Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực lõi thép hai bậc, dây quấn hình ôvan

LỜI CAM ĐOAN
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu bản luận văn đã được hoàn thành.
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và các kết quả tính toán là đúng sự thật. Tôi
xin chịu trách nhiệm về các nội dung nghiên cứu và các kết quả tính toán của
mình.
Tác giả luận văn

Nguyễn Trí Kiên

i


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ........................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................. viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP THEO KIỂU LÕI THÉP NHIỀU
BẬC THÔNG THƢỜNG ......................................................................................... 3
1.1. Tính toán thiết kế sơ bộ ................................................................................. 3
1.1.1 Xác định các đại lượng cơ bản ............................................................... 3
1.1.2 Chọn các kích thước và số liệu cơ bản .................................................... 3
1.1.3 Tính toán tối ưu hệ số β ........................................................................... 5
1.2 Tính toán dây quấn ......................................................................................... 6
1.2.1 Tính toán dây quấn hạ áp ......................................................................... 6
1.2.2 Tính toán dây quấn cao áp ....................................................................... 8
1.3. Tính toán ngắn mạch ................................................................................... 11
1.3.1. Tổn hao ngắn mạch............................................................................... 11
1.3.2. Điện áp ngắn mạch ............................................................................... 12
1.4: Tính toán mạch từ và các tham số không tải ............................................... 12
1.4.1 Tính toán mạch từ .................................................................................. 12

1.4.2 Tính toán tổn hao không tải – dòng không tải – hiệu suất .................... 14
CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP THEO KIỂU LÕI THÉP 2 BẬC .... 18
2.1. Một số công thức tính toán cho kiểu lõi thép 2 bậc.................................... 18
2.1.1 Mô hình lõi thép và tính toán các công thức hình học .......................... 18
2.1.2 Dẫn dắt một số công thức tính toán ....................................................... 19
2.2. Tính toán thiết kế sơ bộ ............................................................................... 23
2.2.1 Xác định các đại lượng cơ bản ............................................................. 23
2.2.2 Chọn các kích thước và số liệu cơ bản .................................................. 24
2.2.3 Tính toán tối ưu hệ số β ......................................................................... 27
2.3. Tính toán dây quấn ...................................................................................... 32
ii


2.3.1 Tính toán dây quấn hạ áp ....................................................................... 32
2.3.2 Tính toán dây quấn cao áp ..................................................................... 36
2.4.Tính toán ngắn mạch .................................................................................... 41
2.4.1.Tổn hao ngắn mạch................................................................................ 42
2.4.2. Điện áp ngắn mạch ............................................................................... 43
2.4.3. Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch .................................................... 43
2.4.3.4 Ứng suất lực hướng kính trong dây quấn tính theo công thức tương tự
thiết kế (1) ....................................................................................................... 44
2.5. Tính toán mạch từ và các tham số không tải ............................................... 44
2.5.1. Tính toán mạch từ ................................................................................. 44
2.5.2 Tính toán tổn hao không tải – dòng không tải – hiệu suất .................... 51
CHƢƠNG 3. SO SÁNH ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP 2 BẬC VÀ MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP NHIỀU
BẬC THÔNG THƢỜNG ....................................................................................... 55
3.1. Giới thiệu phân tích đặc điểm trong thiết kế,công nghệ chế tạo máy biến áp
tại ABB ............................................................................................................... 55
3.1.1 Sự khác biệt về tư tưởng thiết kế ........................................................... 55

3.1.2. Công nghệ chế tạo mạch từ .................................................................. 56
3.1.3 Công nghệ về chế tạo dây quấn ............................................................ 60
3.1.4 Công nghệ chế tạo vỏ - thùng dầu ......................................................... 63
3.2 So sánh một số chỉ tiêu kỹ thuật của các thiết kế ......................................... 64
3.2.1 Các thông số của máy biến áp theo thiết kế do nhà máy ABB tính toán
thiết kế ............................................................................................................ 64
3.2.2 Lập bảng so sánh các thông số của các mẫu thiết kế............................. 66
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 70

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Nội dung

Ký hiệu, chữ viết tắt

Máy biến áp

MBA

Công suất định mức

Sđm

Dòng điện dây định mức

Iđm

Dòng điện không tải

I0

Điện áp định mức

Uđm

Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng

Unr(%)

Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng

Unx(%)

Tỉ số biến áp

K

Các đầu vào ra sơ cấp

K, L

Cao áp

CA

Hạ áp

HA

Số pha

m

Dung lượng một pha

Sf

Dung lượng trên mỗi trụ

S’

Điện áp pha định mức

Uf

Điện áp thử

Uth

Đường kính tròn bao trụ sắt

d

Chiều cao cuộn dây

l

Đường kính trung bình giữa cuộn cao áp và hạ áp

d12

Tỷ số kích thước cơ bản của máy biến áp

β

Mật độ từ cảm trong trụ máy

Bt

Hệ số gia tăng tiết diện gông

kg

Suất từ hoá trong trụ

pt

Suất từ hoá trong gông

pg

Khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn hạ áp

a01

Khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp

a12

iv


Khoảng cách cách điện giữa 2 dây quấn của 2 trụ cạnh

a22

nhau
Khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và gông

l0

Bề dày ống cách điện giữa cao áp và hạ áp

δ12

Bề dày tấm chắn giữa các pha

δ22

Hệ số điền đầy

kđ

Hệ số nêm kín

kc

Hệ số lợi dụng lõi sắt

kld

Hệ số qui đổi từ trường tản

kr

Chiều rộng qui đổi từ trường tản

kr

Chiều rộng qui đổi từ trường tản

ar

Tỷ trọng của sắt

γFe

Trọng lượng trụ

Gt

Trọng lượng gông

Gg

Trọng lượng phần góc uốn mạch từ

Go

Trọng lượng toàn bộ lõi sắt

GFe

Trọng lượng toàn bộ dây quấn

Gdq

Giá thành vật liệu tác dụng

Ctd

Tiết diện trụ sơ bộ

Tt

Tổn hao không tải

Po

Công suất từ hoá lõi sắt

Qo

Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp

w1

Mật độ dòng điện trung bình

Δtb

Tiết diện dây dẫn hạ áp

T1

v


DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Bảng 1.1.Xác định hệ số β tối ưu ................................................................................ 5
Bảng 1.2. Số vòng dây ở các cấp điều chỉnh .............................................................. 9
Bảng 1.3. Bố trí dây quấn cao áp .............................................................................. 10
Bảng 1.4. Bố trí các đầu dây ra cao áp ...................................................................... 10
Bảng 1.5. Kích thước của từng bậc trong trụ và gông ............................................. 12
Bảng 1.6. Số lá thép trong trụ và gông...................................................................... 13
Bảng 2.1. Số liệu về khoảng cách cách điện trong máy biến áp ............................... 24
Bảng 2.2. Bảng tính toán về các hệ số khối lượng .................................................... 27
Bảng 2.3. Tính chọn hệ số β...................................................................................... 31
Bảng 2.4. Chiều dài các vòng dây hạ áp ................................................................... 34
Bảng 2.5. Chiều dài vòng dây có bề mặt tỏa nhiệt.................................................... 35
Bảng 2.6. Số vòng dây tương ứng ở các cấp ............................................................. 36
Bảng 2.7. Bố trí dây quấn cao áp .............................................................................. 37
Bảng 2.8. Bố trí các đầu dây ra ................................................................................. 38
Bảng 2.9. Chiều dài dây quấn cao áp ........................................................................ 40
Bảng 2.10. Chiều dài của các bề mặt tỏa nhiệt ......................................................... 40
Bảng 2.11. Hệ số tổn hao phụ ................................................................................... 42

Bảng 2.12. Tổn hao trong dây dẫn ra bên hạ áp........................................................ 42
Bảng 2.13. Tổn hao trong dây dẫn ra bên cao áp ...................................................... 43
Bảng 2.14. Ứng suất lực hướng kính trong dây quấn ............................................... 44
Bảng 2.15. Kích thước từng bậc trong trụ và gông ................................................... 45
Bảng 2.16. Số lá thép trong trụ và gông .................................................................... 46
Bảng 2.17. Thể tích từng bậc gông ........................................................................... 47
Bảng 2.18. Thể tích từng bậc trụ bên ........................................................................ 48
Bảng 2.19. Thể tích từng bậc trụ giữa ....................................................................... 49
Bảng 2.20. Thể tích phần ghép nối mỗi bậc.............................................................. 49
Bảng 2.21. Tính toán thể tích trụ và gông ................................................................. 50
Bảng 2.22. Tính toán khối lượng trụ và gông ........................................................... 50
vi


Bảng 2.23. Nội suy tìm ra giá trị suất tổn hao và suất từ hóa tại từ cảm B = 1,606T ... 52
Bảng 2.24. Nội suy tìm ra giá trị suất tổn hao và suất từ hóa tại từ cảm B =1,136 T.... 53
Bảng 3.1. Ví dụ về một số thông số tôn. ................................................................... 56
Bảng 3.2. Thông số lõi thép MBA 750kVA, 22/0,4kV nhà máy ABB sản xuất ...... 64
Bảng 3.3. Thông số dây quấn hạ áp MBA 750kVA, 22/0,4kV nhà máy ABB sản xuất . 65
Bảng 3.4. Thông số dây quấn cao áp MBA 750kVA, 22/0,4kV nhà máy ABB sản
xuất .................................................................................................................. 65
Bảng 3.5. Thông số Thùng dầu – trọng lượng – cánh tản nhiệt MBA 750kVA,
22/0,4kV nhà máy ABB sản xuất .............................................................................. 66
Bảng 3.6. Thông số điện MBA 750kVA, 22/0,4kV nhà máy ABB sản xuất ........... 66
Bảng 3.7 . Bảng so sánh các thông số của các mẫu thiết kế MBA ........................... 66
Bảng 3.8. Bảng so sánh các chỉ tiêu về điện của các mẫu thiết kế MBA ................. 68

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Các khoảng cách trong máy biến áp ............................................................ 4
Hình 1.2 Cách ghép lá tôn ........................................................................................... 4
Hình 1.3 Hình ảnh dải đồng làm dây quấn hạ áp ........................................................ 7
Hình 1.4 Cách đặt lá đồng quấn hạ áp cùng giấy cách điện ....................................... 7
Hình 1.5 Vị trí hàn thanh đầu ra vào lá đồng .............................................................. 7
Hình 1.6 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn CA ................................................. 8
Hình 1.7 : Các kích thước và khoảng cách dây quấn ............................................... 10
Hình 1.8 Sơ đồ dây quấn cuộn cao áp ....................................................................... 11
Hình 1.9 Kích thước của trụ thiết kế (1) ................................................................... 13
Hình 1.10: Hình ảnh mạch từ đã lắp ghép (thiết kế (1)) ........................................... 14
Hình 1.11 Các mặt cắt mạch từ thiết kế (1) .............................................................. 14
Hình 2.1: Các kich thước của lõi thép ....................................................................... 18
Hình 2.2: Hình ảnh dây quấn trên lõi thép ................................................................ 18
Hình 2.3 Cách ghép lá tôn ......................................................................................... 25
Hình 2.4 Mặt cắt trụ .................................................................................................. 25
Hình 2.5 Mặt cắt gông ............................................................................................... 26
Hình 2.6: Kích thước của lõi thép thiết kế (2) .......................................................... 31
Hình 2.7 Kích thước dây quấn hạ áp ......................................................................... 34
Hình 2.8: Các kích thước của dây quấn và các khoảng cách cách điện................... 38
Hình 2.9 Sơ đồ các đầu điều chỉnh cuộn cao áp ....................................................... 39
Hình 2.10 Kích thước ngoài cuộn dây sau khi quấn xong ........................................ 41
Hình 2.11. Kích thước của trụ (thiết kế (2)).............................................................. 45
Hình 2.12 Hình dạng lá thép gông thiết kế (2).......................................................... 46
Hình 2.13 Hình dạng trụ bên thiết kế (2) ................................................................. 47
Hình 2.14 Hình dạng lá thép trụ giữa thiết kế (2) ..................................................... 48
Hình 2.15 Hình ảnh mạch từ đã lắp ghép (thiết kế (2)) ............................................ 51
Hình 2.16 các mặt cắt mạch từ thiết kế (2) ............................................................... 51
Hình 3.1 Các cuộn tôn sử dụng trong nhà máy ABB ............................................... 57
viii

Hình 3.2 Đầu ra của máy cắt tôn tự động ................................................................. 57
Hình 3.3 Cách ghép lá tôn ......................................................................................... 58
Hình 3.4 Các bước cắt lá tôn ..................................................................................... 58
Hình 3.5 Kích thước cho lá tôn ở trụ giữa ................................................................ 59
Hình 3.6 Các lá tôn ở trụ giữa khi ghép steplap ........................................................ 59
Hình 3.7: mối ghép steplap thực tế .......................................................................... 60
Hình 3.8 Khuôn quấn cho cuộn dây hạ áp ................................................................ 61
Hình 3.9: Quấn lớp bìa trước khi quấn dây hạ áp ..................................................... 61
Hình 3.10 Hàn xong đầu ra hạ áp quấn tiếp cách điện và thông dầu ........................ 62
Hình 3.11 Quấn lớp bìa cuối cùng và hoàn thành bối dây. ....................................... 62
Hình 3.12: Máy ép dây dẫn tròn thành dây chữ nhật ............................................... 63
Hình 3.13: Một tấm phin cánh sóng chuẩn bị hàn vỏ ............................................... 64

ix


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Chúng ta đang sống trong một thời đại với sự phát triển không ngừng của
khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Dù ở thời đại nào thì ngành năng
lượng cũng luôn được coi trọng hàng đầu. Trong số các ngành năng lượng thì ngành
điện đóng một vai trò mấu chốt nhất. Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy
điện là một khâu vô cùng quan trọng, nhờ có các kỹ sư thiết kế máy điện mà các
máy điện mới được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện. Khi điện đã được 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 được máy biến áp điện lực dùng để tăng hay giảm điện
áp lưới sao cho phù hợp với việc tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện năng
khi truyền tải cũng như giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ.

Vì lý do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan
trọng trong hệ thống điện. MBAĐL ngâm dầu là một loại máy được sử dụng rất phổ
biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội do loại máy này có được. Nhờ đó mà
MBAĐL ngâm dầu ngày càng được sử dụng rỗng rãi hơn và không ngừng được cải
tiến sao cho phục vụ nhu cầu người sử dụng được tốt nhất.
Theo kinh điển, các máy biến áp phân phối được sản xuất ở Việt Nam
thường theo thiết kế lõi thép nhiều bậc, dây quấn tròn. Các tài liệu thiết kế máy biến
áp loại này được giảng dạy trong một số trường đại học và được sử dụng trong các
phòng kỹ thuật của các công ty sản xuất máy biến áp loại này. Những năm gần đây,
máy biến áp phân phối lõi thép ít bậc, dây quấn hình ôvan công suất dưới 1000kVA
được đưa vào sản xuất với mục đích giảm giai đoạn cắt tôn và lắp ráp tôn. Nhưng
công thức tính toán thiết kế loại này chưa được nghiên cứu kỹ trong trường đại học,
và sẽ có những sự khác biệt so với máy biến áp lõi thép nhiều bậc, dây quấn tròn cả
về lõi thép cũng như dây quấn. Việc nghiên cứu công thức tính toán thiết kế máy
biến áp loại này góp phần vào việc tìm ra được phương pháp chung trong thiết kế
máy biến áp phân phối lõi thép hai bậc, dây quấn hình ôvan.

1


Ý nghĩa khoa học của đề tài
Xây dựng công thức tính toán thiết kế máy biến áp phân phối lõi thép hai
bậc, dây quấn hình ôvan.
Mục đích của đề tài
Tìm ra phương pháp chung trong thiết kế máy biến áp phân phối lõi thép hai
bậc, dây quấn hình ôvan.
Nội dung của đề tài
Thiết kế mẫu máy biến áp lõi thép hai bậc, dây quấn hình ôvan
So sánh đặc điểm thiết kế và công nghệ chế tạo máy biến áp lõi thép hai bậc,
dây quấn hình ôvan với máy biến áp lõi thép nhiều bậc thông thường

2


CHƢƠNG 1. THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP THEO KIỂU LÕI THÉP NHIỀU
BẬC THÔNG THƢỜNG
Mục đích phần này nhằm đưa ra một thiết kế theo kiểu lõi thép nhiều bậc thông
thường (gọi tắt là thiết kế (1)) để lấy số liệu cho việc so sánh với thiết kế theo lõi
thép 2 bậc.
Trong phần này gồm những nội dung sau:
- Tính toán sơ bộ chọn ra hệ số hình dáng cho máy biến áp
- Tính toán dây quấn
- Tính toán ngắn mạch
- Tính toán mạch từ và các thông số không tải
Để minh họa, luận văn tiến hành thiết kế trên một mẫu máy biến áp cụ thể có
thông số sau:
Sđm = 750kVA, U1/U2 =22/0,4kV,
Tổn hao không tải P0 = 1250 W,
Dòng điện không tải i0 = 1,4%,
Tổn hao ngắn mạch Pn = 9400W,
Điện áp ngắn mạch un = 6%
Luận văn chỉ nêu ra các bước tính toán và các kết quả chính như sau:
1.1. Tính toán thiết kế sơ bộ
1.1.1 Xác định các đại lƣợng cơ bản
1.1.2 Chọn các kích thƣớc và số liệu cơ bản
1.1.2.1 Chiều rộng quy đổi từ trường tản và các khoảng cách cách điện
Trong thiết kế (1) sử dụng bảng số liệu các khoảng cách theo bảng (19) tài liệu [1]
Xem rõ hơn trong hình (1.1)

3

Hình 1.1 Các khoảng cách trong máy biến áp
1.1.2.2 Sơ bộ về mạch từ
Với thiết kế (1): Ta sử dụng kết cấu kiểu trụ, theo tài liệu [1] ta sử dụng lõi thép có
7 bậc nội tiếp đường tròn.
- Cách ghép mạch từ có các mối nối có dạng như hình (1.2)
- Cách ghép trụ theo kiểu xen kẽ 2 lá/lớp. Như hình (1.2), xếp xong lớp 2 rồi quay
trở lại lớp 1 theo chu kì đến khi đủ chiều cao cần thiết
- Cách ép trụ bằng nêm và dây quấn, ép gông bằng xà và bulông đặt ngoài gông
- Số bậc gông chọn là 6 bậc nhằm bảo đảm lực ép được phân bố đều trên các lá thép
gông.

Hình 1.2 Cách ghép lá tôn
4


- Chọn thép là tôn cán lạnh mã hiệu 3405 độ dày δthép = 0,30mm .
1.1.2.3 Các suất tổn hao và từ hóa ở các giá trị từ cảm
1.1.3 Tính toán tối ƣu hệ số β
1.1.3.1 Tính toán các hệ số khối lượng
1.1.3.2 Tính toán khối lượng sắt và dây quấn sơ bộ
1.1.3.3 Tính các tiết diện
1.1.3.4 Tính toán tổn hao không tải sơ bộ
1.1.3.5 Tính toán công suất từ hóa
1.1.3.6 Tính toán dòng không tải sơ bộ
1.1.3.7 Tính toán mật độ dòng sơ bộ
1.1.3.8 Tính toán chi phí giá thành vật liệu tác dụng
1.1.3.9 Lập bảng xác định hệ số β tối ưu và tính toán lại các thông số theo β chọn
Với

ta lập bảng xác định hệ số β thỏa mãn các điều kiện sau với sai lệch

không quá 5%


Po < 1250W



i0 < 1,4%



Δ < 4,5A/mm2



Ctd cực tiểu
Bảng 1.1.Xác định hệ số β tối ưu

β
P0
io
Δ
d
Ctd

1,2
1170

0,259
2,92
0,189
1616,2

1,8
1305,8
0,293
3,23
0,209
1562,1

1,9
1328,6
0,299
3,28
0,212
1560,2

2,0
1351,6
0,305
3,32
0,215
1560,4

2,1
1374,4
0,310
3,36

0,217
1561

2,4
1442,7
0,327
3,47
0,224
1569,3

3,0
1577,7
0,358
3,67
0,238
1603,2

3,6
1709,6
0,389
3,84
0,249
1650,8

Từ bảng trên ta lựa chọn hệ số β = 1,9. Đường kính lõi thép là d = 0,212, ta chọn lại
theo tiêu chuẩn có d = 0,21 m. Ta tính lại các thông số như sau


Hệ số β
;



Tổn hao không tải
Po = 1307,8 W
5


chấp nhận được


Tiết diện lõi sắt : Theo bảng 42b trang 217 tài liệu [1] ta có : TT.tc = 319,2

cm2 ; Tg.tc = 327,2 cm2
Vậy tiết diện hữu hiệu là
Trong đó Kd = 0,96 là hệ số lấp đầy của lá tôn.


Đường kính trung bình rãnh giữa



Chiều cao dây quấn sơ bộ

1.2 Tính toán dây quấn
Với yêu cầu thiết kế máy có công suất 750 kVA < 1000kVA, điện áp 22/0.4kV,ta
sử dụng kiểu quấn dây cho dây quấn hạ áp là dùng băng đồng mỏng quấn đồng trục
lại thành nhiều lớp. Với dây quấn cao áp sử dụng dây quấn hình ống tùy theo cách
chọn dây mà sử dụng dây dẫn hình chữ nhật hay tròn. Dây quấn cao áp quấn lên
trên dây quấn hạ áp. Sau đây là các bước cho tính toán dây quấn.

1.2.1 Tính toán dây quấn hạ áp
1. Suất điện động một vòng dây.
2. Số vòng dây một pha của dây quấn
Tính lại điện áp một vòng và từ cảm thực tế
Điện áp một vòng thực tế
Từ cảm thực tế
3. Mật độ dòng điện trung bình
4. Tiết diện sơ bộ một vòng dây của dây quấn hạ áp
5. Kết cấu dây quấn hạ áp: ta dùng kiểu quấn dây hạ áp bằng dải đồng mỏng
không cách điện ghép cùng với giấy cách điện quấn lại 21 vòng.


2 đầu bên trong và bên ngoài lá đồng hàn các thanh đầu ra tương ứng.



Lớp giấy cách điện quấn cùng thanh đồng rộng hơn lá đồng mỏng nhằm tạo

khoảng cách cách điện làm phần đầu thừa
6


Hình 1.3 Hình ảnh dải đồng làm dây quấn hạ áp


Ở 2 đầu trên dưới của dải đồng quấn nẹp đầu bằng giấy cách điện, nhằm

cách điện và tăng cơ tính cho cuộn dây và tạo phần đầu thừa.

Hình 1.4 Cách đặt lá đồng quấn hạ áp cùng giấy cách điện

Cách hàn thanh đồng vào dải đồng được thể hiện qua hình sau

Hình 1.5 Vị trí hàn thanh đầu ra vào lá đồng
7


6. Kích thước dây quấn hạ áp
7. Tiết diện của dây quấn hạ áp và mật độ dòng điện hạ áp thực
8. Chọn các thông số kết cấu của cuộn hạ áp
9. Tính toán chiều dày của cuộn hạ áp
10. Đường kính trong cuộn hạ áp
11. Đường kính ngoài cuộn hạ áp
12. Trọng lượng dây quấn hạ áp
13. Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp
1.2.2 Tính toán dây quấn cao áp
1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp theo hình sau, các đầu phân áp được nối vào
các cực của bộ đổi nối 3 pha. Dòng điện làm việc qua các tiếp điểm là 19,68 A.
Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của hai pha của bộ điều chỉnh điện áp là


Điện áp làm việc



Điện áp thử Uth = 2Ulv = 2540 V

Hình 1.6 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn CA
2. Số vòng dây cao áp ứng với điện áp định mức
3. Số vòng dây ứng với một cấp điều chỉnh
8

4. Số vòng dây tương ứng ở các cấp
Bảng 1.2. Số vòng dây ở các cấp điều chỉnh
Cấp

-5%

-2,5%

0

+2,5%

+5%

Số vòng

1900

1950

2000

2050

2100

Vậy số vòng dây của từng phân đoạn (A7 trùng X)
Phân đoạn

AA6

A6 A4

A4 A2

A 3 A5

A5 A7

Số vòng

1900

50

50

50

50

5. Mật độ dòng điện sơ bộ
6. Tiết diện dây sơ bộ
7. Ta chọn kết cấu dây quấn hình ống nhiều lớp
Chọn dây dẫn cao áp loại dây như sau
- Dây tròn đường kính 2,12; tiết diện s2 =3,53 mm2 ; đường kính có cách điện
2,1mm
8. Số vòng dây một lớp sơ bộ

Vậy chiều cao dây quấn cao áp là :l2 = 500
Vậy số vòng dây một lớp sơ bộ

Chọn số vòng dây một lớp bằng 225 vòng
Chiều cao dây quấn thực tế là l2 = 495 mm,
Vậy đầu thừa cao áp chọn : ld2 = 30 mm.
Chiều cao bối dây quấn xong là L = l2 + ld2 = 495 +2×30=555mm (tính cả toàn
bộ dây quấn và đầu thừa)
Vậy đầu thừa hạ áp là ld1 = ½ (L2 – l1) = ½ (555 – 500) =27,5 mm
9. Số lớp dây quấn

10. Chọn quấn dây theo bố trí như sau
9


Lớp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Bảng 1.3. Bố trí dây quấn cao áp
Số vòng
Cách điện sau lớp hiện

tại (mm)
Theo lớp
Tổng cộng
225
225
1
225
450
1
225
675
Thông dầu 4,25 +0,5
225
900
1
225
1125
1
225
1350
Thông dầu 4,25 +0,5
225
1575
1
225
1800
1
225
2025
1

75
2100

Ghi chú : cách điện lớp 1= 4×0,25mm; 0,5 = 2×0,25mm
Và bố trí các đầu dây ra theo bảng sau (đầu A7 trùng X)
Bảng 1.4. Bố trí các đầu dây ra cao áp
Lớp
Vòng
Đầu ra
1
0
A
9
1900
A6
9
1950
A4
9
2000
A2
9
2000
A3
10
2050
A5
10
2100
A7,X

Ghi chú

Đặt tấm cách điện
giữa A2, A3

11. Điện áp cực đại giữa 2 lớp dây
12. Hình vẽ các kích thước cuộn dây cao áp và sơ đồ dây quấn cao áp

Hình 1.7 : Các kích thước và khoảng cách dây quấn
10


Hình 1.8 Sơ đồ dây quấn cuộn cao áp
13. Độ dày dây quấn cao áp
14. Đường kính trong của dây quấn cao áp
15. Đường kính ngoài dây quấn cao áp
16. Trọng lượng đồng dây quân cao áp
17. Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp
18. Đường kính trung bình rãnh giữa tính bằng cách lấy trung bình của đường
kính ngoài hạ áp và đường kính trong cao áp: d12 = 285,2
19. Chiều rộng ar tính như sau

1.3. Tính toán ngắn mạch
1.3.1. Tổn hao ngắn mạch
Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp là tổn hao khi ngắn mạch một trong hai
dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điện áp ngắn mạch UN để cho dòng điện trong cả
hai dây quấn đều bằng với định mức
1.3.1.1 Tổn hao chính và tổn hao phụ trong dây quấn
Vậy tổn hao chính và tổn hao phụ trong dây quấn tổng cộng là

1.3.1.2 Tổn hao trong dây dẫn ra
1.3.1.3 Tổn hao trong vách thùng dầu và các chi tiết kim loại khác
Tổn hao ngắn mạch máy biến áp là
11


So sánh với yêu cầu Pn = 9400 W ta thấy thiết kế (2) đạt được yêu cầu và nhỏ
hơn ΔPn = 311W cũng không quá 5% với yêu cầu
1.3.2. Điện áp ngắn mạch
1.3.2.1 Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng

1.3.2.2 Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng
Theo công thức (4-23) trang 111 tài liệu [1] ta có

Vậy điện áp ngắn mạch phần trăm của máy tính theo công thức

So với yêu cầu un = 6% thì ở thiết kế (1) điện áp ngắn mạch đạt yêu cầu và không
nhỏ quá 5% với yêu cầu
1.4: Tính toán mạch từ và các tham số không tải
1.4.1 Tính toán mạch từ
1.4.1.1 Xác định các kích thước cụ thể của lõi sắt
Kết cấu lõi thép kiểu 3 pha 3 trụ, lá thép ghép xen kẽ.
Sử dụng tôn cán lạnh 3405 chiều dày δthép =0,3 mm.
Trụ gồm 7 bậc, gông 6 bậc. Đường kính lõi sắt d =0,21 m, không có tấm sắt ép trụ.
Dựa vào bảng 41b trang 214 tài liệu [1] ta có kich thước của từng bậc trong trụ và
gông như sau:
Bảng 1.5. Kích thước của từng bậc trong trụ và gông :
Thứ tự
1
2

3
4
5
6
7

Trụ (at
mm×mm

×

bt) Gông
(ag
×bg)
mm×mm
200×32
200×32
180×22
180×22
160×14
160×14
145×8
145×8
130×6
130×6
110×8
110×14
90×6
12

Hình 1.9 Kích thước của trụ thiết kế (1)
1.4.1.2 Tổng chiều dày các lá thép trong tiết diện trụ và gông
1.4.1.3 Tiết diện tổng các bậc thang trong trụ
1.4.1.4 Tiết diện tác dụng của trụ
1.4.1.5 Tiết diện tổng các bậc thang trong gông
1.4.1.6 Tiết diện tác dụng của gông
1.4.1.7 Số lá thép trong trụ và gông
Bảng 1.6. Số lá thép trong trụ và gông
Bậc
1
2
3
4
5
6
7

Số lá 1 lớp Trụ
102
72
44
26
18
26
18

1.4.1.8 Chiều cao trụ sắt
1.4.1.9 Khoảng cách tâm hai trụ sắt cạnh nhau
1.4.1.10 Chiều dài mạch từ

1.4.1.11 Chiều cao mạch từ
1.4.1.12 Tính thể tích mạch từ
1.4.1.13 Tính các loại khối lượng
13

Số lá 1 lớp Gông
102
72
44
26
18
44


Hình ảnh mạch từ cùng các kích thước của thiết kế (1) như sau

Hình 1.10: Hình ảnh mạch từ đã lắp ghép (thiết kế (1))

Hình 1.11 Các mặt cắt mạch từ thiết kế (1)
1.4.2 Tính toán tổn hao không tải – dòng không tải – hiệu suất
1.4.2.1 Tổn hao không tải
Khi cấp điện áp xoay chiều có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và cuộn
kia để hở mạch thì gọi là chế độ không tải. Tổn hao ứng với chế độ này gọi là tổn
hao không tải.
Tổn hao không tải gồm có
- Tổn hao trong lá thép silic
- Tổn hao trong vỏ máy và các chi tiết bằng sắt khác
14

- Tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không tải I0 sinh ra
- Tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện
Trong đó 2 loại tổn hao sau có thể bỏ qua khi tính toán. Vậy tổn hao không tải tính
bằng công thức sau

Trong đó kf là hệ số tổn hao phụ.
Theo hướng dẫn tính toán trong các trang từ 128 đến 130 tài liệu [1] tính toán tổn
hao không tải theo công thức như sau

Trong đó :
 kpg = 1,00 là hệ số gia tăng tổn hao ở gông
 kpt = 1,03 là hệ sổ tổn hao do tháo lắp gông trên
 kpe = 1,03 là hệ số tổn hao do ép trụ để đai
 kpckpb = 1 là các hệ số tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm và do gấp mép và
khử bavia
 kp0 = 1,36 là hệ số gia tăng tổn hao ở góc nối
 pt,pg, pk là các suất tổn hao trong trụ, gông và góc nối
 Gtrụ, G’gông, Gnối là các khối lượng tính theo bảng ở mục trước
 nk = 6 là số mối nối giữa trụ và gông

Sau đây ta sẽ tính toán các số liệu cần thiết để tính toán P0
a. Tính toán các từ cảm
b. Tính các suất tổn hao và suất từ hóa
Vậy ta thay vào công thức tính toán tổn hao không tải có được

15


Như vậy so với yêu cầu P0 = 1250 W, thì thiết kế (1) lớn hơn 71,78W. tức là lớn
hơn yêu cầu

Sai số nằm trong khoảng cho phép
Vậy tổn hao không tải của cả thiết kế là đạt
1.4.2.2 Tính dòng không tải
a. Tính toán công suất từ hóa
Theo hướng dẫn tính toán từ trang 132 đên 134 tài liệu [1], công suất từ hóa được
tính như sau

Trong đó :
 kig = 1,00 là hệ số gia tăng công suất từ hóa ở gông
 kit = 1,03 là hệ số tăng công suất từ hóa do tháo lắp gông trên
 kie = 1,04 là hệ số kể đến ảnh hưởng của ép trụ để đai
 kic = 1,18 là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá tôn thành
 kib = 1 là các hệ số tổn hao do khử bavia
 ki0 =4,3 là do ảnh hưởng tăng công suất từ hóa ở góc nối
 qt,qg, qk là các suất từ hóa trong trụ, gông và góc nối đã tính ở mục trên
 Gtrụ, G’gông, Gnối là các khối lượng tính theo bảng ở mục 11 trên
 nk = 6 là số mối nối giữa trụ và gông


đã tính ở mục trên

Do đó ta có công suẩt từ hóa như sau

b. Tính toán dòng điện không tải
Thành phần tác dụng của dòng không tải tính như sau
16