Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực

MỤC LỤC

Mục lục………………………………………… ……….……………………………………………………………………………1
Lời nói đầu……………………………………………………………………………………………………………………………3
Tổng quan về quá trình phát triển của máy biến áp điện lực…………….…………….5
Chương I : Tính sơ bộ kích thước cơ bản……………………………………………………………….7
- Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp……… ………………………………………7
- Tính sơ bộ các tổn hao…………………………… ………………………………………………………………14
- Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao ………………….……………………….18
Chương II : Tính toán dây quấn máy biến áp………………………………………………… 21
- Tính toán dây quấn hạ áp………………………………………………….…………………………………….22
- Tính toán dây quấn cao áp……………………………………………………………………………………….25
Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch………………………………………….30
- Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp………………………………………………………………… 30
- Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kết cấu………………………………………….32
- Tổng tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp………………………………………………… 33
- Điện áp ngắn mạch……………………………………………………… …………………………………………33
- Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch…………….……….34
Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải
của máy biến áp………………………………………………………………………………………….39
- Chọn kết cấu lõi thép………………………………………………….…………………………………………….39
- Tổng chiều dày các lá thép của trụ…………………………………………………………………… 40
- Số lượng lá thép ở mỗi bậc…………………………………………………………………………………… 41
- Thể tích một góc mạch từ……………………………………………………………………………………… 41
- Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải…………………………………………… 43
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 1
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Chương V : Tính toán nhiệt và chọn kết cấu vỏ……………… ………………………….50
- Nhiệt độ chênh qua từng phần…………………………………………………………………………… 50

- Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu……………………………………… 51
- Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu………………………………….52
- Tính toán nhiệt của thùng……………………………………………….…………………………………… 53
- Thiết kế thùng dầu…………………………………………………………………………………………………….57
- Tính toán sơ bộ trọng lượng ruột, vo ûmáy, dầu và bình giãn dầu của
MBA…………………………………………………………………………………………………………………………………… 60
Kết luận……………….……………………….…………………………………………………………………………………… 65
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………………………………………………66
Phụ lục các bảng tra cứu……………………………………………………………………………………………… 67
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 2
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
LỜI NÓI ĐẦU
Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống
điện. Hệ thống điện lực muốn truyền tải, phân phối công suất từ nhà máy
điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua ba, bốn lần
tăng, giảm điện áp. Do vậy mà tổng công suất của máy biến áp điện lực
thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp
dùng truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực gọi là máy
biến áp điện lực.
Việc dùng máy biến áp tăng điện áp từ nhà máy lên lưới để truyền tải
đi xa, và ở cuối đường dây phải hạ điện áp để đưa đến hộ tiêu thụ… chẳng
những làm cho tổng công suất của hệ thống máy biến áp lớn mà tổn hao
không tải P
0
cũng tăng. Hơn nữa do điều kiện đòa hình, thời tiết, kinh tế mà
mỗi lúc, mỗi nơi yêu cầu các thông số kỹ thuật cũng như thông số đònh mức
thay đổi. Do vậy việc tính toán, thiết kế máy biến áp là một việc rất quan
trọng trong chế tạo máy biến áp điện lực.
Ngày nay, công nghệ chế tạo máy biến áp ngày càng phát triển và đòi
hỏi phải hoàn thiện hơn, vật liệu được chế tạo ngày càng tốt hơn. Vì vậy,

việc tính toán và thiết kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất
lượng cao, phải lấy chỉ tiêu kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp
nhất. Bên cạnh chỉ tiêu kinh tế đòi hỏi tính năng kỹ thuật như : i
0
%, P
0
,U
n
% ,P
n
… nằm trong điều kiện cho phép ứng với mỗi loại công suất.
Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế máy biến áp điện lực gồm
5 chương :
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 3
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
- Chương I : Tính sơ bộ kích thước cơ bản.
- Chương II : Tính dây quấn hạ áp – cao áp.
- Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch.
- Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải.
- Chương V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Mỹ cùng các thầy cô
trong khoa đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ thiết
kế này.
Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh
nghiệm thực tế, nên chắc chắn không khỏi thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý
kiến của quý thầy cô cùng các bạn .
Quy Nhơn, ngày 30 tháng 6 năm 2009
Lê Công Trường
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 4
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNG PHÁT TRIỂN CỦA MÁY
BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC
Máy biến áp điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng
trong hệ thống điện. Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu
thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4 đến 5 lần tăng
giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng ) của các MBA gấp
mấy lần công suất của máy phát điện. Hiệu suất của MBA thường rất lớn (98
÷
99%), nhưng do số lượng MBA nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất
đáng kể vì thế cần phải chú ý đến việc giảm các tổn hao , nhất là tổn hao
không tải trong MBA. Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong ngành chế
tạo MBA người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh , có suất tổn hao và công
suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp, mặt khác còn thay đổi các kết cấu mạch
từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay
các kết cấu bulông ép trụ và gông xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép hay
dùng những qui trình công nghệ mới về cắt dập lá thép tự động, về ủ lá thép,
về lắp ráp….Nhờ vậy mà công suất và điện áp của các MBA đã được nâng
lên rõ rệt.
Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất, người ta cũng mở rộng
thang công suất của MBA làm thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia để
đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành MBA. Những
dãy MBA mới ra đời từ những năm 80 trở lại đây đã dần dần thay thế những
MBA thuộc dãy cũ không còn thích hợp nữa.
Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các MBA điều
chỉnh điện áp dưới tải ngày càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công suất
tổng.
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 5
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu và
giảm trọng lượng kích thước MBA, ngoài việc dùng MBA tự ngẫu thay cho

MBA hai dây quấn người ta còn áp dụng những phương pháp làm lạnh tốt
hơn, dùng những vật liệu kết cấu không từ tính nhẹ và bền hơn…Khuynh
hướng dùng dây nhôm để thay dây đồng cũng đang phát triển. Các MBA cỡ
lớn và trung bình thường sản xuất loại ba pha ghép thành tổ biến áp ba pha
để thuận tiện trong việc chuyên chở.
Ngoài MBA điện lực dùng để truyền tải điện năng, còn có nhiều loại
biến áp dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như : biến áp lò điện dùng
trong luyện kim, yêu cầu dòng thứ cấp rất lớn đến hàng vạn ampe, biến áp
nhiều pha dùng để chỉnh lưu ra dòng điện một chiều, biến áp chống nổ dùng
trong hầm mỏ, biến áp đo lường, biến áp thí nghiệm, biến áp hàn điện…
Ở nước ta sau ngày giải phóng miền Bắc mới có một vài cơ sở thiết kế
và chế tạo MBA và đặc biệt là sau khi thống nhất đất nước (1975) nhiều nhà
máy chế tạo MBA mới đã được xây dựng. Tuy vậy chúng ta cũng đã tiến
hành sữa chữa, thiết kế chế tạo được một khối lượng khá lớn MBA, phục vụ
cho nhiều cơ sở sản xuất trong nước, và MBA của ta cũng đã được xuất khẩu
sang một số nước. Nhà máy chế tạo biến thế Hà Nội nay liên doanh với hãng
thiết bò điện ABB đã chế tạo được nhiều loại MBA phân phối, điện áp tới 35
kV. Nhà máy Thiết bò điện Đông Anh đã thiết kế chế tạo MBA truyền tải có
công suất tới 125 MVA, 220 MVA, điện áp 110 kV và 220 kV. Đó là những
cố gắng và tiến bộ của ngành chế tạo máy biến áp ở nước ta.
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 6
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
CHƯƠNG I
TÍNH CÁC ĐẠI LƯNG ĐIỆN CƠ BẢN
1.1. Tính toán kích thước chủ yếu MBA :
Với các thông số cơ bản :
S
đm
= 800 kVA ; U
1

= 22kV ; U
2
= 0,4kV ; P
0
=1300W ; u
n
= 4,8 % ;
P
n
=10500W ; f = 50 Hz ; Yy0 – 12 .
1.1.1. Công suất mỗi pha của máy biến áp :
S
f
=
m
S
=
800
3
= 266,667 KVA
m : số pha của máy biến áp
*Công suất của mỗi trụ :
S
’
=
t
S
=
800
3

= 266,667 KVA
t : số trụ của máy biến áp
* Dòng điện dây đònh mức :
-Phía cao áp :
I
1đm
= I
fđm
=
3
800.10
3.22000
= 20,995 A
-Phía hạ áp :
I
2đm
=I
fđm
=
3
800.10
3.400
= 1154,7 A
* Điện áp pha đònh mức :
- Phía cao áp :
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 7
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
U
f1
= U

1
=
22000
12701,7
3
=
V
-Phía hạ áp :
U
f2
=
2
3
U
=
3
0,4.10
3
= 231 V
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch :
U
r
% =
10.
n
P
S
=
10500
10.800

=1,312%
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch :
U
X
% =
2 2
r
n
U U−
=
−
2 2
4,8 1,312
= 4,617%
Điện áp thử của các dây quấn :
Tra PL (bảng 1) ta có :
-Phía hạ áp : U
th2
= 5 kV
-Phía cao áp : U
th1
=55 kV
Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp a
r :

Với U
t1
=55 kV, tra PL ( bảng 7) ta được khoảng cách cách điện giữa dây
quấn cao áp và dây quấn hạ áp : a
12

=20 mm , trong rãnh a
12
đặt ống cách
điện dày :
12
δ
=5mm

1 2
3
a a+
= k
4
'
S
.10
-2
=0,53
4
266,667
.10
-2
= 0,0214 m
Trò số k theo PL ( bảng 4) ở cấp 22kV thì không có giá trò .Ta tiến hành nội
suy như sau:
Ứng với cấp 10 kV thì k = (0,51÷ 0,43)
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 8
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Ứng với cấp 35kV thì k = (0,52÷ 0,48)
Vậy giá trò k ở cấp 22 kV tương ứng với công suất 1000 ÷ 6300 kVA :

k=(0,51÷0,43)+
(0,52 0,48) (0,51 0,43)
.(22 10)
35 10
÷ − ÷
−
−
=(0,518÷ 0,47)
Ta tiếp tục tiến hành nội suy với hệ số k ở cấp 22kV với công suất
400÷630kVA:
k = 0,518+
.
0,646 0,518
(400 250)
1000 250
−
−
−
= 0,453
Giá trò của k ở cấp 22kV tương ứng với công suất 800kVA là:
k = 0,518+
0,543 0,518
.(800 400)
1000 400
−
−
−
=0,53
Vậy chọn k = 0,53
a

r
= a
12
+
1 2
3
a a+
= 0,02 + 0,0214 = 0,0414 m
1.1.2. Chọn vật liệu làm lõi sắt : chọn tôn cán lạnh của nhật mã hiệu
27ZH95 , có chiều dày lá thép 0,27 mm
Ta chọn mật độ từ cảm trong trụ
B
t
= 1,65 T
Theo PL ( bảng 24), chọn hệ số tăng cường gông :
k
g
=1,015
Trụ được ép bằng nêm với cuộn dây, ép gông bằng xà ép ,bu lông đặt phía
ngoài gông, không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Dùng lõi thép có 4
mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 2 mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá
tôn. Theo PL ( bảng 2) , chọn số bậc thang trong trụ là 7, số bậc thang của
gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc, tức gông có 6 bậc .
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 9
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Theo PL ( bảng 2), chọn hệ số chêm kín : k
c
=0,90
Theo PL ( bảng 3) , chọn hệ số điền đầy : k
đ

=0,95
Hệ số lợi dụng của lõi sắt là :
k
lđ
= k
c
.k
đ
= 0,90.0,95 = 0,855
Mật độ từ cảm trong gông :
B
g
=
t
g
B
B
=
1,65
1,015
= 1,625 T
Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng :
B
k
’’
=B
t
=1,65 T
Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên :
B

k
’
=
2
t
B
=
1,65
2
=1,166 T
1.1.3. Suất tổn hao thép trong trụ và gông :
B
t
=1,65 T , tra PL ( bảng 22), ta được P
t
= 0,8765 W/Kg
B
g
=1,625 T không có giá trò trong bảng ta tiến hành nội suy :
B
g
=1,62 T , tra PL ( bảng 22),ta được P
g
= 0,8325 W/kg
B
g
=1,63 T , tra PL ( bảng 22), ta được P
g
= 0,8472 W/kg
Do đó giá trò P

g
ứng

với B
g
=1,625 T là:
P
g
=0,8325 +
(0,8472 0,8325).(1,625 1,62)
(1,63 1,62)
− −
−
= 0,8398 W/Kg
* Suất từ hóa giữa trụ và gông :
B
t
=1,65 T , tra PL ( bảng 22), ta được q
t
= 1,1 VA/kg
B
g
=1,625 T ta tiến hành nội suy :
B
g
=1,62 T , tra PL ( bảng 22), ta được q
g
=1,0172 VA/Kg
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 10
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực

B
g
=1,63 T , tra PL ( bảng 22), ta được q
g
=1,0448 VA/Kg
Do đó, suất từ hóa của gông ở giá trò B
g
=1,625T là:
q
g
= 1,0172 +
(1,0448 1,0172).(1,625 1,62)
(1,63 1,62)
− −
−
=1,031 VA/Kg
* Suất từ hóa ở khe không khí khi ghép xen kẽ các lá tôn :
Với mối nối thẳng B
k
’’
=1,65 T , tra PL ( bảng 22), được q
k
’’
=1058 VA/m
2
B
k
’
=1,16 T , tra PL ( bảng 22), ta được q
k

’
= 481 VA/m
2
B
k
’
=1,7 T , tra PL ( bảng 22), ta được q
k
’
=489 VA/m
2
Do đó, suất từ hóa ở khe hở không khí (với mối nối xiên) ứng với B
k
’
=1,166T
là:
q
k
’
=481 +
(489 481).(1,166 1,16)
(1,17 1,16)
− −
−
= 485,8 VA/m
2
1.1.4. Các khoảng cách cách điện chính:
Theo PL ( bảng 6) , với U
t
=55 kV ta chọn các khoảng cách cách điện:

Với công suất 800kVA thì giá trò của
02
a
không có vậy ta tiến hành nội suy
để tìm giá trò đó:
Ứng với công suất 400÷630 thì
02
a
=5mm
Ứng với công suất 1000÷2500 thì
02
a
=15mm
Vậy:

02
a
=5+
15 5
.(800 (400 600))
(1000 2500) (400 630)
−
− ÷
÷ − ÷
=(11,67÷6)mm
Chọn
02
a
=10 mm
-Giữa trụ và dây quấn hạ áp :

02
a
=10 mm
-Giữa dây quấn hạ áp và cao áp :
12
a
=20 mm
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 11
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
-Ôáng cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp :
δ
21
=5 mm
-Giữa dây quấn cao áp và cao áp :
11
a
=20 mm
-Giữa dây quấn cao áp đến gông : l
01
= l
02
=50 mm
-Tấm chắn giữa các pha :
δ
22
=3 mm
-Phần đầu thừa của ống cách điện : l
đ2
=30 mm
các hằng số tính toán a,b lấy gần đúng theo PL ( bảng 25, 26 ) :

a=1,39 (mm) ; b= 0,32 (mm)
Hệ số k
f
là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra, trong
vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây ra. Theo
PL(bảng 5), thì giá trò k
f
của MBA công suất 800kVA không có giá trò ta tiến
hành nội suy :
Ứng với MBA có công suất (1000÷6300)kVA thì k
f
=(0,96 ÷ 0,93)
Ứng với MBA có công suất (160÷630)kVA thì k
f
=(0,93 ÷ 0,85)
K
f
=(0,93÷0,85)+
(0,96 0,93) (0,93 0,85)
.(800 (160 630))
(1000 6300) (160 630)
÷ − ÷
− ÷
÷ − ÷
=
= (0,95÷0,85)
Vậy chọn k
f
=0,93
1.1.5. Đường kính trụ sắt :

d=0,507
'
4
2 2
. .
. .
r r
nx t ld
S a k
f U B k
=Ax
A=0,507
'
4
2 2
. .
. .
r r
nx t ld
S a k
f U B k
=0,507.
4
2 2
266,667.0,0414.0,95
50.4,825.1,65 .0,855
= 0,212
A
1
=5,663.10

4
.a.A
3
.k
lđ
=5,663.10
4
.1,39.0,212
3
.0,855 = 641,261 Kg
A
2
=3,605.10
4
.A
2
.k
lđ
.l
0
=3,605.10
4
.0,212
2
.0,855.0,05 = 69,264 Kg
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 12
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
* Trọng lượng của trụ :
G
t

=
2
2
1
.xA
x
A
+
=
+
2
641,261
69,264.x
x
Ở đây giá trò e không có giá trò tương ứng với công suất 800kVA vậy ta
tiến hành nội suy:
Ứng với MBA có S
≥
630kVA thì e = 0,405
Ứng với MBA có S
≥
1000kVA thì e = 0,41
Vậy e với công suất 800kVA là:

e = 0,405+
0,41 0,405
.(800 630)
1000 630
−
−

−
= 0,407
B
1
= 2,4.10
4
.k
g
.k
lđ
.A
3
.(a + b + e)
= 2,4.10
4
.1,015.0,855.0,212
3
(1,39 + 0,32 + 0,407) = 420,118 kg

B
2
= 2,4.10
4
.k
g
.k
lđ
.A
2
(a

12
+ a
22
)
= 2,4.10
4
.1,015.0,855.0,212
2
(0,02 + 0,02) = 37,443 kg
* Trọng lượng của gông :
G
g
= B
1
.x
3
+ B
2
.x
2
= 420,118x
3
+37,443.x
2
kg
* Trọng lượng sắt :
G
Fe
= G
t

+ G
g
=
+
2
641,261
69,264.x
x
+420,118x
3
+37,443.x
2
=
641,261
x
+ 106,707x
2
+420,118x
3
C
1
= k
dq
.
2
22
2

.
AUBkk

aS
rtldf
= 2,46.10
-2
.
2
2 2 2
800.1,39
0,93.0,855 .1,65 .1,312.0,212
=
=348,39 kg
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 13
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
* Trọng lượng dây quấn :
G
dq
=
2
1
x
C
=
2
348,39
x
-Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện và phần dây quấn tăng thêm
dùng để điều chỉnh điện áp ở cuộn cao áp thì trọng lượng toàn bộ dây quấn
tính phải nhân thêm một hệ số k= 1,03.1,03
;
1,06

Khi đó:
G
dd
=1,03.1,03.G
dq
= 1,06G
dq
-Trọng lượng một góc mạch từ : Ở đây không có giá trò đối với MBA có
công suất 800kVA .Vậy ta tiến hành nội suy .
Với MBA có công suất đến 630 kVA có :
Go=0,486.10
4
.k
g
.k
lđ
.A
3
.x
3

Với MBA có công suất 1000 kVA trở lên có :
Go =0,492.10
4
.k
g
.k
lđ
.A
3

.x
3
Vậy với MBA công suất 800kVA ta có :
Go=0,486.10
4
.k
g
.k
lđ
.A
3
.x
3
+
3 3 4 4
. . . .(0, 492.10 0,486.10 )
.(800 630)
1000 630
g ld
k k A x −
−
−
G
0
=0,489.10
4
.k
g
.k
lđ

.A
3
.x
3
=0,489.10
4
.1,015.0,855.0,212
3
.x
3
= 40,43x
3
1.2. Tính sơ bộ các tổn hao :
1.2.1. Tổn hao không tải :
P
0
= k
f
’
(P
t.
.G
t
+ P
g
.G
g
) = 1,2(0,8765.G
t
+ 0,8398G

g
k
f
’
là hệ số phụ. Đối với tôn cán lạnh do từ tính phục hồi đầy đủ sau
khi ủ, hoặc do sự uốn nắn, là tôn lúc lắp ghép … làm cho tổn hao tăng lên, lấy
k
f
’
=1,2 .
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 14
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Thành phần phản kháng của dòng điện không tải có thể tính theo công suất
từ hóa Q(VA):
i
0x%
=
0
%
10.
Q
S
* Công suất từ hóa :
Q=k
f
’’
(Q
c
+ Q
f

+ Q
δ
)
Trong đó :
k
f
’’: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá
tôn cũng như uốn nắn và ép lõi sắt, chọn k
f
’’
=1,25.
Q
c
: công suất tổn hao chung của trụ và gông :
Q
c
= q
t
.G
t
+ q
g
.G
g
=1,33.G
t
+ 1,27G
g
Q
f

: công suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng
Q
f
=40.q
t
.G
0
=40.1,33.G
0
=53,2.G
0
Q
δ
: công suất từ hóa ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép
Q
δ
=3,2.q
δ
.T
t
=3,2.1058.T
t
= 3385,6T
t
VA
* Tiết diện tác dụng của trụ :
T
t
=0,785.k
lđ

.A
2
.x
2
=0,785.0,855.0,212
2
.x
2
=0,0301.x
2
m
2
* Đường kính trung bình rãnh dầu giữa hai dây quấn :
d
12
=a.d =1,39.d
* Chiều cao dây quấn :
l=
β
π
12
.d

β
: hệ số hình dáng
* Tính dòng không tải :
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 15
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
i
0x

=
S
Q
.10
=
+ + +
0
1,25.(1,33. 1,27. 53,2. 3385,6.
10.800
t g t
G G G T
i
0r
=
S
P
.10
0
=
+1,2(0,8765. 0,8398. )
10.800
t g
G G
i
0
=
rx
ii
0
2

0
2
+
* Mật độ dòng điện trong dây quấn :
J
= =
2
.
0,93.10500
348,39
.
2,4.
f n
dq
k P
K G
x
1.2.2.Lập bảng xác đònh trò số
β
tối ưu :

β
trong khoảng 1,2
÷
2,8 . Gía trò
β
tìm được phải thõa mãn các tiêu
chuẩn kỹ thuật và kinh tế và đồng thời thõa mãn điều kiện P
0


≤
1300W.
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 16
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Với giới hạn p
0
= 1300 W đã cho ta thấy β
≤
1,6
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 17
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
Vậy ta chọn β = 1,6
1.3. Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao :
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 18
β
1,2 1,6 2 2,4 2,8
x=
4
β
1,046 1,125 1,189 1,245 1,294
x
2
=
4
2
β
1,095 1,265 1,414 1,550 1,673
x
3
=

4
3
β
1,146 1,423 1,682 1,928 2,165
=/ 678,3/
1
A x x
613,06 570,009 539,328 515,069 495,565
A
2
.x
2
=72,06.x
2
75,844 87,619 97,939 107,29 115,879
G
t
=
+
2 2
/ .
1 2
A x A x
688,904 657,628 637,267 622,359 611,444
B
1
.x
3
=439,75.x
3

481,455 597,828 706,638 809,987 909,555
B
2
.x
2
=38,95.x
2
41,000 47,365 52,944 57,999 62,642
G
g
=B
1
.x
3
+B
2
.x
2
522,455 645,193 759,582 867,986 972,197
G
Fe
=G
t
+G
g
1211,36 1982,82 1396,85 1490,34 1583,64
P
0
=1,2.(0,8765.Gt+0,8398.Gg)
1251,09 1300,89 1435,75 1529,32 1622,86

G
0
=42,73x
3
46,337 57,54 68,1 77,96 87,54
T
t
=0,031x
2
0,033 0,038 0,042 0,047 0,050
Qc=1,33G
t
+1,27G
g
1579,76 1694,04 1812,23 1930,08 2047,91
Q
f
=53,2G
0
2465,13 3061,02 3618,08 4147,31 4657,13
Q
δ
=3385,6.T
t
111,72 128,653 142,195 159,123 169,28
Q
0
=1,25 (Q
Fe
+ Q

f
+Q
δ
)
5195,76 6104,64 6965,63 7795,64 8592,89
i
0x
=
0
/10.Q S
0,65 0,76 0,87 0,97 1,07
G
dq
=
=
2 2
/ 682,59/
1
C x x
318,164 275,407 246,386 224,913 208,243
G
dd
=1,06G
dq
337,254 291,931 261,169 238,408 220,738
K
dq.Fe
.G
dd
=1,8G

dd
607,057 525,476 470,104 429,134 397,323
C
’
td
= G
Fe
+ K
dq.Fe
.G
dd
1818,42 1828,3 1866,95 1919,48 1980,96
6
. / 2,4. .10
f n dq
J k p G=
3,57 3,84 4,06 4,25 4,42
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
1.3.1. Đường kính của trụ sắt là :
d =A.x = A.
4
β
=0,212.
4
1,6
= 0,2384 m
Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất : d = 0,24 m
Tính lại trò số
β
:


β
= (
4
)
A
d
=(
0,24
0,212
)
4
=1,642

β
=1,642
Ta có :
x=
4
β
=1,132
x
2
=
4
2
β
=1,281
x
3

=
4
3
β
=1,451
* Trọng lượng của trụ :
G
t
=
641,261
1,083
+ 69,264x
2
=
641,261
1,132
+ 69,264.1,281 = 655,212 kg
Trọng lượng gông:
G
g
= 420,118x
3
+37,443x
2
= 420,118.1,451+37,443.1,281 = 657,56 kg
* Trọng lượng sắt :
G
Fe
= G
t

+ G
g
= 655,212 + 657,56 =1312,772 kg
* Trọng lượng dây quấn :
G
dq
=
2
1
x
C
=
2
348,39
1,132
= 271,877 Kg
* Kiểm tra mật độ dòng điện :

= =
6
.
0,93.10500
.10
. 2,4.271,877
f n
dq
k P
J
k G
=3,8.10

6
A/m
2


< 4,5 MA/m
2
:
thỏa mãn điều kiện cho phép.
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 19
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
k : hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây đồng, k=2,4
* Trọng lượng dây dẫn kể cả cách điện
G
dd
=1,06.G
dq
=1,06.271,877=288,189 kg
* Tổn hao không tải :
P
0
=1,2(0,8765G
t
+0,8398G
g
) = 1,2.(0,8765.655,212+0,8398.657,56)
= 1351,81 W
* Dòng điện không tải :
I
0

=
S
Q
.10
Trong đó :
Q : công suất từ hóa VA
Q=k
g
’’
(Q
c
+ Q
f
+ Q
δ
)
Q
c
: công suất tổn hao chung của trụ và gông .
Q
c
= q
t
.G
t
+ q
g
.G
g
= 1,1.655,212 + 1,031.657,56 =1398,677 VA

Q
f
: công suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng :
Q
f
=40.q
t
.G
0
=40.1,1.40,434.x
3
= 40. 1,1.40,434.1,451=2581,47 VA
Q
δ
: công suất từ hóa ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép :
Q
δ
=3,2.q
δ
.T
t
= 3,2.1058.0,0301.1,281=130,54 VA
Vậy :
Q =1,25(1398,677 + 2581,47+ 130,54) = 5138,358 VA
I
0
=
5138,358
10.800
= 0,64

* Đường kính trung bình của rãnh dầu :
d
12
=1,39.d =1,39.0,24 = 0,33 m
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 20
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
* Chiều cao dây quấn sơ bộ :
l =
dm
d
β
π
12
.
=
=
3,14.0,33
0,63
1,642
m
* Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt :
T
t
=
ld
K
.
4
.
2

dm
d
π
=0,855.
2
4
3,14.0,24
= 0,035 m
2

1.3.2. Kiểm tra ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện dây :

3
.xM
r
=
σ
Máy biến áp 3 pha dùng dầu nên :
M
cu
= 0,244.10
-6
.k
π
2
.k
f
.k
r
.

Aa
P
n
.


K
π
=1,41.








+
−
X
R
U
U
n
e
U
.
1
100
π

=1,41.
−
 
+ =
 ÷
 
1,312
3,14.
4,825
100
. 1 40,2
5
e
M
cu
= 0,244.10
-6
.(40,2)
2
.0,93.0,95.
=
10500
1,4.0,212
12,32
Vậy :
t
σ
=12,32.1,451 = 17,87 MN/m
2
< 60 MN/m

2
: thỏa mãn điều kiện cho
phép.
CHƯƠNG II
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 21
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN
2.1.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN :
Các yêu cầu chung có thể chia làm 2 loại : yêu cầu về vận hành và yêu cầu
về chế tạo
2.1.1. Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và nhiệt:
- về mặt điện : khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp
do đó cách điện MBA phải tốt nghóa là phải chòu điện áp khi làm việc
bình thường và quá điện áp khi đóng ngắt mạch điện hay do sét. nh
hưởng của quá điện áp do đóng ngắt với điện áp làm việc bình thường ,
thường chủ yếu cách điện chính của MBA , tức là cách điện giữa các dây
quấn với nhau và cách điện giữa các dây quấn với vỏ máy ; còn quá điện
áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của
MBA tức là giữa các vòng dây giữa các lớp dây hay giữa các bánh dây
- về mặt cơ học: dây quấn không đươc biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác
dụng của lực cơ học do dòng ngắn mạch gây ra
- về mặt chòu nhiệt: khi vận hành bình thường cũng như ngắn mạch dây
quấn không có nhiệt độ cao quá
2.1.2.Yêu cầu về chế tạo :
Dây quấn chế tạo đơn giản tốn ít nguyên liệu và nhân công thời gian
chế tạo nhanh giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo về mặt vận hành
Dây quấn máy biến áp là 1 bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào
và truyền tải năng lượng đi
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 22
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực

Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn
biến áp thành 2 kiểu chính : đồng tâm và xen kẽ
1. dây quấn đồng tâm : cuộn hạ áp và cao áp quấn thành những hình
ống đồng tâm, khi bố trí thường cuộn HA đặt trong cùng cuộn CA đặt ngoài
cùng vì sẽ dễ dàng rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm kích thước
cách điện với trụ
2. dây quấn xen kẽ : cuộn CA và hạ áp quấn thành từng bánh có chiều
cao thấp và quấn xen kẽ do đó giảm được lực chiều trục khi ngắn mạch, dây
quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn tuy nhiên dây
quấn xen kẽ kém vững chắc hơn dây quấn đồng tâm mặt khác dây quấn xen
kẽ có nhiều mối hàn giữa các bánh dây
2.2. DÂY QUẤN HẠ ÁP:
2.2.1. Sức điện động của một vòng dây :
U
v
= 4,44.f T
t
.B
t
= 4,44.50.0,035.1,65 = 12,8 V
* Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp :
W
2
=
2f
v
U
U
=
=

231
18,046
12,8
vòng = 18 vòng
Ta tính lại :
U
v
=
=
231
18
12,8 V
* Mật độ dòng điện trung bình :
J
tb
=0,746.k
f
.
=
12
. 10500.12,8
0,746.0,93. .1
. 800.0,33
n v
P U
S d
0
4
=
= 3,5.10

6
A/m
2
= 3,5 MA/m
2
Tiết diện sơ bộ của một vòng dây của dây quấn hạ áp :
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 23
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
T
2
’=
tb
J
I
2
=
6
1154,7
3,5.10
= 329,914.10
-6
(m
2
) = 329,914 mm
2
Theo PL(bảng12), với máy biến áp S=800kVA, I
2
=1154,7A, U
2
=400V,

T
2
’=329,914 mm
2
, ta chọn kết cấu dây quấn hình xoắn kiểu xoắn đơn, chiều
cao rãnh dầu ngang sơ bộ h
r
=5mm. Dựa vào PL ( bảng 9), ta chọn số đệm
cách điện giữa các bánh dây là 8.
Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây (kể cả cách điện ) sơ bộ là :
h
v2
=
− = − =
+ +
2
2
2
0,63
0,005 0,02239
4 19 4
r
l
l
h
W
=22,39 mm
Vì h
v2
>15mm, theo [1] hình (3-40a) trang 84 . Với J<3,5.10

6
, q=2000W/m
2

thì
b khôngvượt quá 16mm, do đó ta chọn dây xoắn kép hình chữ nhật, dây quấn
có rãnh dầu ngang giữa, hoán vò phân bố đều.(dây xoắn kép)
Hình 2-1 Tiết diện 1 vòng dây của dây quấn HA
Theo PL ( bảng 8), ta chọn dây chữ nhật mã hiệu
πσ
, tiết diện mỗi
vòng dây gồm 12 sợi song song , chia thành 2 nhóm ( dây quấn hình xoắn
kép ) mỗi nhóm 6 sợi có rãnh dầu ngang ở giữa hai nhóm là 5 mm .
Qui cách dây quấn HA như sau :
πσ
12.
3,55.8,5
4,05.9
; 29,6
* Tiết diện thực của mỗi vòng dây gồm 2 sợi chập lại là :
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 24
4,05
24
9
5
9
Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực
T
2
=n

2v
.T
d2
.10
-6
=12.29,6.10
-6
=355,2.10
-6
= 355,2 mm
2
* Chiều cao thực của mỗi vòng dây là :
h
v2
=2.b
’
+
δ
=2.9+5 =23 mm
*Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp :
J
2
=
2
2
T
I
=
−
=

6
1154,7
355,2.10
3,25.

10
6
A/m
2
= 3,25 MA/m
2
* Chiều cao thực của dây quấn hạ áp : để bù cho dây quấn cao áp do phải
cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh điện áp,ta bố trí thêm 6 rãnh dầu ngang
mỗi rãnh 15 mm ở giữa chiều cao dây quấn hạ áp, do đó chiều cao thực của
dây quấn hạ áp là:
l
2
=2.9.10
-3
(18+1) +[ (2.18 + 1 - 6).5 + 6.15].0,95.10
-3
= 0,6 m
*Bề dày của dây quấn hạ áp :
a
2
=
− −
= =
3 3
2

12
'
.10 .4,05.10
2
v
n
a
n
0,0243 m
n
v2
: số sợi chập, n
v2
=12 sợi
n : đối với dây quấn hình xoắn mạch kép, n=2
a
’
: chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a
’
= 4,05mm
* Đường kính trong của dây quấn hạ áp :
D
2
’
= d+2a
02
.10
-3
=0,24 + 2.10.10
-3

= 0,26 m
Với a
02
: khoảng cách giữa trụ và dây quấn hạ áp, a
02
=10mm
* Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp :
D
2
’’
=D
2
’
+2a
2
=0,26 + 2.0,0243= 0,308 m
2.2.2. Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp :
G
cu2
=28.t.
−
+ +
= =
3 6 3
2 2
2 2
' "
0,26 0,308
. . .10 28.3. .18.355,2.10 .10
2 2

D D
W T
= 152,53 kg
Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 25