Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha

ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
LỜIMỞĐẦU
húng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của
khoa học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa
được đặt lên hàng đầu .
Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được
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 kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới
được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện. Khi điện đãđược sản xuất ra
thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện
năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và
giảm điện áp lưới sao cho phù hợp nhất đối 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 .
Trong lĩnh vực công nghiệp máy biến áp đóng vai trò vô cùng quan
trọng phục vụ cho việc cung cấp điện năng chuyển hoá thành các dạng
năng lượng khác ứng dụng vào sản xuất. Trong đó máy biến áp dùng cho
đầu máy chạy điện cũng đóng vai trò rất quan trong phục vụ cho ngành
giao thông vận tải. Đầu máy chạy điện là phương tiện giao thông hữu ích
tiện lợi, đặc biệt nó có lợi cho môI trường. Vì vậy đầu máy chạy điện được
sử dụng khá rộng rãI trên thế giới. Tuy nhiên một vấn đềđặt ra là việc cấp
điện cho động cơđầu máy là khó khăn. Vì vậy việc thiết kế chế tạo MBA
cho đầu máy chạy điện cần đặc biệt chú trọng.
Chính vì lý do đó trong đợt thực tập tốt nghiệp lần này emđãđựơc giao
đề tài Thiết kế máy biến áp 1 pha dùng cho đầu máy chạy điện. Bằng tất
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
1
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
cả cố gắng của mình ,với những kiến thức nhận được từ thầy cô và sự
hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm Văn Bình ,màemđã làm nên bài

thiết kế tốt nghiệp này. Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên bài thiết kế
còn nhiều thiếu sót, em mong các thầy côtận tình chỉ bảo giúp hoàn thiện
hơn đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Phạm Bùi Anh Tuấn
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
2
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
PHẦN I: TỔNGQUANVỀMÁYBIẾNÁP
1.1 V ÀINÉTKHÁIQUÁTVỀMÁYBIẾNÁP
Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải cóđường
dây tải điện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi
tiêu thụđiện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc
truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất vàđảm bảo được các
chỉ tiêu kĩ thuật.
Hình 1.1 Sơđồ mạng truyền tải điện đơn giản
Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu
điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống,
như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏđi, do đó trọng lượng và chi phí dây
dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ
giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết
kiệm kim loại mầu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao,dẫn
điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35,110,220 và 500 KV. Trên
thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy
vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết
bịđể tăng điện áp đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
Máy phát điện
Máy biến áp
tăng áp

Đường dây tải
Máy biến áp
giảm áp
Hộ tiêu thụ
3
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước
khi sử dung điện năng ởđây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống.
Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường
dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước 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 tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải
qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của
các MBA trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của
trạm phát điện. Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA
điện lực hay MBA công suất. Từđó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm
vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng
lượng.
Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế
tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên
liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thước máy.
Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗđứng
trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa
nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung
lượng 63000KVA với điện áp 110KV.
1.2 ĐỊNHNGHĨAMÁYBIẾNÁP
Máy biến áp là một thiết bịđiện từđứng yên, làm việc dựa trên nguyên
lí cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ởđiện áp
này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ởđiện áp khác, với tần số

không thay đổi. Kí hiệu một MBA đơn giản như hình 1.2
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
4
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện ,được gọi là sơ cấp
(SC).Đầu ra của MBA được nối với tải gọi là 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 hạáp .
Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp .
+ U
1
: Điện áp sơ cấp .
+ I
1
: Dòng điện qua cuộn sơ cấp .
+ P
1
: Công suất sơ cấp .
+ W
1
: Số vòng dây cuộn sơ cấp .
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp .
+ U
2
: Điện áp thứ cấp .
+ I
2
: Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
+ P
2

: Công suất thứ cấp .
+ W
2
: Số vòng dây cuộn thứ cấp .
1.3 CÁCLƯỢNGĐỊNHMỨC
Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho
phù hợp với từng loại máy . Có nhiều lượng định mức, dưới đây ta giới
thiệu vài đại lượng cơ bản:
a. Điện áp định mức
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
5
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U
1đm
,làđiện áp qui định cho dây quấn sơ
cấp .
Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U
2đm
,làđiện áp giữa các cực của
dây quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch vàđiện áp đặt vào dây
quấn sơ cấp làđịnh mức ,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định
mức làđiện áp pha ,với MBA 3 pha làđiện áp dây .Đơn vị của điện áp ghi
trên nhãn máy thường là KV .
b. 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 vàđiện 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 .
c. Công suất định mức
Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức .Công

suất định mức kí hiệu là S
đm
,đơn vị là VA,KVA .
Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :
S
đm
=U
2đ
.I
2đm
=U
1đm
.I
1đm
.
Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
S
đm
=
3
.U
2đm
.I
2đm
=
3
.U
1đm
.I
1đm

.
1.4 CÔNGDỤNGCỦA MBA
MBA đã vàđang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ
chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như
+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò .
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
6
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
+ Trong hàn điện có MBA hàn .
+ Làm nguồn cho các thiết bịđiện ,thiết bịđiện tử công suất .
+ Trong lĩnh vực đo lường (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…)
+ Máy biến áp thử nghiêm .
+ Vàđặc biệt quan trọng là MBA điện lực được 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
thường ở xa các trung tâm tiêu thụđiện (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 thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Để
nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây
phải giảm dòng điện chạy trên đường dây ,bằng cách nâng cao điện áp
truyền ,vì vậy ởđầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ;
220KV ;500 KV v..v.vàở cuối đường dây cần đặt MBA hạáp để cung
cấp điện cho nơi tiêu thụ ,thường là 127V đến 500V và các động cơ
công suất lớn thường là 3 đến 6KV .
1.5 CẤUTẠOCỦAMÁYBIẾNÁP
Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và Dây quấn. Ngoài ra
còn có các bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát.
1.5.1 Lõi sắt máy biến áp

Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo
từ những vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện. Ngày nay loại tôn cán
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
7
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
lạnh được sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh
là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn
từđịnh 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 sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn
cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T. từđó giảm được tổn hao trong
máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt
đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở. Tuy nhiên
tôn cán lạnh giá thành cóđắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng
lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn
này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng.
Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởi tôn
các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v..v)
Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G) .
Trụ là nơi đểđặt dây quấn.
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường cóđộ dày từ(0,30 tới 0,5)mm
hai mặt được sơn cách điện.
Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong
dầu biến áp.
Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có
các loại lõi sắt như sau :
a.Lõi sắt kiểu trụ:
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN

8
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây
quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố tríđứng,
tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm,
dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu
lõi sắt này(Hình 1.3)
b.Lõi sắt kiểu bọc:
Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây
quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ
thường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA loại này
cóưu điểm là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của
dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên
điện dung dây quấn C
dq
lớn, điện dung đối với đất C
đ
nhỏ nên sự phân
bốđiện áp sét trên dây quấn đều hơn. nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm
là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại
kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong
trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thìđộ bền về cơ kém vì các
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ
a. Một pha; b. Ba pha;
9
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
lực cơtác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu. Lõi sắt loại này
thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lòđiện (Hình 1.4)
c.Lõi sắt kiểu trụ – bọc ( Hình 1.5):

Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc. Kiểu này hay
dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn
100000KVA /1 pha)vàđể giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang
hai bên.
Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc thì hai trụ sắt phía
ngoài cũng thuộc về gông. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi
sắt được ghép từ những lá thép kĩ thuật điện cóđộ dày 0,35mm có phủ sơn
cách điện trên bề mặt.
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
10
H×nh 1.4 KÕt cÊu m¹ch tõ kiÓu bäc.
a. Mét pha ; b. Ba pha ;
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và
gông vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép
xen kẽ.
*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đóđược đem nối
với nhau nhờ những xà và bulong ép ( hình 1.6a). kiểu ghép này ghép đơn
giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện
không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng.
*Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ
( hình 1.6b) sau đó dùng xàép và bulong ép chặt. Muốn lồng dây vào thì dở
hết phần gông trên ra, cho dây quấn đãđược quấn trên ống bakelit lồng vào
trụ, trụđược nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện ( gỗ,bakelit)
sau đó xếp lá thép vào gông như cũ vàép gông lại.
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
11
Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc
1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấn
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khi ghép các lá
thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thể
cắt vát góc lá thép kĩ thuật điện như (hình 1.6.c.d.e).
Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ
sắt thường làm thành hình bậc thang gần tròn.
Gông từ vì không quấn dây do đóđể thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện
ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T.
Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện
gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ.
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
12
a. b.
Lượt 1
Lượt 2
c.
Lượt 1 Lượt 2
d.
e.
L­ît 2
L­ît 1
Lượt 2
Lượt 1
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
Hình 1.6 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha.
a. Ghép nối; b. Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c. Ghép xen kẽ mối nối
nghiêng 4 góc;
d. Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e. ghép xen kẽ hỗn hợp.
1.5.2 Dây quấn máy biến áp.
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng
vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng,

cũng có thể bằng nhôm ( ít phổ biến).
Dây quấn gồm nhiều vòng dây vàđược lồng vào trụ lõi sắt giữa các
vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện
với lõi.
Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạáp (HA) đôi
khi còn có cuộn trung áp (TA).
Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người ta chia ra hai loại dây
quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ
a. D ây quấn đồng tâm :
(Hình 1.7): Cuộn CA và HA là
những hình ống đồng tâm ,bố
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
13
ĐỒÁNTỐTNGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha
b. Dây quấn xen kẽ(Hình1.8) : Cuộn
CA và HA được quấn thành từng
bánh có chiều cao thấp và quấn
xen kẽ, do đó giảm được lực dọc
trục khi ngắn mạch. Dây quấn xen
kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên
tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ thi
kém vững chắc so với dây quấn
đồng âm. Dây quấn kiểu này có
nhiều mối hàn giữa các bánh dây.
H×nh 1.7 D©y quÊn xen kÏ
SINHVIÊN :PHẠMBÙIANHTUẤN
14
1.5.3 Vỏ máy biến áp:
Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện
ngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp

thùng.
a. Thùng MBA :
Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc,
một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép,
dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên. Do đó
giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ
chênh. Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách
điện và có thể gây sự cốđối với MBA.
Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi
MBA được ngâm trong môi trường dầu. Nhờ sựđối lưu trong dầu, nhiệt
truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và
truyền ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ
chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan
các bộ phận bên trong MBA. Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng
cường cách điện.
Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác
nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các
MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống.
Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu
cóống hay loại thùng có bộ tản nhiệt.
Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt
Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA. Ta dùng những bộ tản
nhiệt có thêm quạt gióđể tăng cường làm nguội MBA.
Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ
thống ống nước để tăng cường làm nguội máy.
b. Nắp thùng:
Nắp thùng MBA dùng đểđậy thùng và trên đóđặt các chi tiết máy quan
trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm,
hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộđổi nối các đầu điều chỉnh
điện áp của dây quấn CA.

• Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa
dây dẫn ra với vỏ máy. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng
lượng sứ ra càng lớn.
• Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang
trên nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảo
đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức
nhất định. Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn
nở tự do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo
dõi mức đầu bên trong.
• Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu
nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh. Nếu vì lí do
nào đó màáp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thìđĩa
thủy tinh sẽ vỡđể dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA.
Chúýống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người
qua lại hay những vị tríít nguy hiểm nhất.
1.6 N GUYÊNLÝLÀMVIỆCCỦA MBA
Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và
sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra.
Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với
nhau vềđiện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ.
Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11).
Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA
Đây là sơđồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây. Cuộn sơ
cấp có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi
thép.
Khi đặt một điện áp xoay chiều v
1
vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có
dòng điện i
1

. Trong lõi thép và sinh ra từ thông . móc vòng với cả hai cuộn
I
1
I
2
Z
W
1
W
2
U
1
U
dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e
1
và e
2
. ở cuộn sơ cấp
có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i
2
đưa ra tải với điện áp là u
2
.
Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông
do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.
d == o m. sinmt
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các
dây quấn sơ cấp và thứ cấp là:
e
1

== WW
1
dt
d
φ
= - =
1
dt
tmd
ωφ
sin
= -W
=
= mcosmt
=
2
E
1
sin(s t-
2
π
π - n ( q u ấ n s ơ c ấ p
ee
e
e - W
W
dt
d
φ
= - W

=
dt
tmd
ωφ
sin
= -wW

mcosmt t
2
E
2
sin(Wt-
2
π
π i n (
Trong đó:
E
1
=
2
1
mW
φω
=
2
2
1
mfW
φπ
=4,44fW

1
1 m E
2
=
2
2
mW
φω
=
2
2
2
mfW
φπ
=4,44fW
2
2 m
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thểđưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau.
k =
2
1
E
E
=
2
1
W
W
Nếu không kểđiện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U

1
≈
E
1
, U
2
≈
E
2
do đó k có thể coi như tỉ sốđiện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
k=
2
1
E
E
≈
2
1
U
U
1.7 MỤCĐÍCHYÊUCẦUVÀNHIỆMVỤ:
Đểđảm bảo về tính toán hợp lý tốn it thời gian, việc tính toán MBA sẽ
lần lượt tiến hành theo trình tự như sau:
1. X ác định các đại lượng cơ bản:
• Tính dòng điện pha, điện áp pha của các dây quấn
• Xác định điện áp thử của các dây quấn
• Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh
2. Tính toán các kích thước chủ yếu
• Chọn sơđồ và kết cấu lõi sắt
• Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách điện của chúng, chọn

cường độ tự cảm của lõi sắt
• Chọn các kết cấu và xác định các khỏang cách cách điện
chính của cuộn dây
• Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu ệ
theo đại số io, Po,
θ
m, Pn đã cho.
• Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ
lõi sắt.
3. T ính 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 dịnh tổn hao ngắn mạch
• Tính toàn điện áp ngắn mạch
• Tính lực cơ của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch
5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy MBA
• Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt
• Xác định tổn hao không tải
• Xác định dòng điện không tải và hiệu suất
6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA
• Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh
• Tính toán nhiệt MBA
• Tính tóan gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu
PHẦNII: THIẾTKẾ
CHƯƠNG I:
CHỌNSƠĐỒĐIỀUCHỈNHVÀKẾTCẤUMẠCHTỪMỘTPHA
I.1 Các phương pháp điều chỉnh
Khác với máy biến áp thông thường, MBA đầu máy có một số tính

chất riêng, khi thiết kế cần lưu ý.
- Công suất MBA được xác định từcông suấtđộng cơ 1 chiều kéo đầu
máy, kích thước và trọng lượng MBA phụ thuộc vào công suất này.
- Bên cạnh đó MBA cần thiết điều chỉnh điện áp trong phạm vi từ 0 →
U. → Do đó cần tăng cường đảm bảo chống ngắn mạch, độ bền điện vàđộ
bền cơ khí cao, chống chấn động.
Muốn đảm bảo các yêu cầu trên cần lưu ý sử dụng các vật liệu có chất
lượng cao để tăng tuổi thọ cho MBA. Thường thì MBA đầu máy có tuổi thọ
thấp. Trong khi tuổi thọ trung bình của MBA điện lực là 40 năm thìMBA
đầu máy chỉ khoảng 20 năm.
Một phần tử rất quan trọng của MBA đầu máy là bộ phận thay đổi
điện áp. Nóđược tính toán với chếđộ làm v iệc khắc nghiệt đến 1000 lần thây
đổi điện áp đầy tải trong 1 ngày. Phần tử này làm việc nặng nề nhất và hay
hư hỏng nhất. Có nhiều phương pháp điều chỉnh điện áp MBA
380
220
120
0
3000
0
1500
T
VS
0 - 930 V 0 - 930 V 0 - 930 V 0 - 930 V
S
S
R
R
S
S

V
VR
0 - 22 KV
HT
MT
MT
TV
Tj
AT
Sơđồ nối dây máy biến áp , điều chỉnh điện áp phía 22kV
1. Điều chỉnh điện áp phía cao áp
Điện áp được điều chỉnh bằng 1 MBA tự ngẫu, máy thường được chế
tạo kiểu bọc. MBA chính thưòng có 2 trụ, ngoài ra còn có bộ phận thay đổi
điện áp gồm chuyển mạch các tiếp điểm công suất lớn và biến dòng.
Tj
TV
MT
MT
VS
T
0
AT
M
1 1,5 0,5
1
1
2
2
2
1

3
X
Hình vẽ: Máy biến áp một pha mạch từ ba trụ
Để giảm trọng lượng, người ta chế tạo mạch điện từ kiểu 3 trụ. Trụ I
có từ thông Φ
1
không đổi do điện áp lưới đặt lên số vòng dây không đổi sinh
ra. Trên trụ này đặt dây quấn tự dùng vàdây quấn sưởi ấm. Từdây quấn
MBA tự ngẫu sẽ nối với dây quấn trụ II vàdây quấn nối tiếp trụ III. Từ thông
trụ II làΦ
2
gồm 0,5Φ
1
và từ thông biến thiên Φ
x
. Trong đóΦ
x
thay đổi tuỳ
theo vị trí chuyển mạch ở MBA tự ngẫu. Như vậy sự phân bố từ thông qua 3
trụ theo tỉ lệ 1:1,5:0,5.
Sử dụng loại lõi thép này không thể dùng dây quấn hình trụ, vì không
thểđồng thời có 3 trụ tiết diện tròn khi số lá thép như nhau. Người ta phải
dùng dây quấnôvan thay cho dây quấn hình trụ, làm tăng giá thành vào
khoảng 25% tiền công chế tạo. Dùng dây quấnôvan sẽ tận dụng được diện
tích cửa sổ MBA hơn là dùng dây quấn tròn. Kích thước máy lợi này sẽ nhỏ
hơn, kích thước thùng dầu và trọng lượng toàn bộ máy sẽ giảm đi so với loại
máy 2 mạch từ riêng rẽ, xếp chung trong 1 thùng dầu. Trọng lượng trên đơn
vịcông suất vào khoảng 2,3 kg/KVA
2. Điều chỉnh điện áp phía hạáp
MBA điều chỉnh điện áp phía cao áp códòng điện qua chuyển mạch

cỡ hàng trăm ampe, dây quấn thứ cấp đơn giản. Nhưng có nhược điểm là
trọng lượng máy sẽ lớn, hiệu suất sẽ nhỏ
MBA điều chỉnh điện áp phía hạáp, dây quấn cao áp không cóđầu
phân áp, giảm vật liệu cách điện phần dây quấn vàđầu ra điện áp, đầu phân
áp sẽđặt ởdây quấn hạáp vàđược điều chỉnh bằng động cơ. Dòng điện các
đầu tiếp xúcđiều chỉnh tới hàng chục KA. MBA công suất lớn, số vòng dây
thứ cấp ít vì vậy điệp áp điều chỉnh sẽ thô, thường phải dùng mạch chia
dòng vàđiện kháng.
MBA đầu máy kiểu MBA tự ngẫu, điện áp lưới điẹn 22kv với tần
số50hz. Phần dây quấn hạáp được nối đất, códòng điện lớn, đầu phân áp
được đến các tiếp điểm chuyển mạch códòng điện hàng kA. Đểdòng điện
cân bằng, người ta dùng bộ chia dòng điện sơ - thứ cấp độc lập, vì tính rằng
nếu mất nối đất các đầu phân áp của tự dùng, cung cấp cho sưởi ấm chịu
điện áp bằng điện áp phía cao áp.
600 V
1000 V
2
4
5
6
7a
7b
9
3
2
1
8