Tính toán và thi công máy biến áp cách ly ba pha

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1.1 Định Nghĩa Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh,làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ,biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP

CÁCH LY BA PHA

SINH VIÊN: PHẠM CHÍ TRUNG MSSV: 15026811

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

Tính toán ban đầu:

- Xác định tiết diện của lõi thép

- Xác định điện áp không tải phía thứ cấp

- Xác định số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp

- Xác định đường kính dây quấn sơ cấp và thứ cấp

Thử nghiệm:

- Đo các thông số MBA và đối chiếu so sánh với các tiêu chuẩn

Điều chỉnh:

- Điều chỉnh các thông số MBA

- Kiểm tra kết quả phù hợp với các tiêu chuẩn

- Điện áp đầu vào U1 = 380V

- Điện áp đầu ra U2 = 220V

- Dòng không tải I0 ≤ 10% Iđm

Sinh viên

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẺ vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1

1.1 Định nghĩa và công dụng máy biến áp 1

1.1.1 Định Nghĩa 1

1.1.2 Công dụng của Máy Biến Áp 1

1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 2

1.2.1 Cấu tạo 2

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 5

1.3 Các đại lượng định mức 7

1.3.1 Dung lượng hay công suất định mức Sdm : 7

1.3.2 Điện áp dây sơ cấp định mức U1dm: 7

1.3.3 Điện áp dây thứ cấp định mức U2dm: 7

1.3.4 Dòng điện dây định mức của cuộn sơ cấp I1dm và thứ cấp I2dm: 7

1.3.5 Tần số định mức fdm 7

1.4 Các loại máy biến áp chính 8

1.5 Tổ nối dây máy biến áp ba pha 8

1.5.1 Ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp ba pha 8

1.5.2 Cách đấu dây trong máy biến áp ba pha 9

1.5.3 Các kiểu tổ nối dây của máy biến áp ba pha 10

1.6 Mạch từ của máy biến áp 11

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ 13

2.1 Công suất, dòng điện định mức của máy biến áp 13

2.2 Tiết diện lõi thép của máy biến áp 13

2.3 Tính toán dây quấn 13

2.4 Tính toán cửa sổ máy biến áp 14

2.5 Tính toán trọng lượng dây và lõi thép 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ 17

3.1 TÍNH TOÁN 17

3.1.1 Công suất, dòng điện định mức của máy biến áp 17

3.1.2 Tiết diện sơ bộ của trụ 17

3.1.3 Tính toán kích thước MBA 18

3.1.4 Tính toán dây quấn máy biến áp 19

3.1.5 Tính toán khối lượng của máy biến áp 23

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẺ

Hình 1.1: Kí hiệu máy biến áp 1

Hình 1.2: Sơ đồ truyền tải điện năng 2

Hình 1.3: Máy biến áp 3 pha 2

Hình 1.4: Dây quấn xen kẽ 4

Hình 1.5.1: Cách ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp 9

Hình 1.5.2: Ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp ba pha 9

Hình 1.5.3: Sơ đồ đấu sao, tam giác 10

Hình 1.6.1: Tổ Máy biến áp 3 pha 11

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Liên quan giữa mật dộ dòng và công suất tiêu thụ 14

Nhiệm vụ của đề tài : Tính toán, thi công máy biến áp 3 pha, điện áp Δ/Y 380/220(V) Công suất 5(KVA)

1 Cấu tạo,nguyên lý làm việc của MBA 3 pha

2 Hiện tượng từ hoá trong MBA

3.Tính toán và chế tạo MBA 3pha với các yêu cầu:công suất S=5(KVA),

U1=380(V)

U2=220(V), sơ đồ nối theo kiểu Δ / Y

4 Chạy thử,kiểm tra thông số kỹ thuật

5 Quyển thuyết minh và bản vẽ thể hiện nội dung đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

1.1.1 Định Nghĩa

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh,làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ,biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi.Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất.Như vậy máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng

Hình 1.1: Kí hiệu máy biến áp Đầu vào của máy biến áp đối với nguồn điện được gọi là sơ cấp.Còn đầu ra nối với tải được gọi là thứ cấp.Các đại lượng,thông số trong máy biến áp gồm có:

 Điện áp sơ cấp U1,dòng điện sơ cấp I1,công suất sơ cấp P1 và số vòng dây sơ cấp W1

 Điện áp thứ cấp U2,dòng điện thứ cấp I2,công suất thứ cấp P2,số vòng dây thứ cấp W2

Nếu điến áp thứ cấp U1 lớn hơn điện áp sơ cấp U2 (U1>U2) thì ta gọi đó là máy biến áp hạ áp,còn ngược lại nếu U1<U2 thì ta gọi đó là máy biến áp tăng áp

1.1.2 Công dụng của Máy Biến Áp

Máy biến áp có vai tró rất quan trọng trong hệ thống điện,dùng để truyền tải và phân phối điện năng đến tải tiêu thụ.Máy biến áp được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng,ngoài ra máy biến áp cũng được dùng cho một số yêu cầu khác như nối với mạch chỉnh lưu,làm nguồn điện cung cấp cho lò điện,máy hàn,máy thử nghiệm

Máy biến áp là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Điện năng từ từ máy phát đến nơi tiêu thụ thường phải biến đổi về điện áp thành nhiều cấp,vì thế tổng công suất của các máy biến áp gấp 4 đến 5 lần tổng công suất đặt

của máy phát điện.Do đó ta luôn thấy ở mỗi đầu nguồn phát luôn có trạm biến áp làm nhiệm vụ tăng áp,và trước tải tiêu thụ luôn có trạm biến áp để làm nhiệm vụ hạ áp

Hình 1.2: Sơ đồ truyền tải điện năng

Gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép với nhau thành mạch vòng khép kín,giữa các

lá thép có sơn cách điện.Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung dây để quấn theo hình dáng thì người ta chia ra các loại lõi thép:

- Máy biến áp kiểu lõi (hay trụ) : Là loại Máy Biến Áp có dây quấn bao quanh trụ thép, loại này ất thông dụng cho các Máy Biến Áp có công suất nhỏ hoặc trung bình

Dây quấn bao quanh trụ lõi thép thường được dùng cho các máy biến áp dung lượn nhỏ và trung bình

- Máy biến áp kiểu bọc

Mạch từ được phân ra 2 bên và bọc lấy 1 phần dây quấn.Loại này chỉ dùng trong một số ngành chuyên môn đặc biệt như Máy Biến Áp dùng trong lò luyện kim hay Máy Biến Áp 1 pha công suất nhỏ trong kỹ thuật vô tuyến điện,truyền thanh…

Ngoài 2 kiểu máy biến áp trên thì còn có 1 kiểu máy biến áp khác,nó là trung gian của 2 kiểu trên gọi là máy biến áp kiểu lõi trụ

Lõi thép của MBA gồm có 2 phần:

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp,làm nhệm vụ nhận năng lượng vào

và truyền năng lượng ra

Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng cũng có thể làm bằng nhôm nhưng không phổ biến

Có 2 loại dây quấn :dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp

Dây quấn nhận năng lượng từ lưới điện gọi là dây quấn sơ cấp

Dây quấn cung cấp năng lượng cho phụ tải gọi là dây thứ cấp

Ngoài ra người ta cũng có thể phân biệt dây quấn dây quấn máy biến áp thành dây quấn cao áp (CA) và dây quấn hạ áp(HA)

Xét về cấu tạo thì dây quấn được chia thành 2 loại:dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ:

- Dây quấn xen kẽ: là loại có dây quấn cao áp và hạ áp đều được phân thành nhiều bánh dây.Các bánh dây cao và hạ áp đặt xen kẽ nhau theo nhiều trục Bánh dây đặt gần xà thường là hạ áp

Hình 1.4: Dây quấn xen kẽ

- Dây quấn đồng tâm : Có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm.Có dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp có chung 1 trục và cùng chiều cao Để giảm cách điện dây quấn quấn cao áp thường đặt xa trụ.Dây quấn cao áp được phân thành nhiều bánh dây(gọi là galet) còn dây quấn hạ áp thường chỉ có 1 bánh dây

Những kiểu dây quấn đồng tâm:

- Dây quấn hình trụ

- Dây quấn hình xoắn

c Vỏ máy

Bao gồm thùng và nắp thùng:

- Thùng MBA làm bằng thép,tuỳ theo dung lượng của máy biến áp mà hình dáng

và kết cấu thùng khác nhau.Lúc máy biến áp làm việc một phần năng lượng bị tiêu hao thoát ra khỏi dưới dạng nhiệt đốt nóng trong lõi thép,dây quấn và các

bộ phận khác làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên Để đảm bảo cho máy biến

áp vận hành liên tục với tải định mức trong thời gian quy định và không bị sự

cố phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu Đối với máy biến áp dung lượng lớn để làm giảm kích thước của máy và tăng cường làm mát người ta dùng bộ thùng dầu có ống hoặc thùng dầu có bộ tản nhiệt.Những máy biến áp có dung lượng trên 1000(kVA) người ta dùng thêm

bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để làm lạnh

- Nắp thùng: Dùng để đậy thùng và dùng để đặt chi tiết như:

+ Các sứ ra của dây quấn CA và HA

+ Ống bảo hiểm

Ngoài ra trên nắp còn đặt bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Hình 1.5 Nguyên lý làm việc của máy biến áp Gọi W1 là số vòng dây của cuộn dây sơ cấp

W2 là số vòng dây của cuộn thứ cấp

Khi đặt 1 điện áp xoay chiều vào dây sơ cấp sẽ có dòng I1,trong lõi thép sinh ra từ thông  móc vòng với cả 2 cuộn dây cuốn sơ cấp và thứ cấp cảm ứng ra các sức điện

động e1 và e2.Dây quấn thứ cấp có sức điện động sinh ra dòng điện I2 đưa ra tải và điện áp

U2 Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

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

Các biểu thức (1.1) và (1.2) cho thấy sức điện động trong dây quấn chậm pha với

từ thông sinh ra nó một góc

2



Dựa vào biểu thức (1.3) và (1.4) người ta định nghĩa tỷ số máy biến áp như sau:

2

E

E = 1 2

w w

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 E1,U2 E2 do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp

Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỹ thuật của máy.Các đại lượng này do nhà chế tạo máy quy định và thường ghi trên nhãn MBA

Là công suất toàn phần (hay công suất biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp (với đơn vị là KVA hay VA)

Là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng KV hay V.Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh

Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức tính bằng KV hay V

Đây là những dòng điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện

áp định mức, được tính bằng Ampe(A) hay kiloAmpe(KA)

Ở MBA 1 pha:

I1dm=

1

dm dm

S

U I2dm=

2

dm dm

dm dm

S

2 3

dm dm

S U

Đối với MBA thì tần số thường là 50 Hz (đơn vị tính bằng Hz)

Theo công dụng,máy biến áp có thể gồm những loại chính sau:

1 Máy biến áp điện lực:

- Dùng để dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

2 Máy biến áp chuyên dụng:

- Dùng cho các lò luyện kim,cho các thiết bị chỉnh lưu,máy biến áp hàn điện

3 Máy biến áp tự ngẫu:

- Là máy biến áp biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn,dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều

4 Máy biến áp đo lường:

- Là máy biến áp dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi đưa vào các đồng hồ đo

5 Máy biến áp thí nghiệm:

- Là máy biến áp dùng để thí nghiệm các điện áp cao

Để máy biến áp ba pha làm việc được các dây quấn sơ cấp hoặc thứ cấp phải được nối với nhau theo 1 qui luật nhất định.Ngoài ra,sự phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấpvớ kiểu nối dây quấn thứ cấp cũng hình thành các tổ nối dây quấn khác nhau

Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp

và dây thứ cấp.Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sức điện động dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yêu tố sau:

- Chiều quấn dây

- Cách ký hiệu đầu dây

- Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp

1.5.1 Ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp ba pha

Hình 1.6: Cách ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp Một cuộn dây luôn có 2 đầu :một đầu dây gọi là đầu đầu còn đầu còn lại gọi là đầu cuối Đối với máy biến áp 1 pha thì không cần quy định đầu của dây(đầu đầu và đầu cuối chọn tuỳ ý) còn đối với máy biến áp ba pha thì việc xác định đầu đầu và đầu cuối rất quan trọng theo một chiều nhất định (hìn a) nếu không điện áp ra sẽ không đối xứng (hình b)

Để đơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu người ta thường đánh dấu các đầu tận cùng lên sơ đồ ký hiệu dây quấn của máy biến áp với quy ước sau:

Hình 1.7: Ký hiệu các đầu dây trong máy biến áp ba pha

1.5.2 Cách đấu dây trong máy biến áp ba pha

Dây quấn của máy biến áp có thể đấu hình sao (Y) hay hình tam giác ().Đấu sao

thì 3 đầu X,Y,Z chụm lại với nhau,còn 3 đầu A,B,C để tự do.Nếu đấu sao có trung tính thì

ký hiệu là Y0 hay Yn

Hình 1.8: Sơ đồ đấu sao, tam giác Đấu tam giác thì đầu đầu của pha này chụm với đầu cuối của pha kia từng đôi một.Nếu đấu sao mà có thêm dây trung tính thì được ký hiệu chữ Y0 Dây quấn Y0 thường được áp dụng với máy biến áp cung cấp cho tải hỗn hợp vừa dùng điện áp dây phục vụ cho công nghiệp vừa dùng điện áp pha phục vụ cho dân dụng

Người ta dùng phân số để biểu thị cách đấu dây trong máy biến áp ba pha.Chẳng hạn,một máy biến áp được ghi Y thì có nghĩa là dây quấn cao áp được đấu theo kiểu tam giác còn dây quấn hạ áp đấu theo kiểu sao

1.5.3 Các kiểu tổ nối dây của máy biến áp ba pha

Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp với kiểu đấu dây thứ cấp.nó biểu thị góc lẹch pha giữa các sức điện động dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Chiều quấn dây

- Cách ký hiệu đầu dây

- Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp

Ở máy biến áp 3 pha còn do cách đấu day quấn hình Y hay  với những thứ tự

khác nhau mà góc lệch pha giữa các sức điện động dây sơ cấp và thứ cấp có thể là

30o,60o,90o, ,360o

Trong thực tế để thuận tiện hơn thì người ta không dùng "đợ" để chỉ góc lệch pha

đó mà dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị và gọi tên tổ nối dây của máy biến áp.Theo cách này thì người ta qui ước kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động của dây sơ cấp,kim ngắn của nó chỉ sức điện động dây thứ cấp.Như vậy thì trong máy biến áp sẽ có

12 tổ nối dâ

1 Máy biến áp 1 pha

+ Mạch từ kiểu lõi

+ Mạch từ kiểu bọc

2 Máy biến áp ba pha

Dựa vào sự không liên quan hay có liên quan của các mạch từ giũa các pha người

ta chia ra :Máy biến áp có mạch từ riêng và máy biến áp có hệ thống mạch từ chung

Hệ thống mạch từ riêng là hệ thống mạch từ trong đó từ thông của ba pha độc lập với nhau như ở trường hợp máy biến áp ba pha ghép từ 3 máy biến áp 1 pha gọi tắt là tổ máy biến áp ba pha

Hình 1.9: Tổ Máy biến áp 3 pha

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ

Để tính toán các số liệu cho một máy biến áp ta thực hiện các bước sau:

- Tính toán công suất máy biến áp

- Tính tiết diện lõi sắt để tính tiết diện của các cuộn dây

- Tính số lá sắt cần dùng

- Tính số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp

- Tính tiết diện và đường kính dây

- Tính khoảng trống của khung máy biến áp để chứa các cuộn dây (cửa sổ máy biến áp)

- Tính trọng lượng dây và lõi thép

 Sau đây là những đại lượng cần tính:

Bao gồm công suất định mức 1 trụ S1

Công suất định mức 1 pha Sf

Dòng điện định mức phía sơ cấp I1 và phía thứ cấp I2 của máy biến áp

 Chú ý: khi nối Y hoặc zic-zăc thì: If1 = Id1 Uf1 = 1

Bao gồm tiết diện đo Sd và tiết diện thực của lõi thép ST(tiết diện có kể đến cách điện)

 Số vòng dây ở cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp: