Thiết kế máy biến áp dùng cho mạch chỉnh lưu có diều khiển, cấp nguồn cho động cơ 1 chiều kích từ song song

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

LỜI NÓI ĐẦU
Thiết kế MBA là một ngành có quá trình tồn tại và phát triển đã lâu, từ khi xuất
hiện ngành chế tạo MBA tới nay đã có biết bao sự cải tiến kỹ thuật để nâng cao
hiệu quả sự dụng máy và hạ giá thành sử dụng . Bài viết này của em được làm
bằng nhưng kiến thức lý thuyết là chủ yếu và có thể còn thiếu đi nhiều tính thực
tế trong quá trình vận hành và sử dụng.
Trong quá trình làm bài tập lớn mặc dù chúng em dã cố gắng hết sức và nhận
sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy cô giáo nhưng do tài liệu còn hạn chế nên ở
tiểu luận này chúng em còn sai sót. Chúng em rất mong các thầy cô giáo góp ý
để chúng em hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn nhà trường, các
thầy cô giáo trong khoa điện, bộ môn tự động hóa và đặc biệt là thầy giáo:
NGUYỄN VĂN ĐOÀI người đă trực tiếp hướng dẫn chúng em trong quá trình
làm bài tập lớn.
Hà Nội Ngày 24 Tháng 11 Năm 2012
Sinh Viên Thực Hiện
Nhóm 10

SVTH: NHÓM 10

1

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Đề tài : Thiết kế máy biến áp dùng cho mạch chỉnh lưu có diều khiển, cấp
nguồn cho động cơ 1 chiều kích từ song song
Các số liệu ban đầu:
-

Uđm=220 V

-

Tần số: f=50 Hz.

-

Tổn hao không tải: Pđm=10 KW.

-

Hiệu suất 96%

Nhiệm vụ :
Phân tích công nghệ tải
Phân thích chọn sơ dồ chỉnh lưu
Tính toán dây quấn
Tính toán ngắn mạch
Thiết kế kết cấu MBA

SVTH: NHÓM 10

2

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

PHẦN 1 PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ TẢI VÀ SƠ ĐỒ CHỈNH LUU

Chương 1

Phân tích công nghệ tải

Như ta đã biết khi Cuộn sơ cấp máy biến áp được nối vào lưới điện xoay
chiều, còn phía thứ cấp được nối vào bộ tiêu thụ năng lượng điện (tải) ta gọi đó
là chế độ tải của máy biến áp. Ở chế độ này, cuộn sơ cấp và thứ cấp đều có dòng
điện chạy. Trong máy biến áp có một từ trường tổng do tác động tương hỗ giữa
từ trường do dòng điện cuộn sơ cấp sinh ra và từ trường do cuộn thứ cấp sinh ra.
Ở chế độ tải tổn hao tăng so với chế độ không tải do có thêm tổn hao
phía thứ cấp.

a
I1

R1

φ

b

X2
R2

X1
E1

U1

I2
U2

E2

Zt

Sơ đồ tương đương 2 cuộn dây MBA
Nếu nối điểm a với điểm b thì sẽ có dòng chạy từ a đến b điều đó đã
phá vỡ sự phân bố dòng trong máy biến áp. Để có thể nối điểm a với
điểm b mà không chạy dòng điện, ta phải làm cho điện thế của điểm b
bằng điểm a. Để làm điều đó ta đưa vào một sđđ tính toán E’ 2 có giá
trị bằng E1. E’2= E1
Hay

E2’ = kuE2

SVTH: NHÓM 10

3

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

E1

E1

Sở dĩ như vậy vì E = ku suy ra E2 = k hay E1=E2.ku.
2
u
Khi thay E2 = E’2 thì điện thế điểm b bằng điện thế điểm a. Bây giờ ta có thể
nối điểm a với điểm b mà không có dòng điện chạy.
Để giữ cho công suất phía thứ cấp không đổi do điện áp tăng lên k u lần thì
dòng điện phải giảm đi ku lần. (Vì S2=E2.I2).
I2

Do đó

I2’ = k
u

Để tổn hao không đổi khi dòng điện giảm đi k u lần, thi điện trở phải tăng lên
ku2 lần (vì tổn hao công suất tỷ lệ với bình phương điện trở).
R2’=R2ku2

Nên

Bằng cách tính như vậy ta có:
U2’=U2.ku
X2’=X2.ku2
Zt’=Ztku2
Các đại lượng có dấu phảy gọi là các đại lượng tính qui đổi từ phía
thứ cấp sang sơ cấp. Người ta có thể tính qui đổi từ phía sơ cấp sang phía thứ
cấp.
Sơ đồ tương đương của máy biến áp ở chế độ tải

SVTH: NHÓM 10

4

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

I1

R1

I1
U1

X1 I
µ
Xµ

U1

R1
E1 =
E2’

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

X1

I0 I

X’2

Fe

E1 =
E2’

RFe

I0

X’2

R0

R’2 I’2
U’

Zt’

a)

2

R’2 I’2
U’

Zt’

b)

2

X0

Sơ đồ tương đương máy biến áp khi tải mắc song song,noitiep

Tính chất của mấy biến áp khi có tải
Khái niêm :
Để nghiên cứu máy biến áp khi có tải ta quan tâm tới U1, U2 và các độ sụt áp
trên các điện trở của máy biến áp.
Giá trị dòng điện và tính chất tải quyết định vị trí của tam giác sụt áp.
Khi điện áp nguồn cung cấp U1=const thì từ thông φ = const. Sđđ cảm
ứng trong cuộn dây tỷ lệ với số vòng dây. Khi số vòng dây không đổi, thì nếu
biết E1 ta có thể tính được từ thông và tổn hao trong lõi thép. Từ thông tính theo
(2.6) cò tổn hao lõi thép tính được:
∆PFe= CB2=C1φ2=C2E12
Các tính chất của máy biến áp khi có tải là

Biến áp làm việc khi giá trị dòng tải không đổi nhưng tính chất tải thay đổi
Biến áp làm việc khi giá trị dòng tải thay đổi nhưng tính chất tải không thay đổi
Thay đổi diện áp
Điều chỉnh điện áp máy biến áp
Chọn máy biến áp theo tải
SVTH: NHÓM 10

5

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

CHƯƠNG 2 Mạch chỉnh lưu
Ta chọn mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia
Tổng quan về mạch chinh luu 3 pha hình tia :
Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải

¯ Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:
+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính.
+Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.3 catod đấu
chung cho điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm.
Ba pha này dịch góc 120o theo các đường cong điện áp pha ,có điện áp của
1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì .
+Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương
hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.
Góc mở tự nhiên:

+Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm
đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào.
+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây.

SVTH: NHÓM 10

6

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

+

Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha

A

T1

a

B

T2

b

C

T

c

3

R

E

L

Nguyên lý hoạt động
a). Xét khi góc mở α = 0: chinh lu tia 3 pha
SVTH: NHÓM 10

7

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

u
Vc

Vb

Va
E

θ

i1
E
θ
i2
E
θ
i3
E
θ

id

θ1

θ2

θ4

θ3

θ

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp
v a = 2u 2 sin θ
vb = 2u2 sin ( θ − 2π / 3)
vc = 2u2 sin ( θ + 2π / 3)

- Qua hình trên ta thấy:
• Lúc θ1 < θ < θ 2 → v a > v b > v c . v a có giá trị lớn nhất nên T 1 mở cho dòng chạy
va − E
R
• Lúc θ 2 < θ < θ 3 → v b > v c > v a . v b có giá trị lớn nhất nên T 2 mở cho dòng chạy
v −E
qua T1; T3 khoá i 2 = b
R
v −E
• Lúc θ 3 < θ < θ1 . v c > v a > v b , T3 mở; T1, T2 khoá; i 3 = c
R

qua T2; T3 khoá i1 =

SVTH: NHÓM 10

8

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Trong đó: R: điện trở của động cơ.
E: suất điện động phản kháng của động cơ.
Id =

ud − E
R

Dòng trung bình:
I1 = I 2 = I 3 =

1
2π

∫

5π 6

π 6

I d .dθ =

Id
3

b). Xét khi góc mở α ≠ 0 :
Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

u1 = U m sin θ

2π
)
3
2π
u3 = U m sin(θ +
)
3
*Nhịp V1: khoảng thời gian từ θ1 → θ 2 . Tại θ 1 điện áp đặt lên u1 > 0, có
xung kích khởi: T1 mở, khi đó:
u 2 = U m sin(θ −

u v1 = 0

u v 2 = u 2 − u1 < 0
u = u − u < 0
3
1
 v3
T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1:
id = Id = i1
+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0
Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 =
u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2.
*Nhịp V2: từ θ 2 → θ 3

u v 2 = 0

Lúc này : u v1 = u1 − u 2

u = u − u
3
2
 v3
T2 mở, T1, T3 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2:
ud = u2
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2
+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0
Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 =
u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3.
*Nhịp V3: từ θ3 → θ 4

SVTH: NHÓM 10

9

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

uv 3 = 0

Lúc này : uv1 = u1 − u3
u = u − u
2
3

 v2
T3 mở, T1, T2 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3:
ud = u3
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3
+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0
Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 =
u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1.
Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng
điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên
bằng phẳng hơn, khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id .
Trị trung bình của điện áp tải:

Ud =

2
3π

5π
+α
6

∫

2.U 2 .sin θ .dθ =

π
+α
6

3 6U 2
.cos α = 1,17U 2cosα .
2π

Trong đó : α : Góc mở Thyristor.
Trùng dẫn:
e a = 2 .U 2 . sin θ
2π
eb = 2 .U 2 . sin(θ −
)
3
2π
ec = 2.U 2 .sin(θ +
)
3
Giả sử T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 = Id. Khi θ = θ 2 cho xung điều khiển
mở T2. Cả 2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn
ea và eb. Nếu chuyển gốc toạ độ từ θ sang θ 2 ta có:
5π
e a = 2 .U 2 . sin(θ +
+ α)
6

eb = 2 .U 2 . sin(θ +

π
+α)
6

Điện áp ngắn mạch:

U c = eb − e a = 2 .U 2 . sin(θ + α )
Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình:

6 .U 2 . sin(θ + α ) = 2. X c .

di c
dt

Do đó:

ic =
SVTH: NHÓM 10

6 .U 2
.[ cos α − cos(θ + α )]
2. X c
10

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào dương
hơn Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là
góc thông tự nhiên của các Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở
nhỏ nhất .
Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng điện qua tải

liên tục, mỗi t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian
dẫn của các Thyristor nhỏ hơn .Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình
của các Thyristor đều bằng 1/3 Id .trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng
điện của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện Thyristor khoá = 0. Điện áp
Thyristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có Thyristor khoá với pha có
Thyristor đang dẫn.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
vào góc mở Thyristor .
+Nếu α ≤ 30 → Ud , Id liên tục.
+Nếu α > 30 → Ud , Id gián đoạn
Tính toán mạch chỉnh lưu
Sơ đồ mạch lực
T1
A
i1
a
B

b

T2

i2

C

c

T3

i3

Đ
M

id

LK

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
Nguyên lý hoạt động
-Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều của lưới thành
dòng điện một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó có thể điều khiển suất
điện động bộ biến đổi nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ.
-Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm vụ biến đổi điện áp
lưới cho phù hợp với điện áp cung cấp cho động cơ , tạo điểm trung tính , tạo
pha cho chỉnh lưu nhiều pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm di/dt < di/dt cp
nhằm bảo vệ van….
-Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động cơ.
-Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc α ,do đó biến thiên Uö dẫn đến thay
đổi ω
-Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc
cao sao cho K sb < K sb cp ,với K sb cp phụ thuộc yêu cầu của tải

SVTH: NHÓM 10

11

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

I . TÍNH CHỌN THYRISTOR:
1/ Điện áp ngược của van:
Ulv = knv .U2
Ud

220

Với U2 = k = 1,17 =188,03 (V)
u
Trong đó: Ud : Điện áp tải của van
U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van
ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17)
knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1:knv = 6 )
Ulv : Điện áp ngược của van.
Ulv = 6 ×188,03 = 460,58 (V)
Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải
điện áp làm việc.
Unv = kdt u . Ulv = 1,8 × 460,58 = 829.04 (V)
Trong đó: kdt u : hệ số dự trữ ( kdt u =1,5÷ 1,8)
2/ Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van
Ilv = Ihd
Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd . Id =0,58 × 59,5 = 34,51(A)
Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(khd =0,58)
Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van.

Id : Dòng điện tải.
Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh
tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v.
Idm v = ki . Ilv = 1,4×34,51 = 48,31 (A)
Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện. ki=(1,1÷1,4)
Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V)
Idm v = 48,314 (A)
Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức:
-Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A)
-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V)
-Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400(A)
-Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 1,4 (V)
-Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 150 (mA)
-Dòng điện rò: Ir = 25 (mA)
-Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V)
-Tốc độ biến thiên điện áp

du
= 1000 V/s
dt

-Thời gian chuyển mạch : t cm= 180 µs
-Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125 o C
Ưu điểm của mạch chỉnh lưu tia 3 pha
Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn.
+Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn.
+Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn .
SVTH: NHÓM 10

12

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

+Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn.
Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ
mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho
công suất biến áp phải lớn. Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp
phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu
dòng tảiính

PHẦN 2
TÍNH TOÁN CÁC KICH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA MBA.

CHƯƠNG 1
THIẾT KẾ MẠCH TỪ
1.CHỌN TÔN SILIC.
Lõi sắt là phân mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA.
Do đó thiết kế cần phải đảm bảo làm sao cho thỏa mãn nhưng yêu cầu như: tổn
hao sắt chính và phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, lượng tôn silic sử dụng làm
sao cho ít nhất và hệ số điền đầy của lõi sắt lớn. Mặt khác, lõi sắt không chỉ làm
khung mà trền đó gắn nhiều bộ phận quan trọng của MBA như: dây quấn, giá đỡ
dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi
sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa. Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được lực cơ học
lớn khi dây quấn bị ngắn mạch.

Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thỏa mãn thì việc chọn loại
tôn silic như thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần
silic bao nhiêu là được. Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn cao quá thì
lá tôn sẽ bị dòn, độ đàn hồi kém đi.
Ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về
khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán nóng. Tôn cán lạnh là loại tôn
có vị trí sắp xếm các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng
hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ từ thẩm
thay đổi rất ít theo thời gian dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm
trong lõi thép lên tới (1,6 → 1,65)T, trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 →
1,45)T. Từ đó giảm được tổn hao trong máy, giảm được trọng lượng kích thước
SVTH: NHÓM 10

13

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

máy, đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao MBA, rất thuận lợi cho việc
chuyên chở. Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh có hơi cao hơn nhưng do việc
giảm được chế tạo bởi tôn cán nóng. Qua sự so sánh trên tôi quyết đinh dùng tôn
cán lạnh độ dầy 0,35(mm) mã hiệu 3404 làm vật liệu chế tạo MBA.
2. CẮT LÁ THÉP.
Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn cán lạnh có tính dẫn từ không
đẳng hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu nôi
vuông góc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối α ≠ 0 khá lớn làm

tăng tổn hao sắt (Hình 2.1a) mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát
lá tôn như (Hình 2.2) khi đó góc α ≠ 0 sẽ nhỏ đi và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể
(Hình 2.1b).

Hướng cán

a

b
Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụ

a. Mối nối thẳng.

SVTH: NHÓM 10

14

b. Mối nối chéo.

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Hình 2.2 Lá tôn cắt vát.
Khi cắt tôn xong ta sẽ phải xử lý cho tốt bavia, và ta phải ủ lại những lá tôn
vừa cắt xong để cho nhưng tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại định hướng ban
đầu. Các lá tôn kỹ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt ngoài trước khi

ghép chúng lại với nhau.
3. TÍNH CHỌN SƠ BỘ MẠCH TỪ.
1. Chọn số bậc thang trong trụ.
Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11
[Tài liệu 1], ta chọn từ cảm trong truk là: BT=1,6 T. Ép trụ bằng nêm với dây
quấn, ép gông bằng xà ép, không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Hệ số
tăng cường gông chọn bằng kg=1,025 (Bảng 6[Tài liệu 1]).
Theo bảng 4 trang 186 [Tài liệu 1] ta chọn số bậc thang trong trụ là 8, có hệ
số chêm kín là: kc=0,928.
Số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1 bậc, tức gông có 6 bậc.
⇒ Theo vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là: k1d=kc.kđ=0,928.0,97=0,9. (2.9)

d

Hình vẽ tiết diện trụ với số bậc thang trong trụ là 6
2. Từ cảm trong của gông.
B

1,6

T
BG= k = 1,025 = 1,56(T )
g

(2.10)

3. Suất tổn hao trong trụ và gông.
Tra theo bảng 45 trang 216 [Tài liệu 1]
Suất tổn hao trong trụ và gông.
SVTH: NHÓM 10

15

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

pt = 1,295(W / Kg ) ↔ tương ứng với BT=1,6 T.
p g = 1,207(W / Kg ) ↔ tương ứng với BT=1,56 T.

4. Suất từ hóa trong trụ, gông và khe hở không khí:
Tra theo bảng 50 trang 220 [Tài liệu 1] ta có:
qt = 1,775VA / Kg ↔ tương ứng với BT=1,6 T.
q g = 1,575VA / Kg ↔ tương ứng với BT=1,56T.
q k = 23500VA / m 2 = 2,35VA / cm 2 ↔ tương ứng với BT=1,6 T.

5. Khoảng cách cách điện chính:
C: Khoảng cách giữa 2 trụ cạnh nhau.
d : Đường kính đường tròn ngoại tiếp tiết diện ngang của trụ.

d12 : Đường kính trung bình giữa 2 dây quấn.
l 01 : Khoảng cách từ dây quấn đến gông.
a1 : Bề dày cuộn HA.
a 2 : Bề dày cuộn CA.
a 01 : Khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn HA.
a12 : Khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA và CA.
a 22 : Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA.

l : Chiều cao dây quấn.

-

Điện áp thử bên CA là: Ut2=85(KV).

-

Điện áp thử bên HA là: Ut1=5 (KV).

Theo bảng 18,19 trang 193 [Tài liệu 1] ta xác định các khoảng cách cách
điện chính:
+ Giữa cuộn HA với trụ: a01=0,5 (cm).
+ Giữa cuộn HA với cuộn CA: a12=2,7 (cm).
+ Ống cách điện giữa CA và HA: δ 12=0,5 (cm).
+ Dây quấn CA đến gông: l01=l02=7,5 (cm).
+ Phần đầu thừa của ống cách điện: ld2=5 (cm).
+ Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA: a22=2 (cm).
SVTH: NHÓM 10

16

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

6. Các hằng số tính toán.

• Tra bảng 12, 13 trang 191 [Tài liệu 1] ta được:
Trị số hướng dẫn đối với dây đồng : a=1,4.
Trị số hướng dẫn đối với MBA dầu: b=0,4.
• Hệ số kf=0,95 (Tra bảng 15 trang 191 [Tài liệu 1])
• Chọn hệ số tối ưu β :
Để tìm hệ số β tối ưu ta cần xác định số liệu và các đặc tính cơ bản của
MBA, ta tính các hệ số.
A=0,507. 4

S ' .a R .k r
f .u nx .BT2 .k ld2

Trong đó: chọn kr=0,95
Chiều rộng rãnh tư tản quy đổi được tính theo công thức: aR= a12+

a1 + a 2
.
3

a1 + a 2
=k. 4 S ' .10 −2 = 0,53.4 210 .10 −2 = 0,02m = 2cm
3
⇒ aR=2,7+2=4,7 cm.

Vậy A=0,507.

4

S ' .a R .k r
210.0,047.0,95

= 0,507.4
= 0,175
2 2
f .u nx .BT .k ld
50.6,42.1,6 2.0,9 2

(Trong đó hệ số 0,507= 4 7,9 / 3,14 2.1,112.10 ).
Mặt khác, đối với MBA 3 pha dùng tôn cán lạnh thì các hệ số:
A1=5,663.104.A3.k1d.a (kg)

(1.12)

A2=3,605.104.A2.kld.l02. (kg)

(1.13)

Trong đó: a=1,4; kld=0,9; l02=l01=7,5 (cm); A=0,176
Thay số ta được:
A1=5,633.104.A3.kld.a=5,633.104.0,1753.0,9.1,4=380,4 (kg)
A2=3,605.104.A2.kld.l02=3,605.104.0,1752.0,9.0,075=74,52(kg)
Đối với MBA 3 pha thì các hệ số:
B1=2,4.104.kld.kg.A3.(a+b+e) (kg)

(2.14)

B2=2,4.104.kld.kg.A2.(a12+a22) (kg)

(2.15)

SVTH: NHÓM 10

17

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Trong đó: kg=1,025; b=0,4; a=1,4; e=0,405 (MBA ba pha có công suất ≤
630KVA); a12+a22=2,7+2=4,7(cm).
Thay số ta được.
B1=2,4.104.kld.kg.A3.(a+b+e)
=2,4.104.0,9.1,025.0,1753.(1,4+0,4+0,405)= 261,64 (kg)
B2=2,4.104.kld.kg.A2.(a12+a22)
=2,4.104.0,9.1,025.0,1752.(0,027+0,02)=31,87(kg)
S .a 2
C1=kdq. k .k 2 .B 2 .u . A 2
f
ld
T
nr

(2.16)

Trong đó:
Đối với dây đồng: kdq=2,46.10-2; kld=0,9; kf=0,95; BT=1,6; unr=1,03;
A=0,175; a=1,4.
Thay số ta được:

S .a 2

C1=kdq. k .k 2 .B 2 .u . A 2
f
ld
T
nr
630.1,4 2
= 488,84(kg )
=2,46.10 .
0,95.0,9 2.1,6 2.1,03.0,175 2
-2

7. Tính sơ bộ các đại lượng có liên quan.
a.

Trọng lượng 1 góc của lõi.

G’=0,486.104.kg.kld.A3.x3

(2.17)

=0,486.104.1,025.0,9.0,1753.x3=24,03x3
b.

Tiết diện trụ tính sơ bộ.

Tt=0,785.klđ.A2.x2=0,785.0,9.0,1752.x2=0,022x2
klđ: Hệ số lấp đầy của tôn cán lạnh mã 3404 (Tra bảng 10 trang 189 [Tài
liệu 1]).

Diện tích khe hở ở mối nối nghiêng: T 'k = 2 Tt=0,031x2.
c.

Tổn hao không tải của MBA.

'
'
P0= k f . pT .GT + k f . pG .GG

Trong đó:
SVTH: NHÓM 10

(1.18)

k 'f . pT .GT : tổn hao trong trụ.

18

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

k 'f . pG .GG : tổn hao trong gông.
k 'f : hệ số phụ, chủ yếu kể đến vật liệu làm lõi sắt (Đối với tôn
'
cán lạnh có thể lấy k f =1,25).

pT =1,295 (W/Kg); pG=1,207 (W/Kg): là suất tổn hao

trong trụ và gông.
Thay số ta được: P0=1,25.1, 353.GT+1,25.1,251.GG
=1,69125.GT+1,56375.GG
d.

Công suất từ hóa lõi thép MBA.

''
Q0= k f .(QC + Q f + Qδ )

(VA)

Trong đó: QC=qT.GT+
hóa trong trụ và gông)

(2.19)

qG.GG=1,775.GT+1,575.GG.

Qf=40.qT.G’

(qT, qG: Suất từ

(2.20)

=40.1,775.G’=71.G’.
(Qf: Suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối nghiêng).
Qδ =3,2.qK.TT

(2.21)

=3,2.2,35.TT=7.52.TT
( Qδ : Công suất từ hóa ở nhưng khe hở không khí ứng vơi BT; qK: Suất từ
hóa khe hở không khí ứng với BT).
qK=2,35(VA/cm2)
''
Trong công thức (2.19) k f là hệ số kể đến sự phục hồi tích từ tính không
''
hoàn toàn khi ủ lại lá tôn cũng như sự uốn nắn và ép lõi sắt. Chọn k f =1,25.

Thay số vào công thức (2.19) ta được:
Q0=1,25.(1,775.GT+1,575.GG+7,52.TT+71.G’)
Trọng lượng tác dụng của lõi sắt máy biến áp: GFe=GT+GG (Kg)
C1
x2

e.

Trọng lượng dây quấn: Gdq=

(Kg)

f.

Trọng lượng dây dẫn: Gđ=kcđ.Gdq (Kg)

(2.22)
(2.23)

(2.24)

k cđ : Hệ số kể đến cách điện của dây quấn. Chọn kcđ=1,06

Vậy Ctd=CFe+Cdq
SVTH: NHÓM 10

(2.25)
19

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Trong đó: CFe: giá thành của phần lõi sắt. CFe=GFe
Cdq: giá thành của dây dẫn.
Với Cdq=kcđ.kdqFe.Gdq
C dd

(Trong đó kdqFe= C

= 1,81 (Tra bảng 16 trang 192 [Tài liệu 1])

Fe

Vậy Cdd=1,06.1,81.Gdq=1,918.
g.

i0 =

h.
∆=

(2.26)

C1
x2

Thành phần dòng điện không tải.
Q0
(%)
10.S

(2.27)

Mật độ dòng điện trong dây quấn.
k f .Pn

(2.28)

k .Gdq

Trong đó: Pn: Công suất tổn hao ngắn mạch (Pn=6500).
k : Hệ số phụ thuộc và điện trở suất của dây quấn. Chọn k=2,4

∆=

0,95.6500

=
2,4.Gdq

2573
Gdq

Ta tính toán được số liệu ghi trong bảng dưới đây với 5 trị số β trong
phạm vi từ 1,2 đến 3,6. Trong đó x= 4 β ; x2= 4 β 2 ; x3= 4 β 3 .
Các giá trị x được giới hạn bởi.
2,4.C1

x ≤ 4,5. k .P
f
n

x ≤ 4,5.

(2.29)

2,4.417,15
= 1,81
0,95.6500

BẢNG TÍNH TOÁN MBA S=6300KVA (35/0,4 KV)
β
SVTH: NHÓM 10

1.2

1.8

20

2.4

3

3.6

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

X= 4 β
X2= 4 β 2
3

X =4 β
X
A1/x=380,4/x
A2.x2=74,52.x2
GT=A1/x+A2.x2
B1.x3=261,64.x3
B2.x2=31,87.x2
GG= B1.x3+ B2.x2
GFe= GT+ GG
PT=1,61875.GT
PG=1,50875.GG
3

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

1.0466

1.1583

1.2446

1.3160

1.3774

1.0954

1.3416

1.5492

1.7320

1.8974

1.1465
1.0466
363.45
68.03
431.47
299.98
34.91
334.89

766.36
698.45
505.26

1.5540
1.1583
328.41
55.54
383.96
406.59
42.76
449.35
833.31
621.53
677.95

2.2795
1.3161
289.04
43.02
332.06
596.41
55.20
651.61
983.67
537.53
983.11
1615.7
0

2.6135
1.3774
276.16
39.27
315.44
683.80
60.47
744.27
1059.71
510.61
1122.92

1967.52 2666.79
0.1944 0.2381
4076.3 5070.3
1
5
0.6470 0.8048
27.71
37.56
0.0258 0.0316
446.25 364.36
473.02 386.22

1.9282
1.2446
305.62
48.10
353.73
504.50

49.37
553.87
907.60
572.59
835.65
1500.2
1
3308.9
7
0.2749
6011.8
3
0.9542
46.60
0.0365
315.54
334.47

3911.79 4484.99
0.3074 0.3367
7771.8
6909.75
2
1.0968 1.2336
55.09
63.16
0.0408 0.0447
282.23 257.64
299.16 273.09

2.4012
766.36
856.17

2.6573
833.31
699.06

2.8555
907.60
605.40

3.0194
983.67
541.49

1622.54 1532.37
1203.7
2
1299.49
0.1831 0.2027

1513.0
1408.2
5
0.2178

QFe=1,775GT+1,575GG 1293.32 1389.25
Qf=71.G’
Q=7,52TT

Q0=1,25(QFe+Qf+Q)
I0=Q0/10.S
G’=24,17.x3
TT=0,0236x2
Gdq=C1/x2=488,84/x2
Gdd=1,06Gdq
= 2573 Gdq
CFe=GFe
Cdq=1,81 Gdd
Ctd=CFe+Cdq
P0=PT+PG
d=A.x=0,175.x

1732.13

3.1601
1059.71
494.31
1554.0
1525.16
2
1520.6
5
1633.53
0.2303 0.2410

Với các số liệu mà ta đã tính toán được trong bảng từ đó ta vẽ đồ thị quan
hệ giữa các đai lượng: P0(W); GFe;Gdq;Ctd(%) với β .
Từ đó ta xác định được Ctdmin ứng với giá trị nào đó.
• a. Quan hệ tổn hao không tải P0 và dòng điện không tải i0 theo β .

SVTH: NHÓM 10

21

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

I0

I0=Q0/(10.S)

1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

0.6470

0

1.2

0.8048

1.8

P0

0.9543

2.4

3

1.2336
1.0968

3.6

β

P0=PT + PG

2000
1500
1000

1203.72

1633.53
1520.65

1408.25
1299.49

500
0
0

1.2

1.8

2.4

3

3.6

β

b.Quan hệ trọng lượn lõi sắt GFe, trọng lượng dây quấn Gdq với β .
GFe
1200
1000
800
600
400
200
0
0

SVTH: NHÓM 10

GFe= GT+ GG

766.36

1.2

833.31

1.8

22

907.60

2.4

3

1059.71
983.67

3.6

β

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI
Gdq

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI
Gdq=C1/x2=488,84/x2

500

446.25

400

364.36

300

315.54

200

282.23
257.64

100
0
0

i.

1.2

1.8

2.4

3

3.6

β

Quan hệ giá thành vật liệu tác dụng theo β .
Ctd=CFe+Cdq
1640
1620
1600
1580
1560
1540
1520
1500
0

1622.54

1554.02
1532.37
1525.16
1513.0
1.2

1.8

2.4

3

3.6

β

Theo như bảng tính toán và đồ thị ta thấy:
+ Với giới hạn P0=1400 (W) đó cho ta tra được trên đồ thị P0=f( β ) trị số
β ≤ 2,4 và với giới hạn I0=1% đó ta tra được trên đồ thị I0=f( β ) trị số β ≤ 3 (coi
đồ thị là tuyến tính). Ta thấy trị số β lớn thường làm tăng trọng lượng tác dụng,
tổn hao không tải, giá thành hệ thống làm lạnh, vật liệu làm thùng dầu cũng như
các chi tiết khác, do đó trọng lượng tổng của máy tăng lên. Bởi thế khi chọn β
cuối cùng có khuynh hướng lấy giá trị nhỏ. Theo nhiệm vụ thiết kế để đảm bảo
yêu cầu P0=1400 (W) ta chọn β =2,3 có sự chênh lệch giá thành với so với lúc β
=2,4 ứng với Ctd min là không đến 0,5%.
Đường kính trụ sắt:

d=A. 4 β =0,176. 4 2,3 =0,2167(m)

Chọn đường kính sơ bộ gần nhất: ddm=0,2167 (m)
4

4

Tính lại hệ số:

SVTH: NHÓM 10

d
 0,2167 
β =  dm  = 
 ≈ 2,3. Vậy ta chọn β =2,3
 A   0,176 
23

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

Từ β =2,3 vừa tìm được ta suy ra:
- Trọng lượng dây quấn: Gdq=308,86 (Kg)
- Trọng lượng dây dẫn:

Gdd=1,06.308,86=327,39 (Kg)

- Mật độ dòng điện:

∆ = 2,803 A/mm2

- Trọng lượng lõi sắt:

GFe=891,22 (Kg)

- Tổn hao không tải:

P0=1400 (W)

- Dòng không tải:

i0=0,913%

- Giá thành vật liệu tác dụng:

Ctd=1530,12 đơn vị quy ước.

* Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ:
d12 =a.d=1,4.0,2167=0,303 (m)

*Chiều cao dây quấn:
l=

π .d12 3,14.0,3034
=
=0,41 (m).
2,3
β

8. Tiết diện hữu hiệu của lõi:
Tt=kđ.Tb=0,97.0,0353 =0,034(m2)
Trong đó: Tb=0,0353 m2 tra theo bảng 42b trang 213 [Tài liệu 1].

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP

SVTH: NHÓM 10

24

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀI

1. CÁC YÊU CẦU CHUNG
1.1 Yêu cầu vận hành:
a. Yêu cầu về điện.
Khi vận hành thường dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thường và
quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên. Ảnh hưởng
của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thường, thường
chủ yếu là đối với cách điện chính của MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn
với nhau và giữa 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.
Lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn.
a.

Yêu cầu về cơ học.

Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học
do dòng điện ngắn mạch gây nên.
b.

Yêu cầu về nhiệt.

Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong
thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách
điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. Vì vậy khi
thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm.
1.2 Yêu cầu về chế tạo.
Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công, thời gian
chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vân hành.
Như vậy yêu cầu đối với việc thiết kế máy biến áp là:
Phải có quan điểm toàn diện; kết hợp một cách hợp lý giữa 2 yêu cầu
chế tạo và vận hành để sản phẩm có chất lượng tốt với giá thành hạ.
Phải chú ý đến kết cấu và cách chế tạo dây quấn sao cho thích hợp
với trình độ kỹ thuật của cơ sở sản xuất.
Phải nắm vững nhưng lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu
cách điện.
Quá trình thiết kế dây quấn có thể tiến hành theo ba bước:
-

Chọn kiểu và kết cấu dây quấn.

-

Tính toán, sắp xêp và bố trí dây quấn.

SVTH: NHÓM 10

25

LỚP: CĐĐH ĐIỆN 2 – K5