Đồ án Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu

. Chương III Tính toán dây quấn máy biến áp 3.1 Các yêu cầu chung 3.1.1 Yêu cầu vận hành Yêu cầu về điện. Khi vận hành thường dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thường và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên. ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu là đối với cách điện chính của MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa 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, lớp dây hay giữa các bánh dây của tong dây quấn. Yêu cầu về cơ học. Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của kực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. Yêu cầu về nhiệt. Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. Vì vậy khi thiết kế phải bảo đảm sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm. 3.1.2 Yêu cầu về chế tạo. Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vận hành. Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là. +Phải có quan điểm toàn diện: Kết hợp một cách hợp lí giữa hai yêu cầu về chế tạo và vận hành để sản phẩm có chất kượng tót mà giá thành chấp nhận được. + Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kĩ thuật của xưởng sản xuất. + Phải nắm vững những lí luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cách điện. Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước. + Chon kiểu và kết cấu dây quấn. + Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn. + Tính toán tính năng của MBA. 3.2 Tính toán dây quấn Hạ áp. Trong trường hợp MBA này là loại 2 dây quấn, cuộn HA quấn trong, cuộn CA quấn ngoài, như vậy ta sẽ tính toán cuộn dây HA trước, sau đó tính đến cuộn dây CA. Điện áp một vòng dây. Uv=4,44.f.BT.TT (3.31) Uv=4,44.50.1,6.0,0209=7,42(V) Số vòng dây một pha của dây quấn HA. W1= (3.32) Trong đó Uf1=231(V): Điện áp định mức phía HA. Thay số ta được W1==31,13(vòng) Làm tròn số W1=31 (vòng) Mật độ dòng điện trung bình. Dtb=0,746.Kf. (3.33) =0,746.0,95.=2,779 (A/mm2) d12=27,2 : Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ. Trị số Dtb là tị số gần đúng cho các dây quấn CA và HA trị số Dtb thực tế trong các dây quấn phải làm sao cho gần sát với trị số này. Sai số cho phép không vượt quá 0,1Dtb tức là 0,1.2,779=0,2779 (A/mm2) Như vậy trị số mật độ dòng điện trung bình có thể lấy Dtb=2,779-0,2779=2,501 (A/mm2) Ta tính lại mật độ từ cảm BT===1,599 (T) Tiết diện vòng dây sơ bộ. T= (3.34) Trong đó If1 là dòng điện định mức phía HA. If1=577,35(A); Dtb=2,779(A/mm2) ta được T==207,75 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn HA. Theo bảng 38, với S=400KVA I1= 5,77,35 (A); U1=231(V); T1’=207,75(mm2) Ta chọn kết cấu dây quấn hình xoắn đơn , dây dẫn bẹt, chập 4 sợi lại, chọn làm ba lớp cho dây quấn hạ áp. Số vòng dây trong 1 lớp Wl1= = =10,3(vòng) (3.34) Làm tròn Wl1 = 10 (vòng) Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây. hv1= ==6 (cm) Tiết diện thực của mỗi vòng dây Ta chọn 4 dây bẹt chập lại cho phía cuộn HA, với kích thước như sau a= 6,6 ; b= 7,4 Td1= 4.47,2=188,8 (mm2) Chiều cao dây quấn hv1= 4.0,7=2,8(cm) Mật độ dòng diện thực của dây quấn hạ áp ===3,06(A/mm2) (3.35) Chiều cao dây quấn hạ áp l1= hv1(Wl1+1) +2 = 2,8(10+1) +2= 32,8 (cm) Trong đó trị só 2 kể đến việc quấn dây không chặt. Chiều dày dây quấn HA a1=2b+a11= 2,04+2.0,5=1,8(cm) (3.37) Trong đó a11:là khoảng cách giữa 2 lớp của dây quấn (0,5+1) Đường kính trong của dây quấn HA D1’ = d+2.a01=20+ 2,04= 20,8(cm) (3.38) Làm tròn D1’ =21 (cm) Đường kính ngòai của dây quấn HA D1’’= D1’+2a1=21+2.1,8=24,6 (3.39) Trọng lượng đồng của dây quấn HA GCu1=28+ (3.40) Với D=21; t=3: Số trụ của MBA W1=31 T1= 188,8 Thay số ta được GCu1=28.3.=88,1 (KG) Ta cần phải tăng trọng lượng dây do cách điện lên 1,5.1,7=2,25% =0,025+1=1,0225 Nên lúc này ta có. Gdd1=88,1.1,0225=90,08 (KG) Bề mặt làm lạnh của dây quấn HA. M1=(n+1).t.K.P.(D+D).l1.10-4 (3.41) Trong đó n=2: Là số rãnh dầu dọc trục dây quấn HA. t=3: Số trục của MBA. D=21 D=24,6 K=0,75 l1=32,8 Hệ số K: Hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác. Thay số ta được: M1=(2+1).3.0,75.3,14.(21+24,6).32,8.10-4=3,17(m2) 3.3 Tính toán dây quấn Cao áp. 1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp . Các đầu phân áp được nối vào cực của bộ đổi nối. Để được tổng cấp điện áp khác nhau bên CA cần nối với bộ điều chỉnh các cấp điện áp như sau.±(2*2,5%) Điện áp làm việc Ulv=10%.(U2/)=1270(V) Điện áp thử uth=2.10%(U2/)=2540(V) Dòng điện làm việc qua tiếp điểm là Itđ=I2=10,49(A) 2. Số vòng dây cuôn CA ứng với điện áp định mức. W2đm= (3.42) W2đm==1704,3 (vòng) Làm tròn W2đm=1704 (vòng) 3. Số vòng dây CA ở một lớp điều chỉnh. Do có 4 cấp điều chỉnh nên. Wđc=0,025.W2đm Wđc=0,025.1704,3=42,6 (vòng) 4. Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân nhánh. Ta có 4 cấp điều chỉnh ±5 % và ±2,5 % + W1*1=W2đm+2.Wđc=1704+2.42,6=1789 (vòng) + W1*2=W2đm+Wđc=1704+42,6=1746 (vòng) + W1*3=W2đm=1704 (vòng) + W1*4=W2đm-Wđc=1704-42,6=1661 (vòng) + W1*5=W2đm-2.Wđc=1704-2.42,6=1618 (vòng) 5. Mật độ dòng điện phía CA. D=2.D- D (2.43) Trong đó D=2,779 (A/mm2) D=3,06 (A/mm2) Thay số ta được D=2.2,779-3,06=2,498 (A/mm2) Sơ bộ tính tiết diện vòng dây CA. T= (3.44) Trong đó I=I2=10,49 (A) D=2,498 (A/mm2) Thay số ta được T==4,16 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn CA. Dựa vào các thông số S=400 (KVA) T=4,16(mm2) Uđm=22 (KV) Theo bảng 38 trang 207 [1] ta chọn kết cấu dây đồng hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn. Ta chọn dây dẫn đồng có = Trong đó d2: Đường kính dây trần. d: Đường kính dây có cách điện. Chiều dày cách điện=0,4 (mm) Tiết diện dây T2=4,01 (mm) Mật độ dòng điện thực của dây quấn CA. D2===2,59 (A/mm2) Số vòng dây một lớp. ở đây ta coi l1=l2=32,8 (cm). Tức là coi chiều cao dây quấn CA bằng chiều cao dây quấn HA. Wl2=-1 (3.45) =-1=122,3 (vòng) Với d=0,266 Số lớp trong cuộn CA. nl2===13,93 (lớp) (3.46) Làm tròn nl2=14 (lớp) Điện áp giữa 2 lớp kề nhau. Ul2=2.Wl2.Uv (3.47) =2.122,3.7,42=1814 (V) Trong đó Uv=7,42 (V): Điện áp trên 1 vòng dây. Dựa vào Ul2 chon chiều dày cách điện giữa các lớp (Theo bảng 26 trang 200 [1]) ta chọn cách điện ở mỗi lớp là bìa cách điện, 3 lớp bìa cách điện*chiều dày của một lớp (mm) là 0,12(mm) đầu thừa cách điện ở một đầu dây quấn là lđ2=1,6 (mm) Phân phối lại các lớp dây quấn. Ta chia cuộn CA ra thành 2 tổ lớp dây, tổ lớp ngoài gồm 7 lớp, tổ lớp trong 5 lớp. Hai tổ có rãnh hở làm lạnh là 0,8, lớp trong cùng có màn tĩnh điện dày 0,5 mm dặt cách điện giữa các lớp bằng Bakelit cứng. Chiều dày dây quấn CA. a=d(n+1)+d[(n-1)+(m-1)]+ a (3.48) Trong đó m,n: Là số lớp của mỗi tổ lớp. m=5: Số lớp của tổ lớp trong dây quấn CA. n=7 Số lớp của tổ lớp ngoài dây quấn CA. a=0,8 (cm) d=0,12 (mm)=0,012 (cm): Chiều dày lớp cách điện. d=2,66*2 lớp=5,3 (mm)=0,53(cm) Thay số ta được. a=0,53.12+0,012[(7-1)+(5-1)]+0,8=7,2 (cm) Bố trí màn chắn tĩnh điện. ở lớp trong cùng của dây quấn CA ta đặt 1 màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dày 0,5 mm nối điện với dây quấn CA. Màn chắn có cách điện 2 phía, nên lúc đó chiều dày dây quấn CA sẽ là a2=a+0,25=7,45 (cm) Đường kính trong của dây quấn CA. D=D+2.a12 (3.49) Trong đó D=24,6 Là đường kính ngoài của dây quấn HA D=24,6+2.0,9=26,4 (cm) Đường kính ngoài của dây quấn CA. D= D+2.a2 (3.50) =26,4+ 2.7,45=41,3(cm) Khoảng cách giữa 2 trục cạnh nhau. C= D+a22 (3.51) =41,3+1=42,3 (cm) Bề mặt làm lạnh của dây quấn CA. Vì dây quấn CA có 2 tổ lớp, giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh và tổ lớp dây quấn lên hình trụ, có que nêm thì có 4 mặt làm lạnh. Ta có bề mặt làm lạnh dây quấn CA là. M2=n.t.K.P.(D+D).l1.10-4 (m2) (3.52) Trong đó k=0,8 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác n=2 : Số tổ lớp. t=3: Số trụ của MBA. l1=l2=32,8 (cm) D=39,5(cm) D=42,3 (cm) Thay số ta được. M2=2.3.0,8.3,14.(39,5+42,3).32,8.10-4=4,05 (m2) Trọng lượng dây quấn CA. GCu2=28.t..W2đm.T2.10-5 (3.53) Trong đó W2đm=1704 (vòng) T2=4,01 (mm2): Tiết diện dây quấn CA Thay số ta được GCu2=28.3..1704.4,01.10-5=203,3 (KG) Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện, phải tăng trọng lượng dây quấn lê 1,5.1,7=2,25 %=0,0225+1=1.0225 Nên lúc này ta có Gdd2=203,3.1,0225=207,8(KG). Toàn bộ trọng lượng dây quấn bằng đồng của cuộn CA& HA. GCu=GCu1+GCu2 (3.54) =88,1+203,3=291,4 (Kg) Toàn bộ trọng lượng dây quấn kể cả cách điện. Gdd=Gdd1+Gdd2 (3.55) =90,08+207,8=297,88 (KG) chương IV tính toán tham số không tải ngắn mạch Tính toán ngắn mạch liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạchPn, điện áp ngắn mạch, dòng điện cực đại khi ngắn mạch In, lực cơ giới trong dây quấn và sự phát nóng của dây quấn khi ngắn mạch. 4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch. Tổn hao ngắn mạch của MBA hai dây quấn là tổn hao tổng MBA khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điện áp Un để cho dòng điện trong hai dây quấn đều bằng định mức. Tổn hao ngắn mạch gồm các thành phần sau: 1.Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn HA & CA di dòng điện gây ra PCu2,PCu1. 2. Tổn hao phụ trong hai dây quấn: Do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pr1,Pr2. 3. Tổn hao phụ trong dây dẫn ra: Prf1,Prf2: Thường tổn hao này rất nhỏ có thể bỏ qua. 4. Tổn hao trong vách thùng dầu và kết cấu kim loại khác Pt: do từ thông tản gây nên, thường thì tổn hao phụ được tính gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ Kf. Vậy tổn hao ngắn mạch là: Pn=kf(KCu2+PCu1)+Pr1+Pr2+Pt (W) 4.1.1 Tổn hao chính Tổn hao trong dây quấn HA Như ta đã biết PCU tỉ lệ bình phương của mật độ dòng điện vì vậy khi bảo đảm cho PCU bằng hằng số nếu DTăng thì GCU phải giảm. Nhưng ta sẽ không đặt vấn đề tăng nhiều D để giảm trọng lượng đồng GCU . Vì vậy trọng lượng đồng khồn giảm được bao nhiêu mà tổn hao đồng sẽ tăng lên nhiều ( Có thể quá mức qui định ). Đồng thời dây quấn sẽ phát nóng nhiều và ta phải dùng nhiều dầu và phải tính toán thêm cho phần tản nhiệt. PCU1 = 2,4. D12.GCU1 ( 4.56 ) = 2,4.(3,06)2.112=2516,9 (W) Tổn hao trong dây quấn CA PCU2= 2,4.D22.GCU2 (4.57) = 2,4.(2,59)2.235 = 3783,3 (W) Do PCU2 tính với W2đm . Nên cần phải nhân với hệ số ta được. PCU2 =3783,3.=3603,2 (W) 4.1.2 Tổn hao phụ Tổn hao trong dây quấn HA. KF1=1+ 0,095b2.a4. n2(4.58) Trong đó a= 0,74 =b ( Mục 8 Phần 3.2 Chương III ) Là kích thước của dây thẳng góc với từ thông tản b = (.KR)2 Với bm =40,66 .8 KR =0,95 : Hệ số qui đổi từ trường tản l=l1=32,8 (cm) Thay số: b2 =(.0,95)2 = 0,375 n=3 số thanh dẫn của dây dẫn quấn. Kf1= 1+0,095.0,374.(0,66)4.(3)2=1,0606 5. Tổn hao trong dây quấn CA. Kf2=1+ 0,0095. b2.a4.N2(4.59) Trong đó: a=d2=0,266 [Mục 7 phần3.3 Chương III ] n=12(số lớp dây cao áp) l=l1=32,8 (cm) KR =0,95. Hệ số qui đổi từ trường tản b2= Thay số ta được: Kf2= 1+0,095(.0,95)2(0,266)4.122 = 1,067 Tổn hao trong dây dẫn ra. 6.Tổn hao dây quấn HA. + Chiều dài dây dẫn ra. lr1=7,5.l1=7,5.32,8 =243,75 (cm) + Trọng lượng dây dẫn ra. Gr1= lr1.Tr1g.10-8 (4.60) Trong đó :lr1:chiều dài dây dẫn ra của HA Tr1= 188,8: Tiết diện dây dẫn ra của cuộn HA Thay số ta có Gr1=243,75.188,8.8900.10-8=4,09 (kg) + Tổn hao đồng trong dây dẫn ra. Pr1= 2,4. D12.Gr1(4.61) =2,4.(3,06)2.4,09 = 91,91 (W) Tổn hao dây quấn CA. +Chiều dài dây dẫn ra: lr2 =7,5.l2=7,5.32,8=246(cm) +Trọng lượng dây dẫn ra. Gr2=lr2.Tr2.g.10-8 (4.62) Trong đó lr2 : Chiều dài dây dẫn ra của cuộn CA. Tr2=4,01 Tiết diện dây dẫn ra quấn CA Thay số ta được: Gr2=246.4,01.8900.10-8=0,0877 + Tổn hao đồng trong dây dẫn ra cuộn CA. Pr2=2,4.D22.Gr2 (4.63) =2,4.2,592.0,087=1,41(W) Tổng tổn hao ngắn mạch. Pn=PCu1.Kf1+PCu2.Kf2+Pr1+Pr2 (4.64) Trong đó PCu1=2516,9(W)Tổn hao đồng dây quấn HA Kf1=1,0606 .Tổn hao trong dây quấn HA. PCu2=3787,3(W) Tổn hao trong dây quấn CA Pr1=91,91(W) tổn hao đopngf trong dây dẫn ra cuôn HA Pr2=1,41(W) Tổn hao đồng trong dây dẫn ra cuộn CA Thay số ta được. Pn=2516,9.1,0606+3787,3.1,067+91,91+1,41=5803(W) Vậy tổn hao tính toán vượt quá tổn hao bài cho là: =0,9 % Mật độ nhiệt trên bề mặt dây quấn. + Phía HA. q1= (4.65) Với M1=3.17(m2) PCu1=2516,9(W) Kf1=1,0606 Thay số ta được q1= + Phía CA. q2= (4.66) Với M2=4,05(m2) PCu2=3787,3(W) Kf2=1,067 Thay số ta được q2==997,7 Tổng mật độ nhiệt trên bề mặt dây quấn CA & HA qS=q1+q2=842,08+997,7=1839,8 4.2 Xác định điện áp ngắn mạch.(Un) Trị số Un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những dặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy. Khi Un% bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây nên lực cơ học trong MBA lớn. Khi Un% lớn thì điện áp giáng DU ở trong MBA tăng lên ảnh hưởng đến các hộ dùng điện. Sự phân phối tải nguồn các MBA làm việc song song với Un khác nhau sẽ không hợp lí. Không tỉ lệ với dung lượng của máy mà tỉ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch Un%. Ta đã biết điện áp ngắn mạch toàn phần : Un= 9. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng. Unr= (4.67) ==1,45 % Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng. Unx= (4.68) Trong đó b===1,279 d12: Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ Máy ta thiết kế S=400 KVA. Nên aR=a12+=0,9+0,022=0,922 Kq=1,02->1,06 KR=1-s+0,333. s2 s===0,0144 kR=1-0,0144+0,333.(0,0144)2=0,9856 Uv=7,42 (V) Thay số ta được Unx==3,7 % Điện áp ngắn mạch toán phần là. Un=== 3,97 % Như vậy điện áp ngắn mạch nhỏ hơn tiêu chuẩn là . 100 = - 0,65 % 4.3 Tính dòng điện ngắn mạch cực đại. Trị số hiêu dụng của dòng điện ngắn mạch + Phía HA : I = Idm (4.69) = 577,35. = 29012,5 (A) -Dòng điện ngắn mạch dây bằng dòng điện ngắn mạch pha = I (A) + Phía CA : I= I. (4.70) Trị số dòng điện ngắn mạch cực đại + Phía HA i = ( I + I . e). (4.71) = ( 29012,5 + 29012,5 . e). = 41253,9 (A) + Phía CA i = ( I + I. e). (4.72) = (527,13+527,13.e).=749,5 (A) 4.4 Tính lực cơ giới lúc ngắn mạch. Lực hướng kính. FK=0,628(imax.W)2.b.KR.10-6 (4.73) + Phía HA FK1=0,628.(imax1.W1)2. b.KR.10-6 (4.74) Trong đó b=1,278 W1=31 vòng imax1=41253,9 (A) KR=0,9856 Thay số ta được FK1=0,628(41253,9.31)2.1,278.0,9856.10-6=1293732,8 (N) + Phía CA. FK2=0,628(imax2.W2)2. b.KR.10-6 (4.75) Trong đó b=1,278 W2=1704 vòng imax2=749,5 (A) KR=0,9856 Thay số ta có FK2=0,628(749,5.1704)2.1,278.0,9856.10-6=1290249,3 (N) Lực này có chiều xác định bằng qui tắc bàn tay trái, lực này phân phối đều trên dây quấn. Lực F là lực tác dụng ép của 2 dây quấn theo chiều trục F lớn nhất ở giữa 2 dây quấn và hai đầu ép lại và có khuynh hướng làm sập những vòng dây ngoài cùng nếu quấn không chặt. F=FK. (l1=l2) (4.76) + Phía HA. F=1293732,8.=18183,2 (N) + Phía CA. F=1290249,3.=18134,2 (N) Do cuộn dây phân bố đều theo chiều cao dây quấn nên lực dọc trục thứ 2 F=0 ta bỏ qua. Lực ép cực đại ở giữa chiều cao dây quấn Fc= F nên lực đẩy gông FG=0. 4.5 Tính ứng suất của dây quấn 16. ứng suất lực căng trong dây quấn CA sk= (4.77) với sk= Vì lực Fk2 > Fk1 nên đảm bảo cao ta tính theo lực hướng kính lớn nhất. k== 30,06MN/m2 Như vậy sk= 30,06 MN/m2 thoả mãn điều kiện sk= 30 á 40 MN/m2 đối với những máy có công suất nhỏ hơn 1600KVA. 17. ứng suất giữa các dây cuốn HA se = (4.78) Thay số Fe = F’T1= 1293732,8 (N) D1’= 21 (cm) D1’’= 24,6 (cm) a1-a11= 1,8-0,5=1,3 Ta được: se == 1,95MN/m2 Tại số se = 1,95MN/m2 đạt tiêu chuẩn với máy có công suất S,6300KVA (se Ê 18 á 20 MN/m2) Chương V Tính toán cuối cùng mạch từ Sau khi xác định kích thước và trọng lượng của dây quấn sao cho điện áp ngắn mạch (Un) và các công suất tổn hao (Pn) đạt yêu cầu ta sẽ tiến hành tính toán cuối cùng về mạhc từ để xác định các kích thước cụ thể của các bậc thang của trụ sắt. Sau đó tính toán dòng đienẹ không tải, tổn hao không tải và hiệu suất của MBA. 5.1. Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba trụ, loại lá thép sử dụng là loại tôn các lạnh, cắt vát các góc lá thép. Tiết diện trục có 7 bậc và gông có 6 bậc 1. Diện tích của các bậc thang của tiết diện trụ. Tra bảng ta được: 2,2.19,5+1,6.17,5+1,5.15,5+1,1.13,5+0,6.12+0,5.10,5+0,7.7,5=126,7cm2 2. Tổng chiều dày của các lá thép của tiết diện trụ 2,2+1,6+1,5+1,1+0,6+0,5+0,7= 8,2 3. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ TbT = 2.126,7=253,4 cm2 4. Tiết diện hữu hiệu của trụ TT= Kd.TbT (5.79) (Tra bảng 10 trang 189 [tài liệu 1]) Chọn Kd= 0,965 đối với tôn cần lạnh 3405. TT = 244,53 (cm2) 5. Diện tích bậc thang của nửa tiết diện gông. Chọn gông 6 bậc, 5 bậc đầu trùng với 5 bậc của trụ. Còn bậc ngoài cùng tương ứng với 2 bậc ngoài cùng của trụ. Tra bảng ta được: 2,2.19,5+1,6.17,5+1,5.15,5+11.13,5+0,6.12+0,5.18,2= 125,2 (cm2) 6. Toàn bộ tiết diện bậc thang của gông TbG= l.125,2= 254,4 (cm2) 7. Tiết diện hữu hiệu của gông TG= 0,965.254,4= 244,63 (cm2) 8. Chiều rộng của gông (có rãnh làm lạnh) bG= Sbt+ nr + br = 2.8,2+ 2.0,8= 18(cm) 9. Chiều dài trụ lT= l+ l0’+ l0” l0’, l0” là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới. Vì không có vành sắt ép dây quấn nên l0”=5 Do đó lT= 32,8+5+5= 42,8 (cm) 10. Khoảng cách tâm trục của 2 cạnh bằng nhau C= D2”+ a22 (5.81) = 24,6+1= 25,6 (cm) 11. Trọng lượng gông (Trọng lượng sắt) G’G = 2(t-1)c. TG.g. 10-6 (5.82) Trong đó t=3 g=7650kg/m3 TG=244,63(cm2) c= 25,6 (cm) Thay số ta được G’G = 2(3-1).25,6.244,63.7650.10-6(kg) 12. Trọng lượng sắt một mạch từ. Đó là phần chung nhau của trụ và gông giới hạn bởi 2 trụ vuông góc nhau Gg= 2Kd. g.10-6(a1T.a1G.b1T+a2T.a2G.b2T+...+anT.anG.bnT) (5.83) a1T, a1G... là chiều rộng của từng tệp lá thép trụ và gông ở mối nối b1T, b2G... là chiều dày của các tệp lá thép trụ trong một nửa tiết diện gông Gg=2.0,965.7650.10-6(11,5.11,5.2,2+17,5.17,5.1,6+15,5.15,5.1,5 + 13,5.13,5.1,1+ 12.12.0,6+10,5.10,5.0,5+ 10,5.0,7.7,5) = 21,18(g) 13. Trọng lượng sắt ở 4 mối nối góc là G”G = 4.=2.Gg= 2.21,18=42,36 (kg) 14. Trọng lượng sắt toàn phần của gông là GG= G’G + G”G = 189,28+ 42,36 = 231,64 (kg) (5.84) 15. Trọng lượng sắt ở trụ G’T = t.TT. lT. g.10-6 (5.85) Trong đó: TT= 244,53(cm2) lT = 42,8(cm) t=3 (số trụ dây quấn) Thay số ta được: G’T= 3.244,53.42,8.7650.10-6 = 320 (kg) 16. Trọng lượng sắt của phần nối trụ với gông G”T= t(TT.a1G. g.106-Gg) (5.86) Trong đó t= 3 TT= 244,53 (cm2) a1G= 19,5 Gg= 21,18 (kg) Thay số ta được: G”T= 3(244,53.19,5.7650.10-6-21,18) = 60,89(kg) 17. Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ GT= G’T+ G”T =320+60,89= 380,89 (kg) 18. Trọng lượng sắt toàn phần của lõi thép: GFe= GG + GT= 231+380,89= 611,49 (5.88) 5.2 Tính tổn hao không tải 19. Lõi thép làm bằng tôn cán lạnh 3405 dày 0,35mm. - Do đó trị số tự cảm trong lõi sắt là BT= (5.89) Trong đó UV= 7,42 (V) TT= 244,53 (cm2) Thay số ta được BT= = 1,366 (T) - Tự cảm trong gông BG= BT.= 1,366.= 1,382 (T) (5.90) - Tự cảm mối nối nghiêng là: Bn= ==0,9659 (T) 20. Suất tổn hao trong trụ và gông, mối nối nghiêng Tra bảng 45 [1] ta được: - Suất tổn hao trong trụ: PT= 0,757(W/kg) - Suất tổn hao trong gông: PG = 0,811 (W/kg) Tương ứng khe hở không khí là PKT= 0,105 PKG= 0,087 PKn= 0,036 21. Hình dáng tiết diện gông ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông cho nên phải đưa thêm vào hệ số tăng cường ở gông kGP = 1 Mặt khác do yếu tố công nghệ ảnh hưởng rất nhiều tới yếu tố không tải. Bởi vây, phải kể đến một số hệ số sau - Hệ số tổn hao do tháo lắp gông trên để lồng dây quấn vào trụ làm chất lượng lá thép giảm, tổn hao tăng lên. Thường Ktp = 1,02á1,05, chọn Ktp= 1,02. - Hệ số tổn hao do ép trụ Kep = 1,02 - Hệ số tổn hao do cắt dập tôn: Kcp= 1 - Hệ số tổn hao do mép cắt hoặc bavia: Kbp = 1 Chọn Kgp = 8,92 22. Tổn hao không tải P0= Kf.(PT.GT+PG.GG) (5.92) Với Kf= Kgp. Kep.Kcp.Ktp.Kbp (5.93) = 1.1,02.1.1,02.1=1,04 P0 được tính chính xác như sau: P0=Kf.[PT.GT+PG(G’G-Kd.Gg)+.Gg.Kgp.Pkn.4.TT+PKT.TT+PKG.2TG] (5.94) Trong đó Kd là hệ số biểu thị số lượng góc nối Chọn Kd=4 PT=1,150(W/kg) GT= 380 (kg) PG =1,112 (W/kg) G’G=189,28 (kg) Gg= 21,18 (kg) Kgp = 8,92 Pkn= 0,036 TT= 244,53 (cm2) PKG= 0,087 TG= 241,63 (cm2) Kg=1,04 PKT= 0,087 Thay số vào (5.94), ta được: P0 = 1,04.[1,105.285,89+1,112.(189,28-4.21,18)+ .21,8.8,92 +0,036.4 .244,53+ 0,087.2.241,63] = 341,92 + 120,92+ 222,22+51,78+22,12+43,72 = 802,68 Ta thấy P0< DP0 Vậy so lệch P0 nhỏ hơn so với tiêu chuẩn là: .100%= 4,44% < [DP0] P0 như vậy là thoả mãn 23. Công suất từ hoá không tải Q0= KGi. Kti. Kei.[ Kbi.Kci. (qT.GT + qG.(G’G -Kd.Gg) + .GG .(Kb.K’gi + K + K”gi) ) +SqK.nK. TK] (5.95) Trong đó: - Kd=4 - Kgi= 20,2 - Kb. K’gi + K+K”gi= Kqi= 20,2 - KG=1: Hệ số làm tăng công suất từ hoá ở gông - Kti= 1,02: Hệ số kể đến sự tăng công suất khi tháo lắp - Kbi = 1,1: Hệ số kể đến việc cắt gọt bavia với lá thép ủ - Kci= 1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt dập lá thép có ủ - Kei=1,04: Hệ số ảnh hưởng của việc ép mạch từ - Hệ số kể đến việc tăng công suất từ hoá ở các góc nối trụ và gông của lõi thép: . Mối nối nghiêng K’gi= 5,20 . Mối nối thẳng K”gi= 7,30 - qKn= 04,06; qkt= 7,24; qkg=2,87 -PT= 0,787 (W/kg) - PG = 0,811 (W/kg) - G’G = 189,28 (kg) Thay số vào công thức (5.95) ta được Q0 = 1253,6 24. Thành phần phản kháng dòng điện không tải. i0x%===0,31 % (5.96) 25. Thành phần tác dụng của dòng điện không tải. i0r%===0,2 % (5.97) 26. Dòng điện không tải toàn phần. i0%===0,36 % 27. Trị số dòng điện không tải của dây quấn CA. I0x=Iđm2. =10,49.=0,032 (A) I0r=Iđm2.=10,49.=0,02 (A) I0=Iđm2.=10,49.=0,0377 (A) 5.3 Hiệu suất của MBA. Hiệu suất của MBA lúc tải định mức là. h%=[1-].100 (5.99) Trong đó P0=802,68 (W) Pn=5803 (W) Pđm=400.103 (W) Vậy h%=[1-].100=98,5 % Vậy hiệu suất của máy là 98,5 %. 5.4 Chi phí vật liệu tác dụng là. 28. Tổng trọng lượng dây quấn GCu=GCu1+GCu2=88,1 + 203,3 = 291,4 (KG) 29. Tổng trọng lượng dây quấn kể cả cách điện Gdd=Gdd1 + Gdd2=90,08 + 207,8 = 297,88 (KG) 29. Tổng trọng lượng toàn bộ lõi sắt là. GFe=GT+GG=380+231,64=611,64. Chương 6 Tính toán nhiệt máy biến áp 6.1 Đại cương. Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập nghĩa là khi MBA làm việc liên tục với tải định mức. ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuếch tán ra xung quanh. Đường khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau. Từ dây quấn hay lõi sắt ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu đối lưu Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lưu. Nói chung trong phần tính toán nhiệt của MBA gồm các phần sau: + Tính nhiệt độ chênh qua từng phần gồm: Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó Qua mỗi lần truyền nhiệt để nhiệt độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lượng sụy nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh nào đó Trị số dòng nhiệt càng liệt càng lớn thì nhiệt độ chênh càng lớn q0 Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với đầu q0 Nhiệt độ chênh giữa dầu với vênh thùng qdt Nhiệt độ vênh giữa vách thùng và không khí qtk + Chọn kích thước thùng dầu bảo đảm tỏa nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định. + Kiểm tra nhiệt độ chênh của dây quấn, lõi sắt và dầu đối với không khí. Như vậy việc tính toán nhiệt của MBA khá phức tạp, nó ảnh hưởng rất nhiều tới tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định mức của MBA. Việc tính toán nhiệt này cũng còn liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác. 6.2 Tính toán cụ thể về nhiệt của MBA. Tính toán nhiệt độ chênh qua từng phần Nhiệt độ chênh trong lồng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó. Gọi q0 là nhiệt độ chênh. Ta có q0=.10-4 (6.100) Trong đó d : Là cách điện một phía. 2d=0,4 (mm)=0,04 (cm) vậy d=0,02 (cm) lcd: Là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây quấn, ta chọn lcd=0,0025 (W/cm0C) q: Mật độ dòng điện trên bề mặt dây quấn. -Dây quấn HA: q1=842,08 -Dây quấn CA: q2=997,7 Nhiệt độ chênh phía HA: q01= .10-4 (6.101) Vì dây quấn có 2 lớp d1=3 lớp nên d=0,06 cm. Do đó q01=.10-4=2,02 0C Nhiệt độ chênh phía CA: q02= .10-4 (6.102) Vì dây quấn CA có 12 lớp nên d2=0,24 (cm) Do đó q02=.10-4=9,570C. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu q0d. Hiệu số của nhiệt độ này phụ thuộc vào tổn hao của dây quấn và thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng. ở đây dây quấn dùng dây chữ nhật có rãnh dầu ngang nên qod = k1.k2.k3. 0,35. q0,6 (6.103) -k1: Hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây quấn phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh. Đây làm lạnh tự nhiên nên k1=1 -k2: Hệ số chiếu cố đến trường