ĐỒ án THIẾT kế máy điện đề tài THIẾT kế máy BIẾN áp điện lực BA PHA 250 KVA làm mát BẰNG KHÔNG KHÍ

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
1
TRUỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN



ĐỒ ÁN MÔN
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN


ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA
250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ








01/ 2010
GVHD :
NGUYỄN VĂN ĐOÀI

NSVTH : N3 Điện1 K1
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
2


Mục lục
Chương 1: Tổng Quan Về Máy Biến Áp 7
I.Khái Niệm. 7
II. Tiêu chuẩn trong việc chế tạo máy biến áp. 7
III. Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp. 8
IV. Chọn kết cấu chính cho máy biến áp. 9
1.Lõi thép và kết cấu: 9
2. Dây quấn 12
3. Hệ thống làm mát. 13
V. Mục đích, nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế. 13
1.Nhiệm vụ kĩ thuật: 13
2.Tính toán điện từ: 13
3. Thiết kế thi công. 13
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP 15
I. Các thông số kĩ thuật ban đầu 15
II. Ý nghĩa các thông số. 15
1/Tốn hao ngắn mạch P
n
15
2/Tổn hao không tải P
o

15
3/ Điện áp ngắn mạch U
n
16
4/ Dòng điện không tải I
o
16
III. Tính toán các trị số định mức 17
1. Công suất mỗi pha máy biến áp ba pha. 17
2. Công suất mỗi trụ MBA. 17
3. Các dòng điện định mức. 17
4. Điện áp pha. 17
5. Điện áp thử nghiệm dây quấn : 17
6. Kiểu dây quấn. 17
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
3
IV. Chọn vật liệu tác dụng. 17
1. Chọn vật liệu dẫn điện. 18
2. Chọn vật liệu dẫn từ. 18
V. Chọn kết cấu mạch từ. 18
1. Chọn dạng mạch từ. 18
2. Đặc điểm từng loại. 18
3. Chọn tiết diện trụ thép 21
4. Ghép trụ và gơng. 21
5. Cách phân bố cuộn dây MBA theo hình dáng mạch từ. 22
VI. Xác định hình dáng chủ yếu MBA. 23

1. Chọn thơng số cơ bản cho máy biến áp 23
2. Chọn hệ số hình dáng β.
25
CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN ĐIÊN TỪ 41
Tính tốn dây quấn MBA : 41
I-Yêu cầu chung đối với dây quấn : 41
1.Về mặt điện : 41
2.Về mặt cơ học : 41
3.Về mặt chòu nhiệt : 41
II- Tính toán dây quấn hạ áp : 42
1.Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp : 42
2.Điện áp thực của mỗi vòng dây : 42
3.Tiết diện dây dẫn sơ bộ hạ áp : 42
4.Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt : 43
III-Tính toán dây quấn cao áp : 48
1.Xác đònh số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp đònh mức 48
Ta có : 48
2.Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp : 48
3.Mật độ dòng điện sơ bộ : 49
4.Chiều dày cách điện giữa các lớp : 52
5.Xác đònh kích thước ống cách điện giữa cao áp và hạ áp : 52
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
4
6.Bề dày cuộn dây cao áp : 54
7.Đường kính trong của dây quấn cao áp : 55
8.Đường kính ngoài của dây cao áp : 55

9. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau : 55
10. Bề mặt làm lạnh dây quấn cao áp : 56
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 57
I-Xác đònh tổn hao ngắn mạch : 57
1.Trọng lượng đồng của cuộn dây quấn hạ áp : 57
2.Trọng lượng đồng dây quấn cao áp : 57
3.Trọng lượmg đồng của hai dây quấn cao áp và hạ áp : 58
4.Tổn hao đồng : 58
II-Xác đònh tổn hao phụ : 59
1.Đối với dây quấn hình chữ nhật : 59
2.Đối với dây quấn tiết diện tròn : 60
III- Tổn hao dây dẫn ra : 61
IV- Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác : 64
V-Xác đònh điện áp ngắn mạch : 65
VI-Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp : 67
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ HỆ SỐ KHÔNG TẢI CỦA
MÁY BIẾN ÁP 77
I-Xác đònh kích thước cụ thể của lõi sắt : 77
II-Tính toán tham số không tải của máy biến áp : 85
III-Hiệu suất máy biến áp : 88
CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP . 89
Tính toán nhiệt qua từng phần : 89
I-Tính toán nhiệt của dây quấn hạ áp : 89
II-Tính toán nhiệt dây quấn cao áp : 91
CHƯƠNG 7 : ĐỘ AN TOÀN VÀ TÍNH KINH TẾ 96
A-Độ an toàn : 96
I-An toàn khi xuất xưởng : 96
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
5
II-An toàn khi vận hành : 97
B.Tính kinh tế : 97
I-Xác đònh toàn bộ trọng lượng của máy biến áp : 98
C.Đánh giá chung : 103







GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
6

1 Đề tài : Thiết kế máy biến áp không khí
Dung lượng máy biến áp : S
dm
= 250 KVA
Tổn hao không tải : P
o
= 600 W
Sơ đồ đấu dây : Y/Y
o

-12
Điện áp ngắn mạch : U
n
= 5.5%
Tổn hao ngắn mạch : P
n
= 2750W
Số pha : m = 3, tần số f=50Hz, U
dm
=35/0.4KV

stt Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Mặt cắt đứng mặt cắt bằng MBA A3 01
2 Kết cấu MBA A3 01


Phần thuyết minh
1.Tính toán kích thước chủ yếu
2.Tính toán dây quấn CA/HA
3. Tính toán ngắn mạch
4.Tính toán nhiệt, Thiết kế vỏ thùng
5. Thiết kế kết cáu máy biến áp

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
7

Chương 1: Tổng Quan Về Máy Biến Áp


I.Khái Niệm.
Máy biến áp là bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, biến đổi điện áp này
sang điện áp khác. Việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện tới hộ tiêu thụ cần tối
thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt gấp từ 5 đến 8 lần
hoặc hơn nữa. Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98%-99%). Nhưng vì số
lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao là rất lớn, do đó tôn cán lạnh được dùng
làm mạch từ máy biến áp, khi đó tổn hao công suất (P) và công suất từ hoá(Q)
thấp, dẫn đến tổn hao giảm đáng kể.
Các bộ phận chính trong máy biến áp: Lõi sắt( mạch từ), dây quấn , hệ
thống làm mát và vỏ máy

II. Tiêu chuẩn trong việc chế tạo máy biến áp.
Một trong những nhiệm vụ của ngành thiết kế máy biến áp là xác định được
những yêu cầu riêng cho các máy biến áp. Phản ánh được yêu cầu về vận hành và
điều kiện làm việc của nó. Đảm bảo sự phát nóng cho phép, khả năng về quá tải, sơ
đồ tổ nối dây, điện áp định mức, điều chỉnh về điện áp, các đặc tính về không tải,
ngắn mạch…. Do yêu cầu về mở rộng thang công suất, điện áp và nâng cao chất

lượng điện năng cũng như tính năng của máy biến áp nhiều tiêu chuản mới của
máy biến áp được đưa ra. Ở đây ta thiết kế máy biến áp có công suất là 250KVA
điện áp 35/0.4KV ( làm mát bằng không khí), kiểu trụ.
Công Suất Làm lạnh bằng Số pha điện áp
250KVA Không khí 3 35/0.4KV

So với tiêu chuẩn cũ thì tiêu chuẩn mới có những yêu cầu cao hơn như:
- tổn hao giảm đáng kể.
- hiệu suất tăng lên
- giảm mức tăng nhiệt độ của dây quấn
- mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp dưới tải
- tăng cường trang thiết bị máy biến áp kiểm tra chất lượng và bảo quản


GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
8


III. Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp.

Việc chọn lựa vật liệu thiết kế máy biến áp nhằm mục đích cải thiện các
đặc tính của mày biến áp như :
- giảm tổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng
- đảm bảo độ tin cậy, đảm bảo chất lượng
- vật liệu rẻ, dễ kiếm
Vật liệu trong máy biến áp thường có 3 loại:

- vật liệu tác dụng : dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép.
- vật liệu cách điện : dùng để cách điện các phần tử trong máy biến áp (như
cartong cách điện, sứ, sơn emay, dầu biến áp….).
- vật liệu kết cấu : dùng để bảo vệ vả giữ cố định máy biến áp( bulông, xà
ép, vỏ máy.

Vật liệu quan trọng trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp là tôn silic.
Lõi thép máy biến áp được dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0.5mm hoặc
tôn cán lạnh dày 0.35mm. Tuy nhiên để giảm suất tổn hao người ta dùng tôn
cán lạnh, đồng thời tăng độ từ cảm trong lõi thép lên 1.6
÷
1.65 tesla trong
khi tôn cán nóng chỉ tới 1.45 tesla. Do dó suất tổn hao giảm, trọng lượng và
kích thước giảm đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đặc biệt là chiều cao giảm
đáng kể thuận tiện cho di chuyển lắp đặt.
Vật liệu quan trọng thứ hai là kim loại làm dây quấn, người ta thường
dùng dây quấn làm bằng đồng vì:
- điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công.
- đảm bảo độ bền cơ điện tốt…
Trong thiết kế MBA có hai loại dây dẫn thường được dùng là đồng và
nhôm, mặc dù nhôm có những ưu điểm như rẻ, dễ kiếm, nhẹ nhưng điện trở
suất cao hơn, độ bền cơ kém, khó gia công nên người ta chọn đồng làm dây
quấn
Về vật liệu cách điện thông thường người ta dùng dây quấn cách điện
bọc bằng giấy cáp. Ở đây theo yêu cầu thiết kế ta dùng cấp cách điện B. Tuy
nhiên nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không
chỉ ở cấp cách điện của mày biến áp mà còn phụ thuộc nhiệt độ cho phép
của không khí làm mát biến áp.
Người ta thường dung sơn emay do mỏng hơn, cách điện tốt hơn, độ
bền cơ và tính chịu nhiệt cũng tốt hơn giấy cáp tuy nhiên giá thành cao hơn.

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
9



IV. Chọn kết cấu chính cho máy biến áp.
MBA gồm những bộ phận chính sau: lõi thép( mạch từ), dây quấn, hệ
thống làm mát và vỏ máy
1.Lõi thép và kết cấu:
Trong MBA lõi thép dùng làm mạch dẫn từ và khung cho dây quấn, lõi thép
được ghép những lá thép bằng xà ép hoặc bulong tạo thành bộ khung cho máy biến
áp, tren nó còn bắt các đầu dây dẫn ra nối với các sứ xuyên hoặc giá đỡ nắp máy:











Hình 1. Mạch từ MBA

Lõi sắt gồm hai phần : Trụ T và Gông G
Trụ là phần lõi sắt có lồng dây quấn , gông là phần lõi sắt không lồng
dây quấn dùng để khép kín mạch từ giưa các mạch từ với nhau.
Thường phân lõi sắt theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây
quấn.


GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
10




a/Lõi sắt kiểu trụ : Ở đây dây quấn ôm lấy trụ sắt. Gông từ không bao lấy mặt
ngoài của dây quấn. Trụ sắt thường để đứng, tiết diện gồm nhiều bậc thang nên
đường bao gần hình tròn và dây quấn thành hình trụ tròn. Kết cấu đơn giản chịu
được ứng suất do lực điện động gây ra tốt.

Hình2. Lõi sắt của MBA 3 pha dây quấn kiểu trụ
1- Gông 2- Trụ 3- Tiết diện trụ
1

3

2

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
11



b/Lõi sắt kiểu bọc: Gông trụ bọc ngoài dây quấn, trụ thường để nằm ngang , tiết
diện trụ hình chũ nhật. Ưu điểm là máy biến áp không cao nên vận chuyển dễ
dàng. Ở kiều này dây quấn CA và HA thường quấn xen kẽ nhau nên chống sét
tốt. Nhược điểm là khó chế tạo hơn, độ bền cơ học kém ( các lực tác dụng lên
dây quấn không đều , tốn nguyên liệu

Hình 3. Lõi sắ MBA 3 pha kiểu bọc
1- Trụ 2- Gông 3- Dây quấn

Ngoài ra người ta còn thiết kế kiểu lõi sắt trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc
gọi là trụ-bọc.
c/Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu: Lõi ghép nối
và ghép nối xen kẽ.
+ Ghép nối: Gông và trụ ghép riêng rồi được nối lại với nhau nên không bảo đảm
tiếp xúc tốt giữa trụ và gông , do đó tổn hao không tải và tổn hao dòng điện lớn vì
vậy kiểu này ít dùng






1

2

3

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010

12
Hình 4. Ghép nối


+ Ghép xen kẽ : từng lá thép của trụ và gông được ghép xen kẽ theo vị trí 1 và 2
sau đó dung bu lông hoặc xà ép bắt chặt lại. Phương pháp này dễ chế tạo, kết cấu
vững chắc, ít tổn hao nên thường dùng.







Hình 5. Lượt 1 Lượt 2

2. Dây quấn
Dây quấn MBA là bộ phận thu nhân năng lượng vào và truyền tải năng
lượng đi. Trong MBA hai dây quấn cuộn cao áp nối với điện áp cao, cuộn hạ áp
nối với điện áp thấp. Theo phương pháp bố trí dây quấn người ta chia thành hai
kiểu dây quấn chính: loại đồng tâm và xen kẽ
a/ Loại đồng tâm: Dây quấn cao áp và hạ áp là những hình ống đặt đồng tâm với
nhau thường thì có chiều cao bằng nhau. Khi bố trí dây thì cuộn hạ áp đặt trong
cùng cuộn cao áp đặt ngoài cùng, làm như vậy dễ điều chỉnh cấp điện áp và giảm
kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và cuộn dây với lõi sắt
b/ Loại xen kẽ: Dây CA và HA được quấn thành hình bánh có chiều cao khác nhau
và quấn xen kẽ nhau.
Ngoài ra dây quấn phụ thuộc vào hình dáng, tiết diện cuộn dây chia làm hai
loại: dây quấn tròn và hình chữ nhật.

Hình 6. a) dây quấn đồng tâm
b)dây quấn xen kẽ
HA

CA

a)

HA

CA

b)

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
13

3. Hệ thống làm mát.
Khi MBA làm việc , lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao dẫn đến MBA phát
nóng. Muôna làm việc lâu dài và tăng tuổi thọ cho MBA phải giảm nhiệt độ xuống.
Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc dầu máy biến áp, với loại công
suất nhỏ người ta thường làm mát bằng không khí ( loại >1000KVA làm mát bằng
dầu).
Đề tài này chúng ta thiềt kế máy biến áp công suất nhỏ (250KVA) làm mát
bằng không khí.

V. Mục đích, nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế.
Nhiệm vụ chung của người thiết kế máy biến áp là căn cứ vào dung lưọng
điện áp và đặc tính đã cho ban đầu. Thì kết quả phải đảm bảo chắc điện, cơ, đặc
tính kĩ thuật, độ tin cậy, dễ sản xuất, rẻ tiển phù hợp với sản xuất MBA ở Việt
Nam.
Thực tế cho thấy rằng những số liệu ban đầu có thể có được những quan hệ
khác nhau về kích thước chính của MBA, tải điện từ, giá thành, trọng lượng
máy…Do đó cần phương án để lựa chọn một phương án đảm bảo yêu cầu đã cho.
Như vậy công việc thiết kế thường qua ba giai đoạn:
1. Nhiệm vụ kĩ thuật:
Chủ yếu định rõ hình dáng máy biến áp như kết cấu, phương pháp làm mát.
Ở đây ta thiết kế MBA không khi công suất 250KVA - 35/0.4KV - 50Hz vì
vậy nhiệm vụ thiết kế phải đảm bảo tính kinh tế, độ ổn định, độ tin cậy MBA.
2. Tính toán điện từ:
Thường qua một số bước chủ yếu sau đây:
- Tính toán kích thước chủ yếu
- Thiết kế cuộn dây, các kết cấu cách điện của chúng
- Tính toán kiểm nghiệm các đặc tính về điện, từ.

- Tính toàn cụ thể lõi sắt
- Tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máy
3. Thiết kế thi công.
- Tính toán và vẽ đầy đủ chi tiết kết cấu MBA
- Tính toán kinh tế về sản phẩm chế tạo
- Thiết kế MBA được tiến hành qua các bước như sau:
a/ Xác định các đại lượng cơ bản:
+ Tính dòng điện, điện áp pha của các cuộn dây.
+ Xác định điện áp thử của dây quấn.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
14
+ Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch
b/Tính toán kích thước chủ yếu:
+ Chọn sơ đồ và kích thước lõi sắt
+ Chọn mã hiệu tôn và cách điện, chọn cường độ từ cảm lõi sắt
+ Chọn kết cấu và xác định khoảng cách cách điện các cuộn dây
+ Tính toán sơ bộ và chọn kích thước chủ yếu hình dáng β theo P
0
, P
n
, U
n
và
I
o
đã cho.

+ Xác định đường kính trụ và chiều cao dây quấn
c/ Tính toán dây CA và HA
+ Chọn dây quấn CA và HA
+ Tính toán dây quấn CA
+ Tính toán dây quấn HA
d/ Tính toán ngắn mạch
+ Xác định tổn hao ngắn mạch
+ Tính toán điện áp ngắn mạch
+ Tính toán lực cơ của dây quấn khi MBA bi ngắn mạch
e/ Tính toán về mạch từ tham số không tải
+ Xác định kích thước cụ thể của máy biến áp
+ Xác định tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất của máy biến
áp
f/ Tính toán nhiệt hệ thống làm mát MBA.
+ Khái niệm về hệ thống làm mát
+ Tính toán độ chênh nhiệt
+ Tính toán nhiệt MBA
g/ Tính toán các chi tiết
+ Gông nắp, quạt gió…………

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
15


CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ
YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP

I. Các thông số kĩ thuật ban đầu
Việc thiết kế MBA luôn luôn đảm bảo bốn thông số quan trọng trong
pham vi cho phép ở điều kiện làm việc lưới điện Việt Nam.
Trong phạm vi cho phép việc thiết kế MBA các thông số kĩ thuật theo
tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN):
Theo TCVN ta thiết kế MBA không khí 3 pha có số liệu ban đầu như
sau:


Dung lượng máy biến áp : S
dm
= 250 KVA
Tổn hao không tải : P
o
= 600 W
Sơ đồ đấu dây : Y/Y
o
-12
Điện áp ngắn mạch : U

n
= 5.5%
Tổn hao ngắn mạch : P
n
= 2750W
Số pha : m = 3, tần số f=50Hz, U
dm
=35/0.4KV
Cấp cách điện : B
Chế độ làm việc liên tục
Làm mát bằng không khí
Chế độ làm việc ngoài trời
II. Ý nghĩa các thông số.
1/Tốn hao ngắn mạch P
n
P
n
là thông số tổn hao ngắn mạch, dây quấn thứ cấp nắgn mạch, với điện áp
đặt vào cuộn sơ cấp U
n
sao cho dòng điện đi qua dây quấn đạt giá trị định mức, khi
đó công suất tổn hao P
n
được coi là tổn hao đồng trong dây quấn MBA , P
n
ảnh
hưởng đến hiệu suất của MBA.
+ P
n
lớn thì hiệu suất của MBA giảm và ngược lại tuy nhiên trọng lượng

đồng tăng làm giá thành tăng.

)1(
0
0
ndm
n
PPP
PP
++
+
−=
η
100
×
%
2/Tổn hao không tải P
o

Trong thí nghiệm không tải phía sơ cấp đặt điện áp định mức, phía thứ cấp
hở mạch vì vậy P
o
là tổn hao trên lõi thép và tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
16
cấp. Tổn hao trên lõi thép thường 0.1% - 0.2% của tổng công suất MBA.Gồm có

tổn hao từ trễ P
h
và tổn hao từ xoáy P
x
, trong đó P
h
tỉ lệ với bình phương từ tần số
từ hoá và bình phương cảm ứng từ:
P
0
= P
Fe
=P
h
+ P
x
=
KK
K
m
f
BP
3,1
2
5050
1







∑


Trong đó :
P=
)/(
50
1
kgW
là tổn hao của lõi thép ở tần số từu hoá f=50Hz tương ưóng với
cảm ứng từ B=1Tesla
m
K
là khối lượng lõi thép ở đoạn k(kg)
B là cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k ( Tesla)
3/ Điện áp ngắn mạch U
n

Điện áp ngắn mạch U
n
là đại lượng đặc trưng của điện trở và điện kháng tản
của dây MBA.

U
n
% =
100100
dm

ndm
dm
n
U
ZI
x
U
U
=

Ảnh hưởng của U
n
% đến tính năng kinh tế:
- Khi U
n
% lớn thì dòng điện ngắn mạch I
nm
nhỏ nhưng trọng lượng dây quấn
đồng tăng nên giá thành tăng.
- Khi U
n
% nhỏ thì dòng ngắn mạch I
nm
lớn gây nóng ảnh hưởng đến cách điện
- Thông thường U
n
= 5.5 - 10%.
4/ Dòng điện không tải I
o

- Là dòng điện chạy trong dây quấn sơ cấp khi dây quấn thứ cấp hở mạch.
- Giá trị hiệu dụng :
I
o
=
2
00
)(
xr
II +

+ I
0x
là dòng từ hoá lõi thép tạo nên từ thông cùng chiều với từ thông
+I
0r
là dòng tạo nên tổn hao sắt từ của lõi thép thông thường I
0r
=0.1*I
o

Thông thường I
0
= (0,005-0,1) I
dm
.

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
17

III. Tính toán các trị số định mức
1. Công suất mỗi pha máy biến áp ba pha.
S
f
= S
dm
/m
Trong đó S
dm
=250KVA, m=3
Vậy ta có công suất mỗi pha là: S
f
=250/3 =83,33KVA

2. Công suất mỗi trụ MBA.
S’ =S/t
Trong đó t =3 là số trụ tác dụng của MBA: => S’= 250/3=83.33 KVA.

3. Các dòng điện định mức.
a/ Dòng hạ áp:
I
1

=
).(85,360
4.0.3
250
.3
1
A
U
S
dm
==

U
1dm
=0,4KV : điện áp phía hạ áp
b/Dòng cao áp.
I
2
=
)(12,4
35.3
250
.3
2
A
U
S
dm
==

4. Điện áp pha.
Bên cao áp: U
f2
= U
2
/
3
=35000/
3
=20207 V.
Bên hạ áp : U
f1
= U
1
/
3
=400/
3
=231 V.
5. Điện áp thử nghiệm dây quấn :
Theo tiêu chuẩn VN ( phụ lục 13):
• Dây quấn CA với U
2
=35kV thì U
t
= 80kV
• Dây quấn HA với U
1
=0.4kV thì U
t

=5 kV
6. Kiểu dây quấn.
Theo phụ lục XV, dây quấn CA với điện áp U
2
=35kV và dòng I
2
=4,12
A chọn loại dây quấn hình ống nhiều lớp tiết diện tròn, dây quấn HA với
U
1
=0,4 kV và dòng I
1
=360,85A chọn dây quấn hình ông đơn.


IV. Chọn vật liệu tác dụng.
Trong thiết kế việ lựa chọn vật liệu tác dụng cũng như vật liệu cách
điện vật liệu dây dẫn, vật liệu kết cấu mạch từ, vật liệu kết cấu mạch từ… có
ảnh hưởng đến tính năng MBA, hiệu suất máy.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
18
Các vật liệu dùng đẻ chế tạo MBA gồm có:
o Thép kĩ thuật điện dẫn từ
o Đồng hay nhôm dùng làm dây quấn
o Thép làm thùng, vỏ máy
o Sứ cách điện và các vật liệu cách điện khác

1. Chọn vật liệu dẫn điện.
Ta chọn vật liệu đồng vì đồng có tính dẫn điện dẫn nhiết tót, độ bền
cơ cao.
Dây HA ta chọn dây có tiết diện lớn, hình chũ nhật vì dòng cao
Dây cao áp ta chọn dây có tiết diện nhỏ, tiết diện tròn vì dòng thấp.
2. Chọn vật liệu dẫn từ.
Vật liệu dẫn từ có hai loại: Thép kĩ thuật cán nóng và thép kĩ thuật cán
lạnh. Ta chọn thép kĩ thuật cán lạnh vì có hàm lượng silic cao hơn nên
tổn hao thấp, đặc tính từ cảm cao có độ từ cảm co thể đạt từ 1.45 đến
1.75, trọng lượng giảm, giảm tổn hao dòng điện và tổn hao không tải dẫn
đến giá thành máy giảm.
Để cách điện người ta dùng sơn emay.
Dựa vào đặc tính của thép ta chọn thép cán lạnh đẳng hướng 3404 dày
0.35mm.
V. Chọn kết cấu mạch từ.
1. Chọn dạng mạch từ.
Mạch từ của máy biến áp được ghép bằng thép kĩ thuất cán lạnh dẳng
hướng, Lõi thép MBA được dùng làm mạch từ và khung dây quấn> Từ
thông lõi thép là từ thông biến thiên có dạng:
Ф=Ф
m
sinωt
Để giảm tổn hao công suất từ xoáy( dòng fucô) và từ trở các lá thép
cách điện với nhau bằng sơn cách điện, với hệ số điền đầy là 0.92
Các yêu cầu đối với lõi thép:
o Các dòng tổn hao phải nhỏ
o Dòng không tải nhỏ
o Tôn silic it được sử dụng
o Độ bền cơ học cao
MBA có ba dạng chính :

o Mạch từ kiểu trụ
o Mạch từ kiểu bọc
o Mạch tù kiểu cuộn
2. Đặc điểm từng loại.
a. Mạch từ kiểu trụ.
Trong mạch từ kiểu trụ thì dây quấn ôm lõi sắt gông từ chỉ giáp phía
trên và phía dưới dây quấn. Hình dáng kích thước dây quấn phụ thuộc chủ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
19
yếu vào hình dáng dây quấn. Xét về khả năng chịu lực điện ngắn mạch thì
dây quấn tiết diện tròn la tốt nhất hơn nữa dây quấn kiểu này còn tiết kiệm
nhất.
MBA công suất nhỏ thường dùng tiết diện hình chữ thập









Hình 7. Tiết diện hình chũ thập
Mạch từ kiểu trụ có hai loại chính:
o Loại 3 trụ :loại này chế tạo dễ, tốn it thép sử dụng rộng dãi với máy
công suất nhỏ.

Hình 8. Loại mạch từ 3 trụ

α
2a

2b

2a

↓

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
20
o Loại 5 trụ: Loại này giảm được chiều cao, ứng dụng với các máy biến

áp công suất lớn tới hàng trăm ngìn KVA.







Hình 9. Mạch từ loại 5 trụ
b. Mạch từ kiểu bọc.
Mạch từ kiểu bọc thì lõi thép bọc lấy dây quấn, dây quấn thứ cấp và
dây quấn sơ cấp đặt trung ở trụ giữa. Mạch từ khép kín bọc lấy dây quấn,
trụ giữa gấp đôi 2 trục bên và từ thông nó cũng gấp đôi. Tuy nhiên loại
mạch từ này chịu lực kém nên ít được dùng trong truyền tải điện lực.








Hình 10. Dạng mạch từ kiểu bọc
Ưu điểm: Dễ chế tạo, tiết kiệm trọng lượng thép, ứng dụng với MBA công
suất vừa và nhỏ.
↓

↓
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA

Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
21
Nhược điểm: Chiều cao mạch từ lớn khó di chuyển, chịu lực kém.
Với đề tài thiết kế này ta chọn mạch từ ba pha kiểu trụ loại ba trụ.
3. Chọn tiết diện trụ thép.
Hình dáng tiết diện trụ thép phụ thuộc vào tiết diện dây quấn.
Thông thường có ba loại chính:
o Tiết diện vuông
o Tiết diện thập
o Tiết diện nhiều cấp





Hình 11. Tiết diện vuông Tiết diện chũ thập Tiết diện nhiều cấp
Với đề tài náy ta chọn tiết diện nhiều cấp để giảm tổn hao và tăng hiệu
suất MBA.
4. Ghép trụ và gông.
Có thể chia làm hai loại: ghép mối nối và ghép xen kẽ.
o Ghép mối nối: Gông và trụ được ghép riêng sau đó nối với nhau, dạng
này có khe hở không khí lớn nên tổn hao lớn nên ít dùng.
o Ghép xen kẽ: Các lá thép của trụ và gông được ghép xen kẽ nhau sau
đó được bắt chặt bằng ốc vít hoặc xà ép

Hình 12. Mối nối tù của thép cán lạnh

45
0

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
22
5. Cách phân bố cuộn dây MBA theo hình dáng mạch từ.
Trong quá trình thiết kế máy biến áp ta có thể bố trí cuộng dây theo hai
loại như sau:
Đồng trục đơn giản, đồng trục phân tán, đồng trục xen kẽ, dây quấn
xen kẽ
o Dây quấn đồng trục: Dây HA đặt bên trong, dây CA đặt bên ngoài
như vậy dễ cách điện cho dây quấn cao áp hơn. Dây quấn thường
quấn sang trái, quấn HA đồng trục từng vòng liên tục, dây cao thế
phân thành bánh dây, ở giưa có khe hở làm mát.

Hình 13. Dây quấn đồng trục đơn giản


vn : dây CA
nn : dây HA
o Dây quấn phân tán( hai lần đồng trục): dùng đẻ giảm điện áp ngắn
mạch












Hình 14. Dây quấn phân tán
vn

vn

nn

vn

nn

nn

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
23

VI. Xác định hình dáng chủ yếu MBA.

Hình 15. Các kích thước chủ yếu MBA
1. Chọn thông số cơ bản cho máy biến áp
Xác định tham số để tình kích thước chủ yếu .
o Ta có:
813.133,836.0'.
3
)(
4
4
21
===
+
P
Sk
aa
cm
Trong đó k=0.6 ( theo bảng 13.1)
o Vậy chiều rộng quy đổi từ trường tản:

a
R
= a
12
+ (a
1
+a
2
)/3 = 2,7 +1.813=4,513cm
trong đó theo phụ lục XIV -2 được a
12
=2,7cm, l
o
=7,5cm, a
22
=2cm, u
t
=80kV,
và a
0l
=1,5cm với U
t
=5kV.
Điện áp ngắn mạch tác dụng :
c

c

d
12

a
12
a
2
a
1
a
01
a
22
l
0
l
0
d

d

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
24
U
nr
=
%1.1
25010
2750

10
=
×
=
P
n
S
P


Điện áp ngắn mạch phản kháng:
U
nx
=
%39.51.15.5
2222
=−=−
nrn
uu

o Hệ số Rôgovski( K
t
) hệ số từ trường tản: K
t
=0.95
o Chọn cường độ từu cảm B
t
trong trụ:
Với S’ = 83.33KVA , chọn tôn cán lạnh đẳng hướng 3404 dày
0.35mm với B

t
=1.62(T).
o Chọn hệ số gông K
g
= 1.02( tỉ lệ giữa tiết diện gông và trụ)
Ép trụ bằng nêm với dây quấn
Không dùng bulong qua trụ và gông
Ép gông bằng xà ép
Sử dụng lõi thép có 4 mói ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 3 mối ở giữa
dùng mối ghép thẳng lá tôn.
o Chọn hệ số bậc thang trong trụ
Theo bảng XVII1.b ta chọn bậc thang trụ n=8, bậc thang gông bằng:
n-1=7 bậc.
o Hệ số ép chặt của máy biến áp: K
c
=0,93 ( theo bảng 13.3-TL1)
o Chọn hệ số điền đầy dãnh K
d
= 0,935 ( theo bảng 13.2 -TL1)
o Hệ số lợi dụng lõi sắt : K
ld
= K
c
.K
d
=0,93.0,935=0,86955.
o Hệ số K
f
= 0,96( theo bảng 13.7-TL1)
o Từ cảm trong gông:

)(59,1
02,1
62,1
T
K
B
B
g
t
g
===

o Từ cảm khe hở không khí mối nối thẳng: B
k
’’ =B
t
= 1,62T
o Từ cảm khe hở không khí mối nối xiên: B
k
’ =
2
t
B
=1,145 T.
o Suất tổn hao trong trụ và gông : với thép mã hiệu 3404 dày 0.35mm (
theo bảng V.14 –TL1) ta có: P
t
=1.358 w/kg, p
g

= 1.251 w/kg
o Tổn hao từ hoá trong trụ và gông: q
t
= 1.956 VA/kg, q
g
= 1.575w/kg.
o Tổn hao từ hoá trong khe hở vuông góc và khe hở chéo:
q
k
’’=0.61VA/cm
2
, q
k
’=0.0956VA/cm
2
.

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
25


• Vậy ta có khoảng cách cách điện chính:
- Giữa trụ và dây quấn hạ áp: a
01
=1,5cm
- Giữa dây quấn cao áp và hạ áp: a

12
=2,7cm
- Giữa hai cuộn cao áp: a
22
=2cm
- Tấm chắn giữa các pha: δ
22
=0,3cm
- Giữa dây quấn cao áp đến gông: l
02
=5cm
- Đầu thừa của ống cách điện : l
d2
=3cm

2. Chọn hệ số hình dáng β.
• Xác định kích thước d của trụ sắt:
d = 16.
4
22

'.
ltx
rr
KBUf
KaS
β

Trong đó:
o

β=
l
d
π
.
12
:
hệ số hình dáng, có giá trị từ 1đến 3,5 ảnh hưởng đến đặc
tính kĩ thuật và kinh tế của MBA.
o f=50Hz tần số lưới(MBA).
o K
r
=0,95 hệ số rôgovski
o U
x
=5.39% thành phẩn phản kháng điện áp ngắn mạch.
o B
t
=1,62 T: hệ số tự cảm
o S’=83,33 KVA : công suất của MBA
Đặt :
d = A.X

X =
4
β

Trong đó

A = 16.

4
22

'.
ltx
rr
KBUf
KaS
= 16.
4
22
86,0.62,1.38,5.50
95,0.513,4.33,83
= 14,5.