Luận văn Thiết kế máy biến áp 1 pha
§å tèt nghÖp
ThiÕt kÕ m¸y bin ¸p mét p
Luận văn tốt nghiệp
Đề tài:Thiết kế máy biến áp
1 pha
1
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN.
2.1 Tính dòng điện cao áp và hạ áp của máy biến áp một pha.
+ Phía cao áp :
S.103 S.103 50.103
I
2,273(A).
2
UCA
U
22.103
2
+ Phía hạ áp :
S.103 S.103 50.103
I
227,27 (A).
1
UHA
U
220
1
Trong đó:
S : công suất biểu kiến của máy biến áp một pha (kVA).
U2 : điện áp định mức của máy biến áp một pha phía cao áp (kV).
U1 : điện áp định mức của máy biến áp một pha phía hạ áp (kV).
2.2 Điện áp thử nghiệm của dây quấn theo TCVN .
+ dây quấn cao áp với UCA = 22 kV thì Ut = 50 kV.
2
§å ¸n tèt nghiÖp
+ dây quấn hạ áp với UHA = 0,22 kV thì Ut = 5 kV.
Các kích thước chủ yêú :
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
C
C
01
a01
0
l
1
a a
12
2
a
d
d12
H×nh 2.1 C¸c kÝch th-íc chñ yÕu cña m¸y
biÕn ¸p mét pha hai d©y quÊn.
3
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Trong đó:
+ C: Chiều rộng cửa sổ mạc từ.
+ d: Đường kính trụ sắt.
+l: Chiều cao dây quấn , hai dây quấn cao áp và hạ áp thường có chiều
dài bằng nhau.
+d12: Đường kính trung bình của hai dây quấn .
+ a01: Khoảng cách từ trụ đến cuộn hạ áp .
+ a12: Khoảng cách điện giữa cao áp và hạ áp .
+ a2: Bề dầy cuộn cao áp .
Chiều rộng quy đổi của rãnh từ trường tản giữa cao áp và hạ áp , với Uth2 =
50 kV, theo bảng 19 sách thiết kế máy biến áp Phan Tử Thụ, ta chọn:
a12 = 20 mm.
12 = 5 mm : chiều dày ống cách điện giữa hạ áp với trụ sắt.
3. Tính chiều rộng quy đổi từ trường tản.
4
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
a a
1
2
ar a
12
3
Trong đó:
ar: Là chiều rộng quy đổi từ trương tản(mm).
a1,a2: Là bề dầy cuộn hạ áp và cao áp .
a1 a2
k.4 S.102 0.54.4 50.102 14,4 (mm).
3
k: là hệ số tra bảng 12 sách thiết kế máy biến áp của Phan tử Thụ, k =
0,64 0,51, ta chọn k =0,54.
4.Hệ số quy đổi từ trường tản lấy sơ bộ: kr = 0,95.
5. Các thành phần điện áp ngắn mạch: TCVN
+ Điện áp ngắn mạch: Un% = 5%.
+ Thành phần tổn hao không tải: P0= 270W.
+Thành phần tổn hao ngắn mạch: Pn = 850 W.
+Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng :
Pn
850
Unr
1,7%
10.sdm 10.50
5
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
+ Thành phần điện áp ngắn mạch phản tác dụng :
2
2
Unx Un Ur 52 1,72 4,71%
.
6. Các thông số mạch từ máy biến áp một pha.
+ Mạch từ máy biến áp một pha thiết kế dạng chữ E với dây quấn kiểu
trụ quấn giữa trụ, mạch từ có mối ghép chéo ở góc , ghép thẳng với trụ giữa.
Trụ dùng băng đai, gông dùng sắt ép lại, lõi thép dùng thép cán nguội đẳng
huớng 3406 dày 0,35 mm.
+ Chọn mật độ từ thông sơ bộ: BT = 1,62 T.
+ Theo bảng 13.2 sách thiết kế máy kế máy điện – Trần khánh Hà+
Phan Tử Thụ với S = 50 kVA chọn sơ bộ số bậc của trụ là 6.
+ Hệ số điền đầy:
ST
KP
0,92
.
SK
+ Hệ số ép chặt KC = 0,93 0,94, sơ bộ chọn KC =0,93.
+ Hệ số lợi dụng lõi sắt:
Kld KC .KP 0,93.0,92 0,866
.
+ Số bậc của gông trên và dưới thường ít hơn số bậc của trụ một bậc
nhằm mục đích đảm bảo lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép ép gông.
+ Hệ số ép gông: tỷ lệ giữa tiết diện gông và tiết diện trụ.
6
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Sg
Kg
ST
, theo bảng 6 sách thiết kế máy biến áp của Phan Tử Thụ ta
chọn Kg = 1,02.
+ Mật độ từ thông trong gông:
- Từ cảm trong gông: Bg = 1,62/1,02 = 1,585 T.
- Từ cảm ở khe hở không khí với mối nối thẳng: Bk = BT = 1,62 T.
- Từ cảm ở khe hở không khí với mối nối xiên: BK’’ = 1,62/ 2 = 1,46.
7. Các thông số tổn hao của mã hiệu thép.
Theo bảng 44-4 đặc tính mã hiệu thép 3404, dày 0,35 mm sách thiết kế
máy biến áp ta có
+ Tổn hao trong thép: PFeT = 1,358w/kg; PFeG = 1,251w/kg.
+ Tổn hao trong trụ: QT = 1,956 VA/ kg; trong gông QG = 1,575VA/ kg,
trong khe hở vuông góc qK’’ = 0,61VA/ cm2, khe hở chéo qK’’= 0,0956VA/
cm2.
8. các thông số khác.
+ Theo bảng 13.7 sách thiết kế máy điện – Nguyễn Hồng Thanh, hệ số
tổn hao phụ chọn Kf =0,91 khi ngắn mạch và bảng 13.5 cho hằng số đối với
dây đồng là: a = 1,3; b = 0,4.
Trong đó:
7
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
a = d12/d: tỷ số giữa tri số trung bình giữa hai dây quấn và đường kính
trụ sắt d.
b = 2. a2/ d: tỷ số giữa bề dày cao áp và đường kính trụ sắt.
+ Hệ số hình dáng máy biến áp .
.d
12
1,2 3,8.
l
Tính toán các tham số cơ bản.
1. Đường kính trụ sắt.
d = A.x.
S.ar .Kr
4
A 0,507.
2
2
f.Unx .Bt .Kld
Trong đó:
S = 50 kVA: công suất định mức máy biến áp một pha.
ar: chiều rộng quy đổi từ trường tản.
Kr = 0.95 : hệ số quy đổi từ trường tản.
f = 50 hZ: Tần số dòng điện;
Unx = 4.7% - thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng.
Bt = 1.62T : mật độ từ cảm trong trụ.
8
§å ¸n tèt nghiÖp
Kld = 0,86: hệ số lợi dụng lõi sắt.
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
2.Trọng lượng trụ sắt.
A1
GT
A2 .x2
.
x
Trong đó:
d = A.x; d12= a.d = A.d.x; = x4.
A1 =1,89.104.a.A3.Kld =1,89.104.1,3.0,12113.0,86 = 40 (kg).
A2 =1,2.104.a.A2.Kld.l0 =1,89.104.1,3.0,12112.0,86.20.10-3 = 4,41 (kg).
S.ar .Kr
f.Unx .B2t .K2ld
50.0,0344
50.4,44.1,622 0.86
4
A 0,507.
0.507.
0,1211.
3.Trọng lượng sắt gông.
+ Gông máy biến áp một pha có thể tính như sau: Một bộ phận trong
phạm vi hai trụ của hai gông biên, có tiết diện Sg với chiều dài 2.C và trọng
lượng của bộ phận này ở gông trên và dưới là Gg’; Một bộ phận gồm hai nửa
góc mạch từ ở phía ngoài của hai gông biên với trọng lượng của gông trên và
gông dưới là Gg’’; Một bộ phận gồm hai trụ biên có trọng lượng bằng trọng
lượng của trụ giữa:
GG G'g' G'g GT .
9
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
G''g/4
e.d
C
C
G'g/2
b)
a)
H×nh 2.2.a) Quy ®æi nöa tiÕt diÖn trô bËc thang vÒ
h×nh ch÷ nhËt; b) C¸c phÇn cña g«ng.
+ Trọng lượng của trụ sắt ở bộ phận thứ nhất là:
G'g 2Sg .2.c.
Trong đó:
.
Fe
C = 0,5.d12+0.25d+0,5a12+ a2+a22: chiều rộng cửa sổ mạch từ.
d12: đường kính trung bình của hai dây quấn hạ áp và cao áp.
a12: khoảng cách giữa cuộn hạ áp và cao áp .
a2: bề rộng cuộn cao áp .
a22: khoảng cách cuộn cao áp đến gông.
10
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
+ Trọng lượng sắt gông ở bộ phận thứ hai:
G'g' 4Sg .e.d. 4Sg .e.A.x.
.
Fe
Fe
e: hệ số quy đổi nửa tiết diện gông biên về hình chữ nhật tương đương
e.d. Chọn e = 0,45.
+ Công thức tính trọng lượng gông:
GG = B1.x3+B2.x2+GT.
B1=1,2.104.Kg.Kld.A3.(a+b+e)
=1,2.104.1,03.0,86.0,12113.(1,3+0,4+0,405) = 42,459(kg).
B2 = 1,2.104.Kg.Kld.A2.(a12+2.a22)
= 1,2.104.1,03.0,86.0,12112.(0,002+0,03) = 5,45(kg).
4. Tổn hao không tải.
P0 kff' (pT .GT pG .GG )
Trong đó:
.
pT, pG: suất tổn hao trong trụ và gông của máy biến áp .
k'f - hệ số tổn hao phụ trong lõi sắt, với tôn cán nguội lấy k'f = 1,25.
P0 1,125(1,348.GT 1,251.GG ) 1,7.GT 1,563.GG .
5. Công suất phản kháng.
11
§å ¸n tèt nghiÖp
Q0 kff'' (QC Qf QK )
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
.
Trong đó:
kff'' : hệ số kể đến sự phục hồi không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn cũng
+
như sự uốn nắn và ép lõi sắt, có thể lấy kff'' = 1,25.
+QC : suất tổn hao chung của trụ và gông.
QC qT .GT qG .GG 1,956.GT 1,575.GG .
+Qf : công suất từ hoá phụ đối với mối nối thẳng.
Qf 40.qt .Gg 78,24.Gg
+
Qk : công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép.
Qk 3,2.qkt .Sk 35,478.x2 .0103.x2.
Vậy :
Q0 = 2,445.GT+1,563.GG+97,8.Gg+136,5.x2.
SK = St = 0,875.Kld.A2.x2= 0,785.0,86.0,12112= 0,
6. Trọng lượng kim loai hai dây quấn .
C1
x2
Gdq
.
12
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
S.a2
50.1,32
C1 Kdq .
2,46.102.
kµ .K2ld .BT .Unr .A2
0,91.0,862.1,62 .1,7 .0,12112
.
45,2(kg)
Kdq =2,46.10-2.
7. Giá thành vật liệu tác dụng:
C'td GFe KCuFe .GCu GFe 1,81.GCu
.
8.Thành phần phản kháng dòng điện không tải.
Q0
iox
10.S
9. Theo lực điện động tác dụng lên dây quấn:
+Lực điện động tác dụng lên dây quấn được tính như sau:
FK 0,628. imax .W
..KR .106 (N).
Trong đó:
imax = Kn .I;
unr
100
unx
Kn = 1,41.
.(1 e
) 34,2
.
un
Ứng suất kéo tác dụng lên dây dẫn.
Pn
MCu 0,.66.106.k2n .kf .kr .
1,795.
a.A
13
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
1,795.x3
r
Sau khi tính toán các đại lượng tham số cơ bản theo hệ số hình
dáng =1,2 3,0 ở trang 38 ta xây dựng đường đăc tính chi phí vật liệu
tác dụng và trọng lượng sắt, đồng.
240
180
C'td(%)
GFe
150
GG
100
120
90
60
G
T
30
0
GCu
0
3,0
1,6
2,5
1,2
3,0
1,4
1,6
2,5
1,2
1,4
C¸c quanhÖ a) trängl-înglâi s¾t, d©yquÊn; b) Gi¸ thµnhvËt liÖut¸c dông
14
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Lập bảng tính các đại lượng với = 1,23,0
15
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
1,2
1,4
1,6
2,5
3,0
4
1,0466
1,878
1,1247
1,2754
1,3161
x=
2
4
x2=
1,0954
1,465
1,1832
1,2871
1,2649
1,4226
1,5811
1,9882
1,7321
2,2795
3
4
x3 =
A1 40
38,2177
36,7729
35,5656
31,8108
30,3934
x
x
A2.x2 = 4,41.x2
GT = A1/x+ A2.x2
B1.x3= 42,5.x3
4,8309
43,0486
48,7276
5,2180
41,9909
54,6997
5,5783
41,1438
60,4615
0,9728
38,7837
84,4975
7,6383
38,0318
96,8790
B2.x2=5,45.x2
5,9702
6,4485
6,8938
8,6172
9,4397
GG = B1.x3+ B2.x2+GT
GFe = GT+ GG
98,127
183,8456
10,1279
225,9603
1648
103,1391
187,1209
12,2052
232,5910
1814,8
108,4991
190,7868
13,5405
239,5268
1975,8
131,8984
209,4657
18,9235
272,0894
2648,7
144,3505
220,4140
21,6963
290,2738
2995
Gg = 8,168.x3
P0 = 1,7.GT+1,563.GG
Q0 = 2,245.GG+1,969.GT
i0x= Q0/10.50
3,2965
3,6297
3,9517
5,2975
5,991
Gdq = C1/x2
41,2618
43,4945
38,2010
40,4930
35,7337
37,275
28,5870
30,3022
26,0962
27,6620
GCu = 1,06.Gdq
C'td GFe 1,81.GCu
263,085
2,794.106
2,2928
260,4133
259,3456
3,093.106
2,845
264,3127
270,4823
3,51106
4,5586
kf .Pn
3.106
3,3577106
J =
K.Gdq
1,795.x3
2,5739
3,9760
CF
d = A.x
0,1266
0,1646
0,1316
0,1791
0,1361
0,1811
0,1521
0,1978
0,1592
0,2027
d12 = a.d
d12
l .
0,4308
0,3838
0,3472
0,2454
0,2167
0,0633
0,2189
0,0658
0,2183
16
0,0680
0,2238
0,0761
0,2586
0,0796
0,2461
2.a2 b.d 0,4.d
C= 0,75.d12+0,5.a12+a2+a22
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Từ bảng lập trên ta thấy được rằng, giá thành chi phí vật liệu tác dụng
thấp nhất trong khoảng 1,6 1,8, trong khoảng đó tất cả các tham số đều
đạ yêu cầu.
Ta chọn với hệ số hình dáng =1,6.
1.Đường kính trụ sắt: d = 0,1361(m)140mm.
2.đường kính trung bình giữa cao áp và hạ áp: d12
0,1769(m)180mm.
=
3.Chiều dày cuộn hạ áp: l = 0,3472(m).
4.Tiết diện lõi sắt :ST = 0,0125 (m2).
5.Chiều dài trụ lõi sắt: lT = l +2.l0 = 0,3971 (m).
6.Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt: C = 0,2182 (m)220mm.
7.điện áp một vòng dây: UV = 4,44.f.BT.ST = 4,9664(V).
8.Trọng lượng trụ sắt: GFe= 190,768 (kg).
9.Trọng lượng đồng: GCu = 37,7337 (kg).
10.Mật độ dòng điện : J = 3,093.106A/ mm2.
11.ứng suất dây quấn: =2,845 MPa.
12.Tổn hao không tải:P0 = 239,5286(W).
13.Dòng điện không tải phản kháng: i0x = 3,951 (A).
17
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA.
3.1. Các kiểu dây quấn máy biến áp một pha.
Theo cách quấn dây ta có ta có thể chia dây quấn máy biến áp ra làm các
kiểuchính sau:
+ Dây quấn hình ống dây quấn chữ nhật.
+ Dây quấn hình ống dây dẫn tròn.
+ Dây quấn hình xoắn.
+ Dây quấn xoắn ốc liên tục.
3.1.1. Dây quấn hình ống dây quấn chữ nhật.
+Loại dây này dùng dây tiết diện hình chữ nhật quấn thành hình trụ.
Nếu dòng điện lớn quá thì ghép thành nhiều sợi song song. Lúc đó tốt nhất là
dùng các sợi cùng kích thước ghép kề nhau theo hướng trục, không nên ghép
kề theo hướng kính để cho từ thông tản trong các sợi dây giống nhau và như
vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau và về mặt cơ khí
ghép hướng trục cũng tốt hơn.
+ Các phương pháp quấn dây: Quấn nẹp sợi dây, quấn dựng sợi dây.Nói
chung dây quấn loại này nên quấn nẹp (theo cạnh lớn) sợi dây, không nên
18
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
quấn gân dựng (theo cạnh nhỏ) sợi dây vĩe khó quấn hơn mà dây quấn dễ
nghiêng đi; tổn hao phụ do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại kém.
b
a
a) QuÊn nÑp sîi b) QuÊn g©n dùng sîi
d©y(hay dïng)
d©y(kiÓu nµy khã
quÊn d©y h¬n n÷a dÔ
nghiªng ®i)
Hình 3.1.a,b;
+ Nếu quấn dây một lớp ta có kiểu quấn dây quấn hình ống một lớp hay
gọi là ống đơn (hình 3.2.a) ; nếu quấn dây hai lớp ta có kiểu dây quấn ống kép
(hình 3.2.b). Kiểu hình ống kép thì hai lớp nối tiếp nhau(quấn lớp trong từ trên
xuống dưới, sau đó lớp ngoài quấn ngược từ dưới lên). Như vậy đầu dây phân
lớp trong và đuôi dây phân lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha.
+ Nếu Uđm
1000 V cách điện rất đơn giản, hoặc dùng một rãnh dầu 48 mm
hoặc dùng một ống giấy cách điện là đủ.
+Kiểu dây quấn hình ống có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ
chặt nên dễ bị tung ra do đó chỉ dùng cho máy biến áp cỡ nhỏ.Dây quấn hình
19
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
ống kép ơn định về mặt cơ khí hơn và nói chung dễ chế tạo cũng đơn giản nên
dùng phổ biến trong các máy biến áp có công suất 630 kVA trở xuống và điện
áp dưới 6 KV.
1
2
3
4
14
13
12
11
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
8
14
13
5
6
7
8
10
9
8
5
6
7
12
11
10
9
5
6
7
8
a)D©y quÊn èng ®¬n
b)D©y quÊn h×nh èng
d©y quÊn èng kÐp
Hình 3.1.2 a,b.
+ Trong các máy biến áp dây quấn hình ống đơn và kép chủ yếu dùng
làm dây quấn hạ áp.
3.1.2. Dây quấn hình ống nhiều lớp.
+ Dây quấn hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn (lớn hơn2) đồng tâm (hình
3.2). Vì số vòng dây một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp lớn do đó cách điện
không đảm bảo, cần phải tăng cường cách điện giữa các lớp. Thường dùng vài
20
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
lớp giấy cáp là đủ với điện áp 10 KV dùng 3 lớp dày 3.0,12. Dây quấn hình ống
nhiều lớp dây dẫn tròn với điện áp đến 35 KV cần có cách điện tốt hơn; Để đề
phòng phóng điện bề mặt, chiều cao cách điện giữa các lớp phải cao hơn chiều
dài dây quấn từ 2025 mm( cả hai phía) và phải quấn thêm gờ bằng bìa cách
điện.
+ Quấn số lớp nhiều quáthì việc tản nhiệt khó khăn do đó cần phải có
rãnh dầu dọc ở giữa. Khi làm dây quấn hạ áp ở trong,rãnh dầu có thể ở giữa
dây quấn, còn khi làm cao áp ở ngoài rãnh dầu thường bố trí vào quãng 1/2
2/ 5 chiều dầy cuộn dây tính từ trong ra ngoài.
+Dây quấn có thể sợi hay hai sợi chập lại, ít khi dùng đến 4 sợi. Khi
dùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vì vị trí của nó phân bố đã đều đặn.
+ Dây quấn loại này chủ yếu được áp dụng cho máy biến áp công suất
dưới 630 KVA thường cho cấp điện áp đến 30 KV.
+ Ngoài ra còn có một kiểu gần giống kiểu ống nhiều lớp dây dẫn tròn
nữa gọi là dây dẫn hình ống nhiều lớp phân đoạn, ở đây cũng cũng làm dây
dẫn tròn. Việc phân đoạn thành nhiều bánh dây như vậy sẽ giảm điện áp giữa
các lớp cạnh nhau trong từng bánh dây, nhờ đó có thể cải thiện được vấn đề
cách điện giữa các lớp. Mặt khác việc làm nguội cuộn dây cũng dễ dàng hơn.
Nhược điểm của dây quấn này là việc quấn dây phức tạp hơn.
+ Kiểu dây quấn này có số vòng dây ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây
quấn hạ áp. Ưu điểm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt. Nhưng
nhược điểm của nó là chiều dài của các sợi dây ghép không bằng nhau nên
điện trở khác nhau, từ thông tản không đều (càng xa trụ sắt từ thông tản càng
21
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
nhỏ) nên điện kháng tản cũng khác nhau. Mặt khác dòng điện không đều làm
tăng tổn hao phụ. Vì vậy các sợi dây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị.
Vµnh ®Öm b×a
c¸ch ®iÖn
TÊm lãt c¸ch ®iÖn
b»ng giÊy c¸p
quÊn b»ng b¨ng
v¶i
C¸ch ®iÖn líp
3.2 b)C¸ch ®iÖn phÇn ®Çu cña d©y quÊn h×nh èng
nhiÒu líp.
3.2.a) D©y dÉn h×nh èng mét líp
d©y dÉn trßn
3.1.3. Dây quấn hình xoắn.
22
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
+ Đối với dây quấn hình xoắn mạch đơn theo chiều dài dây quấn người
1
4
3
4
ta thường hoán vị ba chỗ gồm: Hai hoán vị phân tổ ở khoảng
cao cuộn dây và một hoán vị toàn bộ ở giữa cuộn dây.
và
chiều
H×nh 3.3.D©y quÊn h×nh
xo¾n a) m¹ch ®¬n b)
m¹ch kÐp.
3.1.4.Dây quấn xoắn ốc liên tục.
+ Ở đây ta dùng dây dẫn tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều
bánh theo đường xoáy ốc phẳng. Như vậy chiều cao bánh dây vừa bằng chiều
cao sợi dây. Giữa tất cả các bánh dây hay vài bánh dây một có rãnh dầu ngang
(hình 3.4) suốt cuộn dây không có mối hàn nào để nối giữa các bánh dây nên
được gọi là dây quấn liên tục. Có thể dùng một hay nhiều sợi dây chập lại để
quấn nhưng không nên quá 4.
23
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
+ Dây quấn liên tục có ưu điểm là chịu lực cơ học tốt, làm nguội tốt và
không có mối hàn. Nhưng nhược điểm là quá trình quấn phức tạp, vì khi quấn
một bánh từ trong ra ngoài như thường lệ, thì bánh tiếp theo phải quấn từ
ngoài vào trong. Muốn quấn được bánh này trước hết phải quấn tạm từ trong
ra ngoài như bánh trước đó đã, sau đó khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và
đầu đầu của nó rồi dùng tay nếp lại để cho những vòng trong ra ngoài và vòng
ngoài vào trong. Như vậy ta được đôi bánh thứ nhất. Cứ thế iếp tục sang
những đôi bánh khác.
3.4. D©y quÊn xo¸y èc
liªn tôc.
+ Yêu cầu đối với loại dây quấn này là:
- Các đầu ra của dây quấn phải ở phía ngoài cùng bánh dây, để cách
điện đỡ phiền phức. Như vậy số bánh phải là số chẵn.
24
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
- Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây. Nhưng việc hoán
vị ở đây có thể tiến hành giữa hai bánh dây cạnh nhau và không làm thay đổi
chiều cao của dây quấn.
+ Dây quấn xoáy ốc liên tục được dùng chủ yếu làm cuộn cao áp và
thường được sử dụng trong dải công suất rộng các máy biến áp từ 160
100000 kVA và điện áp từ 2 đến 500 KV.
3.2. Cách điện trong máy biến áp.
3.2.1 Vật liệu cách điện dùng trong máy biến áp.
a) Giấy cáp: Thường có các loại giấy cáp dày 0,08; 0,12; 0,17 mm.
Trong các máy biến áp thương dùng loại giấy loại 0,12 mm để bọc quanh các
sợi dây đồng; ngoài ra giấy cáp còn dùng làm cách điện giữa các lớp dây quấn
hay cắt thành băng nhỏ để cách điện cho dây dẫn ra và tăng cường cách điện
cho các vòng dây đầu cuộn cao áp từ 6, 10 đến500 KV. Giấy cáp là một trong
những cách điện chính trong máy biến áp. Mã hiệu giấy cáp Nga là k-08; k-
12; k-17.
b) Giấy điện thoại: Mỏng hơn giấy cáp (thương dày 0,05 5% mm)
thường dùng làm cách điện giữa các lớp, cách điện cho các dây dẫn ra của một
số dây dẫn tròn. Mã hiệu giấy Nga là KT- 50.
c) Vải sơn: Máy biến áp dầu thường dùng loại vải hay lụa đã qua 3 lần
tẩm dầu sơn có chiều dầy 0,17; 0,20;0,24 mm.
d) Băng vải:
25
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
Có hai loại: Loại sợi chéo dày 0,54 0,02 mm và loại sợi thẳng dầy 0,28 0,02
mm, rộng từ 1,5 5 cm. Trong máy biến áp dùng băng vải này để giữ chặt các
vòng dây của dây quấn, hay bọc chặt cách điện của dây quấn không nhằm để
cách điện.
đ) Bìa cách điện: Bìa cách điện được chế tạo thành từng tấm có chiều
dầy 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 2,5; 3,0 mm hay cũng có loại chế tạo thành từng
cuộn rộng tới 1000 mm, dầy 0,5 mm. Thường dùng làm tấm đệm giữa các
bánh dây, giá đỡ cách điện, bức vách tấm chắn, vòng đệm hay ống cách điện
giữa các dây quấn.
e) Thành phẩm ống bakêlit: Thường làm ống cách điện, bề đây cả hai
phía2;4;6;8 mm và hơn nữa làm cách điện giữa các dây dẫn ra. Các loại ống
lớn dùng để cách điện giữa các dây quấn hay giữa dây quấn với trụ sắt.
g) Gỗ: Thường dùng là gỗ dẻ trắng làm que nêm để lồng dây quấn và
cách điện hình trụ hay làm que nêm giữa các lớp dây quấn nếu U10 KV,
cũng có thể dùng làm que nêm lõi sắt và dây quấn hạ áp. Gỗ dẻ đỏ dùng làm
kẹp dây dẫn ra, làm dầm ép gông.
h) Sứ: Dùng trong máy biến áp dầu để xuyên dây dẫn vào.
i) Dầu máy biến áp: Dùng làm cách điện và làm nguội máy biến áp.
3.2.2. Các kết cấu cách điện và kghoảng cách cách điện.
3.2.2.1 Cách điện chính.
+ Là cách điện giữa các dây quấn với các bộ phận nối đất. Cách điện
phải đảm bảo chịu được những quá điện áp ngắn hạn (có lúc tới 4 lần điện áp
26
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
định mức) do những thao tác thông thường trong lưới (như đóng cắt tải lớn...)
hay sự cố (ngắn mạch, đứt dây...).
+ Cách điện giữa hạ áp và cao áp, giữa dây quấn với trụ thường dung
dạng ống cứng làm từ giấy bakêlit. Cách điện giữa dây quấn và gông trên,
gông dưới thường dùng các vòng đêm.Với điện áp cuộn cao áp
kết cấu cách điện và các tấm đệm có dạng đơn giản.
35 KV thì
HA
2
HA
1
a
1
a
2
a01
H×nh 3.2.1. Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn chÝnh cña d©y
quÊn CA víi ®iÖn ¸p thö 5 ®Õn 85 KV; ®-êng ®øt nÐt
chØ kho¶ng phãng ®iÖn cã thÓ, ®-êng ®ã quyÕt ®Ýnh
kÝch th-íc ld.
3.2.2 Cách điện dọc.
+ Cách điện dọc là cách điện giữa các vòng dây , giữa các lớp dây và
giữa các bánh dây. Cách điện dọc phải đảm bảo cho dây dẫn phải chịu được
những quá điện áp thiên nhiên, thường do sóng điện áp xung kích của sét
truyền ngoài đường dây tới máy biến áp. Những sóng điện áp này trong
27
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
trường hợp nghiêm trọng có thể lớn gấp 10 lần điện áp định mức thời gian tác
dụng vài micrô giây. Cách điện này có thể xác định theo độ bền điện cả với
tần số 50 hZ và cả với điện áp xung kích.
+ Cách điện giữa các vòng dây chính là nhờ cách điện bọc xung quanh
sợi dây. Các máy biến áp điện lực hiện nay thường dùng hai loại dây cách
điện sau:
-Dây đồng tráng men (ê may) bọc sợi bông đường kính 1,185,2 mm.
Dây này của Nga kí hiệu là b0.
- Dây đồng bọc giấy cáp kép, với dây tròn đường kính 1,185,2 mm;
với dây chữ nhật có cạnh nhỏ từ 1,4 5,6 mm, cạnh lớn từ 3,75 16,0 mm.
+ Cách điện giữa các lớp dây:
- Thường dùng là giấy cáp hay giấy điện thoại, bìa cách điện hay có thể
dùng rãnh dầu hoặc dùng rãnh không khí dọc trục.
a)
b)
c)
C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp.
d)
®) r·nh
dÇu.
a) GiÊy c¸p; b)GiÊy c¸p ho¹c giÊy ®iÖn tho¹i; c,d:
b×a c¸ch ®iÖn
28
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
3.2.3 Cách điện giữa các bánh dây: Đối với dây quấn kiểu bánh dây, có thể
phân ra làm nhiều loại rãnh khác nhau. Có bánh dây chính, có bãnh dây điều
chỉnh điện áp thường bố trí ở giữa chiều cao cuộn dây. Tuỳ theo từng loại mà
kích thước và khoảng cách cách điện của chúng khác nhau.
+ Đối với bánh dây chính , cách điện giữa chúng thường là các rãnh dầu
ngang (hình3.2.3 a) hoặc có thêm những đệm cách điện thẳng (hình 3.2.3c,d)
hay đệm gẫy góc (hình 3.2.3a). Trưòng hợp thêm cách điện giữa là dùng cho
bánh dây có điện áp lớn. Chiều rộng rãnh dầu thường không chọn nhỏ hơn 4
m; nếu dùng đệm cách điện thì ghép hai tấm, mỗi tấm dầy d = 5 mm với đầu
thừa a 6 mm.
a
a)
b)
c)
d)
H×nh 3.2.3 C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c b¸nh d©y.
3.3. Các kiểu bố trí đoạn dây điều chỉnh và cách điều chỉnh dây quấn cao
áp
29
§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p mét pha
+Như ta đã biết tải của máy biến áp luôn thay đổi. Khi tải thay đổi, điện
áp ra của máy biến áp cũng thay đổi theo . Để duy trì điện áp ra ổn định, cần
phải thiết kế các đầu dây điều chỉnh điện áp để thay đổi số vòng dây cho thích
hợp. Các đầu dây điều chỉnh (hay còn gọi là đầu phân áp) thường bố trí trên
cuộn cao áp gồm nhiều vòng dây do đó dễ điều chỉnh chính xác; mặt khác dòng
điện lại nhỏ nên có thể làm bộ đổi nối nhỏ, gọn.
+ Ở các máy biến áp giảm áp muốn tăng hay giảm điện áp cuộn hạ áp
thì phải tăng hay giảm cuộn cao áp; ở các máy biến áp tăng áp muốn tăng hay
giảm cuộn cao áp thì phải tăng hay giảm số vòng dây trên bản thân cuộn cao áp.
Việc điều chỉnh nói trên được tiến hành bằng tay khi máy biến áp được cắt ra
khỏi lưới điện- ta gọi là điều chỉnh điện áp không kích thích (ĐKT). Muốn điều
chỉnh tự động và không phải cắt máy biến áp ra khỏi lưới điện thì phải có thiết
bị điều chỉnh điện áp tự động dưới tải. Những máy biến áp như vậy gọi là máy
biến áp điều chỉnh dưới tải (ĐDT).
+ Tiêu chuẩn quốc tế với máy biến áp công suất 25 200.000 KVA khi
điều chỉnh không kích thích thì cuộn cao áp bố hai đến 4 cấp điều chỉnh: + 5,+
2,5;-2,5;- 5% điện áp định mức. Việc chuyển đổi các đầu điều chỉnh điện áp
được tiến hành nhờ bộ đổi nối riêng đặt trong máy biến áp có tay quay điều
khiển.
+ Khi điều chỉnh điện áp sẽ có một số vòng dây không có dòng điện do
lực tác dụng đặt lên trọng tâm dây quấn lệch đi làm cho máy biến áp chịu
những lực chiều trục đáng kể. Cách bố trí và chọn các đoạn điều chỉnh điện áp
phải đảm bảo làm sao cho lực đó nhỏ nhất (đặc biệt là khi có ngắn mạch) và từ
trường tản được đều đặn hơn.
30
Tải về để xem bản đầy đủ
57 trang
18/09/2024
790
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế máy biến áp 1 pha", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_thiet_ke_may_bien_ap_1_pha.doc
