THIẾT kế máy BIẾN áp điện lực BA PHA NGÂM dầu

đồ án tốt nghiệp

lời mở đầu
Chúng ta đang sống trong thời đạt với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ
thuật, một thời đạt mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đợc đặt lên hàng đầu.
Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời đợc ngành điện,
ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó.
Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng,
nhờ có các kỹ s thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới đợc ra đời cung cấp cho
các nhà máy điện. Khi điện đã đợc sản suất ra thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu
thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể thiếu đợc các máy biến áp điện
lực dùng để tăng và giảm điện áp lới sao cho phù hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên
cao để tránh tổn thất điện năng khi truyền tải cũng nh giảm điện áp cho phù hợp với mức
tiêu thụ.
Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan trọng trong
hệ thống điện. MBAĐL ngâm dầu là loại máy dợc sử dụng rất phổ biến hiện nay do
những u điểm vợt trội của loại máy này có đợc. Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày
càng đợc sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng đợc cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của
ngời sử dụng đợc tốt nhất.
Bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận đợc từ thầy cô và sự hớng
dẫn tận tình của thầy giáo Phạm văn bình, mà tôi đã làm nên bài thiết kế tốt nghiệp
này.
Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của tôi là: thiết kế máy biến áp điện lực
ba pha ngâm dầu.

1


đồ án tốt nghiệp

Bài thiết kế tốt nghiệp của tôi gồm 3 phần:

Phần 1 : Vai trò của MBA trong truyền tải và phân phối điện năng.
Phần 2 : Thiết kế.
Phần 3 : Chuyên đề:Điều chỉnh điện áp.
Các bản vẽ :
Bản vẽ tổng lắp ráp A0.
Bản vẽ quấn dây và sơ đồ nối dây A0.
Bản vẽ mạch từ lắp ráp A0.
Kết luận.
Các tài liệu tham khảo .
Mục lục.
Hà nội, ngày 14 tháng 03 năm 2005
Sinh viên thực hiện

2


đồ án tốt nghiệp
PHầN I: vai trò của MBA trong truyền tảI và phân
phối đIện năng
I. VàI NéT KHáI QUáT Về MáY biến áp.
Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đờng dây tải điện
(Hình l.l) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, 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
nhất và đảm bảo đợc các chỉ tiêu kĩ thuật.

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản
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 dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tồn hao năng lợng trên
đờng dây cung sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và

nết kiệm kim loại mầu trên đờng đây ngời ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các
đờng dây cao thế, thờng là 35, 110, 220 và 500 KV. Trên thực tế, các máy phát điện thờng không phát ra những điện áp nh vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến
21KV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đờng dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ
thờng chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trớc khi sử
dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để
tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đờng dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp
trớc khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (MBA).
Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà
máy điện đến tấn các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thờng phải qua ba, bốn lần tăng và
giảm điện áp nh vậy. Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điện lực thờng
gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện.

3


đồ án tốt nghiệp
Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công
suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lợng
chứ không chuyển hóa năng lợng.
Ngày nay khuynh hớng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế tạo những
MBA có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảm
trọng lợng và kích thớc máy.
Nớc ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việc đáp
ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nớc nhà. Hiện nay chúng ta đã sản
xuất đợc những MBA có dung lợng 63000KVA với điện áp 110 kV.
II. ĐịNH NGHĩA MáY BIếN áP
Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảm
ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ
thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.
Đầu vào của MBA đợc nối với nguồn điện, đợc gọi là sơ cấp (SC). Đầu ra của

MBA đợc nối với tải gọi tà thứ cấp (TC)
Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp.
Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp .
Các đại lợng và thông số của đầu sơ cấp .
+ U1 : Điện áp sơ cấp .
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp .
+ P1 : Công suất sơ cấp .
+ Wl : Số vòng dây cuộn sơ cấp .
Các đại lợng và thông số của đầu thứ cấp .
+ Ul : Điện áp thứ cấp .

4


đồ án tốt nghiệp
+ I1 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
+ P1 : Công suất thứ cấp .
+ Wl : Số vòng dây cuộn thứ cấp .
III. CáC LƯợNG ĐịNH MứC
Các lợng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho phù hợp với
từng loại máy .
Có 3 đại lợng định mức cơ bản của MBA .
1. Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu Ulđm là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.
Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn sơ
cấp. Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, ngời
ta qui ớc với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha với MBA 3 pha là điện áp dây.
Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thờng là kV.
2. Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA, ứng

với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với MBA 1 pha dòng điện định mức là
dòng điện pha. Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây.
3. Công suất định mức
Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức. Công suất định
mức kí hiệu là Sđm , đơn vị là VA, KVA .
Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :
Sđm = U2d.I2đm = U1đm. I1đm
Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
Sđm = 3.U 2 dm .I 2 dm = 3U1dm .I1dm
5


đồ án tốt nghiệp
IV. CÔNG DụNG CủA MBA
MBA đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ chúng ta trong việc
sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau nh :
+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò .
+ Trong hàn điện có MBA hàn .
+ Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất .
+ Trong lĩnh vực đo lờng (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp. . . )
+ Máy biến áp thử nghiệm.
+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực đợc sử dụng trong hệ thống điện .
Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng, dùng để truyền tải và
phân phối điện năng ,vì các nhà máy điện công suất lớn thờng ở xa các trung tâm tiêu
thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ. . . ) vì thế cần phải xây dựng các hệ
thống truyền tải điện năng .
Điện áp do nhà máy phát ra thờng là : 6.3; 10.5; 15.75; 38.5 KV. Để nâng cao
khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đờng dây phải giảm dòng điện chạy
trên đờng dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đờng dây cần lắp đặt
MBA tăng áp 110 KV ; 220KV ; 500 KV v v.và ở cuối đờng dây cần đặt MBA hạ áp để

cung cấp điện cho nơi tiêu thụ thờng là 127V đến 500V và các động cơ công suất lớn thờng là 3 đến 6KV .
V.vai trò của máy biến áp trong truyền tảI
và phân phối điện năng
Hiện nay mang điện trải rộng ở khắp mọi nơi, nhng điện năng chỉ đợc sản xuất ở
một số ít nhà máy phát điện , mà các nhà máy này đợc xây dựng ở những nơi có các đặc
điểm nh gần sông hồ lớn , gần mỏ than .vì vậy mà cách xa nơI tiêu thụ hàng trăm
hàng nghìn km

6


đồ án tốt nghiệp
Điện năng có đặc điểm là khi xản xuất ra cần phảI tiêu thụ ngay .Chính vì vậy cần
phảI truyền tảI điện năng tới ngay nơI tiêu thụ . Điện năng đợc truyền tảI bằng các đờng
dây điện.Với mạng lới dài tới hàng trăm hàng nghìn km
Giả sử ta cần truyền tảI một công suất P của máy phát trên quãng đờng dài. Công
suất P , hiệu điện thế U và dòng điện trên dây dẫn liên hệ với nhau bằng biểu thức
P = U.I
Do hiệu ứng jun-lenxơ,trên đờng dây sẽ có một công suất hao phí P sẽ biến thành
nhiệt toả vào môI trờng . Ta có biểu thức tính tổn hao :
P= U2/R
Trong đó R là điện trở dây dẫn
Vì P là tổn hao công suất do vậy cần phải giảm P xuống mức thấp nhất .
Chẳng hạn muốn giảm P xuống 100 lần thì ta có thể làm hai cách:
Giảm R xuống 100 lần
Tăng u lên 100 lần
Nếu làm theo cách thứ nhất thì ta phải tăng tiết diện dây lên 100 lần ,đồng nghĩa
với việc ta phải tăng khối lợng dâu dẫn lên 100 lần .Điều này là quá tốn kém vì ta
phải tăng sức trống đỡ của cột lên 100lần và giá thành vật liệu sẽ quá cao.Nh ta đã
biết việc tăng U lên 10 lần chỉ có thể thực hiện đợc khi ta sử dụng MBA.Ta nhìn

vào mô hình mạng điện sau đây:

Máy phát điện ở các nhà máy phát điện chỉ có thể tạo ra dòng điện tới 24kv.Trạm
biến áp ở nhà máy điện có khả năng nâng điện thế đó lên tới 500kv .Quãng đờng
truyền tảI càng xa càng cần diện áp cao. Trên quãng đờng truyền tảI cần nhiều trạm
biến áp trung gian nhằm mục đích tiếp tục nâng hay giảm điện áp vì điện áp của nơi
tiêu thụ chỉ cần điện áp thấp vai trăn vol

7


đồ án tốt nghiệp
Trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4ữ 5 lần tăng giảm điện áp. Do
đó tổng công suất đặt của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện.
Ngời ta đã tính đợc rằng nó gấp 6ữ7 hay 8 lần hoặc hơn thế nữa hiệu suất của máy biến
áp thờng rất lớn 98 ữ99 % nhng do số lợng máy biến áp nhiều lên tổn hao trong hệ
thống điện là rất đáng kể.
Có thể nói trên mạng truyền tải điện năng thì MBA đợc chia làm hai loại chính là
MBA truyền tải điện áp cao, MBA trung gian và MBA phân phối.
MBA truyền tải điện áp cao ,công suất lớn nó đảm nhiện cung cấp điện cho
một vùng, một khu vực. Vì vậy yêu cầu đối với loại máy này là: Un phải lớn
đông thời phảI điều chỉnh đợc điện áp đới tải
MBA phân phối với công suất vừa và nhỏ,cung cấp điện cho một vùng dân c
nhỏ, hay một số ít nhà máy. yêu cầu với loại nay là Un từ 4-5%, AU nhỏ,
điều chỉnh không điện,hay thận chí không điều chỉnh
Đề tài của em là thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp với công suất là
S= 6300 KVA vơi điện áp 22/ 6,3 kv.Đây thuộc loại MBA trung gian

Phần II : thiết kế
Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp công suất 6300 kVA

8


đồ án tốt nghiệp
Các số liệu ban đầu:
Dung lợng 6300 kVA
Điện áp 22000 9.1,78%/6300 V
Tần số 50Hz
Tổn hao không tải 8500 W
Tổn hao ngắn mạch 48000 W
Điện áp ngắn mạch 7,5%
Dòng điện không tải 0,8%
Tổ nối dây
Chơng I
Tính toán các kích thớc chủ yếu của máy biến áp
I. Xác định các đại lợng điện cơ bản của máy biến áp.

- Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta xác định đợc các đại
lợng điện sau:
1. Dung lợng 1 pha.
Sf =

S 6300
=
= 2100( KVA)
3
3

Dung lợng 1 trụ:

Str =

S 6300
=
= 2100( KVA)
3
3

2. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp : I1f =

Sdm
6300.10 3
=
= 165,3( A)
3U 1 dm
3.22000

- PHía hạ áp : I2 =

Sdm
6300.10 3
=
= 377,35( A)
3U 2 dm
3.6300

3. Dòng điện pha định mức.
- Phía cao áp nối Y: I1f = I1 = 165,3 (A)
- Phía hạ áp nối : U2f=

I2
3

= 333,33( A)

9


đồ án tốt nghiệp
4. Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp nối Y: U1f =

U1
3

=

22000
= 12701,7(V )
3

- Phía hạ áp nối : U2f = U2 = 6300 (V)
5. Điện áp thử dây quấn ( tra bảng 14 -5 tài liệu 1).
Ut1 = 50 (kV) ;

Ut2 = 20 (kV)

II. Chọn các số liệu xuất phát và tính toán kích thớc chủ yếu.

1.Với Ut1 = 50 (QV) Tra bảng 14 2 tài liệu1.
Có : = 18 (mm)
12 = 4 (mm)
*Theo công thức (20-13a) TL1 có :
1 + 2 = K. 4 S t
Chọn K = 2 1 + 2 = 2

4

2100 = 13,5 (cm)

* Chiều rộng quy đổi từ trờng tản.
bc = +

1 + 2
= 18 + 45,1 = 63,1 (mm)
3

2. Hệ số quy đổi từ trờng tản:
Kr = 0,95
3. Thành phần điện áp tác dụng của điện áp ngắn mạch
Unr% =

P1
48000
=
= 0,76%
10sdm 10.6300

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.

Un % = U r2 % U nr2 % = 7,5 2 0,76 2 = 7,46%

Chơng II
Thiết kế mạch từ
10


đồ án tốt nghiệp
1. Chọn tôn silic

Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA. Do đó
khi thiết kế cần phẩi đảm bảo làm sao cho thoả mãn những yêu cầu nh, tổn hao sắt chính
và phụ nhỏ, lợng tôn silic sử dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điều đầy của lõi sắt lớn.
Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác nữa nh: dây quấn, giá
đỡ dây 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 đợc lực cơ học lớn khi
bị ngắn mạch dây quấn.
Để các yêu cầu đối với mạch từ nh trên đợc thoả mãn thì việc chọn loại tôn silic
nh thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao nhiêu là
đợc. Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn sẽ bị dòn, đàn hồi kém đi.
ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có u điểm vợt trội về khả năng
dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng. Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp
các tinh thể gần nh không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hớng, 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 cờng 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 đợc tổn hao trong máy, giảm đợc
trọng lợng kích thớc máy đặc biệt là rút bớt đợc đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận
lợi cho việc chuyên chở. Tuy nhiên giá t hành tôn cán lạnh có hơi cao nhng do việc
giảm đợc tổn hao và trọng lợng nên ngời ta tính rằng vẫn kinh té hơn những loại MBA đợc chế tạo bởi tôn cán nóng.
lại định hớng ban đầu. Các lá thép kỹ thuật điện sau đó đợc sơn phủ cách điện mặt ngoài

trớc khi ghép chúng
2 Tra bảng 44-4 (tài liệu 1) chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3406 dày 0,35mm
chọn BT = 1,65.
Chọn sơ bộ số bậc của trụ là 8 bậc theo bảng 10 -2 TL1 tiết diện gông có 3 cấp với
Kg = 1,03.
Bg =

1,65
= 1,6(T )
1,03

Hệ số chèn kín Kp = 0,936 hệ số điện dày 0,91 hệ số lợi dụng lõi thép
11


đồ án tốt nghiệp
Kcd = 0,93. 0,91 = 0,85.
4. Suất tổn hao trụ và gông.
Tra bảng 44- 4 TL1
Có: Pt = 1,261 W/Kg
Pg = 1,145 W/Kg

qt = 2 Var/Kg
qg = 1,64 Var/Kg

Tra theo mục 4.2. TL1 suất từ hoá khe hở không khí
+ Nối ghép nghiêng qss = 6225.cost2 = 16947 Var/m2
+ Nối ghép thẳng qss = 7050.cost2 = 19194 Var/m2
5. Khoảng cách cách điện chính
Dựa vào bảng 14 -1, 14 -2 TL1

Có

e = 21 mm
= 18mm
d = 45 mm
c = 22 mm
12 = 4mm

Tấm chắn giữa các pha 22 = 3mm
6. Chọn = 1,4; b = 0,35; Kf = 0,91 theo 20 - 41 c, d,e TL1)
7. Chọn KR = 0,95
8. Chọn hệ số hình dáng: ở mục 20 -1 tài liệu 1 đã đa tính toán MBA theo hệ số hình
dáng = .Ds/lv: đờng kính trung bình của cuộn dây, lv chiều cao của dây quấn.
- Trị số thờng biến thiên rất rộng từ 1,2 ữ 3,6 nó ảnh hởng rõ rệt tới các đặc tính
kỹ thụât và kinh tế của MBA.
* Về mặt kinh tế
- Nếu các MBA có cùng công suất điện áp và các thông số kỹ thuật ban đầu thì
nếu nhỏ MBA sẽ gầy, cao nếu lớn thì MBA sẽ béo và thấp với trị số
khác nhau thì tỉ lệ trọng lợng sắt và đồng trong MBA cũng khác nhau. nhỏ thì lợng sắt
ít lợng đồng nhiều, lớn thì lợng sắt lớn lợng đồng ít. Nh vậy chọn thích hợp không
chỉ ảnh hởng đến kích thớc của máy mà còn ảnh hởng tới vật liệu cấu thành lên máy
biến áp đến giá thành của MBA.
12


đồ án tốt nghiệp
* Về mặt lỹ thuật
- Nếu lớn thì đờng kính d lớn và trọng lợng sắt tăng. Do vậy mà tổn hao sắt tăng
vì vậy mà dòng điện không tải tăng lên.Muốn giữ tổn haokhông đổi khi tăng thì trọng
lợng đồng giảm xuống , nhng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng điện và lực điện từ tác

dụng lân dq lại tăng lên.
- Vậy chọn lựa hợp lý có ảnh hởng tới cả vấn đề về kinh tế và kỹ thuật của MBA
do vậy các công thức 20 41 TL1. Cho phép tính toán để tìm đợc hợp lí.
A = 16 4

st .bc .K R
2100.6,31.0,95
=
16
= 32
f .u x .Bt2 .K ed2
50.7,46.1,65 2.0,85 2

A1 = 5,66. 10-2..A3.Kp = 5,66.10-2.14.322 .0,93=2415 (Kg)
B1 = 2,4.10-2.KG.Kp .A3 ( + b + 0,375)
B1 = 2,4 .10-2.1,03.0,93.322 (1,4 + 0,4 + 0,375) = 1638,5
A2 = 3,6. 10-2.d.A2.Kp = 3,6.10-2.4,5.322 .0,93 = 154 (Kg)
B2 = 2,4 .10-2.KG.kp.A2 ( + c)
= 2,4.10-2.1,03.0,93.322 (1,8 + 2,2) = 94 (Kg)
s. 2
C1 = Kdq.10 .
k f .k p2 . t2 .U . A 2
2

6300.1,4 2
= 930( Kg )
= 1,27 .10 .
0,92.0,932.1,65 2.0,76.32 2
-2

Các số liệu tính toán sơ bộ đợc thống kê ở bảng dới đây

Bảng tính toán MBA S = 6300 KVA (22/6,3 kV)

x=

4



1,2
1,046

1,4
1,088

1,6
1,125

13

2,2
1,218

2,8
1,294

3
1,316

3,1
1,327

3,2
1,337


®å ¸n tèt nghiÖp
x2

1,095

1,183

1,265

1,483

1,673

1,732

1,761

1,789

x3
A1/x =2415/x

1,146

2307,4

1,187
2219,6

1,423
2146,67

1,806
1982,7

2,165
1866,3

2,274
1835,1

2,337
1819,8

2,392
1806,2

7

2

194,81

6

1

1

9

8

168,72

182,18

2341,48

228,38

257,64

266,73

271,19

275,51

2415/x

2476,1

2401,8

2211,1

2123,9

2101,8

2091,1

2081,7

B1x3 = 1638,5.x3

9
1977,7

5
2108,7

2331,58

4
2959,1

5
3547,3

4
3734,1

3829,1

9
3919,2

2

5

118,91

3

5

4

7

9

102,99

111,2

2450,49

139,4

157,26

162,81

165,53

168,17

21080,

2219,9

3098,5

3704,6

3896,9

3994,7

4087,5

Gt = G’t +Gg

79
4556,9

5
4621,8

4791,97

3
5309,6

1
5828,5

5
5998,7

6085,8

6
6169,2

Kp.qg.G’t=0,93.1,26

0
2901,6

0
2817,3

2746,56

7
2593,6

6
2491,3

9
2465,4

2452,8

5
2441,9

+G’t

3020,9

7

3737

7

9

6

6

4

8

338,47

6483,56

4725,2

5649,5

5942,8

6091,9

6233,5

5922,5

6153,8

6

3

5

2

8675,4

8

4

7318,9

8140,9

8408,3

8644,7

7

2
8920,5

1
8827,7

8
8782,6

8743,5

A2x2 = 154x2
Gt’

=

2

154x +

B2x2= 94x2
3

Gg= 1638,5x +94x

2

KpqgG= 0,93.1,64Gg
P0

=

1,173

G’t+1,525Gg
Kb.qtG’t= 4,2. G’t

10400

16087,

9834,22

3
9286,7

Kb.qgGg = 3,44.Gg

6813,9

77

8429,21

9

9

3

2

2

Kb.qδsηmSt

8

7636,6

3739,21

10658,

12743,

13405,

13741,

14061,

=2955,9x2

3238,4

3

22003,1

94

86

81

77

21

8

3496,8

61

4383,6

4945,2

5119,6

5205,3

5288,1

20452,

3

24329,

2

2

4

1

12

21221,

33

26609,

27352,

27729,

28097,

i0 % = Q0/10s
Gdd = 1,032Gdq=

0,32
943,21

23
0,337
906,8

0,61
876,98

0,67
810

62
0,74
762,44

86
0,76
749,69

73

6,77
743,48

84
0,78
737,92

986,6/x

2216,5

2130,9

2060,9

1903,5

1791,7

1761,7

1747,1

1734,1

RFe-dq.Gdd

5
66773,

8
6752,7

7213,1

3
7620,2

8
7760,5

8
7832,9

1
7903,3

45

8

7

9

7

8

6

Q0 = Σ

6852,87

14


đồ án tốt nghiệp

chọn
Chọn = 2
* Đờng kính trụ sắt là:
D = A.

4



= 32. 4 2 = 38,05 (cm)
Chọn D = 380 (mm)
* Đờng kính trung bình dãnh dầu sơ bộ theo 20 41 d TL1
DS = .D = 1,4 .380 = 532 (cm)
* Chiều cao dq sơ bộ
lv =

DS 3,14.532
=
= 835,2(mm)

2

Chọn 84 cm
* Tiết diện hữu hiệu trụ lõi thép

DS
.38 2
= 0,85.
= 963,51 (cm2)
St = kld .

4

15


®å ¸n tèt nghiÖp

16


đồ án tốt nghiệp
Chơng III
Tính toán dây quấn máy biến áp
I. Các yêu cầu chung

1. yêu cầu vận hành
a. yêu cầu về điện
Khi vận hành thờng dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thờng và
quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lới điện hay sét đánh gây nên. ảnh hởng

của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thờng, thờng 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, con quá điện áp do sét đánh lên đờng dây thờng ảnh hởng đến cách điện dọc của MBA, tức là giữa các vòng dây, lớp dây
hay giữa các bánh dây của trong dây quấn.
b. Yêu cầu về cơ học.
Dây quấn không bị biến dạng hoặc h hỏng dới tác dụng của lực cơ học
do dòng điện ngắn mạch gây nên.
c. yêu cầu về nhiệt
Khi vận hành bình thờng cũng nh trong trờng hợp ngắn mạch, trong thời
gian nhất định dây quấn không đợc có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách điện
sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá 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.
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 vận hành. Nh vậy yêu
cầu đối với thiết kế là.
+ Phải có quan điểm toàn diện : kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu
về chế tạo và vận hành để snả phẩm có chất lợng tốt mà giá thành chấp nhận đợc.
+ Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ
kỹ thuật của xởng sản xuất.
+ Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu
cách điện.
17


đồ án tốt nghiệp
Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bớc.
+ Chọn kiểu và kết cấu dây quấn.
+ Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn
+ Tính toán tính năng của MBA.

II. Tính toán dây quấn hạ áp

1. Có Bt = 1,65(T) ;

St 963,51 (cm2)

Từ thông trong trụ:
= Bt.St

= 1,65.963,5.10-4
= 0,1589 (Wb)

2. Điện áp 1 vòng dây:
Uv = 4,44..f = 4,44.0,1589.50 = 35,29 lấy 35V
3. Điện áp 1 vòng dây
Uv = 35 (V)
4. Điện áp pha
U2f = U = 6300 (V)
Số vòng dây 1 pha của dq hạ áp
w2 =

U2 f
Uv

=

6300
= 180 Vòng
35

Dây quấn thứ cấp bố trí 3 lớp theo kiểu hình trụ, mỗi lớp có 60 vòng, nối
5. Chọn mật độ dòng điện 2 = 1,855A/mm2
6. Tiết diện dây quấn thứ cấp
S2 =

I2 f

2

=

333,33
= 181,8(mm 2 )
1,833

7. Dựa vào bảng 44 -10 TL1
- Chọn 6 dây

3,5 x91
4,1x9,6

- Cách điện 4P, ghép 6 sợi song song có hoán vị.

18


®å ¸n tèt nghiÖp
1
6

2
1

3 2 1

4 3 2

4 5 6
4 3 2
5 6 1

5 6 1

H×nh 1 . Ho¸n vÞ vßng quanh

8. KÝch thíc d©y quÊn
- ChiÒu cap d©y quÊn h¹ ¸p :
lv = (60 + 1) 2 x 9,6 = 1170 (mm)
Ðp : i = 0,13 x 61 x 2 x 0,6 = 10 (mm)
ChiÒu cao thùc cña d©y quÊn h¹ ¸p : 1160 (mm)
- ChiÒu réng d©y quÊn h¹ ¸p
a = 3 x 4,1 + 0,2 = 12,5 mm

60
vß
ng

60
vß
ng

60
vß
ng

H×nh 2. Bè trÝ d©y quÊn thø cÊp

Bè trÝ líp 1 vµ 3 d©y quÊn ph¶i,líp hai quÊn tr¸i, gi÷a c¸c líp cã kªnh lµm
m¸t 9mm gi÷a d©y quÊn h¹ ¸p vµ trô cã c¸ch ®iÖn 5mm.
- Kho¶ng c¸ch gi÷a d©y quÊn h¹ ¸p vµ trô lµ 20,5 (mm). ChiÒu réng kªnh
Vn – nn lµ ∆ = 25 (mm).

9. §êng kÝnh trong d©y quÊn h¹ ¸p
D’ = 380 + 2.21 = 422 (mm)
19


đồ án tốt nghiệp
= 437 (mm)
10. Đờng kính ngoài dây quấn hạ áp
D= 422 + 2. 12,5
= 437 (mm)
11. Khối lợng nhôm dây quấn hạ áp
Gm2= 25,4 x 476,5 x 181,8 x 180.10-6 = 396 (kg)
III. Tính toán dây quấn cao áp

Phía sơ cấp cần điều chỉnh điện áp 9 x 1,78% = 16% dây quấn sẽ gồm
dây quấn cơ sở, dây quấn điều chỉnh thô và dây quấn điều chỉnh tinh. Điện áp
đem đặt lên dây quấn cơ sở và dây quấn điều chỉnh thô. Dây quấn cơ sở khi nối
tiếp với dây quấn điều chỉnh tinh cho điện áp thấp hơn điện áp định mức một

nấc điều chỉnh. Điện áp trên dây điều chỉnh thô lớn hơn ở dây quấn điều chỉnh
tinh một nấc điều chỉnh.
1. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh tinh
Uê =

U1
22000
.16 =
.16 = 3520(V )
100
100

2. Số vòng dây quấn điều chỉnh tinh
wê =

Ue
3520
=
= 58 vòng
3U v
3.35

3. Dây quấn điều chỉnh êm (tinh) chia làm 9 phần, có 9 nấc 1,78% U 1 mỗi nấc
có số vòng dây.
Wê1 =

1
58
We =
= 6,485 vòng

9
9

4. Cấu tạo 5 cấp, mỗi cấp 6 vòng và 4 cấp mỗi cấp 7 vòng
Wê = 5 x 6 + 4 x 7 = 58 vòng
5. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh thô lớn hơn Uê một cấp điều chỉnh
Wth = Wê + 7 = 58 + 7 = 65 vòng
Uth =

3 .Wth.Uv =

3 .65 x 33 = 3946 (V)

6. Điện áp trên dây quấn cơ sở cộng với điện áp điều chỉnh thô bằng U 1, do vậy
ta có điện áp dây quấn cơ sở
Ucs = U1 Uth = 22000 3946 = 18055 (V)
20


đồ án tốt nghiệp
7. Số vòng dây quấn cơ sở:
Wcs =

U cs
18055
=
= 297,8 chọn 298 (vòng)
3U v
3x35

8. Số vòng dây quấn sơ cấp là
W1 = Wth + Wcs = 65 + 298 = 363 (vòng)
9. Dòng điện sơ cấp định mức
S
6300
=
= 165,5( A)
3U 1
3 22000

I1f =

10. Dòng điện khi điện áp lớn nhất:
I1f =

6300
= 142,5 (A)
3x 25520

11. Dòng điện khi điện áp nhỏ nhất
I1f =

Dây quấn
cơ sở

6300
= 197,5 (A)
3x18419

Điều chỉnh êm

0
1
2

6
7
6
7
6
7
6
7
6

3
4
5
6
7
8
9

6
7
6
7
6
7
6

7
6

A. Tiết diện dây
a. Dây quấn cơ sở
21

Vị trí
chuyển mạch
0
1
2
3
4
5
6
7
8

Số vòng
W1
298
304
311
317
324
330
337
343
350

Điện áp
U1, V
18055
18419
18844
19208
19633
19997
20422
20786
21211

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

356
363
369
376
382
389

395
402
408
415

21575
22000
22364
22789
23153
23578
23942
24367
24731
25156

19

422

25520


đồ án tốt nghiệp
1. Chọn mật độ dòng điện 1 = 1,6A /mm2 ta có
1 =

I1 f

1

=

165,5
= 103,5 (mm2)
1,6

2. Tra bảng 44 -10 TL1
- Chọn hai dq song song : 2 x (

3,5 x15
x15,6) cách điện 4P
4,1

- Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm2 góc dây đợc vẽ tròn
1k = 103,2 mm2
3. Mật độ dòng điện thực tế
1 =

165,5
= 1,6 A/mm2
103,2

4. Mật độ dòng điện ở nấc điện áp cao nhất
1 =

142,5
= 1,38 A/mm2
103,2

5. mật độ dòng điện ở nấc điện áp thấp nhất
1 =

197,5
= 1,915 A/mm2
103,2

b. Dây quấn điều chỉnh thô.
1. Chọn mật độ dòng điện : 1,6A/mm2 ứng với nấc điều chỉnh điện áp cao nhất
ta có tiết diện dây
th =

I'



=

142,5
= 89 (mm2)
1,6

2. Tra bảng 44 -10 TL1
- Chọn hai dây quấn song song : 2 x

2,8 x1,6
cách điện 6P
43,7 x16,9

- Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm2 góc dây đợc vẽ tròn

1k = 103,2 mm2
3. Tiết diện thực
th =

165,5
= 1,61 A/mm2
88,4
22


đồ án tốt nghiệp
4. Mật độ dòng điện thực tế
th =

142,5
= 1,38 A/mm2
88,4

c. Nấc điều chỉnh tinh
-Dây quấn điều chỉnh tinh bằng đồng bởi các đầu nối ra nhiều.
- Chọn mật độ dòng điện 3,6A/mm 2. Có hai nhánh song song, tiết diện ca
hai dây sẽ = 54,2A/mm2
1. Tra bảng 44 10 TL1
Kích thớc dây quấn:
2 x

7 x4
cách điện 6P
7,9 x 4,9

2. Mật độ dòng điện đợc tính lại
ê =

142,5
= 2,63 A/mm2
54,2

3. Mật độ dòng điện ở nấc thứ 9 (Ug = 215754) là
9 =

S
6300
=
= 3,13 A/mm2
3U g . e
3 21575 x54,2

4. Mật độ dòng điện ở mức điện áp thấp nhất là
=

I ' '1 f
Se

=

197,5
= 3,65 A/mm2
54,2

B. Bố trí dây quấn

I. Dây quấn cơ sở
- Dây quấn sơ cấp có 298 vòng, chia làm 4 lớp , mỗi lớp 74,5 vòng.
Dây cơ sở quấn liên tục, lớp 1 và lớp 3 là quấn phải còn lớp 2 và lớp 4
quấn trái, lớp đầu quấn trên căn dọc đặt trên ống cách điện lớp 2,3,4 đặt trên
căn dọc. Các căn dọc đặt ngay trên các lớp đã quấn trớc . Để giảm tổn hao phụ,
mỗi lớp khi quấn đến giữa phải hoán vị. Nh vậy chiều cao dây quấn sẽ tăng
thêm một vòng giữa các lớp có kênh làm mát rộng 9mm

23


đồ án tốt nghiệp

0

58 vòng

74,5

65 vòng

58 vòng

Dây quấn cơ sở

Điều chỉnh êm

Điều chỉnh
thô

Bố trí dây quấn cao áp
1. Chiều cao 1 lớp
lv = (74,5 + 2) 15,6 = 1195 mm
lót dây quấn:

11 mm
1206 mm

ép dây quấn: i = 0,123.ni t = 0,13 x 7,6,5 x 0,6 = 6 mm
Chiều cao thực: 1200mm
2. Chiều rộng 1 lớp dây quấn: a = 2 x 4,1 + 0,3 = 8,5 mm
II. Dây quấn điều chỉnh thô
- Dây quấn có 65 vòng quấn thành 1 lớp có hoán vị ở giữa bởi dây làm
tăng chiều cao dây quấn thêm 1 vòng dây. Sau khi quấn dây điều chỉnh thô,
dùng 20 tờ giấy dày 0,1mm bọc lại ra hai phía chừng 60mm.
1. Chiều cao
lv = (65 +2 ) 16,9 =
Lót dây

1135 mm
23mm
1158 mm

ép dây quấn: i = 0,13 x 67 x 0,9 = 8 mm
24


đồ án tốt nghiệp
Chiều cao dây quấn điều chỉnh thô

Lv = 1158 8 = 1150 (mm)
2. Chiều rộng 1 lớp kể cả cách điện
a = 2 x 3,7 + 0,1 = 7,5 (mm)
III. Dây quấn điều chỉnh tinh
Để dây quấn làm việc đối xứng ở mọi đầu điều chỉnh , ta chia dây quấn
thành 2 phần nối song song với nhau. Mỗi phần quấn kiểu lò xo. Bắt đầu từ
giữa lớp đặt trực tiếp lên lớp dây bọc của dây quấn điều chỉnh thô.
1. Chiều cao của dây quấn điều chỉnh tinh
0,5 lv = 2(58 + 1). 4,9 = 580 mm
ép dây quấn : i = 0,13 x 2 x 59 x 0,9 = 14 m
ống tạo khoảng cách ; 60 mm
Vậy chiều cao dây quấn điều chính tinh: 626mm
2. Chiều rộng dây quấn: a = 7,9 + 0,1 = 8 mm
KL: ta nhận thấy chiều cao của dây quấn hạ áp chỉ là 1160 mm trong khi
đó chiều cao dây quấn cao áp là 1200 mm. Vậy để đảm bảo hai dây quấn có
chiều cao bằng nhau thì ở cuộn hạ áp phải lót 40mm
C. Khối lợng dây quấn cao áp

Có khối lợng dây quấn : G = 25,4 .ds.S..10-6 (Kg)
1. Dây quấn cơ sở :
Gcs = 25,4 x 643 x 103,2 x 298.10-6 = 502 Kg
Với ds = 582 + 0,5 (704 582) = 643 (mm)
2. Dây quấn điều chỉnh thô
Gth = 25,4 x 757,5 x 65 x 88,4 .10-6 = 110,5 (Kg)
3. Dây quấn điều chỉnh tinh : (bằng đồng)
Gê = 3 x 777 x58 x 54,2 x 8,9 .10-6 = 204 (Kg)
4. Trọng lợng dây quấn sơ cấp
G1 = 502 + 110,5 + 204 = 816,5 (Kg)
5. Đờng kính trong dây quấn cao áp
D = 437 + 2 x 18 = 573 (mm)

6. Đờng kính ngoài dây quấn cao áp
25