TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các hệ thống truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế. Một hệ thống làm việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất lượng cao.Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang ngày càng đáp ứng được các yêu cầu của các hệ thống truyền động. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn. Với nhu cầu sản suất và tiêu dùng như hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp thiết.

Lời nói đầuNgày nay trình độ khoa học phát triển mạnh mẽ cónhiều nghành khoa học quan trọng ra đời nh điện điện tửtin học cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật nền kinh tếcũng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là nền công nghiệp đã

có nhiều các nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ cao,hiện đại hoá trên cả nớc vì vậy yêu cầu đất nớc phải có một

hệ thống điện ổn định ,chất lợng cao để đáp ứng vàphục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống.để đảm bảo

điều đó việc truyền tải điện năng phải ngày càng đổimới và hoàn thiện về các trang thét bị và kỹ thuật Máybiến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệthống điện việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện bộphận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải cótối thiểu 3 đến 4lần tăng giảm điện áp do đó tổng côngsuất đặt (hay dung lợng)của các máy biến áp gấp mấy lầncông suất của máy phát điện gần đây ngời ta tính rarằng nó có thể gấp đến 6 hay 8lần hay cao hơn nữa hiệusuất của máy biến áp thờng rất lớn (98-99)% nhng vì số lợngmáy biến áp nên tổng tiêu hao trong hệ htống rất đáng kểvì thế cần chú ý đến việc giảm tổn hao nhất là tổn haokhông tải trong máy biến áp Để giải quyết vấn đề này hiệnnay trong nghành chế tạo máy biến áp, ngời ta chủ yếu sửdụng thép cán lạnh, có suất tổn hao và công suất từ hoáthấp mặt khác còn thay đổi các kết cấu từ một cách thíchhợp nh ghép mối nghiêng các lá thép tôn trong lõi thép, thaycác kết cấu bu lông ép trụ và xuyên lõi thép bằng các vòng

đai ép hay hay dùng những qui trình công nghệ mới về cắtdập lá thép, tự động về ủ lá thép, về lắp ráp nhờ vậy màcông suất và điện áp của các mba đã đợc nâng cao rõ rệt

ở nớc ta sau ngày hoà bình lập lại mới tiến hành thiết

kế và chế tạo MBA mặc dù đây là công việc mới mẻ cơ sởsản xuất nhỏ ,dụng cụ máy móc còn thiếu nhng đến nay ta

đã sửa chữa,thiết kế chế tạo đợc một khối lợng MBA khổng

lồ phục cho cơ sở sản xuất trong nớc một số MBA nớc ta sảnxuất đã xuất khẩu sang một số nớc Đó là những cố gắng vàtiến bộ của nghành chế tạo MBA ở nớc ta

s: là công suất định mức của mba.

3 Dòng điện dây định mức tính tơng ứng với dây quấn cao áp, hạ áp.

Đối với mba 3 pha:

Điện áp phía cao áp: U f1 = = = 5773.503 (V)

2) Chọn tôn silíc, cách điện của chúng và cờng độ

t cảm trong mba

Trong nhiều năm về trớc lõi sắt MBA chủ yếu dùngtôn cán nóng với đặc điểm có từ cảm trong lõi dới 1.45(T)nhng do suất tổn hao lớn làm cho tổn hao không tải, dòngkhông tải tăng lên.hiện nay ngời ta thờng sử dụng tôn cánlạnh với đặc điểm có suất tổn hao không tải thấp nên nó

có thể chọn mật độ từ cảm từ 1,6  1,65(T), đặc biệtkhi tăng lên 1,7(T) điều này sẽ dẫn đến giảm kích thớc,trọng lợng MBA, giảm đợc cả tổn hao không tải, ngắnmạch và dòng điện không tải một cách đáng kể Qua sự

0.35(mm) mã hiệu 330A làm vật liệu chế tạo MBA.

Phơng pháp cách điện giữa các lá thép khi vận hành, cách điện là một yếu tố quan trọng của MBA vì MBA khi vận hành nếu cách điện không tốt giữa các lá thép dòng phu cô sẽ gây phát nóng khung từ và có thể gây hiện tợng quá nhiệt vợt quá nhiệt độ cho phép

Đối với đều kiện nhiệt đới nớc ta, không thể dùng giấy cách điện vì giấy sẽ hút ẩm và làm điện trở cách điện giảm, vì vậy chọn phơng pháp cách điện lá thép ủ 2 lớp sơn với hệ số lấp đầy tra theo bảng 9 K đ =0.92.

3) Chọn kim loại làm dây quấn

Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng

để chế tạo dây quấn với u điểm dễ dàng gia công, có

điện trở suất nhỏ ,dẫn điện tốt độ bền cơ học

cao.Trong những năm gần đây ngời ta dùng dây nhôm làm dây quấn thay đồng với u điểm nhẹ hơn, rẻ hơnnh-

ng có nhựoc điểm là độ bền cơ học kém hơn do đó dẫn

điện kém hơn và khó khăn gia công khi dùng dây nhôm thay đồng để đảm bảo một công suất tơng đơng, thể tích nhôm tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện tăng lên So sánh

giữa 2kim loại trên tôi dùng dây đồng làm dây quấn cho MBA.

4) Hệ số qui đổi từ trờng tản thực về từ trờng

- Hệ số tăng cờng tiết diện gông :K G =1,02

- Theo bảng 42 ta có suất tổn hao thép.

+Trong trụ : P T =1,27(W/Kg).

+Trong gông :P G =1,22 W/Kg).

- Theo bảng 48 ta có suất từ hoá.

+Trong trụ q T =2,6 (VA/Kg)

Theo (2-38)

Theo (2-43)

A 1 =5.66.10 a.A k l =5.66.10 1.38.(17,137) 0.83 = 326,27

Sau khi đã lập bảng ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn giá thành vật liệu tác dụng phụ thuộc trị số

dựa vào bảng đã lập ta chọn : d = 22 (cm).

i ox = 1,688 %

P o = 1194 (w).

=3,02 (A/mm 2 ) < =4,5 (A/mm 2 ).

phần II tính toán dây quấn máy biến áp

Tính toán dây quấn phải đảm bảo yêu cầu về vận hành

nh dây quấn đảm bảo cách điện,chịu đợc điện áp cao khi bị quá áp do đóng cắt mạch điện hay sét

đánh,đồng thời chịu đợc đọ bền cơ khi ngắn mạch dâyquấn, phải chịu đợc nhiệt trong thời gian nhất định

Yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật nh sau ;

S = 630 (kVA); I1 = 36,41 (A); I2 = 910,4 (A)

Uf1 = 5773,503 (V) ; Uf2 = 230,94 (V);

A) tính toán dây quấn hạ áp.

1).Số vòng dây một pha:

W2= = = 21(vòng )

lấy = 21 (vòng).2) Cờng độ từ cảm thực

T = = 291,059 (mm )

Từ các chỉ tiêu kỹ thuật, dung lợng, dòng điện, điện

áp, tiết diện dây quấn Dựa vào bảng (34-tkmba) ta chọn

dây quấn hạ áp là dây quấn hình xoắn dây dẫn hình chữ nhật

Tra bảng 20 và chiều cao mỗi vòng dây để trọn sốsợi chập là 7 có hv2 = 1 (cm),

Từ bảng 20 ta tra đợc: a =4,4 (mm), b =9,3 (mm) và kích thớc đợc ghi nh sau:

Mã số * số sợi chập * Kích thớc dây trần/ Kích thớc cách điện:

Tiết diện

B Tính toán dây quấn cao áp.

1) Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp

định mức.

W1đm =w2 =524,9998(vòng)

Ta chọn: W1đm = 525 (vòng)

2) Số vòng dây của một cấp điều chỉnh.

Theo 3-27b ta chọn bốn cấp điều chỉnh

Wđc = 0,025.W1đm = 0,025.525 = 13,125 (vòng) lấy là 13(vòng)

4)Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn.

Dựa vào các chỉ tiêu nh T1’,I1,U1 ta chọn loại dây dẫn hình ống dây tròn sợi đơn

Phân phối số vòng dây trong một lớp.

L1 = (WL1 + 1 ).d'.nv1+  ( = 0,5 vì dây quấnkhông chặt)

L1 = 36,62(cm)

12) Chiều dầy dây quấn cao áp

a1 = d'

1(m + n) + L1[(n - 1) + (m - 1)] +a22=4,154(cm)

13) Đờng kính trong của dây quấn cao áp

D'1 = D''2+2.a12= 28,6513(cm) Theo (3-37)

D" là đờng kính ngoài của dây quấn hạ áp

a12 là chiều dầy cách điện giữa cao áp và hạ áp 14) Đờng kính ngoài của dây quấn cao áp

D''1 =D'1+2a1= 36,9593(cm) Theo (3-38)

15) Khoảng cách giữa 2 trụ cạnh nhau

C=D''1+a12= 36,9593+0,9 = 37,8593 (cm) Theo 39)

(3-16) Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp

t = 3 là số trụ tác dụng

18)Tăng trọng luợng của dây quấn

Gdd1=Gcu 1(1+3,5%)=169,7993(kg)

Tóm lại:Trọng luợng của toàn bộ dây quấn CA và HA

GCU=169,7993+128,1252=297,9255(kg)

phần III tính toán ngắn mạnh

A Tổn hao ngắn mạch p n

Tính toán ngắn mạch trong MBA liên quan tới tổnhao ngắn mạch, điện áp ngắn mạch Un, các lực cơ giớitrong dây quấn và sự phát nóng dây quấn khi ngắnmạch

tổn hao ngắn mạch gồm: Tổn hao dây quấn đồng

Pcu1, Pcu2và tổn hao phụ trong 2 dây quấn Pf1,Pf2 tổn haochính và phụ trong dây dẫn ra: Pr1;Pr2;Prf1;Prf2.

Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác do từ thông tản gây lên :P t

b).Tổn hao dây quấn cao áp

P cu1 =2,4.( 1 ) 2 G cu1 =3048,86(W).

2).Tổn hao phụ trong dây quấn.

Tổn hao phụ trong dây quấn thờng đợc ghép vào dây tổn hao chính bằng cách thêm vào một hệ số k f vào tổn hao chính

dây quấn hình chữ nhật và dây quấn tròn ta có k f nh sau

+ Phía hạ áp:

k f2 =1+0,095 2 a 4 (n 2 -0,2)

=1 + 0,095.0,1775.(0,38) 2 (2 2 - 0,2) = 1,0394

2 =( k R ) 2 =0,4567 Phía cao áp:

k f1 =1 + 0.95 2 d 4 n 2

1 = 1,065

1 2 =( k R ) 2 =0,6695 = 0,6695 Trong đó:

k f : Là hệ số kể đến tổn hao phụ tuỳ thực vào kích thớc hình học đối với mỗi loại dây quấn, sự sắp xếp của dây dẫn.

T r2 : Lµ tiÕt diÖn d©y dÉn ra cña quËn h¹ ¸p

a R = a 12 +

a R : Là chiều rộng quy đổi của rãnh dầu.

K R : Là hệ số kể đến từ thông tản thực tế không hoàn toàn đi đợc

a 1 ,a 2 : Là chiều dầy dây quấn hạ áp và cao áp.

III tính toán lực cơ giới của dây quấn mba khi ngăn mạch

Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch tăng rất lớn Vấn đề nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng vì nếu bố trí thiết bị bảo vệ tốt máy

sẽ tự động cắt ra khỏi sự cố.

Vấn đề quan trọng là lực cơ có gây nguy hiểm cho dây quấn, vì vậy để đảm bảo cho máy biến áp làm việc an toàn ta phải tính toán các đại lợng trị số sau.

1) Tính toán dòng điện ngắn mạch cực đại:

Hai dây quấn của ta có cùng chiều cao và các vòng dây phân bố đều đặn trên toàn chiều cao trờng tản gồm có thành phần dọc trục với từ cảm B và thành phần

t¸c dông t¬ng øng däc trôc vµ ngang trôc.

+ §èi víi d©y quÊn h¹ ¸p.

F ’’

T1 = 0, F G = 0

F e = F ’

T 1

F G = 0 + Lùc híng kÝnh:

3) TÝnh øng suÊt cña d©y quÊn:

a) øng suÊt kÐo do lùc híng kÝnh g©y nªn.

k2 =  = 21,44(MN/m 2 )

b).ứng suất do lực ép gây nên:

e1 =

+ Đối với dây quấn hạ áp:

ứng suất do chiều trục gây nên: F e = F ’

phần IV: tính toán mạch từ và tham số không tải

I) Xác định kích thớc cụ thể của lõi sắt.

1)Ta chọn kết cấu lõi thép 3 pha 3 trụ.

rộng 215 195 175 155 135 120 105 75

3)Tiết diện bậc thang của trụ.

Theo 5-1 ta có

T bt =2(7,5.0,7+10,5.0,4+12.0,5+13,5.0,9+15,5.1,2+17,5.1 ,5+14,5.2,8+

T G = 2.T ’

G k d (cm 2 ) = 187,5.0,94 = 176,25(cm 2 ) 7) Chiều cao của trụ sắt.

l T = l+ l ’

0 + l ’’

0 (cm) Với l 0 ' = 3 (cm) , l 0 " = 3 (cm) (tra bảng 18,19)

L T =3 + 3 + 31,744 = 37,744 (cm)

8) Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau.

C = D ’’

1 + a 22 (cm) = 25,676 + 1 = 26,676 (cm) Trị số C đợc lấy tròn đến 0,5 (cm)

G g = 2.k d .10

G g = 61,5942 (kg)

Trong đó: k d là hệ số lấp đầy

 = 7650 kg/m 3 là tỷ trọng thép với thép cán lạnh

a iT , a iG : Chiều rộng của từng tập lá thép trụ và gông ở mối nối

b iT : Chiều dày các tập lá thép của trụ b) Trọng lợng sắt gông:

Với: t = 3 số trụ tác dụng

C là khoảng cách giữa 2 trụ cạnh nhau

T G tiết diện có ích của gông

a 1G : ChiÒu réng l¸ thÐp lín nhÊt cña g«ng

L T : ChiÒu cao cña trô

T T : TiÕt diÖn cã Ých cña trô

VËy träng lîng s¾t cña trô lµ

G T = G ’

T + G ”

T =328,433(kg) d) Träng lîng s¾t toµn bé cña trô vµ g«ng lµ:

sè trªn

*TrÞ sè tõ c¶m trong trô (theo 5-16) ta cã

%i ox = víi

Q 0 = k Gi k ti k ci k bi k ei [q T G T + q G (G ’

G - k d G g ) +

(w)

Trong đó:

- Hệ số làm tăng công suất từ hoá ở gông: k Gi = 1,08

- Hệ số kể đến sự tăng công suất từ hoá do tháo lắp

gông trên để cho dây quấn vào trụ: k ti = 1,02

- Hệ số kể đến ảnh hởng của việc ép mạch từ: k ai = 1,04

- Hệ số kể đến ảnh hởng của việc cắt gọt ba via: k bi = 1,6

Phần v: tính toán nhiệt và thùng dầu

A) Tính nhiệt độ chênh lệch qua từng phần:

I) Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài

1) Đối với dây quấn hạ áp:

Dây quấn làm bằng dây chữ nhật nhiệt độ chênh chủ yếu là hiệu số nhiệt độ của các lớp cách điện, theo (6-1) ta có:

2) Đối với dây quấn cao áp:

Dây quấn làm bằng dây dẫn tròn ta coi dây quấn

nh một khối có hai mặt tiếp xúc với dần và qua tính toán cho thấy nhiệt độ phân bố trong cuộn dây có dạng

parabol thì đối với chỗ nóng nhất là ở giữa dây quấn có nhiệt độ q2 Do đó nhiệt độ chênh trong lòng so với mặt ngoài dây quấn đợc tính theo (6 - 3a) hình 1

Vậy:

q01 = q1 - q2 =

a 1 là chiều dày của dây quấn

a 1 = 1,362 (cm)

p 1 là tổn hao trong đơn vị thể tích dây quấn

Đối với dây quấn đồng đợc tính theo (6-4a)

q0d = k.q 0,6

Trong đó:

k = 0,285

q – mật độ dòng nhiệt dây quấn (w/m 2 )

0,6 – chỉ số luỹ thừa kinh nghiệm

B Tính toán nhiệt thùng dầu:

I) Chọn loại thùng dầu :

Căn cứ vào dung lợng máy biến áp và bảng 54 ta chọn thùng dầu ống, làm lạnh bằng dầu (S = 630 KVA)

II) Chọn các kích thớc tối thiểu bên trong của thùng

Căn cứ vào kích thớc đã biết của lõi sắt, dây quấn

để chọn các khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn

ra đến các bề mặt của dây quấn đến vách thùng và các

bộ phận nối đất khác của máy biến áp.

1) Chiều rộng tối thiểu của thùng:

n: Chiều dày tấm lót gông dới: n = 5(cm)

H 2 :Khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng

- Chiều cao của thùng: H = 142,9859(cm)

III) Sơ bộ tính diện tích mặt bức xạ và đối lu của thùng.

- Diện tích bức xạ: đối với thùng ô van ta có:

M,

bx = [2(A - B) + B] H.k.10-4

k - hệ số kể đến ảnh hởng của hình dáng mật thùng, với thùng có ống

Nhiệt độ chênh lệch của thùng so với không khí xung

IV Thiết kế thùng dầu.

Căn cứ vào bề mặt bức xạ và đối lu của thùng vừa tính sơ bộ ta chọn thùng có ống,với số dãy là 2

a Chọn loại ống tròn 5,1 dầy 0,15(cm)

b Bớc ống tô = 7 là khoảng cách giữa 2 ống cạnh nhau

c Đoạn ống thẳng từ vách thùng đến chỗ bắt đầu uốn cong a: đợc xác định nh sau:

=>b2=142,5796-6-7=129,5796(cm)

+Dãy trong cùng

e).Số ống trong một dãy

m0 = ống

f).Bề mặt bức xạ của thùng

Theo (6 - 36) ta có:

Mbx = [2(A - B) + (B + 2R +2a+2td(n-1)+d].H.10-4 + 0,5.Mn

d = 5,1(cm) là đờng kính ống

V.Tính toán cuối cùng nhiệt dộ chênh của dây quấn và dầu mba

Sau khi dẫ thiết kế đợc những kích thớc cơ bản củathùng dầu, tính toàn bề mặt bức xạ, bề mặt đối lu của

dây quấn và dầu đối vơí không khí.

1).Nhiệt độ chênh của thùng so với không khí

Theo (6-40)

Với K = 1,05

= 33,32180C2) Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng.Theo (6-41) ta có

Trong đó:

K1 = 1 là hệ số làm lạnh bằng dầu tự nhiên

Mđl là tổng bề mặt đối lu của vách thùng dầu phẳng

4,55320C3) Nhiệt độ chênh của dầu so với không khí

Theo (6-42) ta có:

q'dk = qdt +

qtk =4,5532 + 33,8917 = 38,44490C4).Nhiệt độ chênh của lớp dầu với không khí

Thoả mãn điều kiện 550  q0k  600C

VI Xác định sơ bộ trọng lợng ruột máy, vỏ máy, bình dãn dầu.

1) Trọng lợng ruột máy (phần tác dụng ) là toàn bộ lõi sắt

có các dây quấn và dây dẫn ra

2) Trọng lợng toàn bộ ống.

Tổng chiều dài ống

lô = m1l1 + m2l2=141,2932(m)Trọng lợng 1 mét ống tra bẳng 57 ta đợc 1,82 (Kg)Vậy trọng lợng ống

Gô = 257,1537(Kg)3) Trọng lợng dầu

Gd = 886,4586(Kg)Thể tích dầu: Vđ = Vt - Vr = 682,1537dm3)

§êng kÝnh b×nh gi·n dÇu