<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>------ </b>

<b>ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ </b>

<b>Chuyên ngành Thiết bị điện – điện tử </b>

Hà Nội, 3/2023

<small>Chữ ký của GVHD</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoá: K62 Định hướng Thiết bị điện – Điện tử

<b>1. Đề tài thiết kế tốt nghiệp </b>

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu 1250kVA, 35/0,4kV.

<b>2. Các số liệu yêu cầu ban đầu </b> + Tổn hao không tải 𝑃_𝑜 = 2150 𝑊

<b>3. Nội dung thực hiện </b>

- Tổng quan về máy biến áp.

- Tính tốn thiết kế theo số liệu đã cho.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Lời cảm ơn </b>

Trải qua hơn 5 năm học và rèn luyện tại Đại học Bách khoa Hà Nội, đồ án tốt nghiệp có thể xem là một dấu ấn quan trọng đánh dấu việc một sinh viên hoàn thành nhiệm vụ của mình trên ghế giảng đường đại học.

Trong q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp của em, ngoài những cố gắng của bản thân, em sẽ khơng thể hồn thành tốt đề tài nếu khơng có sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của PGS. TS Bùi Minh Định, giảng viên khoa Điện, Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy. Em chúc thầy luôn khỏe và thành công trong công việc.

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô của Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung và các thầy, cơ trong Khoa Điện, trường Điện – Điện tử nói riêng đã truyền đạt, chỉ dạy các kiến thức bổ ích cho em trong suốt quá trình học tập tại trường, giúp em có cơ sở để hồn thiện đồ án này và phục vụ cho công việc trong tương lai.

Cuối cùng, em xin chúc các thầy cô và các bạn luôn mạnh khỏe, thành công trong công việc và cuộc sống.

<b>Tóm tắt nội dung đồ án</b>

Với đề tài “Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu” là một đề tài không mới, nhưng máy biến áp là một trong những thiết bị điển hình được đưa ra giảng dạy trong chương trình học của sinh viên định hướng Thiết bị điện, cũng đồng thời là thiết bị được sử dụng rất rộng rãi hiện nay. Đồ án của em là một bản thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha công suất 1250 kVA, nội dung đồ án được triển khai thành 3 phần chính: - Tổng quan về máy biến áp.

- Tính tốn thiết kế máy biến áp.

- Mô phỏng trên phần mềm Ansys Maxwell. Các cơng cụ hỗ trợ:

- Tính tốn bằng Excel.

- Triển khai bản vẽ trên AutoCAD.

- Trình bày báo cáo qua Word và PowerPoint. - Mô phỏng bằng Ansys Maxwell.

Sinh viên thực hiện

<i>(Ký và ghi rõ họ tên) </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>MỤC LỤC </b>

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP ... 1

1.1 Khái niệm chung ... 1

2.2 Tính tốn các kích thước chủ yếu ... 13

2.2.1 Xác định các đại lượng điện cơ bản ... 13

2.2.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu... 14

2.3 Tính tốn dây quấn ... 22

2.7.1 Tính tốn nhiệt của dây quấn ... 35

2.7.2. Tính tốn nhiệt của thùng ... 38

2.7.3 Tính toán cuối cùng về nhiệt độ chênh ... 41

2.8 Xác định sơ bộ trọng lượng ruột máy ... 41

2.9 Chọn một số chi tiết khác ... 42

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG TỪ THÔNG LÕI THÉP BẰNG ANSYS MAXWELL 47 3.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS Maxwell ... 47

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

4.2 Cấu tạo máy biến áp Amorphous... 53

4.3 Ưu điểm và nhược điểm của máy biến áp Amorphous ... 54

CHƯƠNG 5 TỔNG KẾT ... 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 59

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Hình 1.5 Dây quấn xốy ốc liên tục ... 6

Hình 1.6 Dây quấn hình xoắn ... 7

Hình 1.7 Dây quấn hình ống dây dẫn hcn ... 7

Hình 1.8 Dây quấn hình ống dây dẫn trịn ... 8

Hình 1.9 Vỏ máy biến áp ... 9

Hình 2.1 Các số liệu xuất phát ... 14

Hình 2.2 Thứ tự ghép lõi thép ... 15

Hình 2.3 Quan hệ giữa tổn hao khơng tải 𝑃𝑜 và 𝛽 ... 20

Hình 2.4 Quan hệ giữa giá thành vật liệu tác dụng 𝐶′𝑡𝑑 và 𝛽 ... 21

Hình 2.5 Sơ đồ điều chỉnh điện áp ... 23

Hình 2.6 Kích thước tập lá thép trụ và gơng ... 31

Hình 2.7 Kích thước của thùng ... 39

Hình 2.8 Sứ cao áp và hạ áp ... 43

Hình 2.9 Phao báo dầu máy biến áp ... 44

Hình 2.10 Van xả dầu máy biến áp ... 44

Hình 3.1 Mơ hình mạch từ và dây quấn máy biến áp ... 47

Hình 3.2 Mật độ từ thơng trong mạch từ tại t=0 ... 48

Hình 3.3 Mật độ từ thông trong mạch từ tại t=0,005 ... 48

Hình 3.4 Mật độ từ thơng trong mạch từ tại t=0,01 ... 49

Hình 3.5 Mật độ từ thơng trong mạch từ tại t=0,015 ... 49

Hình 3.6 Mật độ từ thơng trong mạch từ tại t=0,02 ... 49

Hình 3.7 Nguồn xoay chiều đưa vào cuộn cao áp... 50

Hình 3.8 Điện áp cảm ứng phía cao áp ... 50

Hình 3.9 Dịng điện cao áp ... 51

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hình 3.10 Điện áp cảm ứng phía hạ áp ... 52

Hình 3.11 Dịng điện hạ áp ... 52

Hình 4.1 Máy biến Amorphous siêu giảm tổn thất ... 53

Hình 4.2 Sự khác nhau của cấu trúc nguyên tử ... 54

Hình 4.3 Lõi thép máy biến áp Amorphous ... 54

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

1

<b>CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1 Khái niệm chung </b>

Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc cơ bản của MBA ta có định nghĩa máy biến áp như sau: máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.

Máy biến áp có vai trị rất quan trọng trong hệ thống điện. Để truyền tải điện năng từ các trạm phát điện đến các hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện, tuy nhiên nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất và hộ tiêu thụ là xa thì sẽ đặt ra một vấn đề rất lớn là: Việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế mà vẫn đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật. Và câu trả lời cho vấn đề đó là máy biến áp.

<i>Hình 1.1 Sơ đồ truyền tải điện </i>

Theo lý thuyết đã biết, khi truyền tải cùng một công suất trên một đường dây, nếu điện áp được tăng lên thì dịng điện trên đường dây sẽ giảm, giúp giảm kích thước dây và giảm trọng lượng cũng như chi phí cho đường dây. Vì vậy, để truyền tải cơng suất lớn trên khoảng cách xa một cách kinh tế, người ta sử dụng điện áp cao trên đường truyền như 35, 110, 220 và 500 kV để giảm tổn thất và tiết kiệm kim loại đồng trên đường dây.

Trong thực tế, các máy phát điện khơng có khả năng tạo ra điện áp cao như vậy, thường chỉ có thể tạo ra điện áp từ 3 đến 21KV. Vì vậy, cần có thiết bị để tăng điện áp lên tại đầu đường dây và giảm điện áp tại các hộ tiêu thụ. Thiết bị này được gọi là máy biến áp. Trong hệ thống điện lực, để truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ, thường cần sử dụng 4-5 máy biến áp để tăng giảm điện áp tại các bước khác nhau. Tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

2 điện lực thường gấp 4-5 lần công suất của trạm phát điện. Trong hệ thống điện lực, các máy biến áp được gọi là máy biến áp điện lực hoặc máy biến áp công suất, và chúng chỉ có nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng, khơng có chức năng biến đổi năng lượng.

Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu của các ngành chun mơn, hiện nay có nhiều loại máy biến áp được sử dụng như máy biến áp chuyên dùng cho các lò điện luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng trong thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp dùng cho đo lường và thí nghiệm. Đồng thời, khuynh hướng phát triển của máy biến áp là thiết kế và chế tạo những máy biến áp có dung lượng lớn, điện áp cao, sử dụng nguyên liệu mới để giảm trọng lượng và kích thước máy. Hiện nay, người ta đã sử dụng loại thép cán lạnh có từ tính tốt và tổn hao sắt thấp để tăng hiệu suất cho máy biến áp.

Ngành chế tạo máy biến áp tại Việt Nam đã có từ thời kỳ hồ bình và cho đến nay đã có nhiều đóng góp quan trọng vào sự phát triển của nền kinh tế trong nước. Chúng ta đã sản xuất được nhiều loại máy biến áp khác nhau với số lượng lớn để phục vụ cho nhiều ngành sản xuất trong nước cũng như xuất khẩu sang nhiều quốc gia khác trên thế giới. Các sản phẩm máy biến áp của Việt Nam đạt chất lượng cao và được tin dùng trên thị trường quốc tế.

<b>1.2 Các đại lượng định mức </b>

Máy biến áp có các đại lượng định mức sau:

• Dung lượng hay cơng suất định mức 𝑆_𝑑𝑚 là công suất biểu kiến của MBA đưa ra trên dây quấn thứ cấp của nó ở chế độ làm việc định mức, được tính bằng kVA hoặc VA.

• Điện áp dây sơ cấp định mức (U<small>1dm</small>)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.

• Điện áp dây thứ cấp định mức U<small>2dm</small> là điện áp dây 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.

• Dịng điện dây định mức sơ cấp I<small>1dm</small> và thứ cấp I<small>2dm</small> là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng A hay kA. Ta có cách tính dịng điện là:

Đối với MBA 1 pha:

𝐼_1𝑑𝑚 = ^𝑆^𝑑𝑚

𝑈_1𝑑𝑚^{; 𝐼}^2𝑑𝑚 ⁼ 𝑆_𝑑𝑚 𝑈_2𝑑𝑚

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

• Tần số định mức tính bằng Hz, lưới điện Việt Nam f<small>dm</small>= 50Hz

Ngoài ra trên nhãn máy của MBA nhà sản xuất còn ghi những số liệu khác như: số pha, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch, chế độ làm việc, phương pháp làm lạnh…

<b>1.3 Các kết cấu chính của MBA </b>

Máy biến áp thường dùng các phần chính sau: a) Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ)

Mạch từ của MBA được chế tạo từ các lá tôn kỹ thuật điện được các điện với nhau. Có hai loại tơn thường được sử dụng là tôn cán nóng và tơn cán lạnh, nhưng đặc điểm chung là đều có độ từ thẩm cao và suất tổn hao thấp. Mạch từ được ghép lại từ các lá tơn thay vì được làm thành một khối để tăng điện trở của mạch từ, giảm dịng Fucơ. Khi có dịng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây của MBA sẽ sinh ra một từ trường biến đổi, từ trường này sinh ra trong mạch từ một dòng điện Fucơ, dịng Fucơ ln sinh ra từ trường ngược chống lại nguyên nhân gây ra nó, đồng thời năng lượng của dịng Fucơ được chuyển hoá thành nhiệt năng khiến máy biến áp nóng lên và gây ra hao phí. Người ta ghép mạch từ bằng các lá tôn mỏng được sơn cách điện ở 2 phía dọc theo chiều từ trường, khi đó điện trở chung của lõi thép rất lớn sẽ làm giảm ảnh hưởng của dịng Fucơ. Vấn đề đặt ra đặt ra là các lá thép cần được ép chặt với nhau để tăng khả năng dẫn từ đồng thời không tạo ra tiếng ồn khi MBA hoạt động.

Mạch từ gồm 2 bộ phận chính là trụ và gơng. Trụ là nơi để lồng dây quấn, gơng là phần khép kín mạch từ giữa các trụ và là nơi đỡ dấy quấn. Theo sự sắp xếp trụ và

<i>gơng mà ta có các loại mạch từ: kiểu trụ, kiểu bọc và kiểu trụ - bọc. </i>

• Mạch từ kiểu trụ: là loại mạch từ phổ biến hiện nay cho cả máy một pha và ba pha. Là loại mạch từ có cuộn dây ôm lấy trụ, gông nằm trên dưới nhưng không bao bởi dây. Loại này thường để trụ đứng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

4

<i>Hình 1.2 Mạch từ kiểu trụ </i>

• Mạch từ kiểu bọc: gơng từ bao lấy trên và dưới dây quấn và bao cả mặt bên dây quấn. Mạch từ như bọc lấy dây quấn nên gọi là mạch từ kiểu bọc. Loại này trụ thường nằm ngang, và loại này thường không cao nên dễ dàng vận chuyển, giảm chiều dài từ dây dẫn đến sứ ra. Nhưng chế tạo mạch từ này lại phức tạp do lá tôn có kích thước khác nhau nhiều, dẫn đến loại này khơng phổ biến.

<i>Hình 1.3 Mạch từ kiểu bọc </i>

• Mạch từ kiểu trụ - bọc: là loại trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc nên gọi là kiểu trụ - bọc, thường được dùng trong các máy biến áp có cơng suất lớn (trên 100.000 kVA một pha), để giảm bớt chiều cao nên san gơng sang hai bên.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

5

<i>Hình 1.4 Mạch từ kiểu trụ - bọc </i>

Ngoài ra theo sự sắp xếp khơng gian giữa trụ và gơng có thể phân biệt mạch từ đối xứng và không đối xứng. Dựa trên phương pháp ghép trụ và gông cũng có thể phân

<i>ra thành hai kiểu: ghép nối và ghép xen kẽ </i>

<i>• Ghép nối là gơng và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ xà ép và </i>

bu-lông. Ghép kiểu này đơn giản như khe hở khơng khí lớn do khơng đảm bảo tiếp xúc tại mối ghép, gây ra tổn hao và dịng khơng tải lớn, nên kiểu này ít được sử dụng.

<i>• Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt được đặt xen kẽ, sau đó </i>

dùng xà ép và bu-lông ép lại. Lồng dây bằng cách cho dây quấn đã quấn nêm trên ống cách điện bakelit vào trụ sau đó chèn chặt trụ với ống bằng nêm cách điện, sau cùng xếp các lá thép ở gơng. Ghép xen kẽ có khe hở khơng khí ở mối nối nhỏ hơn và kết cấu mạch từ vững chắc hơn do đó được dùng phổ biến hơn.

b) Dây quấn

Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền tải năng lượng đi. Dây quấn MBA đước chế tạo từ dây đồng, trịn hoặc dạng chữ nhật có bọc cách điện, ngồi ra ở HA có thể dạng băng đồng, Theo phương pháp bố trí dây quấn

<i>trên lõi có thể chia dây quấn thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ </i>

<i>• Dây quấn đồng tâm: dây quấn HA và CA được quấn thành những ống đồng </i>

tâm với nhau, chiều cao thường được thiết kế bằng nhau (hoặc CA thấp hơn HA một ít) để tránh sinh ra lực chiều trục lớn. Cuộn HA thường được đặt phía trong vì khoảng cách cách điện yêu cầu của dây HA là ngắn hơn so với CA, đặt phía trong sẽ tiết kiệm được vật liệu, cuộn CA đặt phía ngồi cịn thuận tiện cho việc lấy các đầu dây dẫn điều chỉnh ra bộ điều chỉnh. Dây quấn đồng tâm được dùng phổ biến trong MBA mạch từ kiểu trụ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

6

<i>• Dây quấn xen kẽ: cuộn HA và CA được quấn thành từng bánh có chiều cao </i>

thấp và bố trí xen kẽ nhau do đó giảm được lực dọc trục, để giảm lực hướng kính các bánh được thiết kế với đường kính gần bằng nhau. Loại dây quấn này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây nên ít được sử dụng, nhưng vì có nhiều rãnh dầu ngang tốt cho việc tản nhiệt nên vẫn được dùng trong các MBA lị điện hoặc MBA khơ để đảm bảo khả năng tản nhiệt được tốt.

Ngoài ra theo cách quấn dây ta có thể chia thành các kiểu: - Dây quấn xoáy ốc liên tục

- Dây quấn hình xoắn

- Dây quấn hình ống dây dẫn hcn - Dây quấn hình ống dây dẫn trịn - Dây quấn kiểu băng đồng

Dây quấn xoáy ốc liên tục: đây là kiểu dây quấn mà các vịng dây được quấn xốy ốc thành nhiều bánh theo đường xốy ốc phẳng, do đó chiều cao bánh dây bằng chiều cao sợi dây. Giữa các bánh dây có rãnh dầu ngang, suốt cuộn dây khơng có mối hàn nào nên được gọi là liên tục. Yêu cầu đối với dây quấn này là các đầu dây phải ở phía ngồi cùng bánh dây để tiện cho việc lấy ra, do đó số bánh dây phải là số chẵn. Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây với nhau. Dây quấn xoáy ốc liên tục chủ yếu thường được dùng làm cuộn cao áp, điện áp từ 35 kV trở lên và dung lượng lớn.

<i>Hình 1.5 Dây quấn xốy ốc liên tục </i>

Dây quấn hình xoắn: có thể hình dung như một chiếc lò xo, gồm một hay nhiều sợi chập lại quấn theo chiều trục như đường ren ốc. Các vòng dây của dây quấn cách nhau một khoảng để tạo rãnh dầu ngang trục, khoảng cách này được ấn định nhờ các tấm đệm cách điện đặt trên các thanh khuôn khi quấn. Dây quấn loại này có số vịng ít,

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

7 tiến diện lớn nên thường dùng làm dây quấn hạ áp của máy trung bình và lớn. Ưu điểm chịu lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt.

<i>Hình 1.6 Dây quấn hình xoắn </i>

Dây quấn hình ống dây dẫn hcn: loại dây này có thể quấn từ 1 sợi đơn, hoặc quấn chập từ nhiều sợi. Các sợi chập có thể được quấn theo chiều cạnh bé hoặc cạnh lớn, thậm chí các sợi chập có thể có kích thước khác nhau (tiết diện sấp xỉ nhau) nhưng phải đảm bảo đường bao của tiết diện vịng dây là hình chữ nhật. Thơng thường dây quấn hình dây dẫn hcn chỉ quấn được 2 lớp, giữa các lớp có các thanh nêm để tạo rãnh dầu dọc trục. Dây quấn kiểu này có ít vịng, tiết diện lớn nên thường dùng làm dây hạ áp.

<i>Hình 1.7 Dây quấn hình ống dây dẫn hcn </i>

Dây quấn hình ống dây dẫn trịn: là kiểu dây quấn có thể quấn được nhiều lớp, dây có tiết nhỏ do đó thích hợp với các mba có điện áp cao, dịng điện không lớn. Và do điện áp giữa các lớp cao nên chia ra các bánh theo chiều cao đểm giảm điện áp vòng dây và tăng cường tản nhiệt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

8

<i>Hình 1.8 Dây quấn hình ống dây dẫn trịn </i>

Dây quấn kiểu bằng đồng: là một biến thể của dây quấn hình ống, loại này được quấn từ các lá đồng mỏng không bọc cách điện nhưng có cách điện giữa các lớp. Mỗi lớp là 1 vòng, chiều rộng băng đồng dùng bằng chiều cao dây quấn. Dây quấn kiểu này tản nhiệt tốt hơn so với kiểu dây dẫn vì khơng bọc cách điện, lắp đầy cửa sổ mạch từ tốt hơn.

c) Hệ thống làm lạnh và vỏ máy.

Vỏ máy biến áp là chi tiết đựng ruột máy và dầu máy, yêu cầu của vỏ máy là có đủ diện tích tản nhiệt, bảo vệ dầu máy, đủ độ bền cơ khí để đảm bảo nâng hạ và vận chuyển an toàn. Trên vỏ máy có nắp máy là nơi cố định các chi tiết khác của mba như: sứ đầu ra, sứ đầu vào, bình giãn dầu, thiết bị điều chỉnh điện áp, các rơ le bảo vệ, ống phòng nổ, các móc nâng hạ…

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

9

<i>Hình 1.9 Vỏ máy biến áp </i>

Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho máy biến áp nóng lên. Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp. Có thể làm nguội bằng khơng khí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp. Máy biến áp dùng khơng khí để làm nguội gọi là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp dầu. Hầu hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu. Nhiệt lượng từ vách thùng lại truyền ra không khí xung quanh bằng phương pháp đối lưu và bức xạ. Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng được công suất máy biến áp. Máy biến áp có cơng suất từ (10 – 16).103 KVA thường phải tăng cường làm nguội bằng sự đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Để đảm bảo dầu trong máy luôn luôn đầy trong q trình làm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng ống dẫn dầu. Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do trong bình dầu phụ, khơng ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp. Vì vậy bình dầu phụ cịn được gọi là bình dầu giãn nở.

<b>1.4 Nguyên lý làm việc </b>

Xét máy biến áp 1 pha ở chế độ không tải, tức là hở mạch thứ cấp, dây sơ cấp nối với điện áp xoay chiều hình sin, dịng điện chạy qua dấy quấn sẽ tạo nên từ trường xoay trong mạch từ. Do hệ số dẫn từ của lõi thép lớn hơn nhiều so với hệ số dẫn từ của các vật liệu phi tuyến (khơng khí, dầu máy…) nên ta coi như từ thông dây sơ cấp và thứ cấp là bằng nhau, khi đó ở mỗi dây quấn sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

- 𝑒₁ và 𝑒₂ là giá trị tức thời của s.đ.đ

- Φ là giá trị tức thời của từ thông trong lõi thép - t là thời gian

- 𝑁₁ và 𝑁₂ là số vòng dây tương ứng

Điện áp sơ cấp bằng s.đ.đ 𝑒₁ cộng với điện áp rơi do dòng điện từ hóa sinh ra ở tổng trở dây quấn. Dịng từ hóa khơng phải hình sin, khá nhỏ so với dịng định mức, do đó độ giảm điện áp ứng với dịng điện từ hóa là rất nhỏ, có thể bỏ qua.

Vậy điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng s.đ.đ ở dây quấn sơ cấp, hay có thể nói sự biến thiên của s.đ.đ 𝑒₁ giống sự biến thiên của điện áp 𝑢₁. Với điện áp 𝑢₁ biến thiên theo quy luật hình sin, ta có thể viết biểu thức s.đ.đ như sau:

Vậy khi điện áp đặt vào cuộn sơ cấp là điện áp xoay chiều hình sin thì từ thơng trong lõi thép cũng biến thiên theo quy luật hình sin và sớm pha hơn s.đ.đ một góc 𝜋 2⁄ . Giá trị cực đại của từ thông là:

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Và không kể điện áp rơi trên các dây quấn, có thể coi 𝑈₁ ≈ 𝐸₁ 𝑈₂ ≈ 𝐸₂, do đó k được xem như là tỷ số điện áp:

Để đảm bảo về tính tốn hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến áp sẽ lần lượt tiến hành theo thứ tự.

- Xác định các đại lượng cơ bản.

• Tính dịng điện pha, điện áp pha của dây quấn • Xác định điện áp thử của các dây quấn

• Xác định các thành phần của được ngắn mạch - Tính tốn các kích thước chủ yếu.

• Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt

• Chọn loại và mã hiệu tôn silic cách điện của chúng. Chọn cường độ từ cảm lõi sắt

• Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách điện chút củ cuộn dây

• Tính tốn sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ yếu theo trị số i0, P0, On, Pn đã cho.

• Chọn đường kính trụ, tính tốn sơ bộ chiều cao dây quấn, tính tốn sơ bộ lõi

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

12 - Tính tốn ngắn mạch.

• Xác định tổn hao ngắn mạch • Tính tốn điện áp ngắn mạch

• Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch

- Tính tốn cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy biến áp. • Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

• Xác định tổn hao khơng tải

• Xác định dịng điện khơng tải và hiệu suất - Tính tốn nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp.

• Q trình truyền nhiệt trong máy biến áp • Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp • Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

• Tính tốn nhiệt máy biến áp • Tính tốn gần đúng trọng lượng

- Tính tốn và lựa chọn một số chỉ tiêu kết cấu.

Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan trọng như bulong ép gông và một số đai ép trục, gơng, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn nở, bộ phận tản nhiệt….

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

+ Tổn hao khơng tải 𝑃_𝑜 = 2150 𝑊

<b>2.2 Tính tốn các kích thước chủ yếu 2.2.1 Xác định các đại lượng điện cơ bản </b>

1. Dung lượng một pha

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

5. Điện áp thử của các dây quấn

Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn và giữa các phần khác của máy biến áp thì ta phải biết được điện áp thử của chúng, tra bảng 2 tài liệu [1] ta được: Với dây quấn CA: 𝑈_𝑡ℎ2 = 85 𝑘𝑉

Với dây quấn HA: 𝑈_𝑡ℎ1 = 5 𝑘𝑉

<b>2.2.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu </b>

<i>Hình 2.1 Các số liệu xuất phát </i>

1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA: Với 𝑈_𝑡ℎ2 = 85 𝑘𝑉, theo bảng 19 tài liệu [1] ta có:

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Theo bảng 6 tài liệu [1] ta chọn ép trụ bằng nêm với dây quấn, ép gông bằng xà ép Sử dụng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi còn 3 mối nối giữa mối ghép thẳng lá tơn.

<i>Hình 2.2 Thứ tự ghép lõi thép </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

5. Tra bảng 18, 19 tài liệu [1] ta được các khoảng cách cách điện chính, chọn theo 𝑈_𝑡ℎ2 = 85 𝑘𝑉 của cuộn CA:

Trụ và dây quấn HA: 𝑎₀₁ = 15 𝑚𝑚 Dây quấn HA và CA 𝑎₁₂ = 27 𝑚𝑚

Ống cách điện giữa CA và HA 𝛿₁₂ = 5 𝑚𝑚 Giữa các dây quấn CA 𝑎₂₂ = 30 𝑚𝑚 Tấm chắn giữa các pha 𝛿₂₂ = 3 𝑚𝑚 Giữa dây quấn CA đến gông 𝑙′₀ = 75 𝑚𝑚 Phần đầu thừa của ống cách điện: 𝑙_đ2 = 50 𝑚𝑚 6. Các hằng số tính tốn a, b gần đúng có thể lấy: a=1,4 b=0,3 (bảng 13 và 14 tài liệu [1])

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Sự lựa chọn hệ số 𝛽 không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà cịn ảnh hưởng đến các thơng số kỹ thuật như: Tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch…

Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát, và các tham số kỹ thuật thì khi 𝛽 nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu 𝛽 lớn thì máy biến áp “ béo” và thấp. với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khác nhau. 𝛽 nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều, 𝛽 tăng lên thì lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại.

Ta phải tìm 𝛽 tối ưu, nghĩa là có được những đặc tính của máy biến áp yêu cầu thiết

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Trong đó 𝐾_𝑑𝑞 của Cu=2,46.10<small>-2 </small>

Trọng lượng một “góc” của lõi thép:

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

19 N=4 với mba 3 pha

𝑘_𝑝𝑓 = 1,13 là hệ số tổn hao phụ tra trong bảng 48 [1]

𝑘_𝑝0 = 10,45 là hệ số gia tăng tổn hao ở các góc nối của mạch từ, bảng 47[1] Thay vào ta được

𝑘^′_𝑖𝑓 = 1,2 là hệ số đối với tơn có ủ sau khi cắt dập

𝑘^′′_𝑖𝑓 = 1,07 đối với gơng có tiết diện nhiều bậc, mba công suất từ 1000-6300 kVA 𝑘_𝑖0 = 42,45 hệ số gia tăng dịng điện khơng tải do cơng suất từ hóa tăng lên (bảng 53[1])

𝑘_𝑖𝑔 = 38,13 là hệ số chung

𝑘_𝑖𝑟 = 1,25 hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạnh từ (bảng 52b [1])

Số khe hở khơng khí trong lõi thép 4 mối chéo và 3 mối thẳng Thay vào ta được:

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

5. Chọn kết cấu dây quấn hạ áp

Với đề tài thiết kế này, em chọn chọn dây hạ áp quấn theo kiểu băng đồng, được sử dụng phổ biến hiện nay với ưu điểm tản nhiệt tốt, lấp đầy cửa sổ mạch từ tốt làm giảm tổn hao ngắn mạch. Chọn bố trí dây quấn HA như sau:

- Chiều cao băng đồng chọn theo chiều cao sơ bộ 𝐿₁ = 0,58𝑚; quấn 14 vịng thành hình ống

- Chọn giấy cách điện dày n=0,25mm; quấn đều lên bề mặt mỗi lớp băng đồng - Chọn số lớp ống thông dầu là 4 lớp, sau các lớp 4, 8, 12; độ dày mỗi lớp s=4mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Theo bảng 24[1], cần phải tăng trọng lượng dây dẫn (do cách điện) lên 2% nên trọng lượng của dây dẫn là:

𝐺_𝑑𝑑1 = 1,02.196,44 = 200,37 𝑘𝑔

<b>2.3.2 Dây quấn CA </b>

1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp

<i>Hình 2.5 Sơ đồ điều chỉnh điện áp </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

7. Chọn kết cấu dây cao áp

Theo bảng 38[1], ta chọn kết cấu dây quấn kiểu bánh dây xoắn ốc liên tục. Theo bảng 21[1], chọn dây chữ nhật mã hiệu IIB có qui cách như sau:

</div>