Thiết kế Máy biến áp điện lực 1250kVA và mô phỏng trên Ansys Maxwell

Nếu bạn nào có thắc mắc về tài liệu này, có thể gửi mail đến địa chỉ Thang.dohong318@gmail.com mình sẵn sàng chia sẻ những kiến thức mình có được và giải đáp những câu hỏi giới hạn trong tài liệu này. Cảm ơn các bạn đã đọc và tải tài liệu này :> CHUYÊN ĐỀ MÔ PHỎNG TỪ THÔNG TRONG MẠCH TỪ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS MAXWELLTổng quan về phần mềmGiới thiệu phần mềm ANSYS MaxwellANSYS Maxwell là một phần mềm tương tác sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để giải quyết các bài toán về điện trường, từ trường tĩnh, dòng điện xoáy, và hiện tượng quá độ trong mạch điện. Maxwell giải quyết các vấn đề trường điện từ bằng cách giải phương trình của Maxwell trong một vùng không gian hữu hạn với các điều kiện biên thích hợp, khi phân tích người dùng quy định điều kiện ban đầu để có được một giải pháp tin cậy.Phương pháp phần tử hữu hạnPhương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp chia vật thể thành những phần tử nhỏ có kích thước hữu hạn, liên kết với nhau tại một số hữu hạn các điểm trên biên (gọi là các điểm nút).Tất cả các mô hình chất rắn đều được tự động chia nhỏ thành ô nhỏ (phần tử). Việc lắp ráp các ô nhỏ đó được gọi là lưới phần tử hữu hạn hay gọi tắt là lưới. Hình 11. 1 Lưới phần tử hữu hạnCác bộ giải của phần mềmTừ tĩnh: Tính toán phân bố từ trường, tính toán mô men, lực do từ trường gây ra, cảm ứng từ gây ra bởi các dòng dẫn không đổi. Áp dụng cho cả vật liệu điện từ tuyến tính và phi tuyến.Dòng điện xoáy: Phân tích sự biến đổi trường điện từ dao động điều hòa, tính toán mô men, lực do dòng xoáy gây ra. Phân tích trở kháng của đối tượng dưới tác động của điện từ trường biến thiên điều hòa. Phân tích các hiệu ứng bề mặt gây ra bởi sóng điện từ trong vật dẫn,… Chỉ áp dụng cho vật liệu tuyến tính.Từ quá độ: Phân tích điện từ trường thay đổi theo thời gian do nguồn điện hay do nam châm vĩnh cửu chuyển động gây ra. Phân tích các lực điện từ, phân tích các hiện tượng bề mặt,… Các nguồn có thể có dạng sin, dạng xung,… được cung cấp bởi nguồn điện. Cho phép việc nhập mạch điện từ bên ngoài vào và liên kết với Simplorer.Điện tĩnh: Phân tích trường điện tĩnh, lực, mô men, điện dung gây ra bởi điện áp không đổi hoặc các điện tích. Chỉ áp dụng cho vật liệu tuyến tính.Dòng dẫn 1 chiều: Phân tích điện áp, trường điện, mật độ dòng được tính toán từ trường thế năng. Các ma trận điện trở được tạo ra từ điện trở suất. Các cách điện xung quanh vật dẫn có thể được thêm vào để mô phỏng trường điện trong và xung quanh vật dẫn.Dòng quá độ: Phân tích điện thế biến thiên theo thời gian, phân bố điện tích, hoặc kích thích dòng. Áp dụng cho vật liệu có điện từ dị hướng và phi tuyến. Mô phỏng theo miền thời gian.Ứng dụng phần mềm vào mô phỏng từ thông trong mạch từ Để phân tích bài toán điện từ trường biến thiên theo thời gian ta phải đi xây dựng mô hình vật thể với các yếu tố như kích thước, vật liệu, điều kiện biên, các kích thích,… một cách chính xác. Sau đó phần mềm sẽ chia vật thể thành những phần tử nhỏ có kích thước hữu hạn và tính toán các phương trình Maxwell trên mỗi phần nhỏ ấy và tổng hợp kết quả. Về lý thuyết thì chia càng nhỏ độ chính xác càng cao, tuy nhiên thời gian tính toán sẽ lâu hơn.Chọn bộ giảiSau khi mở phần mềm và tạo project 2D mới, ta tiến hành chọn bộ giải cho bài toán bằng cách vào Maxwell 2D → Solution type → Transient.Trong đó: Transient là bộ giải từ quá độ (phân tích điện từ trường biến thiên theo thời gian)Vài nét khái quát về máy biến ápNhư ta đã biết, để dẫn điện từ các trạm phát đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 1.1). Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ 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 mà vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật. Hình 1.1. Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giảnVới 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 nhỏ đi, 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, tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta sẽ phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 110, 220 và 500 kV. Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp cao như vậy vì lý do an toàn, mà thường chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21 kV, do đó cần phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu dùng thường chỉ sử dụng điện áp thấp, chủ yếu là 220 V và 380 V, hay cùng lắm đến 6 kV (các động cơ công suất lớn), do đó trước khi sử dụng điện năng cần phải có thiết bị để giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra trên đầu đường dây và giảm điện áp xuống trước khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (mục 1.1, chương 1, tài liệu 1).Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc truyền tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng) của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện. Gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp 6 đến 8 lần hoặc hơn nữa. Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98 ÷ 99%), nhưng do số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế cần phải chú ý đến việc giảm các tổn hao, nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp. Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo máy biến áp người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh, có suất tổn hao và có công suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp, mặt khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bulông ép trụ và gông xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép lá thép,… Nhờ vậy mà hiệu suất của các máy biến áp đã được nâng lên rõ rệt (mục 1.1, chương 1, tài liệu 2).Ngoài máy biến áp điện lực dùng trong truyền tải điện năng, còn có nhiều loại máy biến áp khác dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như: biến áp lò điện dùng trong luyện kim, yêu cầu dòng thứ cấp lớn đến hàng vạn ampe; biến áp nhiều pha dùng để chỉnh lưu ra dòng một chiều; biến áp chống nổ dùng trong hầm mỏ; biến áp đo lường; biến áp thí nghiệm; biến áp hàn điện,… Ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu. Hình 1.2. Máy biến áp một pha Hình 1.3. Máy biến áp ba pha Hình 1.4. Máy biến áp tự ngẫu Hình 1.5. Máy biến áp phòng nổ Hình 1.6. Máy biến áp hàn Hình 1.7. Máy biến áp đo lườngKhái niệm máy biến ápMáy biến áp (viết tắt là MBA) là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để 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 (mục 1.3, chương 1, tài liệu 1). Hình 1.8. Máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu kiểu kínMBA có hai dây quấn gọi là MBA hai dây quấn. Dây quấn nối với nguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp, dây quấn nối với tải để đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dòng điện, điện áp, công suất,… của từng dây quấn sẽ kèm theo tên gọi sơ cấp và thứ cấp tương ứng. Nếu điện áp phía thứ cấp nhỏ hơn điện áp phía sơ cấp ta có MBA giảm áp, nếu điện áp phía thứ cấp lớn hơn điện áp phía sơ cấp ta có MBA tăng áp.Cấu tạo của máy biến ápMBA thường gồm những bộ phận chính sau đây: lõi thép (hay còn gọi là mạch từ) và các kết cấu của nó, dây quấn, hệ thống làm lạnh và vỏ máy.Lõi thép và các kết cấu của nóLõi thép làm mạch dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp, đồng thời làm khung để quấn dây. Lõi thép gồm các lá thép silic ghép lại, được ép bằng xà ép và bulông tạo thành khung MBA. Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sứ xuyên hoặc các ty đỡ nắp máy,… Ở các MBA dầu toàn bộ lõi thép có quấn dây và các dây dẫn ra… được ngâm trong thùng đựng dầu MBA gọi là ruột máy. Các MBA cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu khi lắp ráp, sửa chữa. Với MBA công suất khoảng từ 1000 kVA trở lên, vì ruột máy rất nặng nên được bắt cố định với đáy thùng và lúc tháo lắp sửa chữa thì phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy (mục 1.4.1, chương 1, tài liệu 2).Lõi thép gồm hai phần: trụ và gông. Trụ là phần lõi có lồng dây quấn Gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụCó nhiều cách phân loại lõi thép (mục 1.4.1, chương 1, tài liệu 2):Dựa theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông có thể chia ra thành hai loại là: lõi thép có mạch từ đối xứng và không đối xứng Hình 1.9. Mạch từ theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông a) Mạch từ phẳng ba pha ba trụ b) mạch từ không gian ba pha ba trụNhư ta thấy MBA dạng ba pha ba trụ (Hình 1.9a) là loại mạch từ không đối xứng, vì mạch từ của pha giữa ngắn hơn mạch từ hai pha bên cạnh. Còn dạng MBA có 3 pha đối xứng là kiểu bố trí mạch từ ba pha nằm trong ba mặt phẳng (Hình 1.9b) gọi là MBA có kết cấu mạch từ không gian. Ở kiểu kết cấu này, lõi thép thường làm bằng lá thép cuộn cả 3 pha hoặc gông thì dùng thép cuộn còn trụ thì dùng thép lá. Ưu điểm của kiểu này là giảm được tổn hao và dòng điện không tải, nhưng nhược điểm là kết cấu phức tạp nên ít dùng. Ở một số nước châu Âu cũng có chế tạo lõi thép kiểu này nhưng công suất không lớn.Theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ, gông và dây quấn, lõi thép được chia làm 2 loại: kiểu trụ và kiểu bọc.Lõi thép kiểu trụ Hình 1.10. Lõi thép kiểu trụa) một pha b) ba phaVới dạng kết cấu này dây quấn ôm lấy trụ thép, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ thép thường để đứng. Tiết diện trụ thường gần hình tròn (đối với MBA công suất nhỏ có thể làm hình chữ nhật) và dây quấn cũng có dạng hình trụ tròn. Với ưu điểm kết cấu đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu nên hầu hết các MBA điện lực hiện nay (dung lượng nhỏ và trung bình) đều dùng kiểu này.Lõi thép kiểu bọc Hình 1.11. Lõi thép kiểu bọcKết cấu 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 thép như “bọc” lấy dây quấn nên có tên gọi đó. Trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ thường có hình chữ nhật. MBA kiểu này có ưu điểm là thường không cao nên vận chuyện dễ dàng, giảm được chiều dài dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt. Nhưng khuyết điểm của kiểu này là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, tốn nguyên vật liệu. Lõi thép kiểu này thường chỉ thấy trong chế tạo MBA dùng cho một vài ngành chuyên môn đặc biệt như MBA dùng trong lò điện luyện kim, hay MBA một pha công suất nhỏ dùng trong kỹ thuật vô tuyến điện, truyền thanh,…Lõi thép kiểu trụ bọc Hình 1.12. Lõi thép kiểu trụ bọca) một pha b) ba phaỞ các MBA hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷ 100 MVA trên một pha), điện áp rất cao (220 ÷ 400 kV), để giảm các chiều cao của trụ thép, thuận lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của MBA kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên MBA mang hình dáng vừa kiểu trụ, vừa kiểu bọc, gọi là MBA kiểu trụ bọc (Hình 1.12).Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành hai kiểu: lõi ghép nối và lõi xen kẽGhép nối là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ những xà và bulông ép (Hình 1.13a). Ghép kiểu này đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn, do không đảm bảo tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Ánh

Bộ môn: Thiết bị điện – Điện tử

HÀ NỘI, 02/2022

Chữ ký của GVHD

Trang 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Họ và tên SV: Đỗ Hồng Thăng MSSV: 20177034

Khóa: K62 Viện Điện

Ngành học: Thiết bị điện – Điện tử

1 Đầu đề thiết kế tốt nghiệp:

Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha công suất 1250 kVA

2 Các số liệu ban đầu:

- Dung lượng: Sđm = 1250 kVA

- Tổ nối dây: D/Yo - 11

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tính toán kích thước chủ yếu

TS Phùng Anh Tuấn TS Nguyễn Văn Ánh

Trang 5

Lời cảm ơn

Đối với một sinh viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đồ án tốtnghiệp là một minh chứng rõ nét cho kết quả sau 5 năm học tập Trong quá trìnhhoàn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài những cố gắng của bản thân, em sẽ không thểhoàn thành tốt được đề tài của mình nếu không có sự chỉ bảo và hướng dẫn tậntình của TS Nguyễn Văn Ánh, giảng viên bộ môn Thiết bị điện – Điện tử,Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhấttới thầy Em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô của Trường Đạihọc Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô trong Bộ môn Thiết bị điện –Điện tử nói riêng, đã dạy cho em những kiến thức vô cùng quý báu, giúp em cóđược nền tảng vững vàng để học tập, nghiên cứu cũng như phục vụ công việctrong tương lai Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung đồ án

Đồ án là một bản thiết kế máy biến áp điện lực ba pha công suất 1250kVA, bao gồm các nội dung chính là: tính toán các kích thước chủ yếu, tính toánđiện từ, tính toán nhiệt Kết quả của đồ án về cơ bản đã thiết kế được máy biến

áp đáp ứng được các yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế Song các thông số tính toáncòn mang tính lý thuyết, chưa thể áp dụng vào thực tế sản xuất Trong quá trìnhlàm đề tài này, em đã biết được thêm rất nhiều kiến thức liên quan đến máy biến

áp cũng như nắm được quy trình các bước thiết kế một máy biến áp hoàn chỉnh.Trong tương lai, định hướng phát triển của đồ án là sẽ tối ưu hơn về việc tínhtoán thiết kế, bên cạnh đó là tìm hiểu sâu hơn về các vấn đề công nghệ chế tạosản xuất và thử nghiệm máy biến áp

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

Trang 6

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1

1.1 Vài nét khái quát về máy biến áp 1

1.2 Khái niệm máy biến áp 3

1.3 Cấu tạo của máy biến áp 3

1.3.1 Lõi thép và các kết cấu của nó 3

1.3.2 Dây quấn 7

1.3.3 Hệ thống làm mát và vỏ máy 12

1.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 13

1.5 Các đại lượng định mức của máy biến áp 15

1.5.1 Công suất định mức 15

1.5.2 Điện áp định mức 15

1.5.3 Dòng điện định mức 15

1.5.4 Tần số định mức 15

1.6 Mục đích, yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế 15

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 18

2.1 Xác định các đại lượng cơ bản 18

2.1.1 Dung lượng một pha 18

2.1.2 Dung lượng trên mỗi trụ 19

2.1.3 Dòng điện dây định mức 19

2.1.4 Dòng điện pha định mức 19

2.1.5 Điện áp pha định mức 19

2.1.6 Điện áp thử của các dây quấn 19

2.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu 19

2.2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa hai dây quấn 19

2.2.2 Hệ số quy đổi từ trường tản Rogovski 20

2.2.3 Các thành phần điện áp ngắn mạch 20

2.2.4 Chọn thép 20

2.2.5 Các khoảng cách cách điện chính 21

2.2.6 Các hằng số tính toán a, b 22

2.2.7 Hệ số tổn hao phụ trong dây quấn 22

2.2.8 Chọn hệ số β 22

2.2.9 Đường kính trụ thép 26

Trang 7

2.2.10 Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ 27

2.2.11 Chiều cao dây quấn sơ bộ 27

2.2.12 Tiết diện hữu hiệu của trụ thép (thuần thép) 27

2.3 Kết luận 27

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 28

3.1 Dây quấn hạ áp 28

3.1.1 Sức điện động của một vòng dây 29

3.1.2 Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp 29

3.1.3 Mật độ dòng điện trung bình 29

3.1.4 Tiết diện vòng dây sơ bộ 29

3.1.5 Chọn kết cấu dây quấn hạ áp 29

3.1.6 Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây 29

3.1.7 Chọn tiết diện dây dẫn 30

3.1.8 Tiết diện mỗi vòng dây 31

3.1.9 Chiều cao thực của mỗi vòng dây 31

3.1.10 Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp 31

3.1.11 Chiều cao thực của dây quấn hạ áp 31

3.1.12 Chiều dày dây quấn hạ áp 32

3.1.13 Đường kính trong của dây quấn hạ áp 32

3.1.14 Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp 32

3.1.15 Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp 32

3.1.16 Trọng lượng dây quấn hạ áp kể cả cách điện 32

3.1.17 Bề mặt làm lạnh của dây quấn 33

3.2 Dây quấn cao áp 33

3.2.1 Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp 33

3.2.2 Số vòng dây cuộn cao áp ứng với điện áp định mức 33

3.2.3 Số vòng dây cuộn cao áp ở một cấp điều chỉnh 33

3.2.4 Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân áp 33

3.2.5 Mật độ dòng điện sơ bộ 34

3.2.6 Tiết diện vòng dây sơ bộ 34

3.2.7 Chọn kết cấu dây quấn cao áp 34

3.2.8 Tiết diện toàn phần của một vòng dây 34

3.2.9 Mật độ dòng điện thực 34

3.2.10 Chiều cao mỗi bánh dây 34

Trang 8

3.2.11 Số bánh dây trên một trụ của dây quấn cao áp 34

3.2.12 Số vòng dây trong một bánh 35

3.2.13 Chiều dày dây quấn 35

3.2.14 Chiều cao dây quấn 36

3.2.15 Đường kính trong của dây quấn cao áp 36

3.2.16 Đường kính ngoài của dây quấn cao áp 36

3.2.17 Trọng lượng đồng dây quấn cao áp 36

3.2.18 Trọng lượng dây quấn cao áp kể cả cách điện 36

3.2.19 Bề mặt làm lạnh của dây quấn 36

3.3 Kết luận 36

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH 37

4.1 Tổn hao ngắn mạch 37

4.1.1 Tổn hao chính 37

4.1.2 Tổn hao phụ 37

4.1.3 Tổn hao trong dây dẫn ra 38

4.1.4 Tổn hao trong vách thùng dầu và các chi tiết kết cấu khác 39

4.1.5 Tổn hao ngắn mạch toàn phần 39

4.2 Điện áp ngắn mạch 39

4.2.1 Thành phần tác dụng 39

4.2.2 Thành phần phản kháng 40

4.2.3 Điện áp ngắn mạch toàn phần 41

4.3 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch 41

4.3.1 Dòng điện ngắn mạch xác lập 41

4.3.2 Dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời 41

4.3.3 Lực hướng kính 42

4.3.4 Ứng suất do lực hướng kính gây nên 42

4.3.5 Lực chiều trục 42

4.3.6 Lực nén chiều trục cực đại trong các dây quấn 43

4.3.7 Ứng suất nén lên các tấm đệm cách điện giữa các bánh dây 43

4.4 Kết luận 43

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ 44

5.1 Xác định các kích thước cụ thể của lõi thép 44

5.2 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (hoặc gông) 45

5.3 Tiết diện tổng các bậc thang trong trụ 45

Trang 9

5.4 Tiết diện tác dụng của trụ thép (thuần thép) 45

5.5 Tiết diện tổng các bậc thang trong gông 45

5.6 Tiết diện tác dụng của gông (thuần thép) 46

5.7 Tiết diện khe hở không khí ở mối nối nghiêng 46

5.8 Thể tích của một góc mạch từ 46

5.9 Thể tích thuần thép của một góc mạch từ 46

5.10 Chiều cao trụ 46

5.11 Khoảng cách giữa hai trụ 46

5.12 Trọng lượng thép của một góc mạch từ 46

5.13 Trọng lượng thép của gông 46

5.14 Trọng lượng thép của trụ 46

5.15 Trọng lượng thép toàn bộ của trụ và gông 47

5.16 Kết luận 47

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN TỔN HAO, DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP 48

6.1 Tính lại trị số từ cảm trong lõi thép 48

6.2 Tổn hao không tải 48

6.3 Công suất từ hóa không tải 49

6.4 Dòng điện không tải 50

6.5 Hiệu suất của máy biến áp 51

6.6 Kết luận 51

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN NHIỆT 52

7.1 Tính toán nhiệt của dây quấn 53

7.1.1 Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn với mặt ngoài của nó 53

7.1.2 Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu 53

7.1.3 Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu 54

7.2 Tính toán nhiệt của thùng dầu 54

7.2.1 Chọn loại thùng 54

7.2.2 Chọn các kích thước tối thiểu bên trong của thùng 55

7.2.3 Tính sơ bộ bề mặt bức xạ của thùng 56

7.2.4 Nhiệt độ chênh của thùng so với không khí xung quanh 56

7.2.5 Bề mặt đối lưu cần thiết của thùng 56

7.2.6 Bề mặt đối lưu của nắp thùng 57

7.2.7 Bề mặt đối lưu cần thiết của cánh tản nhiệt 57

Trang 10

7.2.8 Thiết kế cánh tản nhiệt 57

7.2.9 Bề mặt đối lưu thực của thùng 58

7.2.10 Bề mặt bức xạ thực của thùng 58

7.2.11 Tính lại nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí 58

7.2.12 Tính lại nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng 59

7.3 Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu máy biến áp 59

7.3.1 Nhiệt độ chênh trung bình của dầu so với không khí 59

7.3.2 Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí 59

7.3.3 Nhiệt độ chênh của dây quấn đối với môi trường 59

7.4 Kết luận 59

CHƯƠNG 8 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY, VỎ MÁY VÀ DẦU MÁY BIẾN ÁP 60

8.1 Trọng lượng ruột máy 60

8.2 Trọng lượng dầu máy biến áp 60

CHƯƠNG 9 CHỌN CÁC CHI TIẾT KHÁC 61

9.1 Dầu máy biến áp 61

9.2 Sứ xuyên 62

9.3 Van xả dầu 63

9.4 Nối đất 64

9.5 Chỉ thị dầu 64

CHƯƠNG 10 KẾT LUẬN 65

CHƯƠNG 11 CHUYÊN ĐỀ MÔ PHỎNG TỪ THÔNG TRONG MẠCH TỪ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL 66

11.1 Tổng quan về phần mềm 66

11.1.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS Maxwell 66

11.1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 66

11.1.3 Các bộ giải của phần mềm 66

11.2 Ứng dụng phần mềm vào mô phỏng từ thông trong mạch từ 67

11.2.1 Chọn bộ giải 67

11.2.2 Xây dựng mô hình 68

11.2.3 Gán vật liệu 69

11.2.4 Gán thông số cuộn dây 71

11.2.5 Chia lưới 74

11.2.6 Thiết lập thời gian mô phỏng 74

Trang 11

11.2.7 Kiểm tra và chạy mô phỏng 75

11.2.8 Kết quả mô phỏng 75

11.3 Tổng kết chuyên đề 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

Trang 12

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản 1

Hình 1.2 Máy biến áp một pha 2

Hình 1.3 Máy biến áp ba pha 2

Hình 1.4 Máy biến áp tự ngẫu 2

Hình 1.5 Máy biến áp phòng nổ 2

Hình 1.6 Máy biến áp hàn 2

Hình 1.7 Máy biến áp đo lường 2

Hình 1.8 Máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu kiểu kín 3

Hình 1.9 Mạch từ theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông 4

Hình 1.10 Lõi thép kiểu trụ 4

Hình 1.11 Lõi thép kiểu bọc 5

Hình 1.12 Lõi thép kiểu trụ bọc 5

Hình 1.13 Thứ tự ghép lõi thép ba pha 6

Hình 1.14 Dây quấn đồng tâm 7

Hình 1.15 Dây quấn hình ống 8

Hình 1.16 Dây quấn hình ống phân đoạn 9

Hình 1.17 Dây quấn hình xoắn 9

Hình 1.18 Dây quấn xoắn đơn 10

Hình 1.19 Dây quấn xoắn kép 10

Hình 1.20 Dây quấn hình xoáy ốc liên tục 11

Hình 1.21 Dây quấn xen kẽ 11

Hình 1.22 Thùng máy biến áp 12

Hình 1.23 Nắp thùng máy biến áp 13

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp 14

Hình 2.1 Các kích thước chủ yếu của máy biến áp 18

Hình 2.2 Đồ thị biến thiên của Po theo β 25

Hình 2.3 Đồ thị biến thiên của io% theo β 26

Hình 2.4 Đồ thị biến thiên của C’td theo β 26

Hình 3.1 Hoán vị phân bố đều của dây quấn hình xoắn mạch kép 30

Hình 3.2 Tiết diện một vòng dây của dây quấn hạ áp 32

Hình 3.3 Sơ đồ điều chỉnh điện áp cuộn cao áp 33

Hình 3.4 Tiết diện một bánh dây của dây quấn cao áp 35

Hình 7.1 Các kích thước chính của vách thùng cánh sóng đầu tròn 57

Hình 9.1 Cấu tạo sứ cao áp 63

Hình 9.2 Cấu tạo sứ hạ áp 63

Hình 9.3 Van xả dầu 64

Trang 13

Hình 9.4 Nối đất trên nắp máy 64

Hình 9.5 Nối đất dưới đáy thùng 64

Hình 9.6 Chỉ thị dầu khi máy biến áp đầy dầu và thiếu dầu 64

Y Hình 11 1 Lưới phần tử hữu hạn 66

Hình 11 2 Bảng chọn bộ giải 67

Hình 11 3 Mô hình mạch từ và các cuộn dây của máy biến áp 68

Hình 11 4 Vùng giới hạn mô phỏng 68

Hình 11 5 Đường cong B-H của thép H-0 0,23 mm 69

Hình 11 6 Gán suất tổn hao của thép H-0 0,23 mm 69

Hình 11 7 Kết quả thông số thép H-0 0,23 mm 70

Hình 11 8 Gán vật liệu cho các cuộn dây 70

Hình 11 9 Thông số đầu vào cuộn dây cao áp pha A 71

Hình 11 10 Thông số đầu ra cuộn dây cao áp pha A 71

Hình 11 11 Thông số đầu vào cuộn dây hạ áp pha A 72

Hình 11 12 Thông số đầu ra cuộn dây hạ áp pha A 72

Hình 11 13 Thông số cuộn dây cao áp pha A 73

Hình 11 14 Thông số cuộn dây hạ áp pha A 73

Hình 11 15 Chia lưới 74

Hình 11 16 Thiết lập thời gian mô phỏng 74

Hình 11 17 Thiết lập thời gian hiển thị 75

Hình 11 18 Kiểm tra các thông số 75

Hình 11 19 Đường sức từ tại thời điểm 0,0770s 76

Hình 11 21 Đường sức từ tại thời điểm 0,0805 76

Hình 11 30 Mật độ từ thông tại thời điểm 0,0770s 80

Trang 14

Hình 11 41 Vector mật độ từ thông tại thời điểm 0,0770s 84

Hình 11 49 Vector mật độ từ thông tại thời điểm 0.0895s 86

Hình 11 52 Đồ thị điện áp cảm ứng phía hạ áp 87

Hình 11 53 Đồ thị điện áp cảm ứng phía cao áp 88

Hình 11 54 Đồ thị dòng điện phía hạ áp 88

Hình 11 55 Đồ thị dòng điện phía cao áp 88

Hình 11 56 Thông số đầu vào cuộn hạ áp pha A trong thí nghiệm ngắn mạch 89

Hình 11 57 Đồ thị điện áp cảm ứng và điện áp vào phía cao áp 89

Hình 11 58 Đồ thị dòng điện phía cao áp 89

Hình 11 59 Mật độ từ thông tại thời điểm 0.0815s 90

Hình 11 60 Thông số đầu ra cuộn hạ áp pha A trong thí nghiệm không tải 90

Hình 11 61 Mật độ từ thông tại thời điểm 0.0800s 91

Hình 11 62 Đồ thị điện áp cảm ứng phía cao áp 91

Hình 11 63 Đồ thị điện áp cảm ứng phía hạ áp 91

Trang 15

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng giá trị suất tổn hao và suất từ hóa của thép ASTM A804 21

Bảng 2.2 Bảng tính β trong khoảng 1,2 đến 3,6 25

Bảng 3.1 Bố trí dây quấn cao áp 35

Bảng 5.1 Kích thước các tập lá thép trụ và gông 44

Bảng 5.2 Số lá thép trên trụ và gông 45

Bảng 5.3 Chiều dày các tập lá thép trong trụ và gông 45

Bảng 9.1 Bảng đặc tính kỹ thuật dầu máy biến áp có chất phụ gia kháng oxy hóa .61

Bảng 9.2 Chỉ tiêu kỹ thuật đặc trưng của dầu Unitrans Oil (Hi-Volt) 62

Bảng 10.1 Thông số kỹ thuật của máy biến áp 65

Trang 16

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1 Vài nét khái quát về máy biến áp

Như ta đã biết, để dẫn điện từ các trạm phát đến hộ tiêu thụ cần phải cóđường dây tải điện (hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêuthụ lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điệnnăng đi xa làm sao cho kinh tế nhất mà vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Với cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăngcao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiếtdiện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thờitổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế muốn truyền tảicông suất lớn đi xa, ít tổn hao, tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta sẽphải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 110, 220

và 500 kV Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện ápcao như vậy vì lý do an toàn, mà thường chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21 kV, do

đó cần phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên Mặt khác các hộ tiêudùng thường chỉ sử dụng điện áp thấp, chủ yếu là 220 V và 380 V, hay cùng lắmđến 6 kV (các động cơ công suất lớn), do đó trước khi sử dụng điện năng cầnphải có thiết bị để giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp ratrên đầu đường dây và giảm điện áp xuống trước khi đến hộ tiêu thụ gọi là cácmáy biến áp (mục 1.1, chương 1, tài liệu [1])

Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện.Việc truyền tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệthống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp Do đótổng công suất đặt (hay dung lượng) của các máy biến áp gấp mấy lần công suấtcủa máy phát điện Gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp 6 đến 8 lần hoặchơn nữa Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98÷99%), nhưng do số lượngmáy biến áp nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế cần phảichú ý đến việc giảm các tổn hao, nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp Đểgiải quyết vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo máy biến áp người ta dùngchủ yếu là thép cán lạnh, có suất tổn hao và có công suất từ hóa thấp hay đặc biệtthấp, mặt khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như ghépmối nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bulông ép trụ và gôngxuyên lõi thép bằng các vòng đai ép lá thép,… Nhờ vậy mà hiệu suất của cácmáy biến áp đã được nâng lên rõ rệt (mục 1.1, chương 1, tài liệu [2])

Trang 17

Ngoài máy biến áp điện lực dùng trong truyền tải điện năng, còn có nhiềuloại máy biến áp khác dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như: biến áp lòđiện dùng trong luyện kim, yêu cầu dòng thứ cấp lớn đến hàng vạn ampe; biến ápnhiều pha dùng để chỉnh lưu ra dòng một chiều; biến áp chống nổ dùng tronghầm mỏ; biến áp đo lường; biến áp thí nghiệm; biến áp hàn điện,… Ở nước tangành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại Đến naychúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và nhiều chủngloại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu.

Trang 18

Hình 1.6 Máy biến áp hàn Hình 1.7 Máy biến áp đo lường

1.2 Khái niệm máy biến áp

Máy biến áp (viết tắt là MBA) là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên

lý cảm ứng điện từ, dùng để 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 sốkhông thay đổi (mục 1.3, chương 1, tài liệu [1])

Hình 1.8 Máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu kiểu kín

MBA có hai dây quấn gọi là MBA hai dây quấn Dây quấn nối với nguồn

để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp, dây quấn nối với tải để đưa nănglượng ra gọi là dây quấn thứ cấp Dòng điện, điện áp, công suất,… của từng dâyquấn sẽ kèm theo tên gọi sơ cấp và thứ cấp tương ứng Nếu điện áp phía thứ cấpnhỏ hơn điện áp phía sơ cấp ta có MBA giảm áp, nếu điện áp phía thứ cấp lớnhơn điện áp phía sơ cấp ta có MBA tăng áp

1.3 Cấu tạo của máy biến áp

Trang 19

MBA thường gồm những bộ phận chính sau đây: lõi thép (hay còn gọi làmạch từ) và các kết cấu của nó, dây quấn, hệ thống làm lạnh và vỏ máy.

1.3.1 Lõi thép và các kết cấu của nó

Lõi thép làm mạch dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp, đồng thời làmkhung để quấn dây Lõi thép gồm các lá thép silic ghép lại, được ép bằng xà ép

và bulông tạo thành khung MBA Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nốivới các sứ xuyên hoặc các ty đỡ nắp máy,… Ở các MBA dầu toàn bộ lõi thép cóquấn dây và các dây dẫn ra… được ngâm trong thùng đựng dầu MBA gọi là ruộtmáy Các MBA cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầukhi lắp ráp, sửa chữa Với MBA công suất khoảng từ 1000 kVA trở lên, vì ruộtmáy rất nặng nên được bắt cố định với đáy thùng và lúc tháo lắp sửa chữa thìphải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy (mục 1.4.1, chương 1, tài liệu [2]).Lõi thép gồm hai phần: trụ và gông

- Trụ là phần lõi có lồng dây quấn

- Gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụ

Có nhiều cách phân loại lõi thép (mục 1.4.1, chương 1, tài liệu [2]):

a Dựa theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông có thể chia ra thành hailoại là: lõi thép có mạch từ đối xứng và không đối xứng

Hình 1.9 Mạch từ theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông

a) Mạch từ phẳng ba pha ba trụ b) mạch từ không gian ba pha ba trụ

Như ta thấy MBA dạng ba pha ba trụ (Hình 1.9a) là loại mạch từ không đốixứng, vì mạch từ của pha giữa ngắn hơn mạch từ hai pha bên cạnh Còn dạngMBA có 3 pha đối xứng là kiểu bố trí mạch từ ba pha nằm trong ba mặt phẳng(Hình 1.9b) gọi là MBA có kết cấu mạch từ không gian Ở kiểu kết cấu này, lõithép thường làm bằng lá thép cuộn cả 3 pha hoặc gông thì dùng thép cuộn còn trụthì dùng thép lá Ưu điểm của kiểu này là giảm được tổn hao và dòng điện khôngtải, nhưng nhược điểm là kết cấu phức tạp nên ít dùng Ở một số nước châu Âucũng có chế tạo lõi thép kiểu này nhưng công suất không lớn

Trang 20

b Theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ, gông và dây quấn, lõi thép được chialàm 2 loại: kiểu trụ và kiểu bọc.

- Lõi thép kiểu trụ

Hình 1.10 Lõi thép kiểu trụ a) một pha b) ba pha

Với dạng kết cấu này dây quấn ôm lấy trụ thép, gông từ chỉ giáp phía trên

và phía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ thépthường để đứng Tiết diện trụ thường gần hình tròn (đối với MBA công suất nhỏ

có thể làm hình chữ nhật) và dây quấn cũng có dạng hình trụ tròn Với ưu điểmkết cấu đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu nên hầu hết các MBA điệnlực hiện nay (dung lượng nhỏ và trung bình) đều dùng kiểu này

Trang 21

- Lõi thép kiểu trụ - bọc

Hình 1.12 Lõi thép kiểu trụ bọc a) một pha b) ba pha

Ở các MBA hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷ 100 MVA trên mộtpha), điện áp rất cao (220 ÷ 400 kV), để giảm các chiều cao của trụ thép, thuậnlợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của MBA kiểu trụ được phân nhánhsang hai bên nên MBA mang hình dáng vừa kiểu trụ, vừa kiểu bọc, gọi là MBAkiểu trụ - bọc (Hình 1.12)

c Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành hai kiểu: lõighép nối và lõi xen kẽ

- Ghép nối là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nốivới nhau nhờ những xà và bulông ép (Hình 1.13a) Ghép kiểu này đơngiản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn, do không đảm bảotiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao vàdòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng

Trang 22

Hình 1.13 Thứ tự ghép lõi thép ba pha a) Ghép nối; b) Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c) Ghép xen kẽ mối nối nghiêng ở bốn góc; d) Ghép xen kẽ mối nối nghiêng ở sáu góc; e) Ghép xen kẽ hỗn hợp

- Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo

vị trí 1 rồi 2… như trên Hình 1.13b Sau đó dùng xà ép và bulông vítchặt lại Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra, cho dây quấn

đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ Trụ được lèn chặt với ốngbakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ, bakelit,…) sau đó xếp lá thép vàogông như cũ và ép gông lại

Đối với thép cán lạnh, để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ dị hướng thườngghép xen kẽ với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở bốn góc (Hình 1.13c) haymối nối nghiêng cả trụ giữa (Hình 1.13d) hoặc xen kẽ với mối nối hỗn hợp (Hình1.13e) mà không dùng mối nối thẳng như đối với thép cán nóng (Hình 1.13b).Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản, kết cấu vững chắc nên được dùng rất phổbiến trong ngành chế tạo MBA hiện nay

1.3.2 Dây quấn

Dây quấn MBA là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền tải nănglượng đi Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có thể bằng nhômnhưng không phổ biến Trong MBA hai dây quấn có cuộn hạ áp (viết tắt là HA)nối với lưới điện áp thấp và cuộn cao áp (viết tắt là CA) nối với lưới điện caohơn Ở MBA có ba dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ

ba với điện áp trung bình gọi cuộn trung áp (viết tắt là TA)

Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến

áp thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ

1.3.2.1 Dây quấn đồng tâm

Cuộn HA và CA (nếu có ba cuộn dây thì còn có TA) là những hình ốngđồng tâm đối với nhau (Hình 1.14) Chiều cao (theo chiều trục) của chúng nênthiết kế bằng nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn (nhất là lúc ngắnmạch) có tác dụng ép hoặc đẩy gông từ hay cuộn dây không lợi về mặt kết cấu.Khi bố trí các cuộn dây, cuộn HA đặt trong cùng, cuộn CA đặt ngoài (nếu làMBA ba dây quấn, thường cuộn TA đặt giữa, cũng có thể đặt trong cùng) Cuộn

CA đặt ngoài sẽ đơn giản được việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như cóthể giảm bớt được điều kiện cách điện của cuộn CA (kích thước rãnh dầu cáchđiện, vật liệu cách điện dây quấn CA), bởi vì giữa cuộn dây CA và trụ đã có cáchđiện của bản thân cuộn HA Dây quấn đồng tâm được dùng phổ biến trong cácMBA điện lực với lõi thép kiểu trụ (mục 1.4.2, chương 1, tài liệu [2])

Trang 23

Hình 1.14 Dây quấn đồng tâm

Những kiểu dây quấn đồng tâm bao gồm (mục 3.2.3, chương 3, tài liệu [2]):

a Dây quấn hình ống

Hình 1.15 Dây quấn hình ống a) dây tròn b) dây chữ nhật

- Dây quấn hình ống dây dẫn tròn

Với tiết diện nhỏ dùng dây dẫn tròn, quấn thành hình trụ nhiều lớp (lớn hơn2), đồng tâm (Hình 1.15a) Dây quấn có thể dùng một sợi hay hai sợi chập lại,nhưng ít khi dùng tới 4 sợi Khi dùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vì vị trịphân bố của nó đã tương đối đều đặn Việc rút đầu dây phân áp cũng dễ dàng màkhông cần cắt hàn đầu dây

Đối với kiểu dây quấn này cần phải chú ý đến vấn đề cách điện và tản nhiệt

Vì có số vòng dây trong một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp cao do đó cáchđiện của dây dẫn không đảm bảo, do vậy phải thêm cách điện giữa các lớp Mặtkhác nếu số lớp nhiều quá thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn do đó cần phải có rãnhdầu dọc ở giữa

Ưu điểm của kiểu dây quấn này là có điện dung hướng trục lớn, do đó hệ số

α=√C q/C d nhỏ nên có khả năng chống chịu tốt khi xảy ra sự cố, đặc biệt là khi bị

sét đánh (trong đó Cd là tồng điện dung dọc và Cq là tổng điện dung ngang củadây quấn) Mặt khác kết cấu đơn giản nên quá trình chế tạo cũng dễ dàng Nhượcđiểm là chịu lực cơ giới kém và tản nhiệt có phần khó khăn Dây quấn này chủ

Trang 24

yếu được dùng cho các MBA có dung lượng dưới 630 kVA và thường làm cuộn

CA với điện áp 6, 10, hay 35 kV

- Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật

Với tiết diện lớn dùng dây dẫn chữ nhật, quấn thành hình trụ (Hình 1.15b).Nếu dòng điện lớn quá thì ghép nhiều sợi song song, thường dùng các sợi cócùng kích thước ghép kề nhau theo hướng trục Nếu quấn một lớp ta có kiểu dâyquấn hình ống một lớp hay còn gọi là ống đơn Nếu quấn hai lớp ta có kiểu dâyquấn hình ống kép (hai lớp nối tiếp với nhau, quấn lớp trong từ trên xuống sau đólớp ngoài quấn ngược từ dưới lên)

Kiểu dây quấn hình ống đơn có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ chặtnên dễ bị tung ra, do đó thường chỉ dùng trong các MBA nhỏ, công suất mỗi trụ

từ 3 đến 10 kV Dây quấn hình ống kép ổn định về cơ khí hơn và nói chung chếtạo cũng đơn giản nên được dùng phổ biến trong các MBA công suất từ 630 kVAtrở xuống và điện áp dưới 6 kV Trong MBA thì dây quấn hình ống đơn và képchủ yếu làm cuộn HA

- Dây quấn hình ống phân đoạn

Ngoài hai kiểu dây quấn hình ống bên trên còn có một kiểu gần giống kiểudây quấn hình ống dây dẫn tròn gọi là dây quấn hình ống phân đoạn (Hình 1.16)

Ở đây dây dẫn cũng là dây tròn, việc phân đoạn thành nhiều bánh dây như vậy sẽgiảm được điện áp giữa các lớp cạnh nhau trong từng bánh dây, nhờ đó có thể cảithiện được vấn đề cách điện giữa các lớp Mặt khác việc làm nguội cuộn dâycũng dễ dàng hơn Nhược điểm của dây quấn này là việc quấn dây phức tạp hơn,

do đó giá thành cao hơn Kiểu dây quấn này thường có số bánh dây chẵn, chủyếu dùng làm cuộn CA cho các MBA công suất từ 1000 kVA trở xuống

Hình 1.16 Dây quấn hình ống phân đoạn

Trang 25

b Dây quấn hình xoắn

Hình 1.17 Dây quấn hình xoắn

Dây quấn gồm một hay nhiều sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trụcnhư đường ren ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở (Hình 1.17) Các sợi dây chậpthường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải có tiết diện và kích thước các sợinhư nhau Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA của các MBA có dung lượngtrung bình và lớn

Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có kiểu dâyquấn hình xoắn mạch đơn (Hình 1.18) Khi dòng điện lớn quá phải chập thànhhai mạch để quấn, ta có kiểu dây quấn hình xoắn mạch kép (Hình 1.19)

Kiểu dây quấn này có số vòng dây ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây quấn

HA Ưu điểm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt Nhược điểm làchiều dài các sợi dây ghép không bằng nhau nên điện trở khác nhau, từ thông tảnkhông đều, mặt khác dòng điện phân bố không đều nên tăng tổn hao phụ Do vậycác sợi dây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị Đối với dây quấn hình xoắnmạch đơn, theo chiều dài dây quấn người ta thường hoán vị tập trung ba chỗ (haihoán vị phân tổ ở khoảng 1/4 và 3/4 chiều cao cuộn dây, một hoán vị toàn bộ ởgiữa cuộn dây) Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép, người ta hoán vị phân bốđều và phân bố vị trí hoán vị trên toàn chiều cao dây quấn

Hình 1.18 Dây quấn xoắn đơn

Trang 26

Hình 1.19 Dây quấn xoắn kép

c Dây quấn hình xoáy ốc liên tục

Hình 1.20 Dây quấn hình xoáy ốc liên tục

Ở đây người ta dùng dây tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánhtheo đướng xoáy ốc phẳng cánh nhau bằng những rãnh hở (Hình 1.20) Bằngcách hoán vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nối tiếp một cách liêntục mà không cần mối hàn nào giữa chúng, cũng vì thế mà được gọi là dây quấnxoáy ốc liên tục Kiểu này chủ yếu dùng làm cuộn CA và thường dùng trong mộtdải công suất rộng các MBA từ 160 đến 1000000 kVA, điện áp từ 22 kV trở lên

Nó cũng có thể dùng làm cuộn HA cho những MBA có dòng điện từ 10 đến 300A

Dây quấn xoáy ốc liên tục có ưu điểm là chịu được lực cơ học tốt, làmnguội tốt và không có mối hàn Nhưng nhược điểm là quá trình quấn phức tạp,mất nhiều thời gian

1.3.2.2 Dây quấn xen kẽ

Cuộn CA và HA được cuốn thành từng bánh mỏng (chiều cao thấp) và đặtxen kẽ nhau, do đó giảm được lực chiều trục khi ngắn mạch, để giảm lực cơ họctheo hướng kính, các bánh dây cố gắng thiết kế có đường kính gần bằng nhau.Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn nhưng về mặt cơ

Trang 27

thì kém bền vững hơn so với dây quấn đồng tâm Mặt khác kiểu dây quấn này cónhiều mối hàn giữa các bánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm có thể từ đầuđến cuối cuộn dây không có mối hàn nào Loại dây quấn này chủ yếu được dùngtrong các MBA lò điện hay trong một số MBA khô để đảm bảo sự làm mát đượctốt (mục 1.4.2, chương 1, tài liệu [2]).

Hình 1.21 Dây quấn xen kẽ

1.3.3 Hệ thống làm mát và vỏ máy

Khi MBA làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm choMBA nóng lên Giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độgọi là nhiệt độ chênh, nếu nhiệt độ chênh đó vượt quá mức quy định sẽ làm giảmtuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA Do đó muốn MBA làm việcđược lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của MBA xuống tức là quá trìnhlàm mát MBA Có thể làm mát bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu cáchđiện MBA dùng không khí để làm mát gọi là MBA khô, MBA dùng dầu để làmnguội gọi là MBA dầu Hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều làm nguội bằngdầu

Vỏ máy có nhiệm vụ chứa dầu làm mát và bảo vệ MBA Nó phải đáp ứngđược một số yêu cầu như: vỏ thùng phải kín và có diện tích tản nhiệt lớn nhất cóthể, có khả năng bảo vệ dầu MBA do sự tác động của nhiều yếu tố khác nhau, có

độ bền cơ khí cao để đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển vỏ MBA không bị biếndạng kéo theo biến dạng chi tiết ruột máy,… Cụ thể vỏ máy gồm hai bộ phận là:thùng máy và nắp máy

a Thùng máy

Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục hoặc hình chữ nhật KhiMBA làm việc, dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên, truyền nhiệt rangoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu Nhiệt lượng lại từ vách thùng truyền rakhông khí xung quanh bằng quá trình đối lưu và bức xạ Nhờ vậy mà hiệu ứnglàm mát được tăng lên, cho phép tăng tải điện từ đối với lõi thép và dây quấn,tăng được công suất MBA, giảm được kích thước và trọng lượng máy Đối vớiMBA nhỏ, dung lượng dưới 40 kVA, vách thùng dầu có thể làm phẳng hoặc gợnsóng Đối với MBA lớn hơn, để tăng bề mặt tản nhiệt, vách thùng thường gắnthêm những dãy cánh tản nhiệt hay những dãy ống hoặc hơn nữa có thể làmnhững hệ thống dàn ống, gọi là bộ tản nhiệt và được làm nguội bằng không khí tựnhiên Ở những MBA có công suất từ 10000 đến 16000 kVA trở lên, thường phải

Trang 28

tăng cường làm mát bằng đối lưu cưỡng bức không khí nhờ hệ thống quạt gióhay có thể đối lưu cưỡng bức dầu trong thùng nhờ một hệ thống bơm riêng hoặcphối hợp cả hai (mục 1.4.3, chương 1, tài liệu [2])

- Bình dầu phụ (bình giãn dầu): Là một thùng hình trụ bằng thép, thườngđặt nằm ngang trên nắp và nối với thùng dầu chính bằng một ống dẫndầu Để đảm bảo dầu trong MBA luôn luôn đầy trong quá trình vậnhành, phải duy trì dầu ở một mức nhất định Tùy theo nhiệt độ của MBA

mà dầu giãn nỡ tự do trong bình dầu phụ không ảnh hưởng tới mức dầu

ở trong MBA Có ống thủy tinh chỉ mức giãn để theo dõi mức dầu bêntrong

- Ống bảo hiểm (ống phòng nổ): làm bằng thép, thường là hình trụnghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh Nếu

áp suất trong thùng tăng lên đột ngột, đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đóthoát ra ngoài để MBA không gặp sự cố

Trang 29

- Ngoài ra còn các thiết bị đổi nối để điều chỉnh điện áp; thiết bị đo nhiệt

độ MBA; rơle hơi dùng để bảo vệ MBA; phao báo dầu,…

1.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Nguyên lý làm việc của máy biến áp là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện

từ, là hiện tượng hình thành một suất điện động trên một vật dẫn khi vật dẫn đóđược đặt trong từ trường biến thiên

Dưới đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn (Hình 1.24), máy gồm có 2 cuộn

dây Cuộn sơ cấp có w1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có w2 vòng dây được quấntrên lõi thép

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp

Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ cấp, trong đó sẽ có dòng i1 chạyqua, trong lõi thép sinh ra từ thông Φ trong lõi thép móc vòng với cả hai dây

quấn sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng các sức điện động e1 và e2 Khi MBA có tải, dây

quấn thứ cấp có dòng i2 ra tải với điện áp là u2 Như vậy năng lượng của dòngđiện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp Giả sử điện ápxoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin, thì từ thông do nó sinh ra cũng là mộthàm số hình sin:

Trang 30

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1≈ E1; U2 ≈ E2.

Do đó k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

1.5 Các đại lượng định mức của máy biến áp

Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỹ thuật của máy.Các đại lượng này do nhà máy chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn MBA(mục 1.4, chương 1, tài liệu [1])

1.5.1 Công suất định mức

Dung lượng hay công suất định mức Sdm là công suất toàn phần (hay biểukiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của MBA, tính bằng kilôvôn - ampe (kVA) hayvôn - ampe (VA)

1.5.2 Điện áp định mức

Với MBA một pha là điện áp pha, với MBA ba pha là điện áp dây

- Điện áp sơ cấp định mức U1dm là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằngkilôvôn (kV) hay vôn (V) Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánhthì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh

- Điện áp thứ cấp định mức U2dm là điện áp của dây quấn thứ cấp khiMBA không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, tínhbằng kV hay V

1.5.3 Dòng điện định mức

Dòng điện định mức sơ cấp I1dm và thứ cấp I2dm là những dòng điện của dâyquấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng ampe(A) hay kilôampe (kA) Có thể tính các dòng điện như sau:

Đối với MBA một pha:

Trang 31

Ngoài ra trên nhãn của MBA còn ghi các số liệu khác như: số pha m, sơ đồ

và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch un%, chế độ làm việc (dài hạn hay ngắnhạn), phương pháp làm mát,…

1.6 Mục đích, yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ thiết kế MBA có thể khác nhau, có loại thiết kế dãy (hay gam) và

có loại thiết kế đơn chiếc Nếu thiết kế một dãy biến áp mới thì nhiệm vụ thiết kếkhá phức tạp, không những phải xác định các kích thước tối ưu mà còn phải xácđịnh cả những thông số kỹ thuật như tham số không tải, tham số ngắn mạch Giảiquyết những vấn đề đó rất phức tạp và cần lập nhiều phương án tính toán, so sánhrồi chọn lấy phương án tối ưu Có thể coi mỗi phương án tính toán lại là một bàitoán thiết kế MBA đơn chiếc ở trong một hạn chế nhất định nào đó Nếu thiết kếđơn chiếc thì thường biết trước một loạt những số liệu ban đầu như công suất,điện áp, tần số, số pha, tính chất và đặc điểm tải, địa điểm đặt thiết bị và hệ thốnglàm mát, những yêu cầu tiêu chuẩn về các tham số không tải, ngắn mạch Thực tếcho thấy bằng những số liệu ban đầu đó có thể có được những quan hệ khác nhau

về kích thước chính của MBA, về tải điện từ, về giá thành, trọng lượng máy,…

Do đó cần có những phương án hạn chế để lựa chọn một phương án đảm bảothích hợp với các yêu cầu đã cho trước khi vào tính toán cụ thể Những số liệucho trước và các phương án tính toán lựa chọn thường xác định theo kinh nghiệm

có sẵn về chế tạo MBA hay các phương pháp công nghệ tiên tiến…

Trong nhiệm vụ thiết kế đơn chiếc MBA hai dây quấn cần phải cho những

số liệu sau đây:

- Công suất toàn phần (hay dung lượng) MBA: S (kVA)

- Đặc điểm của thiết bị: đặt trong nhà hay ngoài trời

Ngoài ra trong nhiệm vụ thiết kế thường còn cho những tham số cơ bản sauđây của MBA:

- Điện áp ngắn mạch un (%)

- Tổn hao ngắn mạch Pn (W)

- Tổn hao không tải Po (W)

- Dòng điện không tải io (%)

Trong nhiệm vụ có thể quy định MBA thiết kế theo một số yêu cầu nào đótheo tiêu chuẩn quốc gia, cũng có thể cung cấp một số điều kiện phụ khác như

mã hiệu thép nhất định, dây quấn làm bằng đồng hay nhôm,…

Trang 32

MBA thiết kế ra phải thỏa mãn các tham số kỹ thuật yêu cầu, có kích thướchợp lý, bảo đảm độ bền về điện, cơ, nhiệt, kinh tế trong vận hành, đồng thời chếtạo đơn giản, giá thành rẻ Những vấn đề đó liên quan tới việc lựa chọn một cáchđúng đắn các tham số kỹ thuật của MBA như tổn hao không tải, ngắn mạch(thường đã cho theo tiêu chuẩn quốc gia), lựa chọn các kích thước kết cấu máy,các loại vật liệu một cách hợp lý, đồng thời liên quan tới việc tổ chức và sử dụnghợp lý các quy trình quy phạm về kỹ thuật, về công nghệ chế tạo MBA.

Để đảm bảo cho việc tính toán hợp lý, tốn ít thời gian, việc thiết kế MBA sẽlần lượt tiến hành theo trình tự như sau (mục 1.5, chương 1, tài liệu [2]):

a Xác định các đại lượng điện cơ bản

- Tính dòng điện pha và 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 mạch

b Tính toán các kích thước chủ yếu

- Chọn sơ đồ và kết cấu lõi thép

- Chọn loại và mã hiệu tôn silic, cách điện của chúng Chọn cường độ từcảm lõi thép

- Chọn các kết cấu và xác định các khoảng cách điện chính của cuộn dây

- Tính toán sơ bộ MBA và chọn quan hệ của kích thước chủ yếu β theo

những trị số Po, Pn, un và io đã cho

- Xác định đường kính trụ và chiều cao dây quấn Tính toán sơ bộ lõi thép

c Tính toán dây quấn HA và CA

- Tính lực cơ của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch

e Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải củaMBA

- Xác định kích thước cụ thể của lõi thép

- Xác định tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất MBA

f Tính toán nhiệt và hệ thống làm mát MBA

- Quá trình truyền nhiệt trong MBA

- Khái niệm về hệ thống làm mát MBA

- Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

- Tính toán nhiệt MBA

- Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu

i Tính toán và chọn một số chi tiết kết cấu MBA

Phần này có trình bày sơ lược cách tính và chọn một số chi tiết kết cấuquan trọng như bulông của xà ép gông, đai ép trục và gông, vách, nắp vàđáy thùng, ống xả dầu …

Trang 33

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

Như đã trình bày ở mục 1.3 chương 1, lõi thép MBA có rất nhiều kiểu,nhưng hầu hết MBA điện lực hiện nay (dung lượng nhỏ và trung bình) đều dùnglõi thép kiểu trụ Do đó để đáp ứng yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế ta chọn MBA

có kết cấu mạch từ 3 pha 3 trụ phẳng, có 2 dây quấn, dây quấn đồng tâm

Hình 2.25 Các kích thước chủ yếu của máy biến áp

Các kích thước chủ yếu của MBA là:

- Đường kính trụ thép d.

- Chiều cao dây quấn l, thường hai dây quấn có chiều cao bằng nhau, nếu

khác nhau thì lấy giá trị trung bình

- Đường kính trung bình giữa hai dây quấn hay rãnh dầu giữa hai dây

quấn d12

Trang 34

Nếu các kích thước này được xác định thì hình dáng, thể tích, và các kích

thước khác như chiều cao trụ thép lt, khoảng cách giữa hai trụ C,… cũng được

xác định

2.1 Xác định các đại lượng cơ bản

Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta đi xác định cácđại lượng điện cơ bản sau đây:

2.1.1 Dung lượng một pha

1250

416, 67 kVA3

dm f

S S

m

Trong đó:

- S dm là dung lượng của MBA

2.1.2 Dung lượng trên mỗi trụ

dm

S I

dm

S I

U

2.1.4 Dòng điện pha định mức

Với tổ nối dây D/Yo -11 ta có dòng điện pha định mức là:

- Phía CA nối D nên ta có:

1

3

dm f

I

- Phía HA nối Y nên ta có: If2  I2dm  1804, 22A

2.1.5 Điện áp pha định mức

- Phía CA nối D nên ta có: Uf1  U1dm  22000 V

- Phía HA nối Y nên ta có:

2 2

400

230,94 V

dm f

U

Trang 35

2.1.6 Điện áp thử của các dây quấn

Điện áp thử với tần số công nghiệp (50 Hz) cho các MBA điện lực ngâmdầu theo cấp điện áp của dây quấn (tra bảng 2, tài liệu [2]):

- Dây quấn CA: U th1 55kV (với cấp điện áp 22 kV)

- Dây quấn HA: U th2 5kV (với cấp điện áp đến 1 kV)

2.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu

2.2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa hai dây quấn

Với U th155kV , theo bảng 19 tài liệu [2] ta có a12 20mm;12 5 mm

Trong rãnh a có đặt ống cách điện (ống lồng) dày 12 12 5 mm

Theo (2-36) tài liệu [2] ta có:

 a là chiều dày dây quấn HA12

 a là chiều dày dây quấn CA2

 k 0,51: là hệ số tra bảng 12 tài liệu [2] theo điện áp và công suất

 S ' 416,67 kVA: là dung lượng trên mỗi trụ

2.2.2 Hệ số quy đổi từ trường tản Rogovski

P u

Theo bảng 6 tài liệu [2], chọn hệ số gia tăng tiết diện gông k  g 1, 025 Ép

trụ bằng đai vải thủy tinh, ép gông bằng xà, đai ép bán nguyệt, không dùng

Trang 36

bulông xuyên qua trụ và gông Sử dụng lõi thép có 6 mối nối nghiêng (Hình1.13d)

Theo bảng 4 tài liệu [2], ta chọn số bậc thang trong trụ bằng 8, số bậc thangcủa gông lấy nhỏ hơn hơn trụ 2 bậc, tức gông có 6 bậc, hệ số chêm kín0,925

c

k 

Theo bảng 10 tài liệu [2], ta chọn hệ số lấp đầy k  d 0,95

Hệ số lợi dụng của lõi thép: k ld k k c. d 0,925.0,95 0,879

Từ cảm trong gông:

1,6 1,561 T 1,025

t g g

B B k

B

Với B  t 1,6 T và B  g 1,561 T

ta nội suy theo Bảng 2.1

- Suất tổn hao thép ở trụ và gông:p t 0,697W kg/ ; p g 0,661 /W kg

- Suất từ hóa ở trụ và gông: q t 0,922VA kg/ ; q g 0,867VA kg/

- Suất từ hoá ở khe hở không khí mối nối xiên: q'k 3096,05VA m/ 2

Bảng 2.1 Bảng giá trị suất tổn hao và suất từ hóa của thép ASTM A804

Trang 37

2.2.5 Các khoảng cách cách điện chính

Các khoảng cách cách điện chọn theo điện áp thử của cuộn CA và HA(bảng 19 tài liệu [2])

- Giữa trụ và dây quấn HA: a o2 15mm

- Giữa dây quấn HA và CA: a2120mm

- Ống cách điện giữa CA và HA: 215mm

- Giữa các dây quấn CA: a1120mm

- Tấm chắn giữa các pha:  11 3mm

- Giữa dây quấn CA đến gông: l o1 50mm

- Phần đầu thừa của ống cách điện: l d2 30mm

Trang 38

2.2.6 Các hằng số tính toán a, b

Theo bảng 13, 14 tài liệu [2] lấy: a 1,39; b 0,28

2.2.7 Hệ số tổn hao phụ trong dây quấn

Theo bảng 15 tài liệu [2], lấy k  f 0,91

Trị số β có ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật và kinh tế của MBA.

Với các MBA có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát và các tham số kỹ

thuật, thì khi β nhỏ MBA “gầy” và cao, trọng lượng thép ít, lượng đồng nhiều; khi β lớn, MBA “béo” và thấp, lượng thép tăng lên và lượng đồng giảm đi Như vậy việc chọn β thích hợp không chỉ ảnh hưởng đến kích thước mà còn ảnh

hưởng đến vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện và các vật liệu khác, từ đó sẽ ảnh

hưởng trực tiếp đến giá thành của máy Bên cạnh đó sự thay đổi β cũng ảnh

hưởng đến các tham số kỹ thuật của MBA như tổn hao và dòng điện không tải,

độ bền cơ, sự phát nóng của dây quấn, kích thước chung của cả máy

Chọn hệ số β có thể tra theo bảng 17 tài liệu [2], dải biến thiên của β trải

rộng từ 1,2 đến 3,6 tùy theo công suất và cấp điện áp của máy Nhưng để xác

định β một cách tối ưu, ta lập bảng tính các số liệu và đặc tính cơ bản của MBA.

Để lập được bảng ta cần xác định các hệ số sau (mục 2.2.4, chương 2, tàiliệu [2]):

4 4

2 2 2

Trang 39

 k: hệ số trọng lượng cách điện của dây quấn

o k = 1,03.1,03 = 1,06 : đối với dây đồng

o k = 1,1.1,03 = 1,133 : đối với dây nhôm

- Tổn hao không tải của MBA tính sơ bộ theo (5-23) tài liệu [2]:

 p t 0,697W kg/ : suất tổn hao trong trụ

 p g 0,661 /W kg: suất tổn hao trong gông

 k  pf 1,13tra bảng 48 tài liệu [2]

 k  po 9,10: hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối mạch từ tùytheo sự phối hợp số lượng mối nối thẳng và nghiêng khác nhau,tra ở bảng 47, tài liệu [2]

- Công suất từ hóa lõi thép MBA tính sơ bộ theo (5-31) tài liệu [2]:

Trang 40

" 6 .

27,95 1,13.1,07.0,922.( ) 1,13.1,07.0,867.(

227,95.1,25

- 6 ) 1,07.6.3096,05.0,04278

2 1

 k  ir 1,25: tra bảng 52b tài liệu [2]

 q t 0,922VA kg/ : là suất từ hóa ở trụ (VA/kg)

 q g 0,867VA kg/ : là suất từ hóa ở trụ và gông (VA/kg)

 k là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn f

ra, trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điệnxoay (k  ), gần đúng có thể tra ở bảng 15, tài liệu [2] f 1

 Pn là công suất tổn hao ngắn mạch của MBA

 K là hằng số phụ vào điện trở suất của dây quấn, K Cu 2,4.1012,

(đối với MBA khô tương ứng là 3.106 và 2.106 A/m2)

Ta đã biết Gdq = C1/x2, vậy nếu kết hợp với quy định mật độ dòng điện ở

trên, ta có thể suy ra được giới hạn trên của trị số x:

Đối với đồng:

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	11,06 MB
File đính kèm	ĐATN Đỗ Hồng Thăng.rar (11 MB)