Đồ án Thiết kế máy điện
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN
1
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
• Công suất định mức : 400 kVA
• Điện áp định mức :15/0,4 kV đấu
• Tổn hao không tảI : 840 W
• Tổm hao ngắn mạch : 5750W
• Điện áp ngắn mạch : 4%
/yo-11
• Đặc điểm:Đặt ngoài trời,làm việc liên tục,làm lạnh bằng dầu.
NỘI DUNG TÍNH TOÁN:
• Tinhd toán kích thước chủ yếu
• Tính toán dây quấn CA,HA
• Tính toán mạch từ
• Tính toán các tham số ngắn mạch,không tải
• Tính toán nhiệt
• Bản vẽ tổng lắp ráp.
2
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
CHƯƠNG I :NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN
LỰC
Máy biến áp điện lực là thiết bị chủ yếu của công mghiệp điện lực.Theo
sự phát triển của xã hội và hiện đại hóa của đất nước,qui mô của lưới điện
quốc gia ngày càng được mở rộng và số lượng máy biến áp ngày càng
lớn,yêu cầu kĩ thuật máy biến áp ngày càng cao.Trong quá trình truyền tải để
giảm tổn thất điện năng thì điện áp phải được nâng và hạ xuống 4 đến 5
lần.Do vậy tổng công suất của máy biến áp lớn hơn gấp 6 đến 8 lần công
suất của nhà máy điện.
Ngày nay hiệu suất của máy biến áp được nâng lên rất cao,từ 98 đến
99%,nhưng do số lượng máy biến áp trong hệ thống điện rất lớn nên tổn hao
này cũng đáng kể,vì vậy cần phải giảm đến mửc thấp nhất có thể tổn hao
trong máy biến áp nhất là tổn hao không tải.
Trong quá trình chế tạo thì những máy biến áp cỡ vùa và nhỏ được chế tạo
thành loại ba pha.Còn những máy biến áp cơ lớn được chế tạo thành loại
một pha sau đó được ghép lại thành tổ máy biến áp ba pha.
Công suất máy biến áp ngày càng lớn.Trên thế giới đã chế tạo được máy
biến áp ba pha có công suât đến một triệu kVA và điện áp tới 1150 kV.Để
đảm bảo chất lượng cung cấp điện năng thông thường thì máy biến áp được
chế tạo sao cho có thể điều áp được dưới tải.Máy biến áp được chế tạo với
vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp,độ từ thẩm cao,ngoài ra còn được
cải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cấu nhẹ và bền.
Có thể nói rằng sự phát triển của công nghệ chế tạo máy điện nói chung và
công nghệ chế tạo máy biến áp nói chung đã có những sự phát triển vượt bậc
đã tạo ra những máy có công suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm
đáng kể.
3
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
1.Tính toán các tham số cơ bản
1.Công suất trên mỗi pha của máy biến áp:
Sp
400
3
S 'p
133,3 kVA
3
2.Dòng điện định mức trên một pha máy biến áp:
Dòng điện định mức phía cao áp của máy biến áp:
Sp .103
400.103
3.15.103
I1=
26,7
A
U1
Dòng điện định mức thứ cấp máy biến áp:
Sp.103
3.U2
400.103
3.0,4.103
I2=
577,3
A
3.Điện áp các pha của máy biến áp:
Điện áp bên cao áp của máy biến áp:
Uf1=U1=15000 V
Điện áp bên hạ áp của máy biến áp:
0,4.103
3
U2
Uf2=
230,94
V
3
4.Điện áp thử nghiệm của dây quấn máy máy biến áp.
Theo TCVN ta có điện áp thử nghiệm của máy biến áp:
Dây quấn cao áp của biến áp: Với U1=15 kV thì ta có Ut=38 kV
Dây quấn hạ áp của biến áp : Với U2=0,4 kV ta có Ut=5 kV
5.Kiểu dây quấn trong máy biến áp
Theo phụ lục XV ta có :
4
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Với dây quấn cao áp điện áp U1=15 kV và dòng điện I1= 27,6 A.ta chọn
loại dây xoắn ốc liên tục.
Với dây quấn hạ áp U2=0,4 kV và dòng điện I2=577,3 A,ta chọn dây loại
xoắn ốc mạch đơn
6.Xác định các tham số tính kích thước chủ yếu
Hệ số aR
Ta có :
a1 a2
aR=a12
3
Hệ số aRphụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA
và CA,do đó chỉ khi bố trí xong dât quấn mới có thể xác định chính
xác.Khoảng cách cách điện giữa dây quấn CA và HA là a12 được chọn theo
điện áp thử nghiệm của cuộn CA.
Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có:
Công Điện áp Cuộn CA đến Giữa cuộn CA Giữa hai cuộn
suất thử Ut gông,cm với HA,cm CA,cm
MBA của cuộn
Đầu
thừa,cm
d
12
22
l02
a12
a22
ld2
Sp
CA kV
kVA
400
25
3,0
-
0,9
0,3
1,0
-
1,5
a1 a2
4
Lấy sơ bộ :
k S'p .Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng
3
máy biến áp, vật liệu làm dây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong
MBA.Theo bảng 13.2 TKMĐ ta chọn được k=0,58.
Thay ta có:
5
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
a1 a2
4
4
k S 'p 0,58. 133,3 1,97 cm
3
Vậy ta có:
aR=2+1,97=3,97 cm
Điện áp ngắn mạch tác dụng:
P
5750
n
unr
.100 1,43 %
10SP 10.400
Điện áp ngắn mạch phản kháng:
unx u2 u2 42 1,432 3,74
%
n
nr
Hình dáng sơ bộ của máy biến áp như hình vẽ:
Hệ thống mạch từ sủ dụng hệ thống ba pha ba trụ có mối ghép chéo
góc,ghép thẳng với trụ giữa.
Trụ được ghép bằng băng đai và gông dùng sắt góc ép lại.Thép dùng làm
lõi sắt là thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ
cảm trong trụ BT=1,75 T.
6
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Theo bảng 13.2 với SP=400 kVA thì trụ có 6 bậc,hệ số điền đầy
kd=0,926.
Hệ số ép chặt kc=0,95 ta có hệ số lợi dụng:
ke=kd.kC=0,95.0,926=0,88
Chọn các bậc của gông là 7.Theo phần phụ lục XVII-2 TKMĐ ta có: Hệ
số của gông kG=1,02.Trông đó kG là tỉ số thiết diện giữa gông và trụ.Vì
vậy ta có mật độ từ cảm trong gông BG=BT/1,02=1,75/1.02=1,029 T.
Số khe hở trong mạch từ gồm 4 rãnh chéo ở 4 góc và 3 rãnh vuông ở trụ
giữa.Mật độ từ thông trong rãnh vuông góc là:
B"R=BT= 1,75 T
Từ thông trong rãnh chéo là:
B'K= BT / 2
=1,75/ 2 =1,24 T
Theo bảng V-4 ta có tổn hao trong thép :
+Tổn hao trong trụ
pFeT=1,238 W/kg
pFeG=0,574 W/kg
+Tổn hao trong gông
+Tổn hao từ hóa trong trụ qT =1,956 VA/kg
+Tổn hao từ háo trong gông qG =1,575 VA/kg
Tổn hao từ hóa trong khe hở không khí:
+Tổn hao từ hóa trong khe hở vuông góc q"K= 0,61 VA/cm2
+Tổn hao từ hóa trong khe hở chéo
q'K = 0,0956 VA/ cm2
Theo bảng 13.7 ta có hệ số tổn hao phụ kf=0,91 khi ngắn mạch.Theo
bảng 13.5 và 13.6 ta có được hằng số đối với dây đồng là a=1,4 và b=
0,28.Ta lấy hệ số kR=0,95 là hệ số ép chặt.
Hệ số
= 1,8 – 2,4.
*Ta tiến hành tính toán các hệ số cơ bản :
Hệ số A:
7
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
S 'P aR kR
133,3.3,97.0,95
50.3,74.1,752.0,882
4
4
A=16.
16.
16,51
fUnx B2 k2l
T
Hệ số A1 :
A1=5,66.102.a.A3.k1 5,66.102.1,4.16,513.0,88 313,81 kg
A2=3,6.102.A2 .k1.l0 3,6.102.16,512.0,88.3 25,9 kg
Trong công thức trên l0 là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gông.Tra bảng
ta có được l0=5 mm
B 2,4.102.k1.kG .A3.(a b c) 2,4.102.0,88.1,02.16,513.(1,4 0,28 0,411) 202,72
1
B2=2,4.102.k1.kG .A2 .(a12 a22 ) 2,4.102.0,88.1,02.16,512.(2,7 3,0) 33,47 kg
SP .a2
C1= Kdq
,
2
k .K .B2 u .A2
T
f
L
nr
400.1,42
6,91.0,882.1,752.1,43.16,512
2,46.102.
498,49 kg
P
2
M=0,2453.104.kn .k f .kR .
=
n
a.A
5750
=
0,2453.104.45,862.0,91.0,95.
11,8 MPa
1,4.16,51
Trong công thức trên thì:
.unr
unx
100
kn 1,41.
(1 e
)
un
.1,43
3,74
100
1,41.
.(1 e
) 45,86
4
A B
2
3
2 25,9 33,47
2
2
B=
0,19
B
3
202,72
1
Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là kFe,Cu=2,21
A
313,81
1
C=
0,52
3.B 3.202,72
1
8
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Chọn kcđ=1,06 ta có :
2 C
2 65,98
3 466,13
D=
1 .kFe,Cu.kcd .
.2,21.1,06 0,22
3 D1
Ta có đẳng thức :
x5+Bx4-Cx-D=x5+0,328.x4-0,554x-0,22
Theo phương trình trên ta có min 1,90
Trọng lượng tôn Silic của các góc gông:
Gg=0,493.10-2.kl.kG.A3x3=
=0,493.10-2.0,88.1,02.16,513.x3=19,91x3
Thiết diện của trụ lõi sắt :
ST=0,785.kl.A2.x2=
=0,785.0,88.16,512.x2=188,3x2
Thiết diện khe hở vuông góc :
S”K=ST=188,3.x2
Thiết diện khe hở chéo:
S’K=ST.
2
=188,3.
=266,3.x2
Tổn hao không tải trong máy biến áp :
P0=k’F(pTGT+pG.GG)=
2
.x2=
=1,25(1,238.GT+0,574.GG)=1,54GT+0,717GG
9
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
1.8
2
2.2
2.4
2.153
x=
4
1.158292185 1.18920712 1.217883286 1.24466595 1.211326
2
x2 =
x3 =
4
1.341640786 1.41421356 1.483239697 1.54919334
1.46731
3
4
1.554012038 1.68179283 1.806412836 1.92822821 1.777391
270.9247321 263.881704 257.6683691 252.123872 259.0632
34.74849637 36.6281313 38.41590816 40.1241075 38.00334
A1/x=313.81/x
A2x2=25.9.x2
GT=A1/x+ A2x2
B1x3=202.72.x3
B2x2=33.47.x2
GG= B1x3+ B2x2
GFe=GT+GG
305.6732285 300.509835 296.0842773
315.0293204 340.933043 366.1960101 390.890422 360.3127
44.90471712 47.3337279 49.64403267 51.851501 49.11088
292.24798 297.0666
359.9340376 388.266771 415.8400428 442.741923 409.4236
665.607266 688.776606 711.9243201 734.989902 706.4902
30.94037969 33.4844953 35.96567957 38.3910236 35.38786
Gg=52,35.x3
P0=1,7GT+1,563GG
Q0=2,445GT+1,969GG
728.8094768 741.172421 754.1270977 767.507847 751.0393
4663.655898 4965.56506 5261.140361 5550.95091 5192.218
+97,8Gg+136,5x2
i0x=Q0/10SP
1.165913975 1.24139126
1.31528509 1.38773773 1.298054
Gdq=C1/x2
474.3818214 450.038111 429.0945025 410.826708 433.7528
787.4738236 747.063264 712.2968741 681.972336 720.0296
1740.31715 1651.00981 1574.176092 1507.15886 1591.265
1742.11715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418
GCu=1,66Gdq
kCùeGCu=2,21GCu
C’td=GFe+kCuFeGCu
J=0,91.5750/2,4Gdq
3.143803514 3.20102184 3.254096592
3.3036668
3.44196
=M.x3
cp
14.23475027 15.4052223 16.54674158 17.6625704
16.2809
10
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
d=A.x
19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899
26.77276557 27.4873333 28.15015426 28.7692089 27.99859
d12=ad=1,4d
l= d12/
46.70360216 43.1551132 40.17794745 37.6397149 40.83398
5.354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717
2a2=bd
C=d12+a12+2a2+a22
37.82731868 38.6847999 39.48018512 40.2230506
39.2983
Ta thấy rằng giá thành thấp nhất của máy biến áp khi
nằm trong khoảng
1,8 đến 2,4.Khi đó ta có đường kính của trụ nằm trong khoảng 19,21đến
20,54 cm.Trong khoảng đường kính đó các thông số đạt yêu cầu.Ta chọn
đường kính trụ d=20 cm.Khi đó ta có x=1,211 vậy
=2,153
Thiết diện lõi sắt của mạch từ:
ST=188,3.x2=188,3.1,2112=276,14 cm2
Đường kính trung bình của lõi sắt:
d12=a.A.x=1,4.16,51.1,211=28 cm
Chiều cao dây quấn của máy biến áp:
d12
.28
2,153
L =
=40,85 cm
Chiều cao của trụ lõi sắt:
lT =l +2.l0=40,83+2.3=43,13 cm
Khoảng cách giữa các trụ và lõi sắt :
C = d12+a12+2a2+a22 = 41,1 cm
Điện áp trên một vòng dây:
UV= 4,44.f.BT.ST.10-4=
11
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
= 4,44.50.1,75.276,1410-4=10,72 V
Trọng lượng sắt của máy biến áp:
GFe=706,49 kg
Trọng lượng đồng trong máy biến áp:
Gdq=433,38 kg
Mật độ dòng điện trong máy biến áp:
J = 3,44A/mm2
Ứng suất trong dây quấn cho phép của máy biến áp:
cp = M.x3 =16,28 Mpa
Tổn hao không tảI trong máy biến áp thiết kế :
P0 = 751 W
Dòng tổn hao không tải:
i0%= Q0/10SP=1,298 %
1.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP:
Số vòng dây quấn hạ áp:
w2= Uf2/UV=230,94/10,72=21,54 vòng
Ta lấy w2=22 vòng.Khi đó ta có điện áp rơi trên một vòng dây
UV=230,94/22=10,5 V
Mật độ dòng điện trong dây quấn :
P .Uv
5750.10,5
400.28
3,66A/ mm2
n
J2 =0,746.kf.
0,746.0,91.
SP .d12
Thiết diện của dây quấn hạ áp tính toán:
S’dq2=I2/J2=230,94/3,66 = 63,1 mm2
Chọn dây quấn của máy biến áp là dây quấn xoắn ốc kép một lớp.Chọn
khoảng cách rãnh dầu trong máy biến áp hr=0,5 cm.
Chọn số đệm dọc theo chi vi của dây quấn của cuộn dây của cuộn hạ áp là
12 chiếc.Chiều rộng tấm đệm là 4 cm.
12
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Chiều cao hướng trục của dây quấn hạ áp :
l
40,85
hv2 =
hr
0,5 1,28 cm
w2 1
22 1
4,512,5
5,013,0
Chọn dây là 3 sợi dây ghép song song loại PB .Thiết diện 1 sợi là:
Các sợi được chia làm hai mạch ghép song song có rãnh dầu ở giữa.
Thiết diện của một vòng dây tổng bằng:
S2=3.55,39=166,17 mm2
Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức:
J2=577,3/166,17=3,47 A/mm2
Chiều cao dây quấn hạ áp:
Ta tiến hành tính toán chiều cao dây quấn hạ áp bằng cách cho chiều cao dây
quấn hạ áp bằng chiều cao dây quấn cao áp.
Chiều cao dây quấn hạ áp được tinh theo công thức:
l 2b'(w 1) k h w (w 1)
2
2
r2
2
2
Trong công thức trên:
l2 : Chiều cao thực tế của cuộn hạ áp
b’ : Chiều rộng của một sợi dây quấn
w2 : Số vòng dây cuộn hạ áp
k : Hệ số khi kể đến sự co ngót của dây quấn khi ép chặt để
sây khô.thông thường k=0,94-0,96,ta lấy k=0,95
hr2 : Chiều cao rãnh dầu làm mát
: Chiều cao cách điện giữa hai mạch =0,1-0,15.Ta lấy
=0,1.
Ta tiến hành bố trí cuộn dây hạ áp có chiều cao tương đương như cuộn cao
áp.Do vậy thì số rãnh thông dầu của máy biến áp phảI chọn sao cho thỏa
mãn được điều kiện về chiều cao.Để đơn giản trong thiết kế và lắp đặt ta
13
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
chọn tất cả các rãnh thông dầu đều có kích thước bằng nhau.Ta có phương
trình:
l 2.1,3(22 1) 0,95 h 22 0,1(22 1) 72,43cm
2
r2
Ta có chiều cao rãnh thông dầu:
hr2 = 0,78 cm
Kích thước rộng của dây quấn:
n
12
a2 v1 a' .0,5 3,0cm
2
2
Trong thủ nghiệm cao áp thì với cấp điện áp 0,4 kV, điện áp thử nghiệm là
5 kV.Trong kết cấu dây quấn kiểu xoắn ốc ta có a01=1,5 đó là khoảng cách
từ cuộn hạ áp dến gông.
Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
D’2= d+2a01 = 20+2.1,5 = 23 cm
Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:
D”2= D’2+2.a2 = 23+2.3 = 29 cm
Đường kính trung bình của dẩ quấn hạ áp:
Dtb2= (D’2+D”2)/2 = (23+29)/2 =26 cm
Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp :
1,07.J2wbkf
q2
k3 (b' a1)
Trong công thức trên :
q2 : Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp
J2 : Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp
wb : Bề rộng dây quấn hạ áp kể cả đến cách điện
kf : Hệ số tổn hao phụ
k3 : Hệ số của dây quấn
Thay số ta có:
14
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
1,07.3,66.577,3.0,5.1,05
q2
535,01 W/m2
0,75(1,483 3)
Trọng lượng dây đồng trong dây quấn hạ áp:
Gdq2 28.a2.D .w2.S2.105
tb2
Thay số ta có :
Gdq2 28.3.26.22.166,17.105 79,84kg
Trọng lượng dây quấn hạ áp kể cả cách điện :
G0dq2 = 1,02Gdq2=1,02.79,84=81,44 kg
2.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP
Do yêu cầu của máy biến áp có điều chỉnh điện áp nên ta tiến hành thiết kế
dây quấn cao áp có các đầu ra cho phép điều chỉnh điện áp.Chọn điều chỉnh
điện áp là 2 2,5%
.
Dòng điện qua tiếp điển của bộ điều chỉnh bằng 72,168 A.
Điện áp của hai đầu điều chỉnh :
Sơ đồ đầu điều chỉnh điện áp :
15
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Điện áp giữa hai đầu điều chỉnh điện áp -5 và +5 bằng :
Uđcf = 10%.U1 = 10%.15.103 =1500 V
Điện áp thử của cuộn dây điều chỉnh :
Utđcf = 2.Uđcf =2.230,94 = 461,88 V
Điện áp giữa hai nấc điều chỉnh kiên tiếp của cuộn dây cao áp :
Udc 2,5%.15.103 375
V
Đặt tên các đầu điều chỉnh như bảng dưới đây :
Đầu điều chỉnh
Tên
+5%
A1
+2,5%
A2
0%
-2,5%
A4
-5%
A5
A3
Điện áp kV
15750
15375
15000
14625
14250
Đối với dây quấn cao áp ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục.
16
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Số vòng dây cơ bản của cuộn dây cao áp :
U1
U2
15
w w2 .
22.
825 vòng
1
0,4
Số vòng dây điều chỉnh điện áp của cuộn dây cao áp:
Udcf
UV
1500
10,5
w
142,86 vòng
1dc
Số vòng dây ứng với một nấc điều chỉnh điện áp :
w
461
4
1dc
w'1dc
115 vòng
4
Mật độ dòng điện sơ bộ trong dây quấn cao áp:
J '1 2Jcp J2 2.3,47 3,66 3,28 A/mm2
Thiết diện sơ bộ của dây quấn cao áp:
S’1= If1/J’1= 26,7/3,28 = 8,14 mm2
Dùng dây xoắn ốc liên tục với dây dẫn là loại dây PB.Số sợi dùng là 1
sợi,thiết diện dây cao áp bằng :
1,505,00
2,005,5
S1
7,29mm2
17
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Mật độ dòng điện trong dây quấn cao áp:
I f 1
26,7
J1
3,66 A/mm2
S1 7,29
Giữa hai bánh dây kép ta thiết kế một rãnh dầu rộng 0,5 cm.Giữa hai lớp dây
quấn của dây quấn kép ta đặt lót cách điện dày 0,05 cm.Ở hai rãnh dầu dây
quấn ta để một khe hở 0,75 cm để tăng cường cách điện.Khe hở giữa hai nửa
cuộn dây ta đặt bằng h=1,25 cm,chiều cao của một bánh dây b’=0,55 cm.
Số bánh dây của cuộn dây cao áp:
2(l2 hK )
2b' hK 2.0,55 0,5 0,1
2(72,43 0,5)
nk1
85,8 cm
Chọn số bánh dây của cuộn dây cao áp là 80 bánh.Số vòng dây trong một
bánh:
w
825
80
1
w'b1
10,3 vòng/bánh
nK1
Ta tiến hành chia số vòng dât trung bình cho mỗi bánh:
+ Chọn 58 bánh cơ bản, mỗi bánh có 11 vòng ,bánh 59 có 7 vòng ,tổng
cộng có 645 vòng
+ Chọn 4 bánh cách điện tăng cường,mỗi bánh có 9 vòng,tổng cộng có 36
vòng
+ Chọn 12 bánh cách điện tăng cường ,mỗi vòng có 12 vòng,tổng cộng
có 144 vòng
Tổng cộng có 645+36+144=825 vòng
Sơ đồ bố trí dây quấn như hình vẽ :
18
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Trong hình vẽ trên :
Bánh dây T : Bánh dây có quấn cách điện tăng cường
Bánh dây C : Bánh dây cơ bản
Bánh dây D : Bánh dây điều chỉnh điện áp
Chiều cao của cuộn dây cao áp :
l b'.n k h (n 2) h 0,55.60 0,65.4 0,95(0,75.4 1,25 0,1.30 0,5.28) 55,8cm
dc
1
b2
r
b2
Đường kính trong của cuộn dây cao áp :
D’1= D”2+2.a12 = 29+0,9 = 29,9 cm
Số vòng dây trong một bánh dây:
wb1= w2/nb2=825/70=11,78 vòng
Lấy tròn wb1=11 vòng
Chiều dày của cuộn dây cao áp :
a1 = a’2.wb1= 11.0,5 = 5,5 cm
Đường kính ngoài của cuộn dây cao áp :
D”1 = D’1+2.a1 = 29,9+2.5,5 = 40,9 cm
Đường kính trung bình của dây quấn cao áp :
Dtb1= (D’1+D”1)/2 = (29,9+40,9)/2 = 35,4 cm
Suất tản nhiệt của cuộn dây cao áp :
1,07.J1.I f 1w .kf
1,07.3,66.26,7.0,2.1,05
1
q1
5,14 W/m2
k3 (b' a1 )
0,75(0,2 5,5)
Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp :
19
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Gdq1= 28.a1.Dtb1.w1.S1.10-5=
= 28.5,5.35,4.825.7,29.10-5 = 108,6 kg
Trọng lượng dây quấn cao áp khi kể cả tới cách diện :
G0dq1 = 1,02.Gdq1 = 1,02.208,6 =212,8 kg
Kích thước dây quấn của máy biến áp :
20
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ
Trong thiết kế ta dùng loại thép 3407 chiều dày là 0,3 mm ta không dùng
cách điện bổ xung trong mạch từ.
Kích thước của trụ mạch từ d=23 cm.Trụ trong máy có 6 bậc
Thiết diện của trụ :
S a b
bT
T
T
Trong công thức trên :
SbT : Diện tích của trụ
aT : Chiều cao một bậc
bT : Chiều rộng một bậc
Công thức tính đường kính trụ dựa vào hệ số hình dáng và số bậc :
D k0 St
t
2
2
D
23
t
Nên ta có :
S
379,9 cm2
t
k0
1,18
k0 tra theo bảng 10.1 TK MBA –Phạm Văn Bình,Lê Văn Doanh
Thiết diện của trụ thuần sắt tương ứng :
S’T = kcSt = 0,95.379,9 = 361 cm2
21
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tổn hao cơ bản trong máy biến áp :
+Tổn hao đồng trong cuộn dây hạ áp :
P
2,4.J 2.Gdq2 2,4.3,662.79,84 2566,8 w
dq2
+Tổn hao đồng trong cuộn dây cao áp :
P 2,4.J 2.Gdq1 2,4.3,472.117,34 3390
w
dq1
Tổn hao phụ trong máy biến áp :
Tổn hao phụ trong máy biến áp :
Pf=kfPCu
Trong công thức trên :
+Pf : Tổn hao phụ
+PCu: Tổn hao đồng trong máy biến áp
+kf : Hệ số tổn hao phụ
kf 1 0,95. 2.a4.n2
Trong đó :
b.m
:Hệ số dây dẫn
kR
l
+Tổn hao phụ trong dây quấn hạ áp :
2
4
kf 2 1 0,95.2 .a2 .n2
Ta có :
2
bm
1,32.24
57,78
2
2
2
k
.0,95 0,27
R
l
Thay số ta có :
2
4
kf 2 1 0,95.2 .a2 .n2 1 0,095.0,27.0,414.62 1,026
+Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp :
kf 1 1 0,95.12.a14.n2
Ta có
2
bm
l
0,5.24
57,78
2
12
k
.0,95 0,040
R
Thay số ta có :
kf 1 1 0,95.12.a14.n2 1 0,095.0,040.0,154.192 1,006
Tổn hao cơ bản trong dây dẫn qui đổi:
Chiều dài dây dẫn qui đổi :
22
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
ldd2=7,5.l=7,5.40,85=306,37 cm
Trọng lượng đồng trong dây quấn hạ áp qui đổi :
Qdd2=ldd2S2
Cu..10-8=306,37.166,17.8900.10-8= 4,53 kg
Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức :
2
Pdd2=2,4.J2 .Qdd2=2,4.3,662.4,53=145,6 W
Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp qui đổi :
Qdd1=ldd1S1.
Cu.10-8=306,37.7,29.8900.10-8=0,2 kg
Tổn hao trong dây quấn cao áp :
2
Pdd1=2,4.J1 .Qdd1=2,4.3,472.0,2=5,78 W
Tổn hao thùng dầu và các chi tiết khác qui đổi :
Ptđ=10.k.SP=10.0,025.400=100 W
Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp được thiết kế :
Pn=Pdq1kf1+Pdq2kf2+Pdd1+Pdd2+Pt =
đ
=.1,006+2566,8.1,026+5,78+145,6+100 =
=6066,1W
Sai số trong tính toán công suất không tảI so với yêu cầu đặt ra :
6066,15780
U%
.100 4,96%
5780
Ta thấy U%=4,96%< 5% Thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổn thất điện áp trong dây quấn cao áp trong điều kiện tỏa nhiệt bình
thường:
P’n=Pn-0,05(Pdq1kf1)=5780 - 0,05(3390.1,006)=5609,48W
Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm :
unr=P’n/(10.SP)=5609,48/(10.400)=1,40 %
Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm:
7,92S'P..aR.kR.kq
unx
.103
2
UV
Ta có :
7,92.133,33.1,74.4,25.0,946.1,028
10,42
unx
.103 3,65
%
Điện áp ngắn mạch của máy biến áp :
2
un unr2 unx 1,42 5,652 3,91
%
Sai số trong tính toán :
4 3,91
un %
2,25%
4
Ta thấy sai số nhỏ hơn 5% vì vậy chấp nhận được.
Dòng ngắn mạch hiệu dụng của máy biến áp :
Incđ=If1.100/un=26,7.100/3,91=682,86 A
Dòng điện ngắn mạch đỉnh :
23
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
In max=1,41.kmax.Incđ=1,41.1,540.682,86=1482,77 A
Trong công thức trên thì :
.unr
.1,14
unx
5,82
kmax 1 e
1 e
1,540
Lực điện động cực đại trong dây quấn của máy biến áp :
2
2
F 0,628 i w ..k .106 0,628 682,86.825 .1,74.0,946.106 328064 N
K
nmax
R
Ứng suất trên cuộn dây cao áp :
FK
328064
K
9,28 Mpa
2.w .s1 2.825.7,29
1dm
Ứng suất cho phép của dây quấn cao áp cp =60 Mpa
Ta thấy ứng suất của dây quấn cao áp thỏa mãn yêu cầu ứng suất cho phép.
Lực do từ trường tản gây ra trong dây quấn cao áp :
aR
4,25
F't FK
328064.
17066
N
2l
2.40,85
Do dây quấn không được quấn đồng đều nên xuất hiện lực điện động doc
trục thứ hai :
lx
l"kRm
F" FK
t
Trong công thức trên :
+ l” : Khoảng cách từ trụ đến thùng dầu
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cách bố trí dây quấn ta có m = 4
Ta có : l”=(B-d)/2 với B là chiều rộng của thùng dầu
d là đường kính trụ
Sơ bộ lấy l”=25 cm
Thay số ta có :
lx
l"kRm
8,05
F" FK
328064.
27917
N
t
25.0,946.4
Lực điện động lớn nhất trong dây quấn của máy biến áp :
+ Lực điện động lớn nhất trong dây quấn hạ áp :
Ft2=F’t+F”t=17066+27917=44983 N
+ Lực điện động lớn nhất trong dây quấn cao áp :
Ft1=F”t-F’t=20845-9009=11836 N
Trong phân bố dây quấn ta thấy lực điện động lớn nhất là ở giữa dây quấn.
24
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ THÙNG DẦU
I TÍNH NHIỆT ĐỘ CHÊNH LỆCH QUA TỪNG PHẦN:
1). Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài
Đối với dây quấn hạ áp:
Dây quấn làm bằng dây chữ nhật nhiệt độ chênh chủ yếu là hiệu số
nhiệt độ của các lớp cách điện, theo (6-1) ta có:
q2 .
02 =
2 .104 (0c)
cd
cd = 0,17 tra trong bảng 50 với vật liệu cách điện là giấy tẩm dầu
P .k f 2
Cu2
q2 =
= 840,6 (W/m2)
M 2
(q2 được tính theo côngthức 96-2) với M2 là bề mặt làm lạnh của dây quấn
hạ áp).Vậy:
840,6
02 =
.0,25.103 1,236 (0c)
0,17
Đối với dây quấn cao áp:
Dây quấn làm bằng dây dẫn tròn ta coi dây quấn như một khối có hai
mặt tiếp xúc với dần và qua tính toán cho thấy nhiệt độ phân bố trong cuộn
dây có dạng parabol thì đối với chỗ nóng nhất là ở giữa dây quấn có nhiệt độ
2. Do đó nhiệt độ chênh trong lòng so với mặt ngoài dây quấn được tính
theo (6 - 3a) hình 1
Vậy:
P .a2
1
1
01 = 1 - 2 =
.
8.tb
25
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
a1 là chiều dày của dây quấn
a1 = 5,5 (mm)
p1 là tổn hao trong đơn vị thể tích dây quấn
Đối với dây quấn đồng được tính theo (6-4a)
21.d 2
1
pCu1 = 1,68
.102
(d '1 .L )d '1
1
với L = 0,17 (mm) là chiều dầy cách điện trong các lớp
A: tính bằng A/mm2
tb: là suất dẫn nhiệt trung bình được tính theo (6-5)
. (d '1 )
l1
l1
tb1 =
.. .d '1
l1
l1
L1 = 0,17 là dẫn suất điện giữa các lớp tra trong bảng 50:
cđ = 0,17
- là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn tính theo (6-6) ta có
cd
=
0,7.
,
d1 .d
Trong đó: =
1 =0,1316
d1
W
= 0,67(
.C0 )
mm
W
0
= 0,17
tb1
.C
mm
01 1,280 C
2
0tb1 .01 0,850 C
3
2). Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài của dây quấn với dầu.
26
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Hiệu số nhiệt độ này phụ thuộc vào năng lượng tổn hao của dây quấn
và thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng
(6-10a)
0d = k.q0,6
Trong đó:
k = 0,285
q – mật độ dòng nhiệt dây quấn (w/m2)
0,6 – chỉ số luỹ thừa kinh nghiệm
Hạ áp:
0d2 = k.q20,6 = 0,285.840,60,6 = 14,668 0 C
Cao áp:
0d1 = k.q10,6 = 19,48710C
pCu .k f 1
p1
3121
Với q1 =
=
1632,67
M
M1 1,9116
• Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu:
- Hạ áp: 0dtb2 = 02tb + 0d2 =15,90C.
- Cao áp: 0dtb1 = 01tb + 0d1 = 20,3370C.
I. Tính toán nhiệt thùng dầu:
1). Chọn loại thùng dầu:
Căn cứ vào dung lượng máy biến áp và bảng 54 ta chọn thùng dầu
ống, làm lạnh bằng dầu (S = 400 KVA)
2). Chọn các kích thớc tối thiểu bên trong của thùng.
Căn cứ vào kích thước đã biết của lõi sắt, dây quấn để chọn các
khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn
đến vách thùng và các bộ phận nối đất khác của máy biến áp.
27
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
1). Chiều rộng tối thiểu của thùng:
Theo (6-14) ta có
B = D’’ + S1+ S2+ d1+ S3+ S4+ d2
1
2). Chiều dài tối thiếu của thùng:
A = 2C + D”1+ 2S5
Trong đó:
S1: Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn cao áp đến vách thùng dầu:
S1 = 2,3(cm). Bảng 27
S2: Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn cao áp đến các bộ phận nối đất
như xà ép gông S2 = 2,5(cm). Bảng 27
S3: Khoảng cách từ dây quấn hạ áp đến mặt dây quấn cao áp S3 = 2(cm)
S4: Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp đến vách thùng
S4 = 2(cm)
S5: Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng
S5 = S3 + d2 + S4
Với d1 = 4,154(cm) ; d2 = 5,2(cm)
S5 = 8,154(cm)
Vậy:
A = 2.37,8593+36,9593+2.8,154=128,9859(cm)
B = 55,1133(cm)
3).Chiều cao của thùng:
H = H1 + H2
H1: là khoảng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi thép
H1 = LT + 2hG + n
n: Chiều dày tấm lót gông dới: n = 5(cm)
H2:Khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng
H2 = 30 (cm) tra bảng 55
28
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
Thực tế thì : H2 = 2.H1 = 2.30 = 60(cm)
Hệ số 1,5 là để đảm bảo bề mặt tản nhiệt của thùng
H1= 82,5796(cm).
Vậy: H = 68,0818 + 60 = 128,0818(cm).
Cuối cùng ta thấy:
- Chiều dài tối thiểu: A = 128,9859(cm)
- Chiều rộng tối thiểu: B = 55,113(cm)
- Chiều cao của thùng: H = 142,9859(cm)
dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c kÝch th-íc cña thïng
3. Tớnh toỏn nhiệt thựng dầu
Thùng dầu đồng thời là vỏ máy của m.b.a trên đó có đặt các chi tiết máy
rất quan trọng như sứ ra của các dây quấn CA và HA, ống phũng nổ,...vỡ vậy
thựng dầu ngoài yờu cầu tản nhiệt tốt cũn phải đảm bảo các tính năng về điện
29
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
§å ¸n m«n häc
ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn
(như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với vỏch thựng), có độ bền cơ
học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bờn ngoài.
a, Chọn loại thựng dầu
Thùng làm bằng thép. Tùy theo dung lượng của m.b.a mà hỡnh dỏng và kết
cấu thựng khỏc nhau. Với cụng suất m.b.a SP=200KVA, ta chọn thựng cú vỏch
dạng cỏnh súng, khụng cú bỡnh gión dầu, thựng hoàn toàn kớn..
Cỏnh súng được chế tạo từ tôn tấm dày ọ=(0,81,0)mm hàn vào thành
thùng. Loại thùng này đó được dùng cách đây khá lâu nhưng do nhược điểm là
quá nhiều mối hàn so với kiểu ống nên sau đó đó bị loại bỏ. Tuy nhiờn, hiện nay
cụng nghệ hàn nhất là hàn tự động phát triển, nên nhược điểm trên đó được khắc
phục. Thùng có cấu tạo đơn giản, cánh sóng có thể được uốn trũn hoặc gấp hai
mộp bằng kỹ thuật hàn tiếp xỳc lăn. Có thể dùng bỡnh gión dầu hoặc khụng. Khi
khụng cú bỡnh gión dầu thỡ dầu cú thể tự gión nở tự do trong cỏnh sóng nhờ độ
đàn hồi của cánh, thùng hoàn toàn kín.
1
s
Dõy dẫn ra CA
3
s
2
d
Dõy dẫn ra HA
Để xác định các
khoảng cỏch giữa m.b.a với thựng. d1
4
2
s
s
Dõy quấn CA
Dõy quấn CA
Ta sử dụng thùng có đáy chữ nhật.
- Chiều ngang thựng
B D1'' s1 s2 d2 s3 s4 d1
trong đó:
d1- đường kính dây dẫn ra CA.
d2- bề rộng dõy dẫn ra HA.
d1=2.d’=2.1,645=3,29(mm)
d2=2.a’=2.3,30=6,60(mm)
tra phụ lục XIV.6-TL1 khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng
U 5KV,d 0,6cm s 2,2cm
t2
2
4
Ut1 45KV,d1 0,6cm s2 5,0cm
30
§¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Tải về để xem bản đầy đủ
35 trang
11/09/2024
330
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế máy điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- do_an_thiet_ke_may_dien.doc
