Đồ án Thiết kế định mức công suất 400kVA

thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ cảm trong trụ BT=1,75 T. 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= 2/TB =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 +Tổn hao trong gông pFeG=0,574 W/kg +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/cm 2 +Tổn hao từ hóa trong khe hở chéo q'K = 0,0956 VA/ cm 2 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. Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 7 Hệ số β = 1,8 – 2,4. *Ta tiến hành tính toán các hệ số cơ bản : Hệ số A: A=16. 44 2 2 2 2 ' 133,3.3,97.0,9516. 16,51 50.3,74.1,75 .0,88 P R R nx T l S a k fU B k = = Hệ số A1 : A1= 2 3 2 315,66.10 . . . 5,66.10 .1, 4.16,51 .0,88 313,81a A k− −= = kg A2= 2 2 2 21 03,6.10 . . . 3,6.10 .16,51 .0,88.3 25,9A k l− −= = kg Trong công thức trên l0 là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gông.Tra bảng ta có được l0=5 mm 2 3 2 3 1 12, 4.10 . . . .( ) 2, 4.10 .0,88.1,02.16,51 .(1, 4 0, 28 0, 411) 202,72GB k k A a b c − −= + + = + + = B2= 2 2 2 21 12 222, 4.10 . . . .( ) 2, 4.10 .0,88.1,02.16,51 .(2,7 3,0) 33, 47Gk k A a a− −+ = + = kg C1= =222 2 ... . AuBKk aSK nrTLf P dq , 2 2 2 2 2 400.1,42,46.10 . 498,49 6,91.0,88 .1,75 .1,43.16,51 = = kg M= Aa P kkk nRfn . ....10.2453,0 24− = = 4 2 57500,2453.10 .45,86 .0,91.0,95. 11,8 1,4.16,51 − = MPa Trong công thức trên thì: =+= − )1(100.41,1 . nx nr u u n n eu k π .1,43 3,741001,41. .(1 ) 45,86 4 e π− + = B= 2 2 1 2 2 25,9 33,47 0,19 3 3 202,72 A B B + += = Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 8 Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là kFe,Cu=2,21 C= 1 1 313,81 0,52 3. 3.202,72 A B = = Chọn kcđ=1,06 ta có : D= 1 , 1 2 2 65,98. . . .2,21.1,06 0,22 3 3 466,13Fe Cu cd C k k D = = Ta có đẳng thức : x5+Bx4-Cx-D=x5+0,328.x4-0,554x-0,22 Theo phương trình trên ta có 90,1min =β 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. 2 .x2= =266,3.x2 Tổn hao không tải trong máy biến áp : P0=k’F(pTGT+pG.GG)= =1,25(1,238.GT+0,574.GG)=1,54GT+0,717GG Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 9 1.8 2 2.2 2.4 2.153 x= 1.158292185 1.18920712 1.217883286 1.24466595 1.211326 x2 = 1.341640786 1.41421356 1.483239697 1.54919334 1.46731 x3 = 1.554012038 1.68179283 1.806412836 1.92822821 1.777391 A1/x=313.81/x 270.9247321 263.881704 257.6683691 252.123872 259.0632 A2x2=25.9.x2 34.74849637 36.6281313 38.41590816 40.1241075 38.00334 GT=A1/x+ A2x2 305.6732285 300.509835 296.0842773 292.24798 297.0666 B1x3=202.72.x3 315.0293204 340.933043 366.1960101 390.890422 360.3127 B2x2=33.47.x2 44.90471712 47.3337279 49.64403267 51.851501 49.11088 GG= B1x3+ B2x2 359.9340376 388.266771 415.8400428 442.741923 409.4236 GFe=GT+GG 665.607266 688.776606 711.9243201 734.989902 706.4902 Gg=52,35.x3 30.94037969 33.4844953 35.96567957 38.3910236 35.38786 P0=1,7GT+1,563GG 728.8094768 741.172421 754.1270977 767.507847 751.0393 Q0=2,445GT+1,969GG 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 GCu=1,66Gdq 787.4738236 747.063264 712.2968741 681.972336 720.0296 β 24 β 4 β 34 β Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 10 kCùeGCu=2,21GCu 1740.31715 1651.00981 1574.176092 1507.15886 1591.265 C’td=GFe+kCuFeGCu 1742.11715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418 J=0,91.5750/2,4Gdq 3.143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196 =M.x3 14.23475027 15.4052223 16.54674158 17.6625704 16.2809 d=A.x 19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899 d12=ad=1,4d 26.77276557 27.4873333 28.15015426 28.7692089 27.99859 l= d12/ 46.70360216 43.1551132 40.17794745 37.6397149 40.83398 2a2=bd 5.354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717 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 β 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 β =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: L = 12 .28 2,153 dπ π β = =40,85 cm Chiều cao của trụ lõi sắt: lT =l +2.l0=40,83+2.3=43,13 cm cp∂ π β Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 11 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= = 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 : 22 12 . 5750.10,5J =0,746.kf. 0,746.0,91. 3,66 / . 400.28 n v P P U A mm S d = = Thiết diện của dây quấn hạ áp tính toán: S’dq2=I2/J2=230,94/3,66 = 63,1 mm2 Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 12 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. Chiều cao hướng trục của dây quấn hạ áp : hv2 = 2 40,85 0,5 1, 28 1 22 1r l h w − = − =+ + cm Chọn dây là 3 sợi dây ghép song song loại PB .Thiết diện 1 sợi là: 4,5 12,5 5,0 13,0 × × 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: [ ]2 2 2 2 22 '( 1) ( 1)rl b w k h w wσ= + + + + 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 Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 13 σ : Chiều cao cách điện giữa hai mạch σ =0,1-0,15.Ta lấy σ =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 chọn tất cả các rãnh thông dầu đều có kích thước bằng nhau.Ta có phương trình: [ ]2 22.1,3(22 1) 0,95 22 0,1(22 1) 72,43rl h cm= + + + + = Ta có chiều cao rãnh thông dầu: hr2 = 0,78 cm Kích thước rộng của dây quấn: 1 2 12' .0,5 3,0 2 2 vna a cm= = = 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 : 2 2 3 1 1,07. ( ' ) b fJ w kq k b a = + Trong công thức trên : q2 : Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 14 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: 2 1,07.3,66.577,3.0,5.1,05 535,01 0,75(1,483 3) q = =+ W/m 2 Trọng lượng dây đồng trong dây quấn hạ áp: 5 2 2 2 2 228. . . . .10dq tbG a D w S −= Thay số ta có : 5 2 28.3.26.22.166,17.10 79,84dqG kg −= = 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 : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 15 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 : 32,5%.15.10 375dcUΔ = = V Đặt tên các đầu điều chỉnh như bảng dưới đây : Đầu điều chỉnh +5% +2,5% 0% -2,5% -5% Tên A1 A2 A3 A4 A5 Điện áp kV 15750 15375 15000 14625 14250 Đối với dây quấn cao áp ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục. Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 16 Số vòng dây cơ bản của cuộn dây cao áp : 1 1 2 2 15. 22. 825 0,4 U w w U = = = vòng Số vòng dây điều chỉnh điện áp của cuộn dây cao áp: 1 1500 142,86 10,5 dcf dc V U w U = = = vòng Số vòng dây ứng với một nấc điều chỉnh điện áp : 1 1 461' 115 4 4 dc dc w w = = = vòng Mật độ dòng điện sơ bộ trong dây quấn cao áp: 1 2' 2 2.3, 47 3,66 3, 28cpJ J J= − = − = 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 : 2 1 1,50 5,00 7, 29 2,00 5,5 S mm×= =× Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 17 Mật độ dòng điện trong dây quấn cao áp: 1 1 1 26,7 3,66 7,29 fIJ S = = = A/mm2 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 1 2( ) 2(72,43 0,5) 85,8 2 ' 2.0,55 0,5 0,1 K k K l hn b h δ + += = =+ + + + cm Chọn số bánh dây của cuộn dây cao áp là 80 bánh.Số vòng dây trong một bánh: 1 1 1 825' 10,3 80b K w w n = = = vòng/bánh 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 : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 18 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 : [ ]1 2 2'. ( 2) 0,55.60 0,65.4 0,95(0,75.4 1,25 0,1.30 0,5.28) 55,8b r b dcl b n k h n h cm= + − + = + + + + + = 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 1 1 1 3 1 1,07. . . 1,07.3,66.26,7.0,2.1,05 5,14 ( ' ) 0,75(0,2 5,5) f fJ I w kq k b a = = =+ + W/m 2 Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 19 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 : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 20 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 : bT T TS a b=∑ 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 : 0t tD k S= Nên ta có : 2 2 0 23 379,9 1,18 t t DS k ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ cm2 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 Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 21 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Tổn hao cơ bản trong máy biến áp : +Tổn hao đồng trong cuộn dây hạ áp : 2 2 2 22, 4. . 2,4.3,66 .79,84 2566,8dq dqP J G= = = w +Tổn hao đồng trong cuộn dây cao áp : 2 2 1 12,4. . 2,4.3,47 .117,34 3390dq dqP J G= = = w 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 2 4 21 0,95. . .fk a nβ= + Trong đó : β :Hệ số dây dẫn . Rb m klβ = +Tổn hao phụ trong dây quấn hạ áp : 2 4 2 2 2 21 0,95. . .fk a nβ= + Ta có : 22 2 2 1,32.24 .0,95 0,27 57,78R bm k l β ⎛ ⎞⎛ ⎞= = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Thay số ta có : 2 4 2 4 2 2 2 21 0,95. . . 1 0,095.0,27.0,41 .6 1,026fk a nβ= + = + = +Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp : 2 4 2 1 1 11 0,95. . .fk a nβ= + Ta có 22 2 1 0,5.24 .0,95 0,040 57,78R bm k l β ⎛ ⎞⎛ ⎞= = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Thay số ta có : 2 4 2 4 2 1 1 11 0,95. . . 1 0,095.0,040.0,15 .19 1,006fk a nβ= + = + = Tổn hao cơ bản trong dây dẫn qui đổi: Chiều dài dây dẫn qui đổi : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 22 ldd2=7,5.l=7,5.40,85=306,37 cm Trọng lượng đồng trong dây quấn hạ áp qui đổi : Qdd2=ldd2S2γ 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 : Pdd2=2,4.J22.Qdd2=2,4.3,662.4,53=145,6 W Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp qui đổi : Qdd1=ldd1S1. γ Cu.10-8=306,37.7,29.8900.10-8=0,2 kg Tổn hao trong dây quấn cao áp : Pdd1=2,4.J12.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+Ptđ= =.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 : 6066,1 5780% .100 4,96% 5780 U −Δ = = Ta thấy %UΔ =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: ' 3 2 7,92 . . . . .10P R R qnx V S a k k u U β −= Ta có : 3 2 7,92.133,33.1,74.4,25.0,946.1,028 .10 3,65 10,4nx u −= = % Điện áp ngắn mạch của máy biến áp : 2 2 2 21,4 5,65 3,91n nr nxu u u= + = + = % Sai số trong tính toán : 4 3,91% 2, 25% 4n u −Δ = = 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 : Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 23 In max=1,41.kmax.Incđ=1,41.1,540.682,86=1482,77 A Trong công thức trên thì : . .1,14 5,821 1 1,540 nr nx u u maxk e e π π− − = + = + = Lực điện động cực đại trong dây quấn của máy biến áp : ( ) ( )2 26 6max0,628 . . .10 0,628 682,86.825 .1,74.0,946.10 328064K n RF i w kβ − −= = = N Ứng suất trên cuộn dây cao áp : 1 1 328064 9, 28 2 . . 2 .825.7, 29 K K dm F w s σ π π= = = Mpa Ứng suất cho phép của dây quấn cao áp cpσ =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 : ' 4, 25328064. 17066 2 2.40,85 R t K aF F l = = = N Do dây quấn không được quấn đồng đều nên xuất hiện lực điện động doc trục thứ hai : " " x t K R lF F l k m = 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 : " " 8,05328064. 27917 25.0,946.4 x t K R lF F l k m = = = N 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. Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 24 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: θ02 = 422 10.. − dc q λ δ (0c) λcd = 0,17 tra trong bảng 50 với vật liệu cách điện là giấy tẩm dầu q2 = 2 22 . M kP fCu = 840,6 (W/m2) (q2 được tính theo côngthức 96-2) với M2 là bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp).Vậy: θ02 = 236,110.25,0.17,0 6,840 3 =− (0c) 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 θ2. Do đó nhiệt độ chênh trong lòng so với mặt ngoài dây quấn được tính theo (6 - 3a) hình 1 Vậy: . θ01 = θ1 - θ2 = tb aP λ.8 . 121 Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 25 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) pCu1 = 1,68 2 1 ' 11 ' 1 2 1 2 10. ).( . − + Δ dLd d δ với δL = 0,17 (mm) là chiều dầy cách điện trong các lớp A: tính bằng A/mm2 λtb: là suất dẫn nhiệt trung bình được tính theo (6-5) λtb1 = 1 ' 11 11 ' 1 ... )(. d d ll ll λδλ δλλ + + λL1 = 0,17 là dẫn suất điện giữa các lớp tra trong bảng 50: λcđ = 0,17 λ - là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn tính theo (6-6) ta có λ = α λ .7,0 cd Trong đó: α = 1 1 , 1 . d dd =0,1316 λ = ).(67,0 0C mm W λtb1 = 0,17 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 0.C mm W C001 28,1=θ Ctb 00110 85,0.3 2 == θθ 2). Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài của dây quấn với dầu. Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 26 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) θ0d = 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: θ0d2 = k.q20,6 = 0,285.840,60,6 = 14,668 0 C Cao áp: θ0d1 = k.q10,6 = 19,48710C Với q1 = 1 11. M p M kp fCu = = 67,1632 9116,1 3121 = • Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: - Hạ áp: θ0dtb2 = θ02tb + θ0d2 =15,90C. - Cao áp: θ0dtb1 = θ01tb + θ0d1 = 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. Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 27 1). Chiều rộng tối thiểu của thùng: Theo (6-14) ta có B = D’’1+ S1+ S2+ d1+ S3+ S4+ d2 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 Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 28 dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc cña thïng 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) 3. Tính toán nhiệt thùng 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 phòng nổ,...vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 29 Dây quấn CA Dây dẫn ra CA s2 d1 s1 Dây quấn CA s4 Dây dẫn ra HAs3 d2 (như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với vách thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài. a, Chọn loại thùng dầu Thùng làm bằng thép. Tùy theo dung lượng của m.b.a mà hình dáng và kết cấu thùng khác nhau. Với công suất m.b.a SP=200KVA, ta chọn thùng có vách dạng cánh sóng, không có bình giãn dầu, thùng hoàn toàn kín.. Cánh sóng được chế tạo từ tôn tấm dày δ=(0,8÷1,0)mm hàn vào thành thùng. Loại thùng này đã được dùng cách đây khá lâu nhưng do nhược điểm là quá nhiều mối hàn so với kiểu ống nên sau đó đã bị loại bỏ. Tuy nhiên, hiện nay công nghệ hàn nhất là hàn tự động phát triển, nên nhược điểm trên đã được khắc phục. Thùng có cấu tạo đơn giản, cánh sóng có thể được uốn tròn hoặc gấp hai mép bằng kỹ thuật hàn tiếp xúc lăn. Có thể dùng bình giãn dầu hoặc không. Khi không có bình giãn dầu thì dầu có thể tự giãn nở tự do trong cánh sóng nhờ độ đàn hồi của cánh, thùng hoàn toàn kín. Để xác định các khoảng cách giữa m.b.a với thùng. Ta sử dụng thùng có đáy chữ nhật. - Chiều ngang thùng 143221''1 dssdssDB ++++++= trong đó: d1- đường kính dây dẫn ra CA. d2- bề rộng dây 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 ⎩⎨ ⎧ =→<= =→>= cmscmdKVU cmscmdKVU t t 0,56,0,45 2,26,0,5 211 422 Đồ án môn học Thiết kế máy điện Đại học Bách khoa Hà Nội 30 tra phụ lục XIV.7-TL1 khoảng cách dây dẫn ra đến bối dây cơ bản ⎩⎨ ⎧ =→= =→= cmsKVU cmsKVU t t 0,545 5,25 11 32 → B=250,73+(50+50+6,6)+(25+22+3,29)=407,62(mm) Lấy B=41cm. - Chiều dài thùng 5''1