Những thiết bị dung để tăngđiện áp ở đầu ra của máy phát điện tức là đầu đường dây dẫn điện và giảm điện ápkhi tới các hộ tiêu thụ tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là các máy biến áp
Trang 1PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VÈ MÁY BIẾN ÁP
1.1 Giới thiệu chung.
Trong hệ thống cung cấp điện để dẫn điện từ đường dây tải điện đến hộ tiêu thụ thìcần phải có đường dây tải điện Nhưng một vấn đề đặt ra là hao tổn trên đường dâynhư thế nào cho kinh tế và phù hợp nhất Neu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và
hộ tiêu thụ lớn thì hao tổn trên đường dây sẽ tăng lên và ngược lại
Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp tăng caothì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dâynhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ nhỏ xuống, đồng thời hao tổn nănglượng trên đường dây sẽ giảm xuống Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa íttổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dung điện áp cao,thường là 35 kv, 110 kv, 220 kv, 500 kv, .Như vậy phải có thiết bị tăng điện áp ởđầu đường dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường dùng điện áp thấp , từ 0,4 đến0,6 kv, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dung để tăngđiện áp ở đầu ra của máy phát điện tức là đầu đường dây dẫn điện và giảm điện ápkhi tới các hộ tiêu thụ tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là các máy biến áp(MBA)
Trang 21.2, Khái niệm máy biến áp.
- Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thong dòng điện xoay chiều ở điện ảp này thành một hệ thong dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần sổ không thay đoi.
Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hayMBA công suất Như vậy MBA làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng
Máy phát điện
Hộ tiêu thụ
Máy biến áp có hai cuộn dây gọi là máy biến áp hai dây quấn Dây quấn nối vớinguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn so cấp, dây quấn nối với tải để đưanăng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp Dây quấn có điện áp cao gọi là cuộn cao áp(CA), dây quấn có điện áp thấp gọi là hạ áp (HA) Ở MBA ba cuộn dây ngoài dây sơcấp và thứ cấp còn cuộn trung áp (TA) MBA biến đổi dòng xoay chiều một pha gọi
là máy biến áp 1 pha, MBA biến đổi dòng xoay chiều 3 pha gọi là MBA 3 pha, MBAngâm trong dầu gọi là MBA dầu,
1.3 Các đại lượng định mức
Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỹ thuật của máy Các đạilượng này do nhà máy chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn máy
- Dung lượng hay công suất định mức (S dm) là công suất toàn phần( biểu kiến )
đưa ra ở dây quấn thứ cấp, tính bằng kilôvôn ampe (kVA) hay (VA)
- Điện áp dây so cấp định mức u J là điện áp cuộn sơ cấp ( kv hay V )
Trang 3- Điện áp dây thứ cấp định mức U2 là điện áp thứ cấp không tải và điện áp đặt vàodây quấn sơ cấp là định mức( kv hay V ).
- Dòng điện cuộn sơ cấp định mức I Um và cuộn thứ cấp 12dm ứng với công suất vàđiện áp định mức ( kA hay A )
Đối với MBA 1 pha : Ildm = -ệta- và I2đm =
A®-Đối với MBA 3 pha : I lđ = và I
2đm
Vãu 2đm
^3Uldm
Ở đây ta chỉ xét đến MBA 1 pha
- Tần số định mức fđm tính bằng Hz Thường các MBA điện lực có tần số côngnghiệp là 50 Hz.Ngoài ra còn một số các thông số khác như số pha m, sơ đồ và tổ nốidây quấn, điện áp ngắn mạch un% , chế độ làm việc ( dài hạn hay ngắn hạn ),phương pháp làm lạnh,
1.4 Nguyên lý làm việc của MBA.
Xét sơ đồ nguyên lý của MBA như hình dưới là MBA một pha hai dây quấn:
Cuộn sơ cấp có wl vòng dây, cuộn thứ cấp có w2 vòng dây được quấn trên lõithép Khi đặt một điện áp xoay chiều u, vào cuộn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện lị,
Trang 4trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông ộ móc vòng với dây quấn sơ và thứ cấp sinh ra sức
điện động e, và e2 Dây quấn thứ cấp sẽ sinh ra dòng điện I2 đưa ra tải với điện áp là
Ư2 Nhu vậy năng luợng của dòng điện xoay chiều đã đuợc truyền từ dây quấn sơsang dây quấn thứ
Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin, thì từ thông do nó sinh racũng là một hàm số hình sin: (ị) = (ị)m.sincot
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ s đ đ cảm ứng trong các dây quấn sơ và thứ
Là các giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn sơ và dây quấn thứ
Từ các biểu thức trên ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha với từ thông
Trang 51.5 Các loại MBA chỉnh.
Theo công dụng MBA có thể gồm những loại chính sau đây:
Máy BA điện lực dùng để truyền tải, phân phối công suất trong hệ thống điện lực MBA chuyên dụng dùng cho các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn
MBA tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, dung để mở máy các
động cơ điện xoay chiều
MBA đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các đồng hồ đo Máy BA thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao MBA có rất nhiều, song
thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau
1.6 Cấu tao MBA
MBA bao gồm các bộ phận chính sau đây : lõi thép, dây quấn và vỏ máy
1.6.1 Lõi thép
Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn.Theo hìnhdáng lõi thép ta chia ra làm các loại sau:
- Máy biến áp kiểu lôi hay kiểu trụ(Hình 1 - 3):Dây quấn bao quanh trụ thép.Loại
này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha có dung lượngnhỏ và trung bình
điện,
Trang 6Hình l-3a:MBA kiểu lõi 1 pha
1 2
Hình l-3b: MBA kiểu lõi 3 pha
- Mảy biến áp kiểu bọc (Hình 1-4) /Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc
lấy một phần dây quấn Loại này thường chỉ dùng trong một vài nghành chuyên mônđặc biệt như máy biến áp dùng trong lò điện luyện kim hay máy biến áp một phacông suất nhỏ trong kỹ thuật vô tuyến điện, truyền thanh v.v
Trang 7Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 -^100 MVA trên mộtpha), điện áp thật cao (220^-400kVA), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi choviệc vận chuyển trên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sanghai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vùa kiểu bọc, gọi là máy biến
áp trụ - bọc ( Hình 1 - 5).
HÌnh 1 - 5:Máy biến áp kiểu trụ bọc : a) Một pha b) Ba pha
Lõi thép máy biến áp gồm có hai phần : phần trụ - kí hiệu chữ T và phần gông - kíhiệu bằng chữ G Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn; gông là phần lõi thép nối cáctrụ lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn Đối với máy biến áp kiểubọc và kiẻu trụ - bọc hai trụ thép phía ngoài cũng đều thuộc về gông Để giảm tổn
Trang 8hao do dòng điện xoáy gây ra, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày0,35 mm có phủ son cách điện trên bề mặt Trụ và gông có thẻ ghép nối với nhaubằng phương pháp ghép nối hoặc xen kẽ Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng sau đódùng xà ép và bulon vít chặt lại Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời
và các lớp lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình tự a , b như dướiđây.Sau khi ghép, lõi thép cũng được vít chặt bằng xà ép và bulon Phương pháp sautuy phức tạp nhưng giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây ra và rất bền vềphương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này
Hình 1- 6 : Ghép ròi lõi thép máy biến áp
Do dây quấn thường quấn hình tròn nên tiết diện ngang của trụ thép thường làmthành hình bậc thang gần tròn Gông từ vì không quấn dây nên để thuận tiện cho việcchế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản : hình vuông, hình chữ thậphoặc chữ T Tuy nhiên, hiện nay hâu hết các máy biến áp điện lực, người ta hay dùngtiết diện gông hình bậc thang có số bậc thang gần bằng số bậc của tiết diện trụ
Hình 1-7: Ghép xen kẽ lõi thép MBA 3 pha
Trang 9Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối với vỏ máy và vỏ máy được nối đất.
Đối với tôn silic nguội dị hướng, để từ thông luôn đi theo chiều cán là chiều có từdẫn lớn, lá thép được ghép từ các lá tôn có cắt chéo một góc nhất định, thí dụ như ởhình 1-10 Cách ghép lõi thép bằng các lá tôn như trên hình 1-7 và 1-10 được sửdụng khi chiều dài lá tôn trong khoảng từ 0,2 -ỉ- 0,35 mm Khi chiều dài lá tôn nhỏhon 0,2 mm, người ta dùng công nghệ mạch từ quấn lá tôn vô định hình dày 0,1 mm.Việc quấn các dải lá tôn có bề rộng khác nhau với những độ dày thích đáng vẫn chophép thực hiện mạch từ có tiết diện ngang có nhiều bậc nội tiếp trong vòng tròn Khicông suất nhỏ và trung bình số bậc từ 5 -ỉ- 9; còn với công suất lớn số bậc từ 10^13(hình 1-11)
Hình 1-10
Trang 10Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng luợng vào
và truyền năng luợng ra Kim loại làm dây quấn thuờng bằng đồng , cũng có thể bằngnhôm nhưng không phổ biến Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia
ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ
Ở dây quấn đồng tâm, tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm Dây quấn HAthường quấn phía trong gần trụ thép còn dây quấn CA thường quấn phía ngoài bọclấy dây quấn HA (Hình 1 - 3) Với cách quấn này có thể giảm bớt được điều kiệncách điện của dây quấn CA (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dâyquấn CA), bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện bản thân của dây quấnHA
Trang 11- Dây quẩn hình xoắn:
Gồm nhiều dây dẹt chập lại quấn theo đuờng xoắn ốc, giữa các vòng dây có rãnh
hở (Hình 1-13) Kiểu này thuờng dùng cho dây quấn hạ áp của các máy biến áp códung lượng trung bình và lớn
- Dây quẩn xoắn ốc liên tục:
Làm bằng dây dẹt khác với dây quấn hình xoắn ở chỗ dây quấn này được quấnthành những bánh dây phang cách nhau bằng những rãnh hở (Hình 1 - 14) Bằngcách hoán vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nối tiếp một cách liên tục màkhông càn mối hàn giữa chúng, cũng vì thế mà được gọi là dây quấn xoắn ốc liên tục
Trang 12Dây quấn này chủ yếu dùng làm cuộn cao áp, điện áp 35kV trở lên và dung lượnglớn.
Hình 1-14:Dây quấn xoáy ốc liên tục
Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép (Hình 1-15).Cần chú ý rằng để cách điện dễ dàng, các bánh dây sát gông thường thuộc dây quấn
hạ áp Kiểu dây quấn này hay dùng cho các máy biến áp kỉểu bọc Vì chế tạo và cáchđiện khó khăn, kém vững chắc về cơ học nên các máy biến áp kiểu trụ hầu như khôngdùng kiểu dây quấn xen kẽ
II111 11 I ỉ I~rr mnnm:
nmnnirIIII ỉ II ỉ ỉITT
II I I I I I I I I I I m
Hình 1 -15 1.6.3 Vỏ máy.
Vỏ máy gồm hai bộ phận : thùng và nắp thùng
Trang 13Thùng máy biến áp làm bằng thép thường là hình bầu dục Lúc máy biến áp làmviệc, một phần năng lượng bị tiêu hao phát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dâyquấn và các bộ phận khác, làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên Do đó giữa máy biến
áp và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh Neunhiệt độ chênh đó quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự
cố đối với máy biến áp Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trongthời gian quy định (thường là 15 -ỉ- 20 năm) và không bị sự cố, phải tăng cường làmlạnh máy biến áp trong thùng dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến ápsang dầu, rồi từ đó qua vách thùng và ra môi trường xung quanh Lớp dầu sát váchthùng sẽ chuyển động xuống phía dưới lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các
bộ phận trong máy biến áp Mặt khác, dầu máy biến áp còn làm nhiệm vụ tăng cườngcách điện
Tuỳ theo dung lượng máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng dầu có khácnhau Loại thùng đơn giản nhất là loại phang thường dùng cho các máy biến áp dunglượng từ 30kVA trở xuống Với các máy biến áp cỡ trung bình và lớn người ta haydùng loại thùng dầu có ống (Hình 1-16) hoặc loại thùng có bộ tản nhiệt (Hình 1 -17)
Ở những máy biến áp dung lượng đến lOOOOkVA, người ta dùng những bộ tảnnhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm lạnh (Hình 1 - 18) Ở các máy biến ápdùng trong trạm thuỷ điện, dầu được bơm qua hệ thống ống nước để tăng cường làmlạnh
Trang 14Hình 1 - 1 6
Hình 1 - 1 7
Trang 151.6.3.2 Nắp thùng.
Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như :
- Các sứ ra của dây quẩn CA và HA\ có nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn với vỏ
máy Tuỳ theo điện áp của máy biến áp mà người ta dùng sứ cách điện thường hoặc
có dầu Hình 1 - 19 vẽ một sứ ra 35kV có chứa dầu Điện áp càng cao thì kích thước
và trọng lượng sứ ra càng lớn
Hình 1- 19
- Bình giãn dầu:Lằ một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùng
bằng một ống dẫn dầu Để đảm bảo dầu trong thùng luôn đầy phải duy trì dầu ở mộtmức nhất định Dầu trong thùng máy biến áp thông qua bình dãn dầu giãn nở tự do.Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức dầu bên trong
- ỏng bảo hiểm:Làm bằng thép thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng,
một dầu bịt bằng một dĩa thuỷ tinh Neu vì một lý do nào dó áp suất trong thủng tăng
Trang 16lên đột ngột đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thoát ra ngoài để máy biến áp không bị
hư hỏng Ngoài ra trên nắp còn đặt một bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầuđiều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp
PHÀN 2:GIỚI THIỆU VÈ MÁY BIẾN ÁP HÀN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÉ MÁY BIẾN ÁP HÀN CẢM ỨNG
2.1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp hàn
Máy biến áp hàn có các chỉ tiêu sau đây:
- Điện áp không tải u 20 của biến áp hàn phải cao hơn điện áp hàn(Ư h)
- Trong máy biến áp hàn phải có bộ phận có thể điều chỉnh được dòng điện hàncho phù hợp với từng loại que hàn , độ dày vật hàn và cách hàn
- Trong máy biến áp hàn, dòng ngắn mạch thường lớn gấp 15 đến 20 lần dòng địnhmức do đó làm nóng chảy nhanh que hàn và nguy hiểm cho máy biến áp và khôngkhống chế được dòng điện hàn Do vậy trong biến áp hàn dòng điện ngắn mạchkhông được quá lớn, nó chỉ được phép nằm trong giới hạn từ 1,3 1,5 dòng hàn
- Điện áp của máy biến áp hàn phải biến đổi phù hợp linh hoạt
