Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu.DOC

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Lời nói đầu
Máy điện là một loại hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên
quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Mạch
điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tơng đối với nhau
cùng bộ phận mang chúng.
Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điện từ dùng để biến
đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có
điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến
đổi từ trờng để sinh ra sức điện động cảm ứng trong dây quán thực hiện
bằng phơng pháp điện.
Mặt khác, máy biến áp nó còn có vai trong quan trọng trong nền kinh
tế quốc dân nh trong công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, các hệ
điều khiển.
ở đây trong đồ án thiết kế máy biến áp ngâm dầu này của em đợc
làm theo trình tự sau:
Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp
Tính toán sơ bộ và chọn các kích thớc chủ yếu
Tính toán dây quấn máy biến áp
Tính toán ngắn mạch
Tính toán kết cấu mạch từ
Tính toán nhiệt
Phần chuyên đề: So sánh công nghệ mới và hiệu quả của nó
Trong quá trình thiết kế môn học vì thời gian có hạn và kiến thức còn
hạn chế. Nên việc tính toán không khỏi thiếu sót. Mong các thầy, cô cho
nhận xét để đồ án này đợc hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn
Đức Sỹ đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em để hoàn thành tốt đồ án
này và hoc em đợc học hỏi nhiều vấn đề về máy biến áp trong thời gian
khai thác.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
1

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, ngày tháng năm 2004
Ngời thiết kế
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Chơng i: Khái niệm chung về thiết kế máy
biến áp
I.1. Đại cơng
Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống
điện. Để truyền tải điện năng từ các trạm phát điện đến các hộ tiêu thụ cần
phải có đờng dây tải điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất và hộ tiêu thụ
lớn thì một vấn đề rất lớn đặt ra và cần đợc giải quyết là: Việc truyền tải
điện năng đi xa làm sao cho kinh tế.
Nh ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đờng dây nếu điện
áp đợc tăng cao thì dòng điện chạy trên đờng dây sẽ giảm xuống, nh vậy có
thể làm tiết diện dây nhỏ đi do đó trọng lợng và chi phí dây sẽ giảm xuống.
Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm đợc kim
loại màu trên đờng dây ngời ta phải dùng điện áp cao đờng 35, 110, 220 và
500KV. Trên thực tế các máy phát điện không có khả năng phát ra những
điện áp cao nh vậy thờng chỉ 3 đến 21KV là cùng, do đó cần phải có thiết bị
để tăng áp ở đầu đờng dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thờng yêu cầu điện
áp thấp từ 0,4 đến 6KV do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống.
Những thiết bị dùng để tăng áp ở đầu ra của máy phát tức là ở đầu đờng dây
dẫn điện và giảm điện áp tới hộ tiêu thụ tức là cuối đờng dây dẫn đợc gọi là
máy biến áp. Thực ra trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phân phối
công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý thờng
phải qua 4 5 tầng tăng giảm điện áp nh vậy. Do đó tổng công suất của
máy biến áp trong hệ thống điện lực thờng gấp 4 5 lần công suất của

trạm phát điện. Những máy biến áp (MBA) dùng trong hệ thống điện lực
gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất. Từ đó ta thấy rõ
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
3
Máy phát
điện
Tăng áp Giảm áp
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lợng chứ
không phải là biến hoá năng lợng.
Ngoài máy biến áp điện lực còn có nhiều loại máy biến áp dùng
trong các ngành chuyên môn nh máy biến áp chuyên dùng cho các lò điện
luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng trong thiết bị chỉnh lu,
máy biến áp dùng cho đo lờng, thí nghiệm
Khuynh hớng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế toạ
những máy biến áp có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên
liệu mới để giảm trọng lợng và kích thớc máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng
loại thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lịa ít do đó
nâng cao đợc hiệu suất của máy biến áp. Khuynh hớng dùng dây nhôm thay
dây đồng vừa tiết kiệm đợc dây đồng vừa giảm đợc trọng lợng máy cũng
đang phát triển.
ở nớc ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình
lập lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất đợc một khối lợng máy biến áp khá
lớn và nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở
trong nớc và xuất khẩu.
I.2. Định nghĩa và nguyên lý làm việc.
Ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 có W
1
vòng
dây, dây quấn 2 có W

2
vòng dây đợc quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một điện
áp U
t
xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i
1
, trong lõi thép
sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra sức
điện động e
1
và e
2
. Dây quấn hai sẽ có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i
2
đầu ra.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Tải với dòng điện là U
2
. Nh vậy năng lợng của dòng điện xoay chiều
đã đợc truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông
do nó sinh ra cũng là một hàm hình sin. =
m
sint.
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn
1 và 2 sẽ là:
( )
1 1 1

1 m
1
d d .sin t
e W . W .
dt dt
W . . .cos t 1
2E .sin
2

= =
=


=


( )
m
2 2 2
2 m
2
d .sin t
d
e W . W .
dt dt
W . . .cos t 2
2E .sin
2

= =
=


=


Trong đó:
1 m
i
E
E
2

= =
4,44. F. W
1
.
m
. (3)
2 m
2
E
E
2

= =
4,44. F. W
2
.

m
. (4)
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Các biểu
thức (1) và (2) ta thấy sức điện động trong dây quấn chậm pha so với từ
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
thông sin ra nó một góc
2

. Dựa vào biểu thức (3) và (4) ngời ta định nghĩa
tỉ số biến đổi củ máy biến áp nh sau:
1 1
2 2
E W
K
E W
=
Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E
1
= U
1
; E
2
=
U
2
sauy ra:
1 1
2 2

E U
K
E U
=
Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có định nghĩa máy
biến áp nh sau: máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa
trên nguyên lý cảm ứng điện tử biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều
ở diện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với
tần số không thay đổi. Máy biến áp có hai đây quấn gọi là máy biến áp hai
dây quấn. Dây nối với nguồn để thu năng lợng gọi là dây quấn sơ cấp, ở
máy biến áp 3 dây quấn 6 dây sơ cấp và thứ cấp còn dây quấn thứ 3 với điện
áp trung bình. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều 1 pha gọi là máy
biến áp một phat, 3 pha gọi là 3 pha, ngâm trong đầu gọi là máy biến áp
dầu
I.3. Các đại lợng định mức
Các đại lợng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật
của máy. Các đại lợng này do nhà chế tạo quy định và thờng ghi trên nhãn
máy biến áp.
1. Dung lợng hay công suất định mức S
đm
.
Là công suất toàn phần hay biểu kiến đa ra ở dây quấn thứ cấp của
máy biến áp. Đơn vị KVA hay VA
2. Điện áp sơ cấp định mức: U
1đm
Là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng V hay KV. Nếu dây quấn sơ
cấp có các đầu phân nhánh thì ngời ta ghi cả điện áp định mức của đầu phân
nhánh.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
6

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
3. Điện áp dây thứ cấp định mức: U
3đm
Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải và điện
áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Đơn vị là: KV, V
4. Dòng điện dây định mức sơ cấp: I
1đm
và thứ cấp I
2đm
Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công
suất và điện áp định mức. Đơn vị: A, KA
Có thể tính nh sau:
đm đm
1đm 2đm
1đm 2đm
S S
I ; I ;
U U
= =
Đối với máy biến áp ba pha:
đm đm
1đm 2đm
1đm 2đm
S S
I ; I ;
3.U 3.U
= =
5. Tần số định mức: Hz
Thờng máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz
Ngoài ra trên nhãm máy còn ghi những số liệu khác nh: số pha, sơ đồ

và tổ đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch U
n
% chế độ làm việc ngắn hạn hay
dài hạn phơng pháp làm lạnh.
Sau cùng hiểu rằng khái niệm định mức còn bao gồm cả tình trạng
làm việc định mức của máy biến áp nữa mà có thể không ghi trên nhãn máy
nh: định mức, độ chênh lệch định mức, nhiệt độ định mức của môi trờng
xung quanh.
1.4. sử dụng vật liệu trong chế tạo
Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các
đặc tính cũ máy biến áp nh giảm tổn thao năng lợng, kích thớc, trọng lợng,
tăng độ tin cậy của nó. Khuynh hớng chung thờng thay vật liệu quý hiếm
bằng những vật liệu rẻ tiền và dễ tìm kiếm hơn nh dùng dây nhôm thay dây
đồng trong máy biến áp công suất nhỏ và trung bình là một ví dụ.
Vật liệu dùng trong máy biến áp thờng là:
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Vật liệu tác dụng: dùng để dẫn điện nh dây quấn, dẫn từ nh lõi
thép
Vật liệu cách điện: dùng để cách điện giữa các cuộn dây hay giữa
các cuộn đây với các bộ phận khác bằng các vật liệu nh catong,
chất cách điện, sứ, dầu biến áp
Vật liệu kết cấu: dùng để giữ bảo vệ máy biến áp nh bulong, vỏ
máy
Việc thay đổi vật liệu dùng đôi khi làm thay đổi quá trình công nghệ
quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp. Cho nên điều đó liên
quan chặt chẽ đến tiến bộ của quá trình công nghệ.
+ Vật liệu quan trọng trớc tiên trong ngành chế tạo máy biến áp là
tôn Silic hay còn gọi là thép kỹ thuật điện

+ Vật liêu tác dụng thứ hai là kim loại dây quấn. Trong nhiều năm
đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi
gì. Vì nh ta đã biết đồng có điện trở suất rất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công
(hàn, quấn) bảo đảm độ bền cơ điện tốt. Gần đây ngời ta có dùng nhôm
thay thế đồng làm dây quấn. Nhôm có u điểm là nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn, nhng
tất nhiên có nhợc điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn, độ
bền cơ cũng kém hơn và lại rất khăn trong việc hàn nối. Khi dùng nhôm
thay đồng để đảm bảo đợc công suất tơng đơng thì thể tích nhôm tăng lên,
giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện,
sơn tẩm. Tăng lên. Những khoản đó tăng thì đợc bù lại bởi giá thành
nhôm rẻ hơn. Nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng nhôm và
dây đồng thực tế không khác nhau là bao nhiêu.
+ Vật liệu cách điện phần lớn các máy biến áp dùng dây quấn có
cách điện bằng giấy cáp, thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho
phép +150
0
C. Với chiều dày cách điện cả hai phía 0,45 0,5mm. Việc
dùng dây dẫn có cách điện cao hơn E, B, F không có ý nghĩa lắm vì nhiệt
độ cho phép của dây quấn máy biến áp đợc quy định không chỉ ở cấp cách
điện của vật liệu cách điện mà còn ở nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây
quấn nữa. Một loại cách điện hay dùng bọc dây nữa là men cách điện
(emay). Song ngời ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng dây
cách điện cao hơn nữa. Vì một lý do nữa là nhiệt độ cho phép càng cao thì
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho
hiệu suất của máy giảm xuống đáng kể. Để cách điện các bộ phận mang
điện với bộ phận không mang điện của máy ngời ta dùng vật liệu cách điện.
Khi máy làm việc do tác động củ nhiệt độ, chấn động và các tác động lý

hoá khác cách điện sẽ bị lão hoá nghĩa là mất dần các tính bền về điện và
cơ. Thực nghiệm cho biết khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép
8 10
0
C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện khoảng 15 20 năm. Vì vậy
khi sử dụng máy điện tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một
thời gian dài.
Vật liệu kết cấu dùng để chế tọ các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc
kết cấu máy theo dạng cần thếit đảm bảo cho máy làm việc bình thờng. Ngời
ta thờng dùng gang thép các loại, hợp kim và các vật liệu bằng chất dẻo.
1.5. các kết cấu chính của máy biến áp.
Máy biến áp thờng dùng các phần chính sau:
- Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) và các kết cấu của nó, dây quấn, hệ
thống làm lạnh và vỏ máy.
1. Lõi sắt và kết cấu của nó
Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp. Đồng
thời làm khung để quấn dây. Lõi sắt gồm các lá thép Silic ghép lại đợc ép
bằng xà ép và bu lông tạo thành khung máy biến áp. Trên đó còn bắt các
giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sức xuyên hoặc các ty để nắp máy ở các
máy biến áp dầu toàn bộ lõi sắt có quấn dây và các dây dẫn ra đợc ngâm
trong thùng đựng dầu máy biến áp gọi là ruột máy. Các máy biến áp cỡ nhỏ,
ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu xúc rửa, lắp ráp,
sửa chữa. Với máy biến áp công suất 1000KVA trở lên vì ruột máy rất nặng
nên đợc bắt cố định với đáy thùng và lúc lắp ráp sửa chữa thì phải nâng vỏ
thùng lên khỏi đáy và ruột máy. Lõi sắt gồm hai phần: trụ T và gông G. Trụ
là phần lõi có lồng dây quấn, gông là phần lõi không có dây quấn dùng để
khép mạch từ giữa các trụ.
2. Dây quấn.
Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lợng vào và
truyền tải năng lợng đi. Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối

với lới điện áp thấp và cuộn CA nối với lới điện cao hơn. ở máy biến áp có
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ 3 với điện áp
trung bình gọi la TA. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều một pha
gọi là máy biến áp một pha. Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay
chiều 3 pha gọi là máy biến áp 3 pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là
máy biến áp dầu. Máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp
khô.
3. Hệ thống làm lạnh và vỏ máy.
Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng l-
ợng làm cho máy biến áp nóng lên. Muốn máy biến áp làm việc đợc lâu dài
phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình
làm nguội máy biến áp. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc
bằng dầu máy biến áp. Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi là
máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp
dầu. Hầu hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây
quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tợng đối lu.
Nhiệt lợng từ vách thùng lại truyền ra không khí xung quanh bằng phơng
pháp đối lu và bức xạ. Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh đợc tăng lên cho phép
tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng đợc công suất máy biến áp.
Máy biến áp có công suất từ (10 16).10
3
KVA thờng phải tăng cờng làm
nguội bằng sự đối lu cỡng bức bằng quạt gió. Để đảm bảo dầu trong máy
luôn luôn đầy trong quá trình làm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ
hình trụ thờng đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng ống dẫn dầu. Tuỳ
theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do trong bình dầu phụ,
không ảnh hởng đến lợng dầu máy biến áp. Vì vậy bình dầu phụ còn đợc

gọi là bình dầu giãn nở.
Trên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây
quấn trong máy biến áp với lới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết bị đo
nhiệt độ biến áp, móc treo mặt khác dầu máy biến áp ngoài tác dụng làm
lạnh con ngời là một chất cách điện tốt, nhng nhợc điểm là dầu máy biến áp
đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn. Vì vậy trong nhiều
trờng hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp.
1.6. mục đích yêu cầu và nhiệm vụ.
Để đảm bảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến
áp sẽ lần lợt tiến hành theo thứ tự.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
1. Xác định các đại lợng cơ bản.
Tính dòng điện pha, điện áp pha của dây quấn
Xác định điện áp thử của các dây quấn
Xác định các thành phần của đợc ngắn mạch
2. Tính toán các kích thớc chủ yếu.
Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt
Chọn loại và mã hiệu tôn silic cách điện của chúng. Chọn cờng độ
từ cảm lõi sắt
Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách điện chút củ cuộn dây
Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thớc chủ yếu
theo trị số i
0
, P
0
, O
n
, P

n
đã cho.
Xác định đờng kính trụ, chiều cao dây quấn. Tính toán sơ bộ lõi
sắt
3. Tính toán dây quấn CA và HA
Chọn dây quấn CA và HA
Tính cuộn dây HA
Tính cuộn dây CA
4. Tính toán ngắn mạch.
Xác định tổn hao ngắn mạch
Tính toán điện áp ngắn mạch
Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch
5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của
máy biến áp.
Xác định kích thớc cụ thể của lõi sắt
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Xác định tổn hao không tải
Xác định dòng điện không tải và hiệu suất
6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp.
Quá trình truyền nhiệt trong máy biến áp
Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp
Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh
Tính toán nhiệt máy biến áp
Tính toán gần đúng trọng lợng và thể tích bộ gián dầu
7. Tính toán và lựa chọn một số chỉ tiêu kết cấu.
Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan
trọng nh bulong ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng,
bình dầu giãn nở, bộ phận tản nhiệt.

Chơng ii: Tính toán các kích thớc chủ yếu.
Ii.1. xác định các đại lợng cơ bản
1. Dung lợng một pha
'
đm
f
S
400
S
m 3
= =
= 133,333 [KVA]
2. Dung lợng trên mỗi trụ
'
đm
t
S
400
S
t 3
= =
= 133,333 [KVA]
3. Dòng điện dây định mức.
+ Đối với phía cao áp.
3
đm
2đm
3
2
S

400.10
I
3.U 3.22.20
= = =
10, 5 [A]
+ Đối với phía hạ áp.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
3
đm
1đm
3
1
S
400.10
I
3.U 3.0,4.20
= =
57,35 [A]
4. Dòng điện pha định mức.
Vì dây quấn nối /Y
0-11
nên
2
2f
I
10,5
I
3 3

= =
= 6,062 (A)
1f 1
I I=
= 577,35 (A)
5. Điện áp pha định mức.
+ Đối với phía CA: U
2f
= U
2
= 22.000 (V)
+ Đối với phía HA:
3
1
1f
U
0,4.10
U
3 3
= =
= 230,9 (V)
6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn
Theo bảng (2) ta tra đợc: U
t2
= 55 [KV]
U
t1
= 5 [KV]
ii.2. chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thớc chủ
yếu.

7. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA
Với U
t2
= 55[KV] theo bảng 19 TKMBA thầy Phan Tử Thụ ta tra:
a
12
= 18 (mm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA

12
= 5 (mm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA
d
2
= 30 (mm): chiều dài đầu thừa
a
22
= 18 (mm): khoảng giữa cuộn CA và CA

22
=3(mm): trụ và dây quấn HA
lo
2
= 45 (mm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông.
8. Các hằng số tính toán a, b có thể lấy gần đúng
Theo bảng 13, 14 của thầy Phan Tử Thụ ta tra đợc:
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
a = 1,38
b = 0,34
9. Hệ số K

f
= 0,93 (theo bảng 15): là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây
quấn.
10. Hệ số a
r
đối với một dãy công suất và diện rộng:
Nói chung thay đổi rất ít.
1 2
r 12
a a
a a
3
+
= +
Trong đó:
2
4
1 2
a a
K. S'.10
3

+
=
Với K = 0,52 (theo bảng 12)
Vậy:
2
1 2
4
a a

0,52. 133,333.10
3

+
=
=0,0177 (m)
a
r
= 0,018 + 0,0177 = 0,0357 (m)
11. Hệ số quy đổi từ trờng tản lấy: K
r
= 0,95
12. Các thành phần điện áp ngắn mạch.
n
nr
P
5500
U % 1,37%
10.S" 10.400
= = =
2 2 2 2
nx n nr
U % U % U % 40 1,375 3,756%= = =
13. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm
Theo bảng 11 Phan Tử Thụ ta có:
B
t
= 1,62T
Hệ số gang: K
g

= 1,015 (theo bảng 6 Phan Tử Thụ)
ép trụ bằng nêm với dây quấn, ép gông bằng xà ép, không dùng
bulong xuyên qua trụ và gông. Sử dụng lõi thép có 4 nối ghép nghiêng ở 4
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
14
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
góc của lõi, còn 2 nói ghép ở giữa dùng nối ghép thẳng lá tôn. Làm nh vậy
để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hớng.
Phơng pháp ghép hiện đại nhất hiện nay là ghép chéo góc cho tỏn
thao trong mạch từ nhỏ nhấ. Kết cấu mạch từ kiểu không gian nh trên rất
tiện cho sản xuất hàng loạt và công tác sửa chữa vì rất dễ cơ khí hoá, tự
động hoa và dễ tháo dỡ, lắp ráp.
Theo bảng 4 Phan Tử Thụ ta chọn số bậc thang trong trụ là 6, số bậc
thang của gông lấy bằng 5 bậc.
Hệ số chêm kích K
c
= 0,931 (theo bảng 4 Phan Tử Thụ): không có
tấm sắt ép trụ
Hệ số điền dầy K
d
= 0,92 (theo bảng 10 Phan Tử Thụ): không phủ hai
lợt sơn cách điện
Vậy hệ số lợi dụng: K
ld
= K
c
. K
d
= 0,913. 0,92 = 0,839
Từ cảm trong gông:

( )
t
g
g
B
1,62
B 1496 T
K 1,015
= = =
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng
B
K
= B
t
= 1,62 (T)
Mối nối nghiêng:
( )
'
t
K
B
1,62
B 1,145 T
2 2
= = =
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
15
5
2
1 1

43
Lớp 1 Lớp 2
3 4
1
2
1
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Suất tổn hao của thép trong trụ và gông
Theo bảng 45 Phan Tử Thụ:
P
t
= 1,194 (W/kg)
P
g
= 1,150 (W/kg)
Theo bảng 50 Phan Tử Thụ: Suất từ hoá trong trụ và gông
q
t
= 1,645 (VA/kg)
q
g
= 1,526 (VA/kg)
Suất từ hoá ở khe hở không khí.
- Mối nối thẳng: P
K
= 20480 (VA/m
2
)
- Mối nối nghiêng: P

K
= 2800 (VA/m
2
)
14. Đờng kính trụ của máy.
d = A. x
Trong đó: A là hằng số
x =
4

r r
4
4
2 2
nx t ld
S'.K .a
133,333.0,95.0,0357
A 0,507. 0,507.
f.U .B .K 50.3,756.1,62 .0,839
= =
A = 0,163
a. Trọng lợng sắt (G
Fe
): G
Fe
= G
T
+ G
g
- Trọng lợng trụ:

2
1
T 2
A
G A x
x
= +
+ A
1
= 5,663.10
4
. K
ld
. A
3
. a = 5,663.10
4
. 0,839. 0,163
3
. 1,38
A
1
= 283,95 (Kg)
+ A
2
= 3,605.10
4
. K
ld
. A

3
. L
o2
= 3,605.10
4
. 0,839. 0,163
2
. 0,45
A
1
= 36,16 (Kg)
Vậy:
2
T
283,95
G 36,16x
x
= +
- Trọng lợng của gông: G
g
= B
1
x
3
+ B
2
x
2
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
16

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
+ B
1
= 2,4. 10
4
. K
ld
. K
g
. A
3
(a + b + e)
Trong đó e = 0,405: là hệ số quy đổi một nửa tiết diện hình bậc thang
về hình chữ nhật.
B
1
= 2,4. 10
4
. 0,839. 1,015. 0,163
3
. (1,38 + 0,34 + 0,405)
B
1
= 188,08 (Kg)
+ B
2
= 2,4. 10
4
. K
ld

. K
g
. A
3
(a
11
+a
22
)
B
1
= 2,4. 10
4
. 0,839. 1,015. 0,163
3
. (0,018 + 0,018) = 19,54 (Kg)
Vậy: G
g
= 188,08x
3
+ 19,54 x
2
2 2
Fe
283,95
G 188,08x 55,7x
x
= + +
b. Trọng lợng dây quấn:
1

dq
2
C
G
x
=
Vì f = 50Hz nên ta có
2
đm
1 dqCu
2 2 2
ld
t t nr
S .a
C K .
K .K .B .U .A
=
Trong đó:
K
dqCu
= 2,46.10
-2
a = 1,38
U
nr
= 1,375%
B
t
= 1,62 T
Vậy:

( )
2
2
1
2 2 2
400.1,38
C 2,46.10 . 298,56 Kg
0,93.0,839 .1,62 .1,375.0,163

= =
Vậy:
dq
2
298,56
G
x
=
5. Tính tổn hao
- Tổn hao không tải máy biến áp.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
( ) ( )
0 0
0 pt t t 0 pt g g 0 0
KP KP
P K .P G G K .P G N 2 G G W
2 2

= + + + +

Trong đó:
K
pt
= 1,13: là hệ số tổn hao phụ
P
t
= 1,194 (W/kg)
P
g
= 1,150 (W/kg)
K
p0
= 10,64 (theo bảng 47 Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến tổn
hao phụ ở góc nối mạch từ
Thay vào:
2
0 0
2 2
0 0
283,95
P 1,13.1,194 36,16x 0,5.10,64G
x
1,13.1,150 188,08x 19,54x 0,5.10,64G 6G

= + +

+ + +

P
0
= 244,40x
2
+ 74,17x
2
+ 6,28G
0
.
383,11
x
Mặt khác
4 3 3
0 ld
G 0,486.10 .K .A .x=
: Trọng lợng một góc của lõi
4 3 3 3
0
G 0,486.10 .0,839.1,015.0,163 .x 17,92x= =
Vậy P
0
= 356,93x
3
+ 74,17x
2
+
383,11
x

- Công suất từ hoá có thể tính sơ bộ (theo 5-31) Phan Tử Thụ với các
hệ số tra ở bảng 50, 53.
( )
ir ig
' '' ' ''
io
0 if if t T 0 if if g g 0 0
''
if K K K
K .K
K
Q K .K .q G . G K .K .q G . G N 2 G
2 2
K q n T


= + +




+

Trong đó:
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
( )
( )
( )

( )
' '' 2
if t K
'' ' 2
if g K
K 1,20 q 1,645 VA / Kg P 20480 VA / m
K 1,06 q 1,526 VA / Kg P 2800 VA / m
= = =
= = =
K
io
= 42,45: là hệ số gia tăng dòng điện do công suất từ hoá tăng lên
(theo bảng 53 Phan Tử Thụ)
n
K
: Số khe hở không khí trong lõi thép
K
ig
= K
n
.
' ''
io t io
K K K+ +
: Hệ số chung làm tăng công suất từ hoá ở
gông
K
n
= 4: hệ số biểu thị số lợng góc nối có dạng nối nghiêng
K

t
= 2: hệ số biểu thị số lợng góc nối có dạng nối thẳng
2
io
K 4,3=
''
io
K 11,0=
(theo bảng 52a Phan Tử Thụ)
K
ig
= 4,43 + 2.11 = 39,2
K
ir
= 1,18 (theo bảng 52b Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến ảnh hởng do
chiều rộng lá tôn ở góc mạch từ.
Q
0
= 1,2. 1,06. 1,645.(G
T
+ 0,5. 42,45 G
0
)
+ 1,2. 1,06. 1,526 (G
g
6G
g
+ 0,5. 1,18. 39,2G
0
)

+ 1,06. 2800. 4. T
K
+ 1,06. 20480. 2T

K
Q
0
= 2,092 G
T
+ 44,40G
0
+ 1,94G
g
+ 44,89G
0
11,6G
0

+ 11872T
K
+ 43417 K

K
Mặt khác tiết diện trụ tính sơ bộ theo 2-28 Phan Tử Thụ
T
t
= 0,785. K
ld
. A
3

. X
2
= 0,785. 0,839. 0,163
2
. X
2
= 0,0174x
2
Diện tích khe hở ở mối nối thẳng
'' 2
K t
T T 0,0174x= =
Diện tích khe hở mối nối nghiêng
' 2 2
K t
T 2T 2.0,0174x 0.0246x= = =
Thay vào sau khi biến đổi ta đợc.
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
Q
0
= 1757,26x
3
+ 1161,06
2
+
594,02
x
- Giá thành vật liệu tác dụng:

td Fe dq
C C C= +
Trong đó:
2 2
Fe Fe
283,95
C G 188,08x 55,7x
x
= = + +
dq dd
2 2
298,56 588,64
C 1,86.G 1,86.1,06.
x x
= = =
Vậy:
2 2
td
2 2
283,95 588,68
C 188,08x 55,7x
x x
= + + +
16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải
( )
2 2
0
ox
594,02
1757,26x 1161,06x

Q
x
i %
10S 10.400
+ +
= =
i
ox
= 0,44.x
3
+ 0,29 x
2
+
0,15
x
17. Mật độ dòng điện trong dây quấn.
( )
6 2
f n
12
Cu dq
2
K .P
0,93.5500
2,67x.10 A / m
298,56
K .G
2,4.10 .
x

= = =
Trong đó:
K
Cu
= 2,4. 10
-12
P
n
= 5500 (W)
dq
2
298,56
G
x
=

1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6
4
x =
1,048 1,16 1,167 1,17 1,172 1,245 1,32 1,38
2
4
x
2
=
1,096 1,344 1,161 1,368 1,374 1,55 1,734 1,90
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
20
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p 400kVA ng©m dÇu
β

1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6
3
4
x
3
= β
1,148 1,56 1,588 1,60 1,61 1,93 2,29 2,62
2
T
283,95
G 36,16x
x
= +
310,57 293,36 292,52 292,15 291,95 284,12 277,81 274,46
G
g
= 188,08x
2
+ 19,54x
2
237,32 319,66 325,26 327,65 329,64 393,27 464,58 529,88
3 2
Fe
G 188,08x +55,7x
283,95
+
x
=
547,89 613,02 617,78 619,8 621,59 677,39 742,39 804,34
3 2

0
P 356,93x 74,14x
383,11
x
= +
+
856,60 986,75 996,02 999,99 1003,43 111,54 1226,20 135,68
T
t
= 0,0174x
2
0,0190 0,0233 0,0236 0,0238 0,0239 0,0269 0,030 0,033
3 2
0
Q 1757,26x 1161,x
594,02
x
= +
+
3856,66 4813,86 4879,73 4907,64 4931,31 5668,27 6487,40 7240,47
( )
0
ox
Q
i %
10S
=
0,964% 1,203% 1,2199
%
1,227% 1,233% 1,417% 1,621% 1,801%

∆ = 2,67x. 10
6
(A/m
2
)
2,79.10
6
3,09610
6
3,11510
6
3,12410
6
3,12910
6
3,32410
6
3,52410
6
3,68410
6
dq
2
298,56
G
x
=
272,4 222,14 219,36 218,29 217,29 192,61 172,17 157,13
d=A.x = 0,163.x
0,1708 0,1890 0,1902 0,1907 0,191 0,2029 0,2151 0,2249

d
12
= a. d = 1,38.d
0,2357 0,2608 0,2624 0,2631 0,2635 0,2800 0,2968 0,3103
C = d12 + a12 + a22
0,3297 0,3608 0,363 0,3639 0,3644 0,384 0,4058 0,4223
3 2
td
2
C 188,08x 55,7x
283,95 588,64
x x
= +
+ +
1084,97 1050,99 1050,28 1050,09 1050 1057,15 1081,85 1114,15
SV: NguyÔn TuÊn Long - Líp: TB§ - §T
21
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p 400kVA ng©m dÇu
SV: NguyÔn TuÊn Long - Líp: TB§ - §T
22
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p 400kVA ng©m dÇu
SV: NguyÔn TuÊn Long - Líp: TB§ - §T
23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
18. Chọn hệ số hình dàng
Trị số thờng biến thiên trong 1 phạm vi rất rộng từ 1,2 đến 3,6.
Bằng phơng pháp tính toán sơ bộ gần đúng máy biến áp, ta tìm sao cho C
td
đạt giá trị nhỏ nhất, nhng phải thoả mãn điều kiện:
i

0
1,5% (theo đb)
P
0
1000 W(theo đb)
4,5.10
6
(A/m
2
)

r
25 MN/m
2
Dựa vào bảng tính toán ta tìm đợc.
= 1,88 x = 1,17; x
2
= 1,368; x
3
= 1,60
Khi đó:
P
0
= 999,99 (W) 1000 (W)
i
0
=1,227% (thoả mãn)
= 3,124.10
6
(A/m

2
) < 4,5.10
6
(A/m
2
)
C
Td
= 1050,09
19. ứng suất kéo
3 6 2 3
n
r Cu n f r
P
M .x 0,244.10 .K .K .K x
aA

= =
Trong đó:
K
t
= 0,93 P
n
= 5500
K
r
= 0,95 a = 1,38
A = 0,163
nr
nx

U
U
n
n
100
K 1,41 1 e
U



= +



Mà: U
n
= 4% (theo đb)
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
U
nx
= 3,75%
U
nr
= 1,375%
Do đó:
.1,375
3,756
n

100
K 1,41 1 e 46,41
4,0



= + =
ữ
ữ

Vậy
r
= 0,244 . 10
-6
. (46,41)
2
. 0,93 . 0,95 .
5500
.1,6
1,38.0,163

= 18,16 (MN/m
2
)
20. Đờng kính trụ sắt
d = A. x = 0,163. 1,17 = 0,19071 (m)
Theo tiêu chuẩn quốc tế quy định thì đờng kính trụ sắt của máy sẽ là:
d
đm
= 0,20 (m)

21. Tính trị số tối u

4
4
*
đm
d
0,20
2,25
A 0,163


= = =



Vậy x = 1,224; x
2
= 1,498; x
3
= 1,83
- Trọng lợng dây quấn
( )
1
dq
2
C
298,56
G 199,3 Kg
1,498

x
= = =
- Trọng lợng của lõi
G
Fe
=
2 2
283,95
188,08x 55,7x
x
+ + =
559,59 (Kg)
- Dòng điện không tải
i
0
= 0,44x
3
+ 0,29x
2
+ 0,15/x = 1,361%
22. Đờng kính trung bình của rãnh giữa
d
12
= a. d
đm
= 1,38. 0,2 = 0,276 (m)
23. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt
T
t
= K

d
. T
b
Trong đó: K
d
= 0,92
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
25