MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN RÓT NƯỚC,ĐÓNG NẮP VÀ XẾP CHAI VÀO SỌT BẰNG SPS VISU, LẬP TRÌNH BẰNG S7_300

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN



ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC
GVHD: Ts.Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương
Lớp :
Lớp ĐKT_K32B
Quy Nhơn - 2013
Đồ án môn học thiết bị điện
MỤC LỤC
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 2
Đồ án môn học thiết bị điện
LỜI NÓI ĐẦU
Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Hệ
thống điện lực muốn truyền tải, phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ
tiêu thụ. Những máy biến áp dùng truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống
điện lực gọi là máy biến áp điện lực.
Việc dùng máy biến áp tăng điện áp từ nhà máy lên lưới để truyền tải đi xa, và ở
cuối đường dây phải hạ điện áp để đưa đến hộ tiêu thụ…chẳng những làm cho tổng
công suất của hệ thống máy biến áp lớn mà tổn hao không tải P
0
cũng tăng. Hơn nữa
do điều kiện địa hình, thời tiết, kinh tế mà mỗi lúc, mỗi nơi yêu cầu các thông số kỹ
thuật cũng như thông số định mức thay đổi. Do vậy việc tính toán, thiết kế máy biến
áp là một việc rất quan trọng trong chế tạo máy biến áp điện lực.

Ngày nay, công nghệ chế tạo máy biến áp ngày càng phát triển và đòi hỏi phải
hoàn thiện hơn, vật liệu được chế tạo ngày càng tốt hơn. Vì vậy, việc tính toán và thiết
kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lượng cao, phải lấy chỉ tiêu kinh
tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất, nhưng đảm bảo tốt các yêu cầu kĩ thuật.
Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình
của thầy Đoàn Đức Tùng. Tuy nhiên, trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hạn
chế và chưa có kinh nghiệm thực tế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu
sót. Kính mong các thầy cô xem xét và chỉ bảo thêm những điều quí báu để tạo cho em
có thêm những kiến thức vững chắc và kinh nghiệm cho mai sau.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Đức Tùng đã giúp em hoàn
thành đồ án này.
Sinh viên
Bùi Duy Phương

GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 3
Đồ án môn học thiết bị điện
CHƯƠNG 1
TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
I. Xác định các đại lượng điện cơ bản
1.Thông số về máy biến áp:
Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha hạ áp , 2 dây quấn với các số liệu sau:
Tổng dung lượng máy biến áp:
dm
S
= 3200 kVA.
Số pha máy biến áp : m = 3.
Tần số : f = 50 Hz.
Điện áp định mức:
- Phía cao áp :

1
U
= 22 kV.
- Phía hạ áp :
2
U
= 0.4 kV.
Tổ nối dây : Y/
n
Y 0
−
Đầu phân áp : ± 2 x 2,5%.
Máy biến áp được làm mát bằng dầu.
Máy biến áp làm việc dài hạn và thiết bị được đặt trong nhà hoặc ngoài trời.
Dòng điện ngắn mạch:
n
U
= 7 %
Tổn hao ngắn mạch :
n
P
= 31500 W.
Tổn hao không tải :
0
P
= 4900 W.
Dòng điện không tải :
0
I
= 0,6 %.

2. Dung lượng một pha:
S
f
=
dm
S 3200
1066,7
m 3
= =
(kVA).
Dung lượng trên mỗi trụ: S
’
=
dm
S 3200
1066,7
t 3
= =
(kVA) .
Đối với máy biến áp ba pha thì số trụ tác dụng (là trụ trên đó có dây quấn) t=3.
3. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp:I
1
=
3
dm
1dm
S .10
3.U
=

3
3
3200 10
3 22 10
.
. .
= 83,978 (A) .
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 4
Đồ án môn học thiết bị điện
- Phía hạ áp: I
2
=
3
dm
2dm
S .10
3.U
=
3
3
3200.10
3.0,4.10
= 4618,802 (A)
4. Dòng điện pha định mức:
Vì dây quấn nối Y/Y nên:
I
f1
= I
1

= 83,978 (A) ; I
f2
=I
2
= 4618,802 (A).
5. Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp:U
f1
=
1dm
U
3
=
3
22 10
3
.
= 12701,706 (V)
- Phía hạ áp: U
f2
=
2dm
U
3
=
3
10.4,0
3
= 230,940 (V)
6. Điện áp thử của các dây quấn:

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
= 22kV và
U
2dm
= 0,4 kV ta tra trong bảng 2 (sách thiêt kế máy biến áp điện lực-Phan Tử Thụ) ta
được:
Với U
1dm
= 22kV ta có U
th1
= 55 kV;
Với U
2dm
= 0,4 kV ta có U
th2
= 5 kV.
7. Các thành phần điện áp ngắn mạch:
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:
U
nr
=
n
dm
P
10.S
% =
31500
10 3200.

= 0,984 %
Với
n
P
tổn hao ngắn mạch (
n
P
=31500 W)
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:
U
nx
=
2 2
n nr
U U−
=
2 2
7 0 984− ,
= 6,93 %
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 5
Đồ án môn học thiết bị điện
II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bản
d
12
d
a
12
l
0

a
2
C
C
a
01
a
22
a
1
l
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
= 55 kV, theo bảng 19 [TL1] ta có
12
a
=
22
a
= 20 mm,
12
δ
= 5 mm,
12
δ
= 3
mm. Trong rãnh a
12

đặt ống cách điện dày
12
δ
= 5 mm. Theo bảng công thức (2-36) và
bảng 12 [TL1] ta chọn k = 0,5 (với k là hệ số phụ thuộc vào công suất máy biến
áp,điện áp dây quấn và tổn hao ngắn mạch)
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 6
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
Đồ án môn học thiết bị điện

1 2
a a
3
+
= k.
2
4
S'.10
−
= 0,5.
2
4
1066,7.10
−
= 0,029 (m)


R
a
= a
12
+

1 2
3
a a+
= 0,02 +0,029 = 0,049 (m).
với
R
a

là chiều rộng quy đổi từ trường tản
2. Hệ số Rogovski: là hệ số quy đổi từ trường tản lý tưởng về từ trường thực, giá
trị này thường không đổi và có giá trị là k
r
= 0,95
3. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm: Theo bảng 11
[TL1], ta chọn từ cảm trong trụ của máy biến áp B
t
= 1,6 T,
Cách ghép trụ: theo bảng 6 TL1, ta chọn cách ép trụ bằng nêm và dây quấn. cách
ép gông: ta chọn cách ép gông bằng xà ép, không dùng bu lông xuyên qua trụ và gông.
Chọn hệ số tăng cường gông k
g
= 1,025.
Lớp 1
Lớp 2
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 (như hình vẽ).
Theo bảng 4 [TL1], ta chọn phương pháp ép trụ bằng nêm và dây quấn với số
bậc thang trong trụ là 9, số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc tức là 8 bậc, hệ
số chêm kín k
c

= 0,929. Tra trong bảng 10 [TL1], chọn hệ số điền dầy rãnh là k
đ
=
0,965.
Hệ số lợi dụng lõi sắt
k
ld
= k
c
.k
đ
= 0,929.0,965 = 0,896.
Từ cảm trong gông B
g
=
t
g
B
k
=
1 6
1 025
,
,
=1,561 (T) với B
t
là cường độ từ cảm
trong trụ, nếu chọn
t
B

lớn thì đường kính lõi thép nhỏ nhưng tổn hao lõi thép lớn vì
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 7
Đồ án môn học thiết bị điện
độ bão hòa của lõi thép tăng, nếu chọn
t
B
nhỏ thì lãng phí thép. Do đó phải chọn B
t

cho phù hợp.
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng của trụ:
iT
B
= B
t
= 1,62 (T),
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng của gông:
''
k
B
=
g
B =
1,561 (T)
Từ cảm ở khe hở không khí ở mối nối xiên:
'
k
B
=

t
B
2
=
1,6
2
= 1,131 (T).
Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 [TL1] với tôn chọn có mã hiệu
là 3405 ta tra được các số liệu sau:
Với B
t
= 1,6 T tra được p
t
= 1,15 (W/kg),q
t
= 1,526 (VA/kg).
Với B
g
= 1,561 T tra được p
g
= 1,074 (W/kg), q
g
= 1,383 (VA/kg).
Suất từ hoá ở khe không khí:
Với
''
kt
B
= 1,6 (T) tra được
''

kt
q
= 19200 VA/m
2
Với
''
kg
B
= 1,561 (T) tra được
''
kg
q
= 16800 VA/m
2
Với
'
k
B
= 1,131 (T) tra được
'
k
q
= 6000 VA/m
2
4. Các khoảng cách cách điện chính:
Chọn theo U
th1
= 55 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và U
th2
= 5 kV của cuộn thứ

cấp (hạ áp). Tra bảng 18 và 19 [TL1] 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.
- Bề dày cách điện hạ áp đến trụ
01
δ
= 4 x 0,5 mm
- Ống cách điện giữa cao áp và hạ áp
12
δ
= 5 mm.
- Dây quấn cao áp và cao áp a
22
= 20 mm.
- Tấm chắn giữa các pha
22
δ
= 3 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
= 45 mm.
5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tra trong bảng 13,
14 [TL1]:
a =
12
d
d
=
1,4; b =
2
2a
d
=0,31
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 8
Đồ án môn học thiết bị điện
Tra trong bảng 15 [TL1]: 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
= 0,9.
6. 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

=
12
.d
l
π
;
β
thay đổi từ 1,2 đến 2,4 (bảng 17-TL1)
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.
7. Đường kính của lõi thép:
Theo công thức (2-37) [TL1]
d = A.x
Trong đó x =

4
β

A là hằng số A = 0,507.
R r
4
2 2
nx t 1d
S a k
f U B k
'
. '
. . .
Với:
S
’
= 1066,7 (kVA)
a
R
= 0,049 (m)
f = 50 Hz

nx
U
= 6,93 %
B
t
= 1,6 (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
= 0,896. Từ đó ta có
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 9
Đồ án môn học thiết bị điện
A = 0,507.
4
2 2
1066 7 0 049 0 95
50 6 93 1 6 0 896
, . , . ,
. , . , . ,
= 0,261 (m)
d = 0,261.x
8. Trọng lượng tác dụng của lõi thép:
8.1 Trọng lượng thép trong trụ
G
t
=
1
A
x
+ A
2

.x
2
(theo CT 2-42 TL1 )
Với A
1
= 5,663.10
4
.a .A
3
.
ld
k
Trong đó d
12
= a.d suy ra a = d
12
/d
Với trị số hướng dẫn a = d
12
/d bằng 1,4 đối với dây quấn đồng, theo bảng 13
[TL1].
A
1
= 5,663.10
4
.1,4.0,261
3
.0,896 = 1263,002 (kg)
A
2

= 3,605.10
4
.A
2
.k
ld
.l
0
A
2
= 3,605.10
4
.0,261
2
.0,896.0,05 = 110,018 (kg)
Vậy G
t
=
1263 002,
x
+ 110,018.x
2
(1)
8.2 Trọng lượng thép trong gông
G
g
= B
1
.x
3

+ B
2
.x
2
theo CT 2-48 [TL1 ]
Với a = 1,4
k
g
là hệ số tăng cường tiết diện gông được chọn theo bảng 6 [TL1] ta được
k
g
= 1,025.
Trị số hướng dẫn b =
2
2a
d
tra bảng 14 [TL1] ta có b = 0,3; 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

.1,025.0,896.0,261
3
.(1,4 + 0,3 + 0,41)
= 826,889 (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
= 0,02 m
( a
12,
a
22
được chọn từ trước )

B
2
= 2,4.10
4
.1,025.0,896.0,261
2
.(0,02 + 0,02) = 60,059 (kg)
Vậy G
g
= 826,889.x
3
+ 60,059.x
2
(2)
Như vậy trọng lượng của lỏi thép :G
fe
= G
t
+ G
g
(3)
G
fe
=
1
A
x
+ (A
2
+B

2
).x
2
+ B
1
.x
3
=
2 3
1263 002
170 077x 826 889x
x
+ +
,
, ,
9. Trọng lượng kim loại làm dây quấn
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 10
Đồ án môn học thiết bị điện
G
dq
=
1
2
C
x
theo CT (2-55) [TL1]
Với C
1
= K

dq
.
2
2 2 2
f 1d t nr
S a
k k B U A
.
. . . .
, 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 [TL1] tra được k
f
= 0,9.
C
1
= 2,46.10
-2
2
2 2 2
3200 1 4
0 9 0 896 1 6 0 984 0 261
. ,
, . . . , . , . ,
= 1244,419 (kg)

G
dq
=
1
2
C
x

2
1244 419
x
=
,
(9)
10. Xác định các hằng số trong biểu thức giá thành cực tiểu của vật liệu tác
dụng:
B =
2
3
.
2 2
1
B A
B
+
=
2
3
.
60 059 110 018

826 889
+, ,
,
= 0,137
C =
1
1
A
3B
=
1263 002
3 826 889
,
. ,
= 0,509
D =
1
1
2 C
3 B
.
.
k
dqfe
.k
cd
=
2 1244 419
3 826 889
. ,

. ,
.2,19.1,06 = 2,329
Với k
dqfe
là hệ số quy đổi giá thành 1 kim loại đồng làm dây quấn về giá thành 1
kg sắt làm mạch từ. Tra bảng 16 [TL1] với thép cán lạnh 3405 làm mạch từ và dây
đồng làm dây quấn ta có k
dqfe
= 2,19.
k
cd
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
cd
=1,03.1,03 = 1,06
Ta có phương trình : x
5
+ Bx
4
- Cx - D = 0
⇔
x
5
+ 0,137x
4
- 0,509x – 2,329 = 0
Dùng phần mềm MATLAB để giải phương trình trên ta được nghiệm số thực x =
1,215. Từ đó ta có
4
2 179,

= =
x
β
Chọn
β
= 2,179 thì giá thành của máy biến áp thiết kế là nhỏ nhất, 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 = 1,215 ta tính được các thông số ở trên như sau.
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 11
Đồ án môn học thiết bị điện
- Trọng lượng thép trong trụ: G
t
=
1263 002,
x
+ 110,018.x
2
=
1263 002
1 215
,
,
+ 110,018.1,215
2
= 1201,92(kg)
- Trọng lượng thép trong gông: G
g

= 826,889.x
3
+ 60,059.x
2
= 826,889.1,215
3
+
60,059.1,215
2
= 1571,78 (kg).
- Trọng lượng lỏi thép: G
fe
= G
t
+ G
g
= 1201,92+1571,78= 2773,7(kg).
- Trọng lượng dây quấn : G
dq
=
1
2
C
x
=
2
1244 419
1 215
,
,

= 842,974 (kg).
11. Kiểm tra sơ bộ điều kiện phát nóng:
Theo công thức (2-71) [TL1] ta có:
x
max
≤
4,5.
1
f n
2 4 C
k P
.
, .
.
= 4,5.
2 4 1244 419
0,9 31500
, . ,
.
=1,461
Với C
1
= 1244,419
k
f
= 0,9
P
n
= 31500 (W) là tổn hao ngắn mạch
Từ đó ta có x = 1,215 < x

max
=1,461 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
=0,492.10
4
.1,025.0,896.0,261
3
x
3
=80,338 .x
3
(4)
(theo CT (2-66c) [TL1])
G
0
=80,338.1,215
3
= 144,095(kg).

13. Tiết diện tác dụng của trụ:
Theo công thức (2-68) [TL1], ta có
T
t
=
2
ld
d
k .
4
π
=0,785.k
1d
.A
2
.x
2
=0,785.0,896.0,261
2
.1,215
2
=0,048.x
2
=0,07(m
2
) (5)
14. Tổn hao không tải:
Theo công thức (5-23) [TL1] ta có:
P
0

= k
pf
. p
t
.(G
t
+G
0
.
2
k
p0
) + k
pf
.p
g
[G
g
- (N + 2).G
0
+
2
.Gk
0p0
], (W)
Trong đó
N là số lượng góc của mạch từ N = 4 đối với máy biến áp ba pha.
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 12
Đồ án môn học thiết bị điện

k
pf
là hệ số tổn hao phụ, tra bảng 48 [TL1] ta được k
pf
= 1,13
k
po
= k
n
.k’
po
+k
t
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 47 TL1 ta có: k
po
= 10,64
p
t

= 1,15 (W/kg); p
g
= 1,074 (W/kg); G
0
= 144,095 (kg) đã tính ở trên.
Vậy P
0
= 1,13.1,15.(G
t
+G
o
.
10 64
2
,
) + 1,13.1,074.[G
g
- (4 + 2)G
o
+
10 64
2
,
.G
o
]
P
0
= 1,299G
t

+ 1,214G
g
+6,088G
0
(6)
= 1,299.1201,92+1,214.1571,78+6,088. 144,095 = 4346,685 (W)
15. Công suất từ hoá của máy biến áp:
Theo công thức (5-31) [TL1] ta có
Q
0
=
if
k'
.
if
k''
.q
t
(G
t
+
2
io
k
G
o
) +
if
k'
.

if
k''
.q
g
[G
g
+
2
.
irig
kk
G
o
-(N+2)G
0
] +
if
k''
.
∑
q
k
.n
k
.T
k
Trong đó
if
k'
= 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
= 1,2
if
k'
= k
ib
.k
ic
= 1.1,2 = 1,2
if
k''
= k
ig
.k
ie
.k
it
= 1,07

q
t
= 1,526 (VA/kg); q
g
= 1,383 (VA/kg) là suất từ hoá của trụ và gông.
q
kt
= 19200 (VA/m
2
);q
kg
= 16800 (VA/m
2
)là những suất từ hoá ở những khe hở
không khí( bảng 50 [TL1])
k
ig
là hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông: k
ig
=1,08
k
ir
kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ, tra bảng 52b[TL1]
ta được k
ir
=1,18.
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
(bảng 53)
Q
0
=1,2.1,07.1,526.(G
t
+
2
45,42
G
o
) + 1,2.1,07 . 1,383 [ G
g
+
1 08 1 18
2
, . ,
.G
o
-(4+

2).G
o
] + 1,07.19200 .4.T
t
/
2
+ 1,07.16800.2.T
t

⇒
Q
0
= 1,96G
t
+ 1,78G
g
+ 32,06G
0
+ 94059,21T
t
(7)
=1,96. 1201,92 + 1,78.1571,78 + 32,06.144,095 + 94059,21. 0,071
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 13
Đồ án môn học thiết bị điện
= 16451,42 (VAr)
16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải:
Theo công thức (2-62) [TL1]
I
0

=
0
Q
10.S
=
16451,42
10.3200
= 0,514(%) (8)
17. Mật độ dòng điện trong dây quấn:
Theo công thức (2-70) [TL1]
∆
=
f n
Cu dq
k .P
K .G
=
dq
0,9.31500
2,4.G
=
6
dq
11812 5
10
G
,
.
A/m
2

(11)
Việc nâng cao mật độ dòng sẽ dẫn tới sự phát nóng của dây quấn.Bởi vậy khi
dùng dâu đồng với máy biến áp dầu thường chọn
∆
≤ 4,5.10
6
A/m
2
K là hằng số phụ thuộc vào điện trở suất dây quấn:
Cu
K
=2,4.10
-12
(trang 47-
[TL1]) đối với dây đồng.
17. Khoảng cách giữa hai trụ:
Theo công thức (2-46) [TL1]
C = d
12
+ a
12
+ 2a
2
+a
22
{Trị số hướng dẫn b =
2
2a
d
tra bảng 14 [TL1] ta có b = 0,3

Với 2a
2
= 0,3.d =0,3.A.x=0,3.0,261.x = 0,3.0,261.1,215 = 0.095
Với d
12
=a.d=1,4.0,261.1,215=0,444
Suy ra: C=0,444+0.02+0,095+0,02=0,579 (m)
18. Trọng lượng dây dẫn:
G
dd
= 1,03.1,03.G
dq
= 1,06.G
dq
(10)
19. Giá thành vật liệu tác dụng:
Theo công thức (2-59), [TL1] ta có
td
C'
= B
1
x
3
+ (B
2
+ A
2
).x
2
+

1
A
x
+ k
dq.fe
.k.
2
1
x
C
Với k = 1,03.1,03 = 1,06
Tra bảng 16 [TL1] ta được k
d.fe
= 2,19
td
C
'
= 826,889 x
3
+ (60,059 + 110,018).x
2
+
1263 002
x
,
+ 2,19.1,06.
2
1244 419
x
,

=826,889.1,215
3
+170,077.1,215
2
+
1263 002
1 215
,
,
+
2
2888 79
1 215
,
,
= 4730,575
20. Hàm số kinh tế C
akt
:
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 14
Đồ án môn học thiết bị điện
- C
akt
là chỉ số kinh tế đánh giá về giá thành, chi phí vật liệu cho việc sản xuất ra
một đơn vị sản phẩm, nó biểu thị cho mức độ thay đổi đơn giá của sản phẩm: C
akt
=
C

T
.G
fe
+ C
Cu
.G
dd
.
⇒
C
akt
= ( 70.G
Fe
+ 130.G
Cu
).10
3
(VNĐ) . (12)
+ C
T
: giá tiền của 1 kg thép , C
T
= 70.000 đ/kg .
+ C
Cu
: giá tiền của 1 kg đồng, C
Cu
= 130.000 đ/kg .

21. Bảng giá trị tối ưu các đại lượng cơ bản tính toán theo hệ số hình dáng β:

Từ các số liệu tính toán ở trên ta cho
β
thay đổi từ 1,2 đến 2,8 ta được bảng sau:
Bảng 1 : Bảng xác định giá trị β tối ưu .
β
1,2 1,6 2,0 2,4 2,8
x =
4
β
1,047 1,125 1,189 1,245 1,294
x
2

=
4
2
β
1,095 1,265 1,414 1,549 1,673
x
3
=
4
3
β
1,147 1,423 1,682 1,928 2,165
G
t
=
1263 002,
x

+ 110,018.x
2
(1)
1326,775 1261,841 1217,804 1184,877 1160,105
G
g
= 826,889.x
3
+ 60,059.x
2
(2)
1014,206 1252,638 1475,751 1687,273 1890,693
G
fe
= G
t
+ G
g
(3)
2340,891 2514,479 2693,555 2872,15 3050,798
G
0
= 80,338 .x
3
(4)
92,148 114,321 135,129 154,892 173,932
T
t
= 0,048.x
2

(5)
0,053 0,061 0,068 0,074 0,080
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 15
Đồ án môn học thiết bị điện
P
0
= 1,299G
t
+1,214G
g
+6,088G
0
(6)
3515,724 3855,820 4196,154 4530,487 4861,176
Q
0
=1,96G
t
+1,78G
g
+
32,06G
0
+ 94059,21T
t
(7)
11771,13 14105,65 15741,99 17251,92 18740,24
0
0

Q
I % .%
10.S
=

(8)
0,37 0,44 0,49 0,54 0,59
G
dq
=
1
2
C
x

2
1244 419
x
=
,

(9)
1136,456 983,73 880,07 803,369 743,825
G
dd
= 1,06.G
dq
(10)
1204,643 1042,754 932,874 851,571 788,455
6

dq
11812 5
10
G
∆ =
,
.

(11)
3,22
3,46 3,66 3,83 3,99
C
akt
= ( 70.G
Fe
+ 130.G
dd
)
(12)
320465,9
6
311571,5
5
309822,4
7
311754,7
3
316055,0
1
22. Nhận xét:

Dựa vào bảng biến thiên, với mức tổn hao không tải P
o
= 4900 W và dòng không
tải i
o
= 0,6 % ta thấy các phương án đã tính thì phương án có hệ số
β
= 2,179 ứng với
giá thành nhỏ nhất khả thi vì với máy biến áp có S= 3200kVA thì
β
biến thiên từ 1,2
đến 2,8. {Bởi vậy với sai số của C’
td
là 1% so với giá trị nhỏ nhất ta có thể lấy
β
= 2
- Theo bảng 17 [TL1], với S = 3200 kVA thì hệ số hình dáng β được chọn từ 1,2
÷ 2,8; xét trực quan trên bảng 1 giá trị ta nhận thấy C
akt
đạt giá trị tối ưu là: 309822,47
(đơn vị qui ước) ở β = 2, với P
0
=4196,154 W < 4900 W. Hệ số β = 2 tuy lớn nhưng đạt
các chỉ tiêu về kỹ thuật như dòng không tải , tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch,
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 16
Đồ án môn học thiết bị điện
phù hợp với nhu cầu chế tạo MBA theo xu hướng hiện nay, chiều cao và trọng lượng
của MBA giảm. Vậy ta chọn β = 2.
23. Tính toán lại các kích thước chủ yếu và các tổn hao :

23.1. Đường kính trụ

4
d A.x 0,261. 2 0,31(m)= = =
Chọn: d = 0,31 m .
Tính lại trị số β:
4
4
d 0,31
2
A 0,261
 
 
= = =
 ÷
 ÷
 
 
β
Ta có :

4
4
x 2 1,189
= = =
β

2 2 24
4
x 2 1,414

= = =
β

3 3 3
4
4
x 2 1,682
= = =
β
23.2. Đường kính trung bình của rãnh dầu giữa các cuộn dây
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 17
Đồ án môn học thiết bị điện
d
12
= 1,4.d = 1,4.0,31 = 0,434 m.
23.3. Chiều cao cuộn dây

12
.d 3,14.0,434
l 0,68
2
= = =
π
β
m
23.4. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt :

2 2
T ld

.d 3,14.0,31
T k 0,896. 0,068
4 4
= = =
π
2
m

23.5. Khối lượng của trụ

2
t
1263,002 1263,002
G 110,018.x 110,018.1,414 1217,804
x 1,189
= + = + =
23.6. Khối lượng gông
G
g
= 826,889.x
3
+ 60,059.x
2
= 826,889.1,682 + 60,059.1,414
=

1475,751 kg
23.7. Khối lượng sắt
G
fe

= G
t
+ G
g
=1217,804+1475,751= 2693,555 kg
23.8. Khối lượng dây quấn
G
dq
=
1
2
C
x
=
2
1244,419 1244,419
880,07
x 1,414
= =
kg
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 18
Đồ án môn học thiết bị điện
23.9. Mật độ dòng điện
f n
Cu dq
k .P
K .G
∆ =
=

0,9.31500
2,4.880,07
= 3,66 A/mm
2
.
23.10. Trọng lượng của dây dẫn kể cả lớp cách điện
G
dd
= 1,06.G
dq
= 1,06.880,07 = 932,87 kg
23.11. Tổn hao không tải

P
0
= 1,299G
t
+1,214G
g
+6,088G
0
=1,299.1217,804+1,214.1475,751+6,088.135,129=4196,154 W
23.12. Dòng điện không tải %
I
0
% =
Q
10 S.
.%
Trong đó :

Q : công suất từ hóa
Q = 1,96G
t
+1,78G
g
+ 32,06G
0
+ 94059,21T
t

=1,96.1217,804+1,78.1475,751+32,06.135,129+94059,21.0,068

=15741,99 VAr

⇒
I
0
% =
15741,99
10.3200
.% = 0,49 %.
23.13. Kiểm tra ứng suất kéo

3
.xM
r
=
σ
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 19

Đồ án môn học thiết bị điện
Theo công thức 2-76 [TL1]
M
cu
= 0,244.10
6
−
.k
n
.k
f
.k
r
.
.
n
P
a A
Với k
n
=1,14.
100
n
U
.
nr
nx
U
U
1 e

−Π
 
+
 ÷
 ÷
 
.
=1,14.
(
)
6 93
100
1
7
−Π.0,984
+
,
. e
=26,71.
⇒
M
cu
=0,244. 10
6
−
.26,71.0,9.0,95.
3
31 5 10
1 4 0 261
−

, .
, . ,
=4,822
Vậy:
t
σ
= 4,822.1,682 = 8,11 MN/m
2
< 60 MN/m
2
. Thỏa mãn điều kiện cho
phép.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÂY QUẤN CỦA MÁY BIẾN ÁP
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 20
Đồ án môn học thiết bị điện
I. Các yêu cầu chung đối với dây quấn :
Các yêu cầu chung có thể chia làm 2 loại : yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế
tạo .
1. Yêu cầu vận hành về các mặt điện, cơ và nhiệt :
a. Về mặt điện
Khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp do đó cách điện MBA
phải tốt nghĩa là phải chịu điện áp khi làm việc bình thường và quá điện áp khi
đóng ngắt mạch điện hay do sét. Ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt với điện
áp làm việc bình thường, thường chủ yếu cách điện chính của MBA, tức là cách
điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa các dây quấn với vỏ máy; còn
quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của
MBA tức là giữa các vòng dây giữa các lớp dây hay giữa các bánh dây.
b. Về mặt cơ học :

Dây quấn không được biến dạng và hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do
dòng ngắn mạch gây ra.
c. Về mặt chịu nhiệt :
Khi vận hành bình thường cũng như khi ngắn mạch dây quấn không có nhiệt độ
quá cao.
2. Yêu cầu về chế tạo :
Dây quấn chế tạo đơn giản tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời gian chế tạo
nhanh, giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo về mặt vận hành.
Dây quấn máy biến áp là một bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và
truyền tải năng lượng đi.
Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến áp
thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ.
a. Dây quấn đồng tâm :
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 21
Đồ án môn học thiết bị điện
Cuộn hạ áp và cao áp quấn thành những hình ống đồng tâm, khi bố trí thường
cuộn HA đặt trong cùng cuộn CA đặt ngoài cùng. Vì sẽ dễ dàng rút đầu dây điều
chỉnh điện áp cũng như giảm kích thước cách điện với trụ.
b. Dây quấn xen kẽ :
Cuộn CA và HA quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ do đó
giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch, dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang
nên tản nhiệt tốt hơn. Tuy nhiên, dây quấn xen kẽ kém vững chắc hơn dây quấn
đồng tâm, mặt khác dây quấn xen kẽ có nhiều mối hàn giữa các bánh dây.
II. 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
= 4,44.50.1,6.0,068 = 24,15 (V)
2. Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp:

t2
f 2
2
v v
U U
231
W 9,56
U U 24,15
= = = =
(vòng)
U
t2
là điện áp trên một trụ của dây quấn thứ cấp: U
t2
= U
f2
= 231V
Chọn : W
2
= 10 vòng.
Điện áp thực của mỗi vòng dây U
v
=
231
10

= 23,1(V)
3. Cường độ tự cảm thực trong cuộn dây:

v
T
T
U
B
4,44.f.T
=
=
23,1
1,53
4,44.50.0,068
=
T
4. Mật độ dòng điện trung bình:
4 6
n v
tb f
12
.10
P .U 31500.23,1
0,746.k . 0,746.0,9. 3,52.10
S.d 3200.0,434
∆ = = =
A/m
2
= 3,52 A/mm
2

5. Tiết diện vòng dây sơ bộ:
Theo công thức 3-10 [TL1]:
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 22
Đồ án môn học thiết bị điện

'
t
2
tb
1312,16
I
4618,802
T
3,52
=
∆
= =
mm
2
I
t
= I
2
= 4618,802 A : dòng điện pha trong cuộn dây trên 1 trụ.
- Theo Bảng 38 [TL1], với máy biến áp công suất S = 3200 kVA>160kVA, I
2
>300 A, U
2
= 0,4 kV, T

2
’
= 5,04 mm
2
trở lên, ta chọn loại dây dẫn đồng hình chữ nhật
nhiều lớp, hình xoắn mạch kép. Dựa vào Bảng 30 [TL1], ta chọn số đệm cách điện
giữa các bánh dây là 14.
6. Chiều cao hướng trục sơ bộ mỗi vòng dây.

2
r
v2
L2
l 0,68
h h 0,005 0,0568
W 1 10 1
= − = − =
+ +
m = 56,8 mm .
h
r
: chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ. Theo Bảng 54a [TL1], ta có:
h
r
= 5mm .
7. Chọn dây dẫn:
- Theo Bảng 21 [TL1] căn cứ vào: h
v2
= 56,8 mm ; T
’

2
= 1312,16 mm
2
. Ta chọn
tiết diện dây gồm 14 sợi song song chia thành 2 nhóm (dây quấn hình xoắn kép), mỗi
nhóm 7 sợi có rãnh dầu ngang ở giữa 2 nhóm là 5mm.
- Kích thước dây quấn chọn được viết như sau :
Mã hiệu dây quấn :
v2
' '
a b
n
a b
×
×
×
; T
d2
Hay: ПБ.14
5,6 18
6,1 18,5
×
×
×
; 99,9
Trong đó: ПБ là mã hiệu dây dẫn đồng tiết diện hình chữ nhật tiêu chuẩn .
n
v2
= 14 : số sợi chập.
T

d2
: tiết diện tiêu chuẩn của mỗi sợi chập.
a: chiều dày dây dẫn tiêu chuẩn .
b: chiều rộng dây dẫn .
a
’
= a + 2.
δ
= 5,6 + 0,5 = 6,1 mm.
b
’
= b + 2.
δ
= 18 + 0,5 = 18,5 mm.
2.δ = 0,5 mm là chiều dày cách điện hai phía theo tiêu chuẩn.
a
2
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 23
Đồ án môn học thiết bị điện
b’
h
r

b

a’ a
Hình 2.1: Tiết diện một vòng dây của dây quấn HA.
8. Tiết diện thực mỗi vòng dây:
T

2
= n
v2
.T
d2
= 14.99,9 = 1398,6 (mm
2
).
9. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây:
h
v2
= 2b’ + h
r
= 2.18,5 + 5 = 42 mm
10. Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp:

2
∆
=
2
2
I
T
=
4618 802
1398 6
,
,
= 3,3 A/mm
2

.
11. Chiều cao thực của dây quấn hạ áp
Để bù cho dây quấn cao áp do phải cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh điện áp, ta
bố trí thêm 6 rãnh dầu ngang mỗi rãnh 10 mm ở giữa chiều cao dây quấn hạ áp, do đó
chiều cao thực của dây quấn hạ áp là:
Theo công thức 3-23c[TL1]:(hình xoắn mạch kép)
l
2
= 2.b’.10
-3
.(W
2
+ 1) + k.h
r
.(2.W
2
+ 1).10
-3
= 2.18,5.10
-3
.(10 + 1) + 0,95.5.(2.10 + 1 - 6).10
-3
+ 6.10.0,95.10
-3

= 0,535 m = 535 mm.
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 24
Đồ án môn học thiết bị điện
Hệ số k là kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây, chọn k =

0,95 .
12. Bề dày dây quấn hạ áp
Theo công thức 3-24[ TL1] :

3 3
v2
2
n
14
a .a'.10 .6,1.10 0,0427
n 2
− −
= = =
m = 4,27 cm.
n = 2 đối với dây quấn hình xoắn mạch kép.
a’: chiều dày dây quấn khi có cách điện.
13. Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
Theo công thức 3-25[TL1]
D
2
’ = d+2.a
01
. 10
-3

Với a
01
là khoảng cách giữa 2 lớp của dây quấn hạ áp, U<1000V nên ta chọn
a
01

= 17,5mm (bảng 18); d = 0,31 m (đường kính trụ)

⇒
D’
2
= 0,31+2.0,0175 = 0,345 (m).
14. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp
Theo công thức 3-26 [TL1]
D’’
2
= D’
2
+ 2.a
2
= 0,345+2.0,0427 = 0,43 (m)
15. Bề mặt làm lạnh của dây quấn
Theo công thức 3-27c[TL1]
M
2
= 4.t.k.π.(D
’
2
+ a
2
).(a
2
+ b’.10
-3
).W
2

= 4.3.0,75.π.(0,345 + 0,0427).(0,0427+ 18,5.10
-3
).10 = 6,7 m
2
Trong đó:
+ n: là rãnh dầu dọc trục của dây quấn hạ áp và ta lấy n=1
+ t: số trụ tác dụng (t=3)
+ k = 0,75 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt của dây quấn của que nêm và
các chi tiết cách điện khác.
16. Trọng lượng dây quấn thứ cấp (hạ áp)
GVHD: Ts Đoàn Đức Tùng
SVTH : Bùi Duy Phương-Lớp: ĐKT_32B Trang 25