đồ án thiết kế máy biến áp điện lực

Lêi nãi ®Çu Mba ®iÖn lùc lµ mét bé phËn rÊt quan träng trong hÖ thèng ®iÖn . ViÖc t¶i ®iÖn n¨ng ®i xa tõ nhµ m¸y ®iÖn ®Õn hé tiªu thô trong c¸c hÖ thèng ®iÖn cÇn ph¶i cã rÊt nhiÒu lÊn t¨ng gi¶m ®iÖn ¸p . Do ®ã tæng c«ng suÊt ®Æt cña c¸c Mba lín h¬n nhiÒu lÇn so víi c«ng suÊt m¸y ph¸t . Tuy hiÖu suÊt cña Mba th­êng rÊt lín ( 98-99% ) Nh­ng do sè l­îng Mba nhiÒu nªn tæng tæn hao trong hÖ thèng rÊt ®¸ng kÓ v× thÕ vÊn ®Ò ®Æt ra trong thiÕt kÕ Mba vÉn lµ gi¶m tæn hao nhÊt lµ tæn hao kh«ng t¶i trong Mba . Khuynh h­íng ph¸t triÓn cña ngµnh chÕ t¹o Mba ®iÖn lùc hiÖn naylµ t¨ng ®­îc giíi h¹n vÒ c«ng suÊt , vÒ ®iÖn ¸p , ngoµi ra cßn më réng thang c«ng suÊt cña Mba thµnh nhiÒu d•y ®Ó ®¸p øng mét c¸ch réng r•i víi nhu cÇu sö dông vµ vËn hµnh Mba . §Ó lµm ®­îc ®iÒu ®ã trong thiÕt kÕ , chÕ t¹o Mba ta ph¶i kh«ng ngõng c¶i tiÕn , t×m ra nh÷ng vËt liÖu míi tèt h¬n , thay ®æi kÕt cÊu m¹ch tõ hîp lÝ , t¨ng tr×nh ®é c«ng nghÖ... Qua b¶n ®å ¸n m«n häc nµy ®• gióp em hiÓu vµ lµm quen víi c«ng viÖc thiÕt kÕ Mba nãi riªng vµ m¸y ®iÖn nãi chung . MÆc dï ®• rÊt cè g¾ng trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ nh­ng ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt , em mong c¸c thÇy , c« cïng c¸c b¹n ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn x©y dùng

Lời nói đầu

Mba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệthống điện Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện

đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện cần phải có rấtnhiều lấn tăng giảm điện áp Do đó tổng công suất đặtcủa các Mba lớn hơn nhiều lần so với công suất máy phát Tuy hiệu suất của Mba thờng rất lớn ( 98-99% ) Nhng do số l-ợng Mba nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng

kể vì thế vấn đề đặt ra trong thiết kế Mba vẫn là giảmtổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba

Khuynh hớng phát triển của ngành chế tạo Mba điện lựchiện naylà tăng đợc giới hạn về công suất , về điện áp ,ngoài ra còn mở rộng thang công suất của Mba thành nhiềudãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng vàvận hành Mba Để làm đợc điều đó trong thiết kế , chếtạo Mba ta phải không ngừng cải tiến , tìm ra những vậtliệu mới tốt hơn , thay đổi kết cấu mạch từ hợp lí , tăngtrình độ công nghệ

Qua bản đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làmquen với công việc thiết kế Mba nói riêng và máy điện nóichung Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thiết kế nh-

ng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót , em mongcác thầy , cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng

Em xin chânthành cảm ơn

Hà nội Ngày10.10.2001

Sinh viên Khuất MinhToản

1

Phần I : Tính toán các kích thớc chủ yếu

1.1 Các đại lợng điện cơ bản của Mba

1.1.1 Công suất mỗi pha của mba:

-Phía HA: đấu Y If1=I1=360,844 (A)

Chọn lõi sắt kiểu trụ , dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đờng kính d

Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 6

Vật liệu lõi sắt : dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng8 Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ áp <H.2>

Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông

Xà ép gông trên và dới đợc liên kết với nhau bằng những bulông thẳng đứng chạy dọc cửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn

3

dây giữa xà ép với gông phải lót đệm cacton cách điện để

hệ thống xà sắt không tạo thành mạch từ kín

1.2.2 Chọn tôn silic và cờng độ từ cảm trong trụ

Chọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm Theo Bảng 10 ta chọn BT=1,6T

1.2.3 Các hệ số và suất tổn hao, suất từ hoá trong trụ và gông.

5/ Hệ số quy đổi từ trờng tản: kR=0,95

6/ Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông:

1 Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a01= 4 (mm)

2 Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a12=27 (mm)

4 cách điện giữa dây quấn CA đến gông : l02=75 (mm)5.bề dầy ống cách điện CA và HA : 12=5 (mm)

8 Chiều rộng quy đổi từ trờng tản: aR=a12+1/3(a1+a2)

MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn

đồng tâm (H.4)

Các kích thớc chủ yếu của MBA là:

- Đờng kính trụ sắt: d

- Đờng kính trung bình giữa hai dây quấn: d12

I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây

Trọng lợng sắt gông: Để cho đơn giản ta giả thiết gông có tiếtdiện chữ nhật :

Trong đó : +Khoảng cách giữa hai trụ : C=

+Chiều dày cuộn CA: a =b.d/2

6

Trọng lợng tác dụng của lõi sắt MBA :

b Trọng lợng dây quấn đồng :

(2-53)Trong đó : K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của

7

Trong đó CFe và Cdq tơng ứng là giá 1kg sắt làm lõi và 1kg kimloại đồng làm dây quấn đã kể đến các chi phí về chế tạo lõisắt và dây quấn cũng nh các phế liệu không dùng đợc Th-ờng biểu diển giá thành theo đơn vị quy ớc với cách chọn giáthành 1kg sắt làm đơn vị.

(2-59)

X tơng ứng với giá thành vật liệu tác dụng cực tiểu từ phơngtrình:

(2-60)

Thayvào (2-60): X5+ 0,344.X4- 0,510.X- 2,582=0

Giải phơng trình trên bằng phơng pháp dò ta đợc : X=1,199 Tơng ứng với trị số

So sánh với phạm vi trị số cho trong Bảng 17

Để chọn đợc còn phải căn cứ vào những tham số kĩ thuậtcủa mba thiết kế:

+ : hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủlại lá tôn lấy

+Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông:

+ : suất từ hoá khe hở: bảng 50

Tiết diện tác dụng của của trụ : Tt =

Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điệnkhông tải i0=i0x

3 Mật độ dòng điện trong dây quấn:

Lực hớng kính tác dụng lên một trong hai dây quấn :

ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn :

9

+ ; Trong đó : k1=1.1 và

+ a01=0,4 cm

+ a12=2,7 cm

3/ Chiều cao dây quấn :

Tiết diện thuần sắt của trụ :

Điện áp một vòng dây :

Phần II Tính toán dây quấn.

2.1 Tính dây quấn HA.

1 Số vòng dây một pha của dây quấn HA: W1

Sơ bộ tính theo công thức: tb = 0,746.kg 104 ( A/m2)

tb = 0,746 0,93 .104 = 2,689 106 ( A/m2)

3 Tiết diện vòng dây sơ bộ:

Chọn kết cấu dây quấn, dựa theo Bảng 38:

Với S = 250 KVA ; It = 360,844 (A) ; U1 = 0,4 ( KV)

T = 134,261 (mm2)

Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn mạch đơn dây dẫn bẹt ( H.5) Với u điểm là độ bền cơ cao, cách điện boả đảm, làmlạnh tốt

Trong đó: + hr1 là kích thớc hớng trục của rãnh dầu giữa các bánh dây: Bảng 54a: Lấy hr1 = 4(mm)

+ l1: Chiều cao dq HA: l1 = 39,634cm = 0,39634 (m)

+ W1 = 36 (vòng)

 hv1 < 0,0165m ( 16,5mm) do đó dùng dây quấn hình xoắnmạch đơn

5 Căn cứ vào h v1 và T chọn dây dẫn theo Bảng 21:

- Chọn số sợi chập song song là : mv1 = 6

- Tiết diện sợi dây : 23,4(mm2)

8 Chiều cao dây quấn:

Dây dẫn hình xoắn mạch đơn hoán vị ba chỗ, giữa các bánh dây đều có rãnh dầu

a1 b

10 Đờng kính trong của dây quấn HA:

13 Trọng lợng đồng dây quấn HA:

1 Chọn sơ đồ điều khiển điện áp: Đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh đợc bố trí thành hai nhóm trên dới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn (H.7 ) Chú ý rằng hai nhóm của

đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với dây quấn chính.

16

7 Chọn kiểu dây quấn:

Theo bảng 38: Với S =250 (KVA) ; It2 = 4,124(A) ; U2 =

35(KV)

+ T = 1,469(mm2)

Chọn kết cấu dây quấn kiểu: hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn Ưu điểm: Công nghệ chế tạo đơn giản , nhợc: Tản nhiệt kém, độ bền cơ không cao

8 Chọn dây dẫn:Bảng 20: Chọn dây b 1 1,54

9 Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây:

+ Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm)

Chiều dày cách điện giữa các lớp: 12 = 4 0,12 = 0,48mm

15 Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp:

+ Do số lớp của dây quấn đợc làm tròn thành số nguyên n12 =

14 (lớp) nên số vòng dây trong mỗi lớp không đúng bằng w 12

+ Để tăng điều kiện làm mát, phần dây quấn CA thành hai

tổ lớp giữa hai tổ có rãnh dầu dọc trục a’

®iÖn líp nªn chiÒu dµy cuén CA sÏ lµ:

a = ( a12 + c + 21) 10-3

= ( 27 + 0,5 + 2 0,48) 10+-3 = 28,5

10-3(m)

17 §êng kÝnh trong cña d©y quÊn CA :

18 §êng kÝnh ngoµi cña d©y quÊn CA :

19 Kho¶ng c¸ch gi÷a hai trô c¹nh nhau:

20 BÒ mÆt lµm l¹nh cña d©y quÊn :

19

Trong đó k= 0,88 : hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết cách điện che khuất

21.Trọng lợng đồng của dây quấn CA:

Hai cuộn dây đIều chỉnh có trọng lợng :

3.1.1 Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây

+ T tiết diện dây đồng: (m2)

+ l chiều dài dây dẫn (m)

+ Dây quấn HA: Gcu = 86,188(kg)

3.1.2 Tổn hao phụ trong dây quấn:

Tổn hao phụ thờng đựơc ghép vào tổn hao chính bằng cáchthêm hệ số kf vào tổn hao chính:

Pcu + Pf = Pcu kf.Trong đó kf phụ thuộc vào kích thớc hình học của dây dẫn

và sự sắp xếp của dây dẫn trong tổn thất tản

- Trong đó dây quấn HA:

+ Số thành dẫn song song với từ thông tản: m = 36

m = 288  = .kr = = 0,683

kf2 = 1 + 0,44 108(0,683)2 1,32.10-12.142 = 1,001

Dây quấn HA là dây quấn hình xoắn có số sợi ghép songsong là 6 do đó còn có tổn hao phụ gây nên bởi dòng điệnphân bố không đều giữa các dây ghép song song vì hoán vịkhông hoàn toàn

Pr = 2,4 10-12.2.Gr

1 Đối với dây quấn HA:

- Chiều dài dây dẫn ra HA: lr1 = 7,5l = 7,5 0412 = 3, 090(m)

Gr1 = lr1.Tr1. = 3,09 140,4 10-6 8900 = 3,861(kg)

- Tổn hao trong dây dẫn ra HA:

Pr1 = 2,4 10-12 2,572 10-12 3,861 = 61,206(W)

2 Đối với dây quấn CA:

- Chiều dài dây dẫn ra CA

Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các

xà ép gông, các bulông , nên phát sinh tổn hao trong các bộphận này

Pt = 10.k.sTrong đó hệ số k tra theo bảng 40a: k = 0,015

Pn = Pcu1 ( kf1 + kfhv1 – 1 ) + Pcu2kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt =1366,231( 1,0164 + 1,001 –1) + +2240,855.1,001 + 61,206 + 0,729 + 37,5 = 3732,534 (W)

So sánh với số liệu đã cho : 100 = 100,879%

Nếu kể cả dây quấn điều chỉnh ( khi 100,05Uđm)

Trong đó : + =

+d12 = d đm + 2a01 + 2a1 + a12 = 0,17 + 2.0,004 + 2.0,0252 +0,027 = 0,255 (m)

Unx = 10-1 = 6,949%

3.2.3 Điện áp ngắn mạch toàn phần:

Nh vậy sai số nằm trong phạm vi 5% đạt yêu cầu

3.3 Lực cơ học của dây quấn:

Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽrất lớn, nó không những làm tăng nhiệt độ máy mà còn gây lựccơ học lớn nguy hiểm đối với dây quấn mba

Fr = 0,628 ( 123,846 3150)2 1,944 0,931 10-6 = 172978NLực Fn đối với hai dây quấn là trực đối nhau ( H.9 ) có tácdụng ép ( hay nén) dây quấn trong và có tác dụng trơng( bung) đối với dây quấn ngoài

25

- Lực chiều trục F’t do từ trờng tản ngang tác dụng với dòng

điện sinh ra

F’t = Fr = 172978 = 10076 (N)

Lực F’t có tác dụng nén cả hai dấy quấn theo chiều trục và F’t

sẽ đạt giá trị lớn nhất ở giữa dây quấn

3.3.3 Tính toán ứng suất của dây quấn:

2 ứng suất do lực chiều trục gây nên:

miếng đệm cách điện giữa các vong dây ( H 10)

26

PhÇn IV: tÝnh to¸n cuèi cïng vÒ hÖ thèng m¹ch

tõ vµ tham sè kh«ng t¶i cña m.b.a

4.1 TÝnh to¸n kÝch thíc lâi s¾t :

1 Ta chän kÕt cÊu lâi thÐp kiÓu 3 pha , 3 trô , l¸ thÐp ghÐp xen kÏ lµm b»ng t«n c¸n l¹nh m· hiÖu 3404 dÇy 0,35 mm cã 4 mèi nèi nghiªng ë 4 gãc Ðp trô dïng nªm gç suèt gi÷a èng

27

giÊy bakªlit víi trô G«ng Ðp b»ng xµ Ðp víi bu l«ng siÕt ra ngoµi g«ng

- HÖ sè chªm kÝn h×nh trßn cña bËc thang trô kc = 0,927

- DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang c¸c bËc thang cña trô vµ g«ng ( B¶ng 42a )

2 Xác định tiết diện tổng các bậc thang trong trụ :

3 Tiết diện tác dụng của trụ sắt :

Trong đó : l0' và l0'' là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dới và bằng 0,075 m

4.2 Tính toán tổn hao không tải , dòng điện không tải

và hiệu suất mba

Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và thứ cấp để hở mạch , gọi là chế độ không tải

1 Tổn hao không tải : Chủ yếu là tổn hao trong lá thép

Trong đó : suất tổn hao pT , pG phụ thuộc vào từ cảm BT , BG ,mã hiệu và chiều dầy lá thép :

trụ giữa nối thẳng , lõi sắt không đột lỗ , tôn có ủ sau khi cắt

+ kPE = 1,02 là hệ số tổn hao do ép trụ để đai

+ kPC = 1,05 là hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn+ kPB = 1 là hệ số kể đến tổn hao gấp mép hoặc khửbavia

+ nK : Số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ

Theo Bảng 50 , ta tìm đợc suất từ hoá :

Với BT = 1,506 T , qT = 1,375 ( VA/Kg) , qKT =17008 (VA/m2)Với BG = 1,467 T , qG = 1,241 (VA/Kg) , qKG = 14884 (VA/m2) Với Bkn = 1,065 T , qKN =1975 (VA/m2)

Với lõi sắt kiểu trụ phẳng , làm bằng thép cán lạnh có ép trụ

và gông bằng đai , không có bulông xuyên lõi :

(VA)Trong đó : N=4

( Gông ) Với mối ghép thẳng ở trụ+kib = 1 : Hệ số kể đến ảnh hởng của việc cắt gọt

bavia

+kic = 1,18 : Hệ số kể đến ảnh hởng của việc cắt dập lá thép

+kir = 1,433 : Hệ số kể đến ảnh hởng do chiều rộng lá tôn ởcác góc mạch từ

(A) (A)

3.Hiệu suất của mba khi tải định mức :

Phần V : Tính toán nhiệt

5.1 Tính toán nhiệt của dây quấn :

1 Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõ sắt với mặt ngoài của nó:

-Dây quấn HA: dây chữ nhật :

Trong đó :

+ là chiều dầy cách điện ở một phiá của dây dẫn :

+ : Suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn

- dây quấn CA: dây dẫn tròn:

Trong đó : + a= 0,0375 (m) là chiều dày dây quấn

33

+p là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn :

(W/m ) +d=1,4.10 (m)

Dây quấn HA:

Dây quấn CA:

5.2 Tính toán nhiệt của thùng dầu :

1 Chọn loại thùng :

Theo bảng 57 ta chọn kết cấu thùng vách phẳng có ống làm lạnh cong

2 Các kích thớc tối thiểu bên trong thùng

34

3 Diện tích bề mặt bức xạ và đối lu của thùng dầu :

- Nhiệt độ chênh trung bình cho phép của dầu đối với không

- Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí :

- Nhiệt độ chênh trung bình của vách thùng đối với không khí:

tk=dk-dt=41,176-6=35,1760C

Trong đó: lấy nhiệt độ chênh của dầu đối với vách thùng

dt=60C

- Chọn số dãy ống là một dãy (Bảng 60)

- Bán kính cong của các ống lấy R= 0,15(m)

- Chọn loại ống tròn đờng kính 30/27 mm dày 1,5 mm

- Khoảng cách giữa hai ống cạnh nhau (bớc ống) : tô=50 mm (Bảng 60)

- Lấy đoạn ống a=50 mm

- Khoảng cách giữa hai tâm ống :

b = H- (c+e).10-3=1,33 - (60+70).10-3=1,2 (m)

Trong đó các khoảng cách c = 60 mm , e =70 m (Bảng 61) -Chiều dài khai triển của ống :

l = b + ( .R-2.R+2.a ).10-3= b +( 1,14.R+2.a ).10-3

36

- Bề mặt đối lu của thùng theo tổng tổn hao :

Trong đó +Tổng tổn hao :

(W)

+Bề mặt bức xạ :

Mbx=(2.(A-B)+.B).H.k=(2.(1,36- 0,6)+.0,6).1,33.1,5=6,8 (m2)Với k=1,5 (Bảng 59) là hệ số hình dáng thùng

2 Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng :

+Thể tích ruột máy :

(m3) ; Với r=5500 (Kg/m3)-Trọng lợng dầu :

(Kg)Trong đó :

Gdô: là trọng lợng dầu trong hệ thống làm lạnh : 68 ống ,mỗi ống dài 1,47 m