ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha + P2: Công suất thứ cấp . + W2: Số vòng dây cuộn thứ cấp .1.3 CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨCCác lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho phù hợp với từng loại máy . Có nhiều lượng định mức, dưới đây ta giớithiệu vài đại lượng cơ bản:
a. Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm,là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp .Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm,là điện áp giữa các cực của dây quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dâyquấn sơ cấp là định mức ,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây .Đơn vị của điện ápghi trên nhãn máy thường là KV .Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA ,ứng với công suất định mức và điện áp định mức .Đối với MBA 1pha dòng điện định mức là dòng điện pha .Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây .Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức .Cơng suất định mức kí hiệu là Sđm,đơn vị là VA,KVA . Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :Sđm=U2đ.I2đm=U1đm.I1đm. 6SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN6ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :Sđm=3.U2đm.I2đm=3.U1đm.I1đm.MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò . + Trong hàn điện có MBA hàn .+ Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất . + Trong lĩnh vực đo lường Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…+ Máy biến áp thử nghiêm . + Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong hệthống điện . Trong hệ thống điện MBA có vai trò vơ cùng quan trọng , dùng đểtruyền tải và phân phối điện năng ,vì các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện Các khu công nghiệp và các hộtiêu thụ… vì thế cần phải xây dựng các hệ thống truyền tải điệnnăng . Điện áp do nhà máy phát ra thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Đểnâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây ,bằng cách nâng cao điện áptruyền ,vì vậy ở đầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ; 220KV ;500 KV v..v.và ở cuối đường dây cần đặt MBA hạ áp để cung7SINH VIÊN :PHẠM BÙI ANH TUẤN7ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiết kế máy biến áp đầu máy một pha cấp điện cho nơi tiêu thụ ,thường là 127V đến 500V và các động cơcông suất lớn thường là 3 đến 6KV .
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm ,là điện áp qui định cho dây quấnsơ cấp .Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm ,là điện áp giữa các cực củadây quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dâyquấn sơ cấp là định mức ,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp địnhmức là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây .Đơn vị của điện ápghi trên nhãn máy thường là KV .b Dòng điện định mứcDòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn củaMBA ,ứng với công suất định mức và điện áp định mức .Đối với MBA1 pha dòng điện định mức là dòng điện pha .Đối với MBA 3 pha dòngđiện định mức là dòng điện dây .c Công suất định mứcCông suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức.Công suất định mức kí hiệu là Sđm ,đơn vị là VA,KVA .Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :Sđm=U2đ.I2đm =U1đm.I1đm.Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :Sđm=.U2đm.I2đm=.U1đm.I1đm.1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBAMBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụchúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhaunhư6 + Trong các thiết bị lò nung có MBA lò .+ Trong hàn điện có MBA hàn .+ Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất .+ Trong lĩnh vực đo lường [Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…]+ Máy biến áp thử nghiêm .+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong hệthống điện .Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng , dùngđể truyền tải và phân phối điện năng ,vì các nhà máy điện công suấtlớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện [Các khu công nghiệp vàcác hộ tiêu thụ…]vì thế cần phải xây dựng các hệ thống truyền tảiđiện năng .Điện áp do nhà máy phát ra thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trênđường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây ,bằng cách nângcao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp110 KV ;220KV ;500 KV v..v.và ở cuối đường dây cần đặt MBA hạáp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ ,thường là 127V đến 500V và cácđộng cơ công suất lớn thường là 3 đến 6KV .1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁPMáy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và Dây quấn. Ngoài racòn có các bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát.1.5.1 Lõi sắt máy biến áp7 Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chếtạo từ những vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện. Ngày nay loại tôncán lạnh được sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cánlạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tínhdẫn từ định hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cánnóng. Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phéptăng cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T [Tesla], trong khiđó tôn cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T. từ đó giảm được tổn haotrong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rútbớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở. Tuynhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn haovà trọng lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằngloại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cánnóng.Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởitôn các lạnh, [như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v..v]Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ[T] và gông[G] .Trụ là nơi để đặt dây quấn.Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ[0,30 tới0,5]mm hai mặt được sơn cách điện.Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trongdầu biến áp.8 Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà tacó các loại lõi sắt như sau :a.Lõi sắt kiểu trụ:Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dâyquấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng,tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảođảm, dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sửdụng kiểu lõi sắt này[Hình 1.3]Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụa. Một pha; b. Ba pha;b.Lõi sắt kiểu bọc:Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dâyquấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt như bọc lấy dây quấn,trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA loạinày có ưu điểm là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dàicủa dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽnên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung đối với đất C đ nhỏ nên sự phân9 bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn. nhưng kiểu lõi sắt này có nhượcđiểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điệnnhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diệntròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơkém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu.Lõi sắt loại này thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện [Hình1.4]Hình 1.4 Kết cấu mạch từ kiểu bọc.a. Một pha ; b. Ba pha ;c.Lõi sắt kiểu trụ – bọc [ Hình 1.5]:Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc. Kiểu này haydùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn [hơn100000KVA /1 pha]và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gôngsang hai bên.10 Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc thì hai trụ sắt phíangoài cũng thuộc về gông. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõisắt được ghép từ những lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơncách điện trên bề mặt.Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấnCác kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụvà gông vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối vàghép xen kẽ.*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đemnối với nhau nhờ những xà và bulong ép [ hình 1.6a]. kiểu ghép này ghépđơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao vàdòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng.*Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ[ hình 1.6b] sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt. Muốn lồng dây vào thìdở hết phần gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng11 Lượt 1Lượt 2vào trụ, trụ được nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện[ gỗ,bakelit] sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại.e.Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khi ghép các láthép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thểcắt vát góc lá thép kĩ thuật điện như [hình 1.6.c.d.e].Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụsắt thường làm thành hình bậc thang gần tròn.Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiếtdiện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật haychữ T. Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùngtiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ.Lượt 1a.Lượt 1Lượt 1Lượt 2c.d.12Lượt 2b. Hình 1.6 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha.a. Ghép nối; b. Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c. Ghép xen kẽ mối nốinghiêng 4 góc;d. Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e. ghép xen kẽ hỗn hợp.1.5.2 Dây quấn máy biến áp.Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu nănglượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằngđồng, cũng có thể bằng nhôm [ ít phổ biến].Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa cácvòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điệnvới lõi.Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp [CA] cuộn hạ áp [HA]đôi khi còn có cuộn trung áp [TA].Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người ta chia ra hai loại dâyquấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽa Dây quấn đồng tâm:điện áp cũng như giảm được[Hình 1.7]: Cuộn CA và HA làkích thước rãnh cách điện giữanhững hình ống đồng tâm ,bốcác cuộn dây và giữa cuộn dâytrí cuộn HA đặt sát trụ còncuộn CA đặt ngoài .Bố trí cuộnCA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợcviệc rút đầu dây điều chỉnh13 vớitrụsắt.H×nh 1.7 D©y quÊn ®ång t©mb. Dây quấn xen kẽ [Hình1.8] :Cuộn CA và HA được quấn thànhtừng bánh có chiều cao thấp vàquấn xen kẽ, do đó giảm được lựcdọc trục khi ngắn mạch. Dây quấnxen kẽ có nhiều rãnh dầu ngangnên tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơthi kém vững chắc so với dâyquấn đồng âm. Dây quấn kiểu nàycó nhiều mối hàn giữa các bánhdây.14H×nh 1.7 D©y quÊn xen kÏ 1.5.3 Vỏ máy biến áp:Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiệnngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng vànắp thùng.a Thùng MBA:Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc,một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõithép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tănglên. Do đó giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệtđộ gọi là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽlàm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA.Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõiMBA được ngâm trong môi trường dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệttruyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùngvà truyền ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽchuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòancác bộ phận bên trong MBA. Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăngcường cách điện.Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khácnhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng chocác MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống.Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầucó ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt. Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ốngHình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệtỞ những MBA có dung lượng đến 10.000KVA. Ta dùng những bộtản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA.Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệthống ống nước để tăng cường làm nguội máy.b. Nắp thùng:Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máyquan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảohiểm, hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầuđiều chỉnh điện áp của dây quấn CA.• Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điệngiữa dây dẫn ra với vỏ máy. Điện áp càng cao thì kích thước vàtrọng lượng sứ ra càng lớn.• Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngangtrên nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảođảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mứcnhất định. Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãnnở tự do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theodõi mức đầu bên trong.