đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế máy biến áp lò hồ quang luyện thép 10500KVA.

Máy biến áp khá đa dạng về chủng loại, ngoài các máy biến áp điện lực thông thường dùng trong lĩnh vực truyền tải và phânphối điện năng còn có máy biến áp lò trong công nghiệp luyệnkim,

Lời nói đầu

Để hòa nhập với nền kinh tế thế giới và để theo kịp các nướcphát triển Nước ta đang đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa Chúng ta đang chú ý phát triển nhiều ngành, trong

đó ngành điện là rất quan trọng

Máy biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện.Máy biến áp có mặt ở hầu hết các nhà máy, xí nghiệp Nó cungcấp nguồn điện an toàn phù hợp với các dây chuyền sản xuất vàvới các thiết bị sử dụng điện khác

Máy biến áp khá đa dạng về chủng loại, ngoài các máy biến

áp điện lực thông thường dùng trong lĩnh vực truyền tải và phânphối điện năng còn có máy biến áp lò trong công nghiệp luyệnkim, máy biến áp hàn, máy biến áp thí nghiệm, máy biến áp tựngÉu…

Đề tài thiết kế tốt nghiệp của em là:’’ Thiết kế máy biến áp

lò hồ quang luyện thép 10500KVA’’ Công tác nghiên cứu,

thiết kế chế tạo đóng vài trò rất quan trọng trong việc cho ra đờimột sản phẩm mới đạt các tiêu chuẩn về chất lượng, mẫu mã vàgiá thành Góp phần tới sự phát triển ngày càng mạnh mẽ củangành chế tạo máy điện nói chung và máy biến áp nói riêng

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo của Trường Đại Học Bách

Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy em trong suốt thời gian

học Đặc biệt là các thầy cô Khoa Điện, Bộ Môn Thiết Bị Điện

- Điện tử đã cung cấp cho em những kiến thức bổ ích Em xin

đặc biệt cảm ơn thầy,PGS.TS Phạm Văn Bình đã tận tình

hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này

Do trình độ và thời gian có hạn đồ án của em còn nhiềuthiếu sót Em mong được sự thông cảm, góp ý của các thầy cô vàcác bạn.

Hà nội ngày 20 tháng 10 năm 2008

Sinh viên thực

hiện : Vị Hồng Tam

Phần I: tổng quan về máy biến áp

I những đặc điểm chung về máy biến áp

1 Vai trò của máy biến áp trong truyền tải và phân phối điện năng

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải

có đường dây tải điện (Hình l.l) Nếu khoảng cách giữa nơi sảnxuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra vàcần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao chokinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật

Hình1.1:Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn

giản

Đường dây tải

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đườngdây, nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đườngdây 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 tồnhao năng lượng trên đường dây cung sẽ giảm xuống Vì thế,muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kimloại mầu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, dẫnđiện bằng các đường dây cao thế, thường là 35, 110, 220 và 500

KV Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra nhữngđiện áp như vậy vì lÝ do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến21KV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên.Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước khi sử dung điệnnăng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống.Những thiết

bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường dâydẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thụ gọi

là các máy biến áp (MBA)

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phânphối công suất từ nhà máy điện đến gần các hộ tiêu thụ mộtcách hợp lÝ, thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp

nh vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điệnlực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện

Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lựchay MBA công suất Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụtruyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóanăng lượng

Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiết

kế chế tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao,

dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thướcmáy.

Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗđứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệphiện đại hóa nước nhà

2 Định nghĩa máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trênnguyên lÝ cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điệnxoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoaychiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp(SC) Đầu ra của MBA được nối với tải gọi là thứ cấp (TC)

Khi điện áp đầu ra (TC) lớn hơn điện áp vào (SC) ta có MBAtăng áp

Khi điện áp đầu ra (TC) nhỏ hơn điện áp vào (SC) ta có MBA

hạ áp

Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp

+ U1: Điện áp sơ cấp.

+ I1: Dòng điện qua cuộn sơ cấp.

+ P1: Công suất sơ cấp

+ Wl: Số vòng dây cuộn sơ cấp.

Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp

+ U2: Điện áp thứ cấp.

+ I2: Dòng điện qua cuộn thứ cấp.

+ P2: Công suất thứ cấp

+ W2: Số vòng dây cuộn thứ cấp.

3 Công dụng của máy biến áp

MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục

vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đíchkhác nhau như :

+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò.

+ Trong hàn điện có MBA hàn.

+ Làm nguồn cho các thiết bị điện, thiết bị điện tử công suất.

+ Trong lĩnh vực đo lường (Máy biến dòng, Máy biến điện áp )

+ Máy biến áp thử nghiệm.

+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong

hệ thống điện

4 Cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là: Lõi thép và Dây quÊn.

Ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làmmát

4.1.Lõi thép máy biến áp

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy,

được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt như thép kĩ thuật điện.Máy biến áp hiện nay có hiệu suất cao do sử dụng loại thép cánlạnh trong công nghệ chế tạo lõi thép, loại này làm giảm tổn haocủa từ trường theo chiều cán Điểm ưu việt của thép cán lạnh là

hệ số từ thẩm theo chiều cán lớn cho phép tăng cường độ từ cảmtrong lõi thép lên tới 1,6 đến 1.8 T(Tesla), trong khi đó tôn cán

nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T Từ đó giảm được tổn haotrong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặcbiệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việcchuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng

do việc giảm được tổn hao và trọng lượng máy nên người ta tínhrằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hànhvẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng

Hiện nay ở các nước, gần như tất cả các MBA điện lực đềuđược thiết kế bởi tôn cán lạnh, (như các loại tôn cán lạnh củaNga, Nhật, Mü, CHLB Đức)

Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi thép và dây quÊn đều đượcngâm trong dầu biến áp

Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dâyquÊn mà ta có các loại lõi thép nh sau:

a Lõi thép kiểu trụ

Dây quÊn ôm lấy trụ thép, gông từ chỉ giáp phía trên và phíadưới dây quÊn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quÊn, trụthép thường bố trí đứng, tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kếtcấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vì vậy hiện

nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi thép này(Hình1.2)

bố điện áp sét trên dây quÊn đều hơn Nhưng kiểu lõi thép này cónhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi thép và dây quÊn, các láthép kỹ thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quÊn,quÊn thành ống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quÊn, quÊnthành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụnglên dây quÊn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõi thép loại nàythường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện

Hình 1.2: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a Một pha ; b Ba pha

c.Lõi thép kiểu trụ bọc (Hình 1.3):

Là kiểu lõi thép có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc Kiểunày hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suấtlớn (hơn 100.000KVA /1 pha) và để giảm bớt chiều cao của trụ ta

có thể san gông sang hai bên

Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ - bọc thì hai trụthép phía ngoài cũng thuộc về gông Để giảm tổn hao do dòngđiện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuậtđiện có độ dày 0,3mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt

Hình 1.3 Kết cấu mạch từ kiểu bọc.

a Một pha ; b Ba pha

Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương phápghép trụ và gông vào nhau ta có thể chia lõi thép thành 2 kiểu đó

là lõi ghép nối và ghép xen kẽ

*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó

được đem nối với nhau nhờ những xà và bul«ng ép (hình 1.4a).kiểu ghép này ghép đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ vàgông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểunày ít được sử dụng

*Ghép xen kẽ: Là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt

đặt xen kẽ ( hình1.4b) sau đó dùng xà ép và bul«ng épchặt Muốn lồng dây vào thì dở hết phần gông trên ra, cho dâyquÊn đã được quÊn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ được nêmchặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ,bakelit) sau đóxếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khighép các lá thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ

và bốn góc, hay có thể cắt vát góc lá thép kỹ thuật điện như(hình 1.4.c.d.e)

Do dây quÊn thường quÊn thành hình tròn, nên tiết diệnngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn.Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chếtạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuônghình chữ nhật hay chữ T Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBAđiện lực người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có sốbậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

đồ án tốt nghiệp : Thiết kế mBa lò hồ qung luyện thép

1

4.2.Dây quÊn máy biến áp.

Dây quÊn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thunăng lượng vào và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quÊnthường bằng đồng, cũng có thể bằng nhôm (ít phổ biến)

Dây quÊn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi thépgiữa các vòng dây, dây quÊn có cách điện với nhau và các cuộndây được cách điện với lõi

Dây quÊn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp(HA) đôi khi còn có cuộn trung áp (TA)

Theo cách sắp xếp dây quÊn CA và HA , người ta chia ra hailoại dây quÊn chính đó là : Dây quÊn đồng tâm và dây quÊn xenkẽ

a.Dây quÊn đồng tâm

Cuộn CA và HA là những hình ống đồng tâm ,bố trí cuộn HA

đặt sát trụ còn cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽđơn giản ®uîc việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảmđược kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn

dây với trụ thép Ngược lại máy biến áp lò thì đặt cuộn CA bêntrong, HA bên ngoài.

b Dây quÊn xen kẽ

Cuén CA và HA được quÊn thành từng bánh có chiều caothấp và quÊn xen kẽ, do đó giảm được lực dọc trục khi ngắnmạch Dây quÊn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệttốt nhưng về mặt cơ thi kém vững chắc so với dây quÊn đồng

âm Dây quÊn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây

4.3.Vỏ máy biến áp

Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của cácđiều kiện ngoại cảnh nh môi trường khí hậu.Vỏ MBA gồm hai bộphận thùng và nắp thùng

a.Thùng MBA: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu

dục Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát radưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây cuốn và các bộ phận kháclàm cho nhiệt độ của MBA tăng lên Do đó giữa MBA và môitrường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là độ chênh nhiệt( t ) Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổithọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA

Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hànhthì lõi MBA được ngâm trong môi trường dầu Nhờ sự đối lưutrong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầurồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh.Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phíadưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hßan các bộ phậnbên trong MBA Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng cườngcách điện

Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùngdầu khác nhau Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳngthường dùng cho các MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống.

Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loạithùng dầu có giàn tản nhiệt

Hình 1.5 T/dầu có giàn T/nhiệt kiểu ống Hình 1.6 T/dầu có giàn T/nhiệt dạng lá

ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA Ta dùng nhữnggiàn tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường đối lưu dầu nhằmlàm nguội MBA nhanh hơn

ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm quamột hệ thống ống nước để tăng cường làm nguội máy

b.Nắp thùng: Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt

các chi tiết máy quan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và

HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, hệ thống r¬le bảo vệ, bộ phậntruyền động của bộ chuyển mạch các đầu điều chỉnh điện áp củadây quÊn CA

 Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cáchđiện giữa dây dẫn ra với vỏ máy Điện áp càng cao thìkích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn

 Bình giãn dầu: Là một thùng hình trụ bằng thép đặtnằm ngang trên nắp thùng và nối với thùng bằng mộtống dẫn dầu Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luônđầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định dầu trongthùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tự do ốngchỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõimức đầu bên trong.

 ống phòng nổ : Làm bằng thép thường là trụ nghiêng,một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủytinh Nếu vì lÝ do nào đó mà áp suất dầu trong thùngcao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vì để dầuthoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA Chú ý ống bảo hiểmđầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại haynhững vị trí ít nguy hiểm nhất

5 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng

điện từ và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha (hình1.7)

Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên

hệ với nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ

Hình 1.7 Nguyên lý làm việc của MBA

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quÊn, máy gồm có 2 cuộn dây.Cuộn sơ cấp có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dâyđược quÊn trên lõi thép

Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây cuốn sơ cấp trong

đó sẽ có dòng điện i1 Trong lõi thép và sinh ra từ thông  mócvòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sứcđiện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh radòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2

Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sinthì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin

E1= = =4,44fW1m E2=

= =4,44fW2m

Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp

và thứ cấp Dựa vào biểu thức (1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biếnđổi của MBA nh sau

k = =

Nếu không kĨ điện áp rơi trên các dây quÊn thì có thể coi

U1 E1, U2 E2 do đó k có thể coi nh tỉ số điện áp giữa dây quÊn

sơ cấp và thứ cấp

k=

II Những đặc điểm chung về máy biến áp lò

Máy biến áp lò là loại máy biến áp đặc biệt, được dùng trongcông nghiệp luyện kim Phụ tải của máy biến áp lò có thể là lò hồquang hoặc lò điện trở được sử dụng phổ biến nhất là máy biến

áp lò hồ quang, dùng cho lò luyện thép ,sản xuất đất đèn và kimloại màu Máy biến áp lò còn được sử dụng cho các ngành côngnghiệp khác

Máy biến áp lò thực chất là nguồn điện có tần số công nghiệp,điện áp thấp và dòng điện lớn, nhiều trường hợp đòi hỏi điềuchỉnh điện áp trong phạm vi rộng để có thể cung cấp năng lượngcho lò thay đổi theo yêu cầu của công nghệ (thời gian đầu cóđiện áp lớn, dần dần phải giảm điện áp ) Đặc điểm nữa của máybiến áp lò là khi làm việc hay bị ngắn mạch, vì vậy để khái bị lựcđiện từ lúc ngắn mạch phá hỏng, cần phải chắc chắn ở máy biến

áp lò cũng dễ xảy ra quá tải dòng hồ quang bất ngờ, tạo quá áp ,

do đó phía sơ cấp cũng nh thứ cấp có thể lắp thêm bảo vệ bằngchống sét van.

Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, máy biến áp lò công suấtthấp và trung bình còn hay sử dụng cuộn kháng hay điều chỉnhcác thông số kết cấu của máy để tăng điện áp ngắn mạch lên,thường điện áp ngắn mạch của máy biến áp lò lớn hơn máy biến

áp thông thường.Với máy biến áp lò công suất lớn điện kháng của

hệ thống thường lớn ,vì vậy không cần dùng kháng điện để hạnchế dòng ngắn mạch

Sơ cấp máy biến áp nhỏ thường nối vào lưới điện có điện áp từ

6 đến 35 KV ,khi công suất lớn có thể nối với lưới điện áp 110KV

để giảm một cấp biến đổi điện áp, giảm giá thành và giảm tổnhao

Với máy biến áp công suất nhỏ và vừa , để điều chỉnh điện ápthứ cấp thường thay đổi từ thông , điện áp phía thứ cấp đạt cựcđại khi số vòng dây phía sơ cấp nhỏ nhất Tăng số vòng dây sơcấp , làm giảm từ thông và giảm điện áp thứ cấp Để tăng phạm

vi điều chỉnh ,có thể đổi nối sao - tam giác dây quÊn sơ cấp nhờchuyển mạch P2 Khi giảm điện áp thứ cấp ,làm tăng điện ápngắn mạch , hạn chế được dòng điện ngắn mạch Vì vậy khi làmviệc với điện áp phía thứ cấp ở các nấc điện áp thấp có thể khôngcần đến cuộn kháng

Đối với máy biến áp một pha có thể chia dây quÊn sơ cấpthành hai phần bằng nhau và có thể thay đổi cách nối song songhay nối tiếp chóng

Với máy biến áp lò có công suất lớn, điện áp sơ cấp 110KV.Toàn bộ hệ thống gồm ba phần : máy biến áp chính , máy biến

áp phụ trợ, máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh điện áp nối với dâyquÊn kích từ của máy biến áp phụ trợ.Tỉ số máy biến áp tự ngẫu

thay đổi khi cĩ tải Máy biến áp lị và máy biến áp phụ trợ đặtchung trong một thùng dầu cịn máy biến áp tự ngẫu điều chỉnhđặt riêng trong một thùng dầu khác Với máy biến áp cơng suấtnhỏ và trung bình khơng cần sử dụng máy biến áp phụ trợ, việcđiều chỉnh điện áp cĩ thể thực hiện nhờ các bộ chuyển mạch vàbằng tay, việc điều chỉnh điện áp ra cĩ thể thực hiện bên cao áphay hạ áp, bên hạ áp cĩ dịng điện lớn nên dây dẫn cĩ dịng điệnlớn nếu thực hiện điều chỉnh điện áp bên này thì kích thước củacác bộ chuyển mạch cũng lớn.

Điểm quan trọng trong thiết kế máy biến áp lị là dây quÊn thứcấp Cĩ thể dùng dây quÊn đồng tâm hay dây quÊn xen kẽ Nếu

là dây quÊn đồng tâm thì dây quÊn thứ cấp đặt bên ngồi, vìdịng điện ra rất lớn, quá trình chế tạo khĩ khăn hơn (mặt cơngnghệ chế tậ) Mặt khác lực điện từ lúc ngắn mạch tác động lêndây quÊn hạ áp lớn hơn nhiều so với dây quÊn cao áp do vậy cầnphải làm cuộn hạ áp ở bên ngồi để dễ cho việc gia cố cuộn dâymột cách chắc chắn

Cuộn hạ áp thường được chế tạo thành các bánh dây trườnghợp cơng suất lớn, dây quÊn hạ áp chỉ cĩ một vịng quÊn từ lánếu cĩ chiều dầy tương ứng và chiều cao bằng chiều cao tácdụng của lõi thép trụ Dây quÊn cao áp cĩ thể quÊn thành hìnhống theo nhiều kiểu và đặt bên trong cuộn hạ áp gần với trụ

Trong thực tế máy biến áp lị thường chế tạo đơn chiếc và cĩkích thước lớn hơn máy biến áp điện lực cùng cơng suất và điệnáp

Tĩm lại qua phân tích ở trên ta thấy máy biến áp lị cĩ nhữngđặc điểm riêng khác với máy biến áp điện lc:

+ Cơng suất thay đổi

+ Phải đảm bảo chống dũng ngắn mạch thường xuyờn xảyra.

+ Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao

+ Điện ỏp thứ cấp thấp từ 22 đến 500V nờn dũng điện lớngõy tổn hao phụ trong dõy quấn

+ Tải của mỏy biến ỏp lũ là dũng hồ quang nấu kim loại

III tỡm hiểu về cụng nghệ luyện thộp

1 Phương phỏp lũ điện luyện thộp

Trước kia cỏc ngành cụng nghiệp chưa được phỏt triển nhất

là ngành luyện kim và ngành chế tạo mỏy, nờn vấn đề chất lượngthộp và thộp hợp kim chưa được quan tõm đỳng mức Vào thế kỷ

20 nhất là sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nền cụng nghiệp ngày càng phỏt triển mạnh Trờn thế giới lỳc bấy giờ cỏc ngành cụng nghiệp nhất là ngành luyện thộp và hợp kim, ngành đỳc chi tiết ,ngành chế tạo mỏy ,ngành điện lực ,ngành điện tử …đang

đà phỏt triển về sản lượng và chất lượng sản phẩm Do yờu cầu

và điều kiện kỹ thuật mới, sắt thộp thụng thường khụng thỏa món với cỏc dụng cụ ,mỏy múc ,thiết bị tối tõn, vỡ ở đõy đũi hỏi chúng phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ và ỏp suất

cao,chống được ăn mũn húa học, điện húa chống bào mũn cơ học, chống núng chống rỉ …

Do dó đũi hỏi phải sản xuất ra cỏc chủng loại thộp và hợp kim cú những tớnh năng đặc biệt như độ bền cơ học cao, độ bền chống ăn mũn của mụi trường axít, nước sụng, nước biển, chống mài mũn do va đập…đặc biệt cần phải sản xuất cỏc loại thộp

cú tớnh đàn hồi cao, cú tớnh nhiễm từ tốt ,cú tớnh chống nhiễm từ cao, do cỏc tớnh chất đặc biệt trờn nờn thộp được sản xuất ra từ

lũ thổi khụng khớ , lũ Besmer, lũ Mactin khụng thể đỏp ứng được nữa, mà phải nấu luyện trong cỏc loại lũ điện

Vậy phương pháp luyện thép trong lò điện là một công nghệmới và hiện đại Để luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta tận dụng điện năng biến thành nhiệt năng dưới dạng hồ quang, cảm ứng điện từ ,điện trở, dạng plasma Thường sử dụng lò điện

hồ quang xoay chiều, lò điện hồ quang một chiều để sản xuất thép các bon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình và cao với sản lượng lớn Để luyện một số mác thép hợp kim chuyên dùng, hoặc thép hợp kim cao ít các bon, người ta sử dụng các loại

lò điện cảm ứng cao tần, trung tần và tần số công nghiệp Để nÊulại thép và hợp kim, tinh luyện kim loại và thép đạt chất lượng cao hơn nữa người ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không, lò hồ quang chân không, lò điện tư chân không sâu, lò plasma …§Ó nung nguyên liệu, ferro, các loại vật liệu, các dụng

cụ, chi tiết máy người ta sử dụng lò điện trở nung trực tiếp hoặc gián tiếp

2 Phân loại lò điện

Lò điện thường được chia làm ba loại chủ yếu: lò điện hồ quang, lò điện cảm ứng và lò điện trở Mỗi loại lò đều có tính năng kỹ thuật và khả năng sử dụng theo mục đích khác nhau

2.1 Lò điện hồ quang

Theo cấu tạo và ứng dụng lò hồ quang gồm 3 loại: lò hồ quang gián tiếp ,lò hồ quang trực tiếp và lò hồ quang phủ kín

a.Lò điện hồ quang trực tiếp EAF(hồ quang nổi)

Theo cấu tạo mạch điện, lò hồ quang được chia thành hai loại: hồ quang xoay chiều và lò hồ quang một chiều Nguồn điện cho lò theo ba chế độ điện bình thường, chế độ điện cao và chế

độ siêu công suất

Lò hồ quang trực tiếp được sử dụng phổ biến trên thế giới cũng như trong nước là nÊu luyện thép các loại, do đó luyện thép

trong lò điện hồ quang là phương pháp chủ yếu trong quá trình sản xuất thép lò điện hiện nay.

b.Lò điện hồ quang gián tiếp sử dụng hai điện cực grafid

Loại lò này có thể sử dụng nguồn điện một chiều, cũng cóthể dùng nguồn điện xoay chiều Hai cực nằm ngang được xuyênqua hông lò vào lò Nhiệt độ trong lò đạt được không cao, khoảng

1300 1350 oC do đó loại lò này được dùng để nÊu luyện kim loại

dẽ chảy, kim loại mầu như đồng (cu), chì (pb), thiếc, kÏm…

c.Lò điện hồ quang phủ kín (hồ quang chìm)

Biến áp lò được thiết kế theo nhiều mức điện áp (1531 mức) từ 120V xuống tới 5060V Mức điện áp ra phụ thuộc vào các loại ferro (fecr) cần nÊu, khi nÊu ferro crom cần có điện áp rathứ cấp 12080V, khi nÊu ferro sillic (feSi) cần có điện áp ra 90-70V, còn khi nÊu feMn cần có điện áp ra 8060V …trong quá trình nÊu ferro, hồ quang phát ra dưới 3 điện cực tự thiêu kết, chùm hồ quang ngắn và rộng bị chìm sâu trong bÓ liệu, do đó liệu tiếp thu nhiệt của hồ quang và nhiệt điện trở của bản thân liệu mà được nóng chảy Quá trình nÊu luyện ferro hợp kim là quá trình xảy ra liên tục kéo dài trong một thời gian nhất định Sản phẩm được thao ra qua lỗ ở hông lò theo định kì

2.2 Lò cảm ứng không lõi thép

Lò cảm ứng không có lõi thép dùng để nÊu luyện thép và hợp kim là loại lò được sử dụng phổ biến nhất Theo cấu tạo

mạch điện có thể chia ra làm ba loại Lò cảm ứng tần số cao

dung lượng định mức từ 10-50Kg/mẻ với tần số làm việc

30.00075.000 Hz Để tạo tần số cao như vậy người ta dùng máyphát điện bằng bóng đèn điện tử 3 cực Loại lò này hiện nay ít sử

dụng để nÊu thép mà chủ yếu để nung tôi các chi tiết máy Lò cảm ứng trung tần có dung lượng từ 1001000Kg/mẻ với tần số làm việc 1000 3000Hz Để tạo ra được tần số này người ta sử dụng máy phát điện hoặc máy phát từ quay Loại lò này đã và đang được sử dụng nhiều và rộng rãi khắp trong nước để nÊu luyện các loại thép hợp kim cao ít các bon, còn lò cảm ứng tần sốcông nghiệp được sử dụng để nÊu hợp kim dễ chảy, gang hợp kim, hợp kim đồng - nhôm hoặc để nung sấy các loại vật liệu nhưferro hợp kim

2.3 Lò điện trở

Lò điện trở được sử dụng để nung các chi tiết, các dụng cụ máy phục vụ cho ngành nhiệt luyện và các ngành cơ khí chế tạo, thường có hai loại lò điện trở để làm nhiệm vù nung sấy lò nung trực tiếp và lò nung gian tiếp Lò nung trực tiếp dùng để nung cácchi tiết có kích thước nhỏ, có dạng thù hình đơn giản Bộ phận nung được bọc sát xung quanh vật nung do đó nhiệt tỏa ra trực tiếp truyền vào vật nung Còn lò nung gian tiếp dùng để nung đều các vật chi tiết to, hình dáng phức tạp Bộ phận nung được đặt vào áo và nắp, do đó nhiệt bức xạ trực tiếp lên áo lò, sau đó phản xạ nhiệt vào lòng lò (vật nung để cố định trong lò) Hiện nay người ta hay sử dụng lò nung gián tiếp để nung các loại vật liệu, các dụng cụ, chi tiết máy, các loại ferro hợp kim

3 Hồ quang và tính chất của hồ quang điện trong lò điện

Hồ quang điện là nguồn phát nhiệt chủ yếu trong lò điện,tính chất đặc biệt của hồ quang là do cấu tạo mạch điện Trongmáy biến áp lò người ta thường nối thêm cuộn cảm kháng để duytrì hồ quang phát ra ổn định và liên tục nhất là giai đoạn thôngđiện vào lò

Một số tính chất của hồ quang điện xoay chiều

+) Hồ quang phát ra gián đoạn: Đối với lò điện hồ quang bapha xoay chiều luôn đổi cực tính trong thời gian nÊu luyện thép,nhất là giai đoạn đầu nấu chảy (thời gian đầu thông điện vào lò ).Tính chất gián đoạn của lò hồ quang thể hiện rất rõ, các điện trởđược phóng ra không liên tục, do đó kéo dài thời gian nÊu luyện,tổn hao nhiệt lớn năng suất lò thấp Người ta thường nối vào biến

áp lò một cuộn cảm kháng nhằm làm mềm tia hồ quang, đồngthời giảm bớt mức độ phóng hồ quang gián đoạn

Điện áp hồ quang thay đổi không theo qui luật hình sinthường dạng hình chữ nhật hoặc hình thang có giá trị U là điện

áp bắt đầu phát hồ quang và U lµ điện áp bắt đầu tắt hồ quang,

do đó dẫn tới tiêu hao năng lượng điện lớn ảnh hưởng đến tuổithọ của thiết bị

+) Bất đối xứng trong một chu kỳ phát hồ quang: Hiện tượngbất đối xứng của điện áp hồ quang làm giảm công suất hồ quangđiện, do đó tận dụng công suất hồ quang có lợi kém, kéo dài thờigian nÊu

+) Trong quá trình nấu chảy liệu kim loại, chùm hồ quang luônthay đổi độ dài cường độ phóng điện tư, dòng điện đập mạchnhiều và mạnh do đó làm tăng tiếng kêu ồn của hồ quang, làmmất nhiệt bức xạ của hồ quang làm nóng các thiết bị và cuốicùng giảm tuổi thọ của thiết bị chủ yếu là máy biến áp lò và ảnhhưởng đến vận hành nÊu luyện thép

4 Chế độ điện được áp dụng trong lò hồ quang luyện thép

Nếu chọn kích thước lò làm việc hợp lý thì đảm bảo sự phân phối nhiệt trong lò , giữa các mặt riêng (kim loại ,xỉ ,tường lò và nắp lò) phù hợp với điều kiện kỹ thuật

Ngoài ra, lượng nhiệt tuyệt đối được truyền vào bề mặt này hay bề mặt khác phụ thuộc vào đại lượng tuyệt đối của công suất

hồ quang Vì vậy chế độ điện hợp lý trong các giai đoạn nÊu

luyện là một yếu tố rất quan trọng và quyết định chất lượng sản phẩm Chế độ điện hợp lý được xác định tương ứng với quá trình trao đổi nhiệt đều trong khoảng trống lò Vì vậy công suất điện đưa vào lò phải phù hợp tương ứng theo các giai đoạn nÊu luyện Tùy theo dung lượng lò định mức (tÊn/mẻ) phần chịu lửa của tường, đáy, nắp lò và công nghệ nÊu luyện mác thép yêu cầu cụ thể mà chọn chế độ điện tối ưu cho mẻ nÊu

Tóm lại, chế độ điện rất quan trọng quyết định vận hành nÊu luyện, tuổi thọ lò , thời gian mẻ nÊu Nếu chọn chế độ điện khônghợp lý thì không những làm xấu các chỉ tiêu sản xuất, mà ngay

cả công việc chạy lò cũng không đảm bảo đồng thời mất mát điện năng lớn, cháy hao điện cực nhiều,thao tác nÊu luyện của công nhân gặp khó khăn vất vả, năng suất lò thấp, tuổi thọ lò giảm

4.1 Giai đoạn nấu chảy liệu: Hồ quang phát ra dưới ba điện

cực tạo ra ba hè, đường kính và chiều cao của hè ngày càng rộng

và sâu dần, ba điện cực được hạ sâu xuống, ở thời kỳ này hồ quang phát trực tiếp vào liệu kim loại đồng thời chùm hồ quang

bị che kín bởi vật liệu rắn xung quanh Do đó mức độ bức xạ

nhiệt của hồ quang lên tường và nắp lò giảm rõ rệt Thời kỳ này gọi là thời kỳ bức xạ nhiệt của hồ quang lên liệu kim loại đạt đượclượng nhiệt tối đa Vì vậy để tranh thủ chảy vật liệu nhanh cần phải tăng công suất điện lớn nhất vào lò:

Smax = (1,25 15)Ptb kVA

Trong đó : Stb là công suất điện trung bình = 0,7 S®m

S®m là dung lượng định mức của máy biến áp lò

Khi xác định được P th× có thể tính được công suất hồ quang điện, nhờ công suất hồ quang mà biết được đại lượng nhiệt cung cấp cho quá trình nÊu luyện thép : P = Smax . KW

Trong đó: hệ số công suất điện sử dụng, = 0,80,9

hiệu suất điện ,phụ thuộc vào cấu tạo mạch điện thứ cấp , =0,80,9.Cuối cùng xác định được công suất có

lợi ,có nghĩa là công suất điện chỉ dùng để nấu chảy liệu và nung thêm kim loại lỏng (tăng nhiệt độ quá tải cho kim loại)

Ssd = PHQ

Trong đó: - hiệu suất nhiệt của lò điện hồ quang, thường

7075%

4.2 Giai đoạn oxi hóa kim loại: ở giai đoạn này tiến hành

quá trình oxi hóa các tạp chất hình thành lượng xỉ nhiều, độ dàycủa lớp xỉ cao cho nên phải đưa công suất điện vào khoảng 60-65% PHQ Với công suất điện như vậy đảm bảo nung chảy xỉnhanh, đồng thời tăng thêm nhiệt độ cho kim loại lỏng (quá nhiệt

~ 50-100 oC) để sau này tiến hành giai đoạn hoàn nguyên thuậnlợi, nhất là việc hợp kim hóa nhanh, các nguyên tố hợp kim hòatan đều và triệt để trong thép lỏng

4.3 Giai đoạn hoàn nguyên: ở giai đoạn này thép lỏng có

nhiệt độ tương đối cao theo yêu cầu của mác thép, thành phần hóa học của thép lỏng tương đối ổn định, do đó cần đưa công suất điện vào lò với mức trung bình 45 – 50% PHQ Để xác định chế độ điện cơ thể cho giai đoạn hoàn nguyên và hợp kim hóa thép cần tính theo ba công đoạn như sau:

a Tạo xỉ hoàn nguyên cần công suất điện:

g träng lượng mẻ nÊu thép,tÊn /mẻ.

g suất lượng xỉ ,tÊn.

b Nung lại để nâng cao nhiệt độ cho thép lỏng

Tùy theo mác thép yêu cầu, tùy theo công nghệ nÊu luyện mà cần phải nung lại đến nhiệt độ cao hơn, tức là quá nhiệt ~

50100 oC Khi tiến hành tinh luyện thép ngoài lò thì giai đoạn hoàn nguyên cần phải nung quá nhiệt ~ 100150 oC

Công thức : Snung = kVA

Trong đó : Qn - điện năng cần thiết để nung lại 1 tÊn thép lỏng, KW.h/tÊn

Qp - điện năng cần thiết để bù cho quá trình luyện kim thu nhiệt

Thực tế Qp= 1825 kW.h/tÊn

tn - thời gian nung lại,h

c Công suất điện cần cho quá trình nấu chảy ferro hợp kim

SHK = kVA

trong đó : QHQ=suất tiêu hao điện năng để nấu chảy 1 tÊn ferro hợp kim,kW.h/tÊn.

gHQ trọng lượng ferro hợp kim cần cho mẻ nÊu ,tÊn;

tHQ thời gian nung chảy ferro hợp kim ,h

Một số biểu đồ chế độ điện đã được áp dụng cho lò 0,58 tÊn /mẻ

và 1030tÊn /mẻ

5 Thiết bị điện của lò

Thiết bị điện của lò gồm có mạch điện cường độ cao, các loại cầu dao, các thiết bị điều chỉnh tự động điện cực, các dụng cụ đo điện, bảo vệ…

Mạch cường độ cao là bộ phận quan trọng nhất, quyết định giá trị và khả năng làm việc của lò, đồng thời có ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất Mạch cường độ cao bao gồm cầu dao cách ly, cầu dao công suất cao thế, máy biến áp lò, cuộn cảm kháng, mạch ngắn và điện cực Cầu dao cách ly để cắt điện khi sửa chữa hoặc khi kiểm tra thiết bị … cầu dao công suất cao thế hoặc máy cắt dùng để đóng mở mạch điện kĨ từ lúc bắt đầu chạy

lò nấu luyện thép, đặc biệt khi có sự cố về thiết bị (máy biến áp

lò quá t¶i…)

Cầu dao này thường chịu ứng lực cao, đóng mở cầu dao khoảng 7080 lần trong 24 giờ nÊu luyện

5.1 Biến áp lò

Là bộ phận quan trọng để điều chỉnh công suất của lò Từ

cuộn sơ cấp có điện áp 635KV và cuộn thứ cấp hạ xuống

100500V, biến áp phải làm việc trong điều kiện nóng (t=6070

oC) và quá tải lớn, thường hệ số quá tải cao Vì vậy cần phải tăng cường làm nguội máy biến áp lò bằng dầu và có thể thêm quạt

gió Máy biến áp có khả năng thay đổi điện áp ra phù hợp với quátrình nÊu luyện thép.

5.2 Cuộn cảm kháng

Cuộn cảm kháng là bộ phận sử dụng trong mạch điện để tăng điện kháng nhằm hạn chế dòng ngắn mạch Cuộn này có thể được nối ngoài máy biến áp hoặc cũng có thể được nối cùng cuộn dây của máy biến áp Trong quá trình phát hồ quang, khi hồquang tương đối ổn định (sau 1015phút) thì cắt điện vào cuộn kháng để tăng công suất điện vào lò nấu luyện

5.3 Mạch ngắn

Mạch ngắn hay còn gọi là mạch thứ cấp (hạ thế ) gồm có cuộn dây thứ cấp của biến áp, thanh đồng dẫn điện, dây cáp đồng mềm, ống đồng dẫn điện, kẹp điện cực, điện cực grafit Để đảm bảo tổn hao điện năng trên mạch ngắn ít nhất cần phải thiết

kế đường dây dẫn điện từ cuộn dây thứ cấp của biến áp đến điện cực grafit ngắn nhất (cho phép ), cần bố trí các pha hợp lý, các chỗ nối, kẹp điện cực phải siết chặt, chất lượng điện cực tốt, điện trở suất nhỏ nhất và đường kính điện cực nhỏ nhất cho phép để giảm tổn thất điện do hiệu ứng bề mặt

Ngoài ra, khả năng làm việc của mạch ngắn còn phụ thuộc vào chỉ tiêu điện trở của nó Thường các chỉ tiêu điện trở gồm điện trở trong (r)của các mạch dây dẫn điện, phụ thuộc vào bản chất của dây dẫn và kích thước của chúng Trong quá trình làm việc do hiện tượng tự cảm và cảm ứng lẫn nhau giữa các pha nênxuất hiện điện cảm kháng (x), phụ thuộc vào cách bố trí các pha dây dẫn điện và bản chất dây dẫn

5.4 Điện cực

Lò hồ quang luyện thép thường sử dụng điện cực than, điện cực grafit để nÊu luyện thép, hiện nay người ta hay dùng chủ yếu

điện cực grafit Điện cực là một bộ phận rất quan trọng, vừa đóng vai trò dẫn điện vừa là nguồn điểm phóng điện tư tạo ra chùm hồ quang để cung cấp nhiệt năng cho quá trình nÊu luyện thép.

Sơ đồ nối điện chính 1.Đường dây điện vào2.Cầu dao

3 Máy cắt 4.Biến dòng điện 5.Biến điện áp 6.Đồng hồ đo và thiết

bị bảo vệ 7.Cuộn kháng 8.Cầu dao chuyển đổi điện kháng

9.Biến áp lò 10.Cầu dao chuyển đổi nối Y- 

11.Biến dòng điện 12.Điện cực grafit13.BÓ kim loại 14.Lớp xỉ

IV phân tích đầu bài và cách thực hiện thiết kế

1 Phương pháp đấu dây của máy biến áp lò

Với các đặc điểm riêng của máy biến áp lò như đã phân tích

ở trên ta có thể đưa ra phương pháp thực hiện thiết kế như sau +) Để điều chỉnh công suất ta thay đổi điện áp , điện áp có thể được điều chỉnh bằng các phương pháp khác nhau và có thể thực hiện điều chỉnh dưới tải hoặc điều chỉnh không điện Do quán tính nhiệt và điều kiện kinh tế ta dùng phương pháp điều chỉnh không điện Công suất thay đổi khi thay đổi số vòng dây bên phía sơ cấp của máy biến áp đồng thời để tăng phạm vi điều chỉnh ta đổi nối sao tam giác ở dây quÊn sơ cấp, vì bên phía thứ cấp dòng điện lớn nếu thực hiện điều chỉnh điện áp ở bên này thì kích thước của bộ chuyển mạch sẽ rất lớn

+) Máy biến áp lò phải đảm bảo chống dòng điện ngắn mạchthường xuyên xảy ra, sao cho dòng điện ngắn mạch không vượt quá từ 2,5 4 lần dòng điện định mức, muốn vậy máy biến áp lò thường được ghép làm việc với kháng điện, điện áp ngăn mạch

Un= 40% vì vậy (theo bảng 22-1 TL 1)

S®m(kVA) 400 100

0

1800

2800

5000 900

0

15000

20000

Uk(%)um¹ng 7~10 7~1

0

7~10

6~8 >8~1

0

8~10

+) Bố trí dây quÊn trên lõi thép dùng dây quÊn xen kẽ.Cuộn

sơ cấp và thứ cấp được quÊn thành từng bánh máng và đặt xen

kẽ nhau do đó giảm được điện kháng tản đối với dòng điện lớn vàgiảm được lực hướng trục khi ngắn mạch Dây quÊn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt

+) Dòng điện thứ cấp của máy biến áp lò rất lớn gây tổn hao phụ trong dây quÊn Vì vậy thứ cấp của máy biến áp nối tam giáckhi đó dòng điện pha của dây quÊn thứ cấp sẽ giảm lần so với dòng điện dây

Sơ đồ đấu dây của máy biến áp

Sơ đồ quấn dây trên trụ

2 Điều kiện để thiết kế máy biến áp lò gồm:

Dung lượng định mức S = 10.500 kVA

Số pha m = 3

Tần số f = 50 HZ

điện áp định mức của cuộn sơ cấp U1= 22kV

Điện áp định mức của cuộn thứ cấp :

Tổn hao không tải : Po = 12.000 W

Dòng điện không tải : io =0,5 %

Dùng cuộn kháng khi phía cao áp đấu 

3 Nội dung tính toán

Máy biến áp lò là máy biến áp đặc biệt với những đặc điểm riêng cần chú ý song cách thực hiện tính toán thiết kế cũng

tương tự như cách tính máy biến áp thông thường

Nội dung tính toán gồm các bước:

Bước 1: Xác định các đại lượng cơ bản:

Tình dòng điện pha , điện áp pha của các dây quÊn

Xác định điện áp thư của các dây quÊn

Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch

Bước 2 : Tính toán các kích thø¬c chủ yếu:

Chọn sơ đồ và kết cấu lõi thép

Chọn loại và mã hiệu tôn silic , cách điện của chúng, chọn cường độ tự cảm của lõi thép.

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

Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quÊn, tính toán sơ bộlõi thép

Bước 3 : Tính toán dây quÊn CA và HA:

Tính lực cơ của dây quÊn khi máy biến áp bị ngắn mạch

Bước 5 : Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy biến áp :

Xác định kích thước cụ thể của lõi thép

Xác đinh tổn hao không tải

Xác định dòng điện không tải và hiệu suất

Bước 6 : Tính toán cuộn kháng :

Bước 7 : Thiết kế vỏ và tính toán nhiệt :

Phần II: thiết kế máy biến áp lò

Chương 1: Tính toán các Đại lượng cơ bản và kích

thước chủ yếu của máy biến áp

I Xác định các đại lượng điện cơ bản của máy biến áp

1 Dung lượng một pha

S: là công suất định mức của mba

2 Dòng điện dây định mức tính tương ứng với dây quÊn

cao áp, hạ áp.

Đối với mba 3 pha:

I = (U là điện áp dây tương ứng) Phía cao áp:

I1 = = 275,56 A

Phía hạ áp:

Dây quÊn cao áp nối

- Khi dây quÊn cao áp nối Y: Uf1 = = = 12702V

- Khi dây quÊn cao áp nối: Uf1= U1= 22000V

Dây quÊn hạ áp nối :

Tra theo tiêu chuẩn Việt Nam

Với cuộn cao áp U1 = 22 KV suy ra Ut1 = 50KV

Với cuộn hạ áp U2 = 300 V suy ra U = 3 KV

7 Các khoảng cách cách điện

- Cách điện chính là phần cách điện giữa các dây quÊn với nhau cũng như giữa các bộ phận nối đất Nó phải đảm bảo cho máy biến áp làm việc chịu được những quá điện áp ngắn hạn do

những thao tác thông thường trong lưới (đóng ngắt tải lín…) hay gặp sự cố (ngắn mạch ,đứt d©y…) Cách điện chính được xác định trên cơ sở độ bền điện ứng với các điện áp thư đã chọn ở bước trên.

- Cách điện dọc: Là cách điện giữa các vòng dây, bánh dây, lớp dây Cách điện dọc đảm bảo cho dây quÊn chịu được những hiện tượng quá điện áp thiên nhiên, thường do sóng điện áp xung kíchcủa sét truyền từ ngoài đường dây tới máy biến áp, cách điện này

có thể xác định theo độ bền điện cả với tần số 50Hz và cả điện

Vì vậy chọn một kết cấu cách điện thích hợp là rất cần thiết, khe

hở cách điện,vật liệu và kích thước của chúng ảnh hưởng rất lớn đến kết quả cách điện Ví dụ khe hở quá nhỏ có thể dẫn đến việc phóng điện qua khe hở, nếu chọn lớn quá thì kích thước máy sẽ lớn lên vì vậy chọn chính xác kết cấu cách điện bao gồm vật liệu cách điện và khe hở cách điện là một việc vô cùng quan trọng Với Ut1 = 50kV và kết hợp hợp với yêu cầu về công nghệ chế tạo ta tra được các khoảng cách cách điện chính:

Khoảng cách giữa cuộn dây và trụ : a = a = 28 mm

Chiều dầy của ống cách điện  =5 mm

khoảng cách từ xà S =40 mm

khoảng cách giữa cao áp và hạ áp a = 35 mm

khoảng cách giữa các pha a = 20 mm

II Tính toán các kích thước chủ yếu

1 Phương pháp xác định kích thước cơ bản

Khi tính toán và thiết kế máy biến áp cần quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sản xuất và vận hành Hai chỉ tiêu này thường mâu thuẫn với nhau, nhiệm vụ của người thiết kế là tìm ra được

sự hợp lý Tăng tiết diện lõi thép và dây quÊn sẽ làm giảm tổn hao sắt từ và tổn hao đồng nhưng lại làm tăng giá thành máy biến áp Giảm lõi thép tăng cường độ từ cảm và giảm tiết diện dây dẫn sẽ làm tăng tổn hao khi vận hành máy Vì vậy khi tính toán cần phải cân nhắc cả về giá thành chế tạo lẫn chi phí do tổnhao khi vận hành máy

Có nhiều phương pháp đưa ra các tiêu chuẩn về quan hệ giữa các kích thước của máy biến áp để có được chi phí vật liệu tác dụng ít nhất mà vẫn đảm bảo một số thông số như đã yêu

cầu.Trong tính toán máy biến áp người ta thường dùng phương pháp sau:

Chọn đường kính vòng tròn bao(đường kính trụ) D làm kích thước cơ bản ,để xét kích thước hợp lý

cm (1-1),

trong đó : S’ = U.I.10-3 - công suất mỗi trụ của máy biến

áp, kVA

Trong công thức (1-1), ta thấy có 3 nhóm đại lượng :

 Những đại lượng cho trước hoặc do tiêu chuẩn đề ra: S’, f, unx

Bt kld

 Những đại lượng phải chọn trong quá trình tính toán: Bt , kld, 

 Những đại lượng được xác định trong quá trình tính toán: ar ,

kr