao trong trụ p
FeT
=1,238 W/kg
+Tổn hao trong gông p
FeG
=0,574 W/kg
+Tổn hao từ hóa trong trụ q
T
=1,956 VA/kg
+Tổn hao từ háo trong gông q
G
=1,575 VA/kg
Tổn hao từ hóa trong khe hở không khí:
+Tổn hao từ hóa trong khe hở vuông góc q"
K
= 0,61 VA/cm
2
+Tổn hao từ hóa trong khe hở chéo q'
K
= 0,0956 VA/ cm

2
Theo bảng 13.7 ta có hệ số tổn hao phụ k
f
=0,91 khi ngắn mạch.Theo
bảng 13.5 và 13.6 ta có được hằng số đối với dây đồng là a=1,4 và b=
0,28.Ta lấy hệ số k
R
=0,95 là hệ số ép chặt.
Hệ số
β
= 1,8 – 2,4.
*Ta tiến hành tính toán các hệ số cơ bản :
Hệ số A:
A=16.
4
4
2 2 2
2
'
133,3.3,97.0,95
16. 16,51
50.3,74.1,75 .0,88
P R R
nx T l
S a k
fU B k
= =
Hệ số A
1
:

§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
7
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
A
1
=
2 3 2 3
1
5,66.10 . . . 5,66.10 .1,4.16,51 .0,88 313,81a A k
− −
= =
kg
A
2
=
2 2 2 2
1 0
3,6.10 . . . 3,6.10 .16,51 .0,88.3 25,9A k l
− −
= =
kg
Trong công thức trên l
0
là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gông.Tra bảng
ta có được l
0
=5 mm
2 3 2 3
1 1
2,4.10 . . . .( ) 2,4.10 .0,88.1,02.16,51 .(1,4 0,28 0,411) 202,72

G
B k k A a b c
− −
= + + = + + =
B
2
=
2 2 2 2
1 12 22
2,4.10 . . . .( ) 2,4.10 .0,88.1,02.16,51 .(2,7 3,0) 33, 47
G
k k A a a
− −
+ = + =
kg
C
1
=
=
22
2
2

.
AuBKk
aS
K
nr
T
Lf

P
dq
,
2
2
2 2 2
400.1,4
2,46.10 . 498, 49
6,91.0,88 .1,75 .1,43.16,51
= =
kg
M=
Aa
P
kkk
n
Rfn
.
10.2453,0
2
4−
=
=
4 2
5750
0,2453.10 .45,86 .0,91.0,95. 11,8
1,4.16,51
−
=
MPa

Trong công thức trên thì:
=+=
−
)1(
100
.41,1
.
nx
nr
u
u
n
n
e
u
k
π
.1,43
3,74
100
1,41. .(1 ) 45,86
4
e
π
−
+ =
B=
2 2
1
2 2 25,9 33,47

0,19
3 3 202,72
A B
B
+
+
= =
Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là k
Fe,Cu
=2,21
C=
1
1
313,81
0,52
3. 3.202,72
A
B
= =
Chọn k
cđ
=1,06 ta có :
D=
1
,
1
2 2 65,98
. . . .2,21.1,06 0,22
3 3 466,13
Fe Cu cd

C
k k
D
= =
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
8
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Ta có đẳng thức :
x
5
+Bx
4
-Cx-D=x
5
+0,328.x
4
-0,554x-0,22
Theo phương trình trên ta có
90,1
min
=
β
Trọng lượng tôn Silic của các góc gông:
G
g
=0,493.10
-2
.k
l
.k

G
.A
3
x
3
=
=0,493.10
-2
.0,88.1,02.16,51
3
.x
3
=19,91x
3
Thiết diện của trụ lõi sắt :
S
T
=0,785.k
l
.A
2
.x
2
=
=0,785.0,88.16,51
2
.x
2
=188,3x
2

Thiết diện khe hở vuông góc :
S”
K
=S
T
=188,3.x
2
Thiết diện khe hở chéo:
S’
K
=S
T
.
2
=188,3.
2
.x
2
=
=266,3.x
2
Tổn hao không tải trong máy biến áp :
P
0
=k’
F
(p
T
G
T

+p
G
.G
G
)=
=1,25(1,238.G
T
+0,574.G
G
)=1,54G
T
+0,717G
G
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
9
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
1.8 2 2.2 2.4 2.153
x=
1.158292185 1.18920712 1.217883286 1.24466595 1.211326
x
2
=
1.341640786 1.41421356
1.48323969
7 1.54919334 1.46731
x
3
=
1.554012038 1.68179283
1.80641283

6 1.92822821 1.777391
A
1
/x=313.81/x
270.9247321 263.881704 257.6683691 252.123872 259.0632
A
2
x
2
=25.9.x
2
34.74849637 36.6281313
38.4159081
6 40.1241075 38.00334
G
T
=A
1
/x+ A
2
x
2
305.6732285 300.509835 296.0842773 292.24798 297.0666
B
1
x
3
=202.72.x
3
315.0293204 340.933043

366.196010
1 390.890422 360.3127
B
2
x
2
=33.47.x
2
44.90471712 47.3337279
49.6440326
7 51.851501 49.11088
G
G
= B
1
x
3
+ B
2
x
2
359.9340376 388.266771
415.840042
8 442.741923 409.4236
G
Fe
=G
T
+G
G

665.607266 688.776606 711.9243201 734.989902 706.4902
G
g
=52,35.x
3
30.94037969 33.4844953
35.9656795
7 38.3910236 35.38786
P
0
=1,7G
T
+1,563G
G
728.8094768 741.172421 754.1270977 767.507847 751.0393
Q
0
=2,445G
T
+1,969G
G
4663.655898 4965.56506
5261.14036
1 5550.95091 5192.218
+97,8G
g
+136,5x
2
i
0x

=Q
0
/10S
P
1.165913975 1.24139126 1.31528509 1.38773773 1.298054
G
dq
=C
1
/x
2
474.3818214 450.038111 429.0945025 410.826708 433.7528
G
Cu
=1,66G
dq
787.4738236 747.063264 712.2968741 681.972336 720.0296
k
Cùe
G
Cu
=2,21G
Cu
1740.31715 1651.00981 1574.176092 1507.15886 1591.265
C’
td
=G
Fe
+k
CuFe

G
Cu
1742.11715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418
J=0,91.5750/2,4G
dq
3.143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196
=M.x
3
14.23475027 15.4052223
16.5467415
8 17.6625704 16.2809
d=A.x
19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899
d
12
=ad=1,4d
26.77276557 27.4873333 28.15015426 28.7692089 27.99859
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
10
cp
∂
β
2
4
β
4
β
3
4
β

§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
l= d
12
/
46.70360216 43.1551132
40.1779474
5 37.6397149 40.83398
2a
2
=bd
5.354553114 5.49746665
5.63003085
3 5.75384177 5.599717
C=d
12
+a
12
+2a
2
+a
22
37.82731868 38.6847999
39.4801851
2 40.2230506 39.2983
Ta thấy rằng giá thành thấp nhất của máy biến áp khi
β
nằm trong khoảng
1,8 đến 2,4.Khi đó ta có đường kính của trụ nằm trong khoảng 19,21đến
20,54 cm.Trong khoảng đường kính đó các thông số đạt yêu cầu.Ta chọn
đường kính trụ d=20 cm.Khi đó ta có x=1,211 vậy

β
=2,153
Thiết diện lõi sắt của mạch từ:
S
T
=188,3.x
2
=188,3.1,211
2
=276,14 cm
2
Đường kính trung bình của lõi sắt:
d
12
=a.A.x=1,4.16,51.1,211=28 cm
Chiều cao dây quấn của máy biến áp:
L =
12
.28
2,153
d
π
π
β
=
=40,85 cm
Chiều cao của trụ lõi sắt:
l
T
=l +2.l

0
=40,83+2.3=43,13 cm
Khoảng cách giữa các trụ và lõi sắt :
C = d
12
+a
12
+2a
2
+a
22
= 41,1 cm
Điện áp trên một vòng dây:
U
V
= 4,44.f.B
T
.S
T
.10
-4
=
= 4,44.50.1,75.276,1410
-4
=10,72 V
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
11
β
π
Đồ án môn học Thiết kế máy điện

Trng lng st ca mỏy bin ỏp:
G
Fe
=706,49 kg
Trng lng ng trong mỏy bin ỏp:
G
dq
=433,38 kg
Mt dũng in trong mỏy bin ỏp:
J = 3,44A/mm
2
ng sut trong dõy qun cho phộp ca mỏy bin ỏp:
cp

= M.x
3
=16,28 Mpa
Tn hao khụng tI trong mỏy bin ỏp thit k :
P
0
= 751 W
Dũng tn hao khụng ti:
i
0
%= Q
0
/10S
P
=1,298 %
1.TNH TON DY QUN H P:

S vũng dõy qun h ỏp:
w
2
= U
f2
/U
V
=230,94/10,72=21,54 vũng
Ta ly w
2
=22 vũng.Khi ú ta cú in ỏp ri trờn mt vũng dõy
U
V
=230,94/22=10,5 V
Mt dũng in trong dõy qun :

2
2
12
.
5750.10,5
J =0,746.kf. 0,746.0,91. 3,66 /
. 400.28
n v
P
P U
A mm
S d
= =

Thit din ca dõy qun h ỏp tớnh toỏn:
S
dq2
=I
2
/J
2
=230,94/3,66 = 63,1 mm
2
Chn dõy qun ca mỏy bin ỏp l dõy qun xon c kộp mt lp.Chn
khong cỏch rónh du trong mỏy bin ỏp h
r
=0,5 cm.
Chn s m dc theo chi vi ca dõy qun ca cun dõy ca cun h ỏp l
12 chic.Chiu rng tm m l 4 cm.
Chiu cao hng trc ca dõy qun h ỏp :
Đại học Bách khoa Hà Nội
12
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
h
v2
=
2
40,85
0,5 1,28
1 22 1
r
l
h
w

− = − =
+ +
cm
Chọn dây là 3 sợi dây ghép song song loại PB .Thiết diện 1 sợi là:
4,5 12,5
5,0 13,0
×
×
Các sợi được chia làm hai mạch ghép song song có rãnh dầu ở giữa.
Thiết diện của một vòng dây tổng bằng:
S
2
=3.55,39=166,17 mm
2
Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức:
J
2
=577,3/166,17=3,47 A/mm
2
Chiều cao dây quấn hạ áp:
Ta tiến hành tính toán chiều cao dây quấn hạ áp bằng cách cho chiều cao dây
quấn hạ áp bằng chiều cao dây quấn cao áp.
Chiều cao dây quấn hạ áp được tinh theo công thức:
[ ]
2 2 2 2 2
2 '( 1) ( 1)
r
l b w k h w w
σ
= + + + +

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

σ
: Chiều cao cách điện giữa hai mạch
σ
=0,1-0,15.Ta lấy
σ
=0,1.
Ta tiến hành bố trí cuộn dây hạ áp có chiều cao tương đương như cuộn cao
áp.Do vậy thì số rãnh thông dầu của máy biến áp phảI chọn sao cho thỏa
mãn được điều kiện về chiều cao.Để đơn giản trong thiết kế và lắp đặt ta
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
13
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
chọn tất cả các rãnh thông dầu đều có kích thước bằng nhau.Ta có phương
trình:
[ ]
2 2

2.1,3(22 1) 0,95 22 0,1(22 1) 72,43
r
l h cm= + + + + =
Ta có chiều cao rãnh thông dầu:
h
r2
= 0,78 cm
Kích thước rộng của dây quấn:
1
2
12
' .0,5 3,0
2 2
v
n
a a cm= = =
Trong thủ nghiệm cao áp thì với cấp điện áp 0,4 kV, điện áp thử nghiệm là
5 kV.Trong kết cấu dây quấn kiểu xoắn ốc ta có a
01
=1,5 đó là khoảng cách từ
cuộn hạ áp dến gông.
Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
D’
2
= d+2a
01
= 20+2.1,5 = 23 cm
Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:
D”
2

= D’
2
+2.a
2
= 23+2.3 = 29 cm
Đường kính trung bình của dẩ quấn hạ áp:
D
tb2
= (D’
2
+D”
2
)/2 = (23+29)/2 =26 cm
Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp :
2
2
3 1
1,07.
( ' )
b f
J w k
q
k b a
=
+
Trong công thức trên :
q
2
: Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp
J

2
: Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp
w
b
: Bề rộng dây quấn hạ áp kể cả đến cách điện
k
f
: Hệ số tổn hao phụ
k
3
: Hệ số của dây quấn
Thay số ta có:
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
14
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
2
1,07.3,66.577,3.0,5.1,05
535,01
0,75(1,483 3)
q = =
+
W/m
2
Trọng lượng dây đồng trong dây quấn hạ áp:
5
2 2 2 2 2
28. . . . .10
dq tb
G a D w S
−

=
Thay số ta có :
5
2
28.3.26.22.166,17.10 79,84
dq
G kg
−
= =
Trọng lượng dây quấn hạ áp kể cả cách điện :
G
0dq2
= 1,02G
dq2
=1,02.79,84=81,44 kg
2.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP
Do yêu cầu của máy biến áp có điều chỉnh điện áp nên ta tiến hành thiết kế
dây quấn cao áp có các đầu ra cho phép điều chỉnh điện áp.Chọn điều chỉnh
điện áp là
2 2,5%± ±
.
Dòng điện qua tiếp điển của bộ điều chỉnh bằng 72,168 A.
Điện áp của hai đầu điều chỉnh :
Sơ đồ đầu điều chỉnh điện áp :
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
15
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Điện áp giữa hai đầu điều chỉnh điện áp -5 và +5 bằng :
U
đcf

= 10%.U
1
= 10%.15.10
3
=1500 V
Điện áp thử của cuộn dây điều chỉnh :
U
tđcf
= 2.U
đcf
=2.230,94 = 461,88 V
Điện áp giữa hai nấc điều chỉnh kiên tiếp của cuộn dây cao áp :
3
2,5%.15.10 375
dc
U∆ = =
V
Đặt tên các đầu điều chỉnh như bảng dưới đây :
Đầu điều chỉnh +5% +2,5% 0% -2,5% -5%
Tên A
1
A
2
A
3
A
4
A
5
Điện áp kV 15750 15375 15000 14625 14250

Đối với dây quấn cao áp ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục.
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
16
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Số vòng dây cơ bản của cuộn dây cao áp :
1
1 2
2
15
. 22. 825
0,4
U
w w
U
= = =
vòng
Số vòng dây điều chỉnh điện áp của cuộn dây cao áp:
1
1500
142,86
10,5
dcf
dc
V
U
w
U
= = =
vòng
Số vòng dây ứng với một nấc điều chỉnh điện áp :

1
1
461
' 115
4 4
dc
dc
w
w = = =
vòng
Mật độ dòng điện sơ bộ trong dây quấn cao áp:
1 2
' 2 2.3,47 3,66 3,28
cp
J J J= − = − =
A/mm
2
Thiết diện sơ bộ của dây quấn cao áp:
S’
1
= I
f1
/J’
1
= 26,7/3,28 = 8,14 mm
2
Dùng dây xoắn ốc liên tục với dây dẫn là loại dây PB.Số sợi dùng là 1
sợi,thiết diện dây cao áp bằng :
2
1

1,50 5,00
7,29
2,00 5,5
S mm
×
= =
×
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
17
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Mật độ dòng điện trong dây quấn cao áp:
1
1
1
26,7
3,66
7,29
f
I
J
S
= = =
A/mm
2
Giữa hai bánh dây kép ta thiết kế một rãnh dầu rộng 0,5 cm.Giữa hai lớp dây
quấn của dây quấn kép ta đặt lót cách điện dày 0,05 cm.Ở hai rãnh dầu dây
quấn ta để một khe hở 0,75 cm để tăng cường cách điện.Khe hở giữa hai nửa
cuộn dây ta đặt bằng h=1,25 cm,chiều cao của một bánh dây b’=0,55 cm.
Số bánh dây của cuộn dây cao áp:
2

1
2( )
2(72,43 0,5)
85,8
2 ' 2.0,55 0,5 0,1
K
k
K
l h
n
b h
δ
+
+
= = =
+ + + +
cm
Chọn số bánh dây của cuộn dây cao áp là 80 bánh.Số vòng dây trong một
bánh:
1
1
1
825
' 10,3
80
b
K
w
w
n

= = =
vòng/bánh
Ta tiến hành chia số vòng dât trung bình cho mỗi bánh:
+ Chọn 58 bánh cơ bản, mỗi bánh có 11 vòng ,bánh 59 có 7 vòng ,tổng
cộng có 645 vòng
+ Chọn 4 bánh cách điện tăng cường,mỗi bánh có 9 vòng,tổng cộng có 36
vòng
+ Chọn 12 bánh cách điện tăng cường ,mỗi vòng có 12 vòng,tổng cộng
có 144 vòng
Tổng cộng có 645+36+144=825 vòng
Sơ đồ bố trí dây quấn như hình vẽ :
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
18
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Trong hình vẽ trên :
Bánh dây T : Bánh dây có quấn cách điện tăng cường
Bánh dây C : Bánh dây cơ bản
Bánh dây D : Bánh dây điều chỉnh điện áp
Chiều cao của cuộn dây cao áp :
[ ]
1 2 2
'. ( 2) 0,55.60 0,65.4 0,95(0,75.4 1,25 0,1.30 0,5.28) 55,8
b r b dc
l b n k h n h cm= + − + = + + + + + =
Đường kính trong của cuộn dây cao áp :
D’
1
= D”
2
+2.a

12
= 29+0,9 = 29,9 cm
Số vòng dây trong một bánh dây:
w
b1
= w
2
/n
b2
=825/70=11,78 vòng
Lấy tròn w
b1
=11 vòng
Chiều dày của cuộn dây cao áp :
a
1
= a’
2
.w
b1
= 11.0,5 = 5,5 cm
Đường kính ngoài của cuộn dây cao áp :
D”
1
= D’
1
+2.a
1
= 29,9+2.5,5 = 40,9 cm
Đường kính trung bình của dây quấn cao áp :

D
tb1
= (D’
1
+D”
1
)/2 = (29,9+40,9)/2 = 35,4 cm
Suất tản nhiệt của cuộn dây cao áp :
1 1 1
1
3 1
1,07. . .
1,07.3,66.26,7.0,2.1,05
5,14
( ' ) 0,75(0,2 5,5)
f f
J I w k
q
k b a
= = =
+ +
W/m
2
Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp :
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
19
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
G
dq1
= 28.a

1
.D
tb1
.w
1
.S
1
.10
-5
=
= 28.5,5.35,4.825.7,29.10
-5
= 108,6 kg
Trọng lượng dây quấn cao áp khi kể cả tới cách diện :
G
0dq1
= 1,02.G
dq1
= 1,02.208,6 =212,8 kg
Kích thước dây quấn của máy biến áp :
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
20
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ
Trong thiết kế ta dùng loại thép 3407 chiều dày là 0,3 mm ta không dùng
cách điện bổ xung trong mạch từ.
Kích thước của trụ mạch từ d=23 cm.Trụ trong máy có 6 bậc
Thiết diện của trụ :
bT T T
S a b=

∑
Trong công thức trên :
S
bT

: Diện tích của trụ
a
T
: Chiều cao một bậc
b
T
: Chiều rộng một bậc
Công thức tính đường kính trụ dựa vào hệ số hình dáng và số bậc :
0t t
D k S=
Nên ta có :
2
2
0
23
379,9
1,18
t
t
D
S
k
 
 
= = =

 ÷
 ÷
 
 
cm
2
k
0
tra theo bảng 10.1 TK MBA –Phạm Văn Bình,Lê Văn Doanh
Thiết diện của trụ thuần sắt tương ứng :
S’
T
= k
c
S
t
= 0,95.379,9 = 361 cm
2
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
21
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tổn hao cơ bản trong máy biến áp :
+Tổn hao đồng trong cuộn dây hạ áp :
2 2
2 2
2,4. . 2,4.3,66 .79,84 2566,8
dq dq
P J G= = =
w

+Tổn hao đồng trong cuộn dây cao áp :
2 2
1 1
2,4. . 2, 4.3,47 .117,34 3390
dq dq
P J G= = =
w
Tổn hao phụ trong máy biến áp :
Tổn hao phụ trong máy biến áp :
P
f
=k
f
P
Cu
Trong công thức trên :
+P
f
: Tổn hao phụ
+P
Cu
: Tổn hao đồng trong máy biến áp
+k
f
: Hệ số tổn hao phụ
2 4 2
1 0,95. . .
f
k a n
β

= +
Trong đó :

β
:Hệ số dây dẫn
.
R
b m
k
l
β
=
+Tổn hao phụ trong dây quấn hạ áp :
2 4 2
2 2 2
1 0,95. . .
f
k a n
β
= +
Ta có :
2
2
2
2
1,32.24
.0,95 0,27
57,78
R
bm

k
l
β
 
 
= = =
 ÷
 ÷
 
 
Thay số ta có :
2 4 2 4 2
2 2 2
1 0,95. . . 1 0,095.0,27.0,41 .6 1,026
f
k a n
β
= + = + =
+Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp :
2 4 2
1 1 1
1 0,95. . .
f
k a n
β
= +
Ta có
2
2
2

1
0,5.24
.0,95 0,040
57,78
R
bm
k
l
β
 
 
= = =
 ÷
 ÷
 
 
Thay số ta có :
2 4 2 4 2
1 1 1
1 0,95. . . 1 0,095.0,040.0,15 .19 1,006
f
k a n
β
= + = + =
Tổn hao cơ bản trong dây dẫn qui đổi:
Chiều dài dây dẫn qui đổi :
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
22
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
l

dd2
=7,5.l=7,5.40,85=306,37 cm
Trọng lượng đồng trong dây quấn hạ áp qui đổi :
Q
dd2
=l
dd2
S
2
γ
Cu
10
-8
=306,37.166,17.8900.10
-8
= 4,53 kg
Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức :
P
dd2
=2,4.J
2
2
.Q
dd2
=2,4.3,66
2
.4,53=145,6 W
Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp qui đổi :
Q
dd1

=l
dd1
S
1
.
γ
Cu
.10
-8
=306,37.7,29.8900.10
-8
=0,2 kg
Tổn hao trong dây quấn cao áp :
P
dd1
=2,4.J
1
2
.Q
dd1
=2,4.3,47
2
.0,2=5,78 W
Tổn hao thùng dầu và các chi tiết khác qui đổi :
P
tđ
=10.k.S
P
=10.0,025.400=100 W
Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp được thiết kế :

P
n
=P
dq1
k
f1
+P
dq2
k
f2
+P
dd1
+P
dd2
+P
t
đ
=
=.1,006+2566,8.1,026+5,78+145,6+100 =
=6066,1W
Sai số trong tính toán công suất không tảI so với yêu cầu đặt ra :
6066,1 5780
% .100 4,96%
5780
U
−
∆ = =
Ta thấy
%U∆
=4,96%< 5% Thỏa mãn yêu cầu đặt ra.

Tổn thất điện áp trong dây quấn cao áp trong điều kiện tỏa nhiệt bình
thường:
P’
n
=P
n
-0,05(P
dq1
k
f1
)=5780 - 0,05(3390.1,006)=5609,48W
Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm :
u
nr
=P’
n
/(10.S
P
)=5609,48/(10.400)=1,40 %
Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm:
'
3
2
7,92 . . . .
.10
P R R q
nx
V
S a k k
u

U
β
−
=
Ta có :
3
2
7,92.133,33.1,74.4,25.0,946.1,028
.10 3,65
10,4
nx
u
−
= =
%
Điện áp ngắn mạch của máy biến áp :
2 2 2 2
1,4 5,65 3,91
n nr nx
u u u= + = + =
%
Sai số trong tính toán :
4 3,91
% 2,25%
4
n
u
−
∆ = =
Ta thấy sai số nhỏ hơn 5% vì vậy chấp nhận được.

Dòng ngắn mạch hiệu dụng của máy biến áp :
I
ncđ
=I
f1
.100/u
n
=26,7.100/3,91=682,86 A
Dòng điện ngắn mạch đỉnh :
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
23
§å ¸n m«n häc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
I
n max
=1,41.k
max
.I
ncđ
=1,41.1,540.682,86=1482,77 A
Trong công thức trên thì :
.
.1,14
5,82
1 1 1,540
nr
nx
u
u
max
k e e

π
π
−
−
= + = + =
Lực điện động cực đại trong dây quấn của máy biến áp :
( ) ( )
2 2
6 6
max
0,628 . . .10 0,628 682,86.825 .1,74.0,946.10 328064
K n R
F i w k
β
− −
= = =
N
Ứng suất trên cuộn dây cao áp :
1 1
328064
9,28
2 . . 2 .825.7,29
K
K
dm
F
w s
σ
π π
= = =

Mpa
Ứng suất cho phép của dây quấn cao áp
cp
σ
=60 Mpa
Ta thấy ứng suất của dây quấn cao áp thỏa mãn yêu cầu ứng suất cho phép.
Lực do từ trường tản gây ra trong dây quấn cao áp :
'
4,25
328064. 17066
2 2.40,85
R
t K
a
F F
l
= = =
N
Do dây quấn không được quấn đồng đều nên xuất hiện lực điện động doc
trục thứ hai :
"
"
x
t K
R
l
F F
l k m
=
Trong công thức trên :

+ l” : Khoảng cách từ trụ đến thùng dầu
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cách bố trí dây quấn ta có m = 4
Ta có : l”=(B-d)/2 với B là chiều rộng của thùng dầu
d là đường kính trụ
Sơ bộ lấy l”=25 cm
Thay số ta có :
"
"
8,05
328064. 27917
25.0,946.4
x
t K
R
l
F F
l k m
= = =
N
Lực điện động lớn nhất trong dây quấn của máy biến áp :
+ Lực điện động lớn nhất trong dây quấn hạ áp :
F
t2
=F’
t
+F”
t
=17066+27917=44983 N
+ Lực điện động lớn nhất trong dây quấn cao áp :
F

t1
=F”
t
-F’
t
=20845-9009=11836 N
Trong phân bố dây quấn ta thấy lực điện động lớn nhất là ở giữa dây quấn.
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
24
Đồ án môn học Thiết kế máy điện
CHNG III: TNH TON NHIT V THNG DU
I TNH NHIT CHấNH LCH QUA TNG PHN:
1). Nhit chờnh trong lũng dõy qun hay lừi st vi mt ngoi
i vi dõy qun h ỏp:
Dõy qun lm bng dõy ch nht nhit chờnh ch yu l hiu s
nhit ca cỏc lp cỏch in, theo (6-1) ta cú:

02
=
4
22
10.
.

dc
q


(
0

c)

cd
= 0,17 tra trong bng 50 vi vt liu cỏch in l giy tm du
q
2
=
2
22
.
M
kP
fCu
= 840,6 (W/m
2
)
(q
2
c tớnh theo cụngthc 96-2) vi M
2
l b mt lm lnh ca dõy qun
h ỏp).Vy:

02
=
236,110.25,0.
17,0
6,840
3
=

(
0
c)
i vi dõy qun cao ỏp:
Dõy qun lm bng dõy dn trũn ta coi dõy qun nh mt khi cú hai
mt tip xỳc vi dn v qua tớnh toỏn cho thy nhit phõn b trong cun
dõy cú dng parabol thỡ i vi ch núng nht l gia dõy qun cú nhit

2
. Do ú nhit chờnh trong lũng so vi mt ngoi dõy qun c tớnh
theo (6 - 3a) hỡnh 1
Vy:
.

01
=
1
-
2
=
tb
aP

.8
.
1
2
1
Đại học Bách khoa Hà Nội

25