1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp, căn cứvào công suất của máy biến áp là
250 kVA ta bốtrí đoạn dây điều chỉnh nằm ởlớp ngoài cùng, mỗi lớp điều chỉnh
được bốtrí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều
trên toàn bộchiều cao dây quấn nên không xuất hiện lực chiều trục.
Các đầu phân áp được cực của bộ đổi nối ba pha. Dòng làm viêc định mức
qua các tiếp điểm chính là dòng định mức của dây quấn cao áp bằng 22,9 A.
Điện áp lớn nhất đặt lên hai đầu tiếp điểm của bộ đổi nối là:
- Điện áp làm việc Ulv= 10%.Uf2= 10%.6,3.103= 630 V
- Điện áp thửUth= 2.Ul
37 trang |
Chia sẻ: maiphuongdc | Lượt xem: 2529 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế Máy biến áp điện lực ngâm dầu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
:
I. Dây quấn hạ áp:
1. Sức điện động của một vòng dây:
uv = 4,44.f.BT.ST.10-4 = 4,44.50.1,6.181.10-4
= 6,43 V
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
8
2. Số vòng dây trong một pha của dây quấn hạ áp:
w1 =
43,6
231
=
u
U
v
1f = 35,93 ≈ 36 vòng
Như vậy điện áp một vòng dây
uv =
36
231
=
w
U
1
1f = 6,42 V
3. Mật độ dòng điện trung bình:
Theo công thức 13-18
Jcp =
76,21.250
42,6.4100
.94,0.746,0=
d.S
u.P
.k.746,0
12p
vn
n
= 3,39 A/mm2
4. Tiết diện vòng dây sơ bộ:
s1’ =
39,3
84,360
=
J
I
cp
1f = 106,44 mm2
Với điều kiện
SP = 250 kVA,
If1 = 360,84 A
Uđm = 400 V
S1’ = 106,44 mm2
Tra bảng XV, ta chọn kiểu dây quấn là kiểu quấn kép dây dẫn chữ nhật, do
công nghệ chế tạo đơn giản, rẻ, làm nguội tốt thích hợp với máy công suất nhỏ,
nhưng nó cũng có nhược điểm là độ bền cơ nhỏ, ta sẽ khắc phục nhược điểm này
trong quá trình chọn dây và thông số dây.
5. Số vòng dây của một lớp :
w11 =
2
36
=
n
w1 =18 vòng
n: Số lớp, vì quấn kép nên n = 2.
6. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây:
hv1 =
1+18
33,39
=
1+w
l
11
1 = 2,07 cm = 20,7 mm
7. Căn cứ vào hv1 = 20,7 mm; tiết diện s1’ = 106,44 mm2, theo bảng VI.2, ta
chọn tiết diện mỗi vòng dây bao gồm 2 sợi chập song song, chia thành 2 lớp dây
(quấn ống kép ).
Kích thước dây hạ áp như sau:
PB – 2x 52,79x
5,20x6,4
02x1,4
8. Tiết diện thực của mỗi vòng dây
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
9
s1 = 2x79,52= 159,04 mm2
9. Mật độ dòng điện thực trong dây quấn
J1 =
04,159
84,360 = 2,27 A/mm2
10. Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp
l1 = hv1.(w11 + 1) + 1 = 2,05.(18+1) = 39,95 cm
a01 a
a1
b’ b
a11
11. Bề dày của dây quấn hạ áp
a1 = 2.a’+a11
a’: bề dày của 1 sợi dây, a’=4,6mm
a11: khoảng cách giữa hai lớp của dây quấn ống kép, chọn a11=5mm
a1 = 2.4,6 +5 = 14,2 mm = 1,42 cm
12. Đường kính trong dây quấn hạ áp:
D1’ = d+2a01
a01: 5mm = 0,5 cm; d= 16cm
D1’ = 16 +2.0,5 = 17 cm
13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:
D1” = D1’ + 2.a1
a1 = 1,42 cm, D1’ = 17 cm
D1” = 17+ 2.1,42 = 19,84 cm
14. Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp:
M1 = t.kK.π.(D1’+D1’’).l1.10-4
t: số trụ tác dụng, t = 3
kK hệ số xét đến sự che khuất bề mặt của dây quấn, kK = 0,75
thay vào:
M1 = 3.0,75.π.(17+19,84).39,95.10-4 = 1,04 m2
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
10
15. Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp , theo công thức 13-76a
GCu1 = 5-11
"
1
'
1 10.s.w.
2
D+D
.t.28
= 04,159.36.
2
84,19+17
.3.28 .10-5 = 88,6 kg
II. Dây quấn cao áp
1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp, căn cứ vào công suất của máy biến áp là
250 kVA ta bố trí đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi lớp điều chỉnh
được bố trí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều
trên toàn bộ chiều cao dây quấn nên không xuất hiện lực chiều trục.
Các đầu phân áp được cực của bộ đổi nối ba pha. Dòng làm viêc định mức
qua các tiếp điểm chính là dòng định mức của dây quấn cao áp bằng 22,9 A.
Điện áp lớn nhất đặt lên hai đầu tiếp điểm của bộ đổi nối là:
- Điện áp làm việc Ulv = 10%.Uf2 = 10%.6,3.103 = 630 V
- Điện áp thử Uth = 2.Ulv
Sơ đồ điều chỉnh điện áp
A x5 x4 x3 x2 x1
12 12
12
54 12
12
12
12 12
11 lớp bình 2 lớp điều
thường chỉnh
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
11
2. Số vòng dây cuộn cao áp ứng với Uđm
w2 =
231
10.3,6
.36=
U
U
.w
3
1f
2f
1
= 982 vòng
3. Điện áp ở một cấp điều chỉnh
Δu = 2,5%.U2 = 2,5%.6,3.103 = 157,5 V
4. Số vòng dây cao áp ở một cấp điều chỉnh:
wđc =
42,6
5,157
u v
U =Δ ≈ 24 vòng
5. Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân áp
Điện áp Đầu dây Mức điều chỉnh Số vòng dây cao áp
6615,0 V X1 + 5% 982+2.24 = 1030 vòng
6457,5V X2 +2,5% 982+1.24 = 1006 vòng
6300,0V X3 0% 982 vòng
6142,5V X4 -2,5% 982 – 1.24 = 958 vòng
5985,0V X5 -5% 982-2.24=934 vòng
6. Mật độ dòng điện trong cuộn cao áp:
J2’ = 2Jcp – J1 = 2.3,39 – 2,27 = 4,51 A/mm2
7. Tiết diện dây cao áp sơ bộ:
s2’ =
51,4
9,22
J
I
'
2
2f = = 5,08 mm2
8. Căn cứ vào công suất máy biến áp 250 kVA, dòng If2 = 22,9 A, U2=6,3 kV,
s2’=5,08 mm2 tra bảng XV ta chọn kết cấu dây quấn là kiểu hình ống nhiều lớp
tiết diện tròn, ưu diểm của phương pháp này là công nghệ chế tạo đơn giản,
nhưng nhược điểm là độ tản nhiệt kém và độ bền cơ thấp, nhưng với công suất
của máy nhỏ thì ta có thể khắc phục được những nhược điểm này trong khi chọn
lựa thông số dây quấn và kiểu cách tản nhiệt.
Theo bảng VI.1 họn dây dẫn tròn mã hiệu PTEV có quy cách như sau:
PTEV-2x 36,4;
46,2
36,2
9. Tiết diện thực của mỗi vòng dây,
s2 = 2.4,36 = 8,72 mm2
10.Mật độ dòng điện thực trong mỗi vòng dây
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
12
J2 =
72,8
9,22
s
I
2
2f = = 2,62 A/mm2
11. Số vòng dây trong một lớp:
w12 = 1-
46.2.2
5,399
1-
d.n
l
'
22v
2 = = 81vòng
Trong đó:
l2 = l1 = 39,95 cm = 399,5 mm
nv2 là số sợi chập trong một vòng dây, nv2 = 2
12. Số lớp của dây quấn:
n12 =
81
1030
w
w
12
max2 = = 13 vòng
13. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau
u12 = 2.w12.uv = 2.81.6,42 = 1040,04 V
14. Căn cứ vào u12 = 1040 V, ta chọn cách điện giữa các lớp của dây quấn
hình ống nhiều lớp, chiều dày cách điện là δ12=0,12 mm, số lớp giấy cách điện là
2 lớp.
15. Như trên đã đề cập nhược điểm chính của kiểu dây quấn này là toả nhiệt
kém, để đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt ta quấn nên que nêm.
Bố trí dây quấn như sau:
Lớp thứ nhất đến lớp thứ 11: 80.11 = 891 vòng
Lớp thứ 12: 54 + 2.12 =78 vòng
Lớp thứ 13: 6.12 = 72 vòng
---------------------------------------------------------------------------
Tổng cộng 1030 vòng
16. Chiều dày dây quấn cao áp
Theo công thức 13-54a
a2 = d’.n12 + 2.δ12 (n12-1)
=2,46.13 + 2.0,12.(13-2) + 5= 34,8 mm=3,48 cm
17. Đường kính trong của dây quấn cao áp
D2’ = D1” + 2.a12
= 19,84 + 2.1,2 = 22,24 cm
18. Đường kính ngoài của dây quấn cao áp
D2” = D2’ + 2.a2
= 22,24 + 2.3,48 = 29,2cm
19. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau
C = D2” + a22
= 30,16 + 2,2 = 32,36 cm
20. Diện tích bề mặt làm lạnh của dây quấn
Dây quấn cao áp quấn trên nêm, nên theo công thức 13-59ab
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
13
M2 = 1,5.t. k.π.(D2’+D2”).l2
Trong đó: t số trụ tác dụng, t=3.
k là hệ số kể đến sự che khuất, ở đây ta lấy k = 0,88
M2 = 1,5.3.0,88.π.( 22,24+ 30,21).39,95.10-4
= 2,61 m2
21. Trọng lượng dây quấn cao áp
GCu2 = 28.t. 5-max22
"
2
'
2 10.w.s.
2
D+D
= 5-10.72,8.1030.
2
2,29+24,22
.3.28 = 194kg
160 5 14,2 12 34,8 22
φ161 40
φ164
φ165 20
3
φ179,2
φ183,2
φ186,2
φ191,2
φ226
Sơ đồ bố trí quận dây và kích thước chính
của dây quấn hạ áp và cao áp
III. Tính toán các tham số ngắn mạch
A. Tổn hao
1. Tổn hao chính
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
14
- Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp
Theo công thức 13-75
PCu1 = 2,4.J2.GCu1
= 2,4.2,272.88,6 = 1096 W
- Tổn hao đồng trong dây quấn cao áp
PCu2 = 2,4.J2.GCu2
GCu2 = 28.t. 5-m®22
"
2
'
2 10.w.s.
2
D+D
= 5-10.72,8.982.
2
2,29+24,22
.3.28 = 185 kg
PCu2 = 2,4.2,622.185 = 3048 W
2. Tổn hao phụ trong dây quấn
Tổn hao phụ thường được ghép nối vào tổn hao chính thông qua hệ số tổn hao kf
, do đó việc xác định tổn hao phụ chính là xác định hệ số kf
- Với dây quấn hạ áp tiết diện dây chữ nhật, theo công thức 13-78b
kf = 1+0,095β2.a4.n2
+ β = R
1
k.
l
m.b
. b chiều cao một vòng dây, b=20,5 mm
. m là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản, m = 18
. l chiều cao toàn bộ dây quấn, l = 39,95 cm
. kR hệ số Ragovski, lấy kR = 0,95
→ β = 95,0.
95,39
18.05,2 = 0,88 →β2 = 0,77
+ a kích thước dây dẫn thẳng góc với từ thông tản, a = 4,1 mm
+ n số thanh dẫn của thanh dẫn song song với từ thông tản, n=4.
Vậy: kf1 = 1+0,095β2.a4.n2
= 1+0,095.0,77.(0,41)4. 42 = 1,033
-Với dây dẫn cao áp tiết diện tròn, theo công thức 13-78c
kf = 1+0,044β2.d4.n2
+ β = R
2
k.
l
m.d
. d đường kính trần của dây quấn cao áp, d=2,36 cm
. m số thanh dẫn của dây quấn song song với từ trường tản, m=81
. l2 = 39,95 cm
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
15
→ β = 95,0.
95,39
81.236,0 = 0,45→β2 = 0,21
+ n số thanh dẫn của dây quấn vuông góc với từ trường tản, n=13
Vậy: kf2 = 1+0,044.β2.a4.n2
= 1+0,095.0,21.(0,236)4. 132 = 1,0048
A) B)
Hình vẽ dùng để xác định tổn hao đồng trong các dây quấn
A) Với dây đồng chữ nhật
B) Với dây đồng tròn
3. Tổn hao phụ trong dây dẫn ra
PCur = 2,4.J2.GCur
+J: mật độ dòng điện của dây quấn
+GCur khối lượng đồng dây dẫn ra của dây quấn
GCur = lr.sr.γCu
.lr: chiều dài dây dẫn ra
.γ khối lượng riêng của đồng, γCu =8900kg/m3
- Khối lượng đồng dây dẫn ra của dây quấn hạ áp
GCur1 = lr1.sr1.γCu
Vì hạ áp đấu Y nên lr1 = 7,5 l1 = 7,5.39,95 = 299,63 cm
GCur1 = 299,63.159,04.8900.10-8 = 4,24 kg
Vậy tổn hao dây dẫn ra hạ áp là:
PCur1 = 2,4.2,272.4,24 = 52,44 W
- Khối lượng đồng dây dẫn ra của dây quấn cao áp
GCur2 = lr2.sr2.γCu
Vì cao áp đấu Δ nên lr1 = 14.l1 = 14.39,95 = 559,3 cm
GCur2 =559,3.8,72.8900.10-8 = 0,434 kg
Vậy tổn hao dây dẫn ra cao áp là:
PCur2 = 2,4.2,622.0,434 = 7,15 W
4. Tổn hao trong thùng dầu và các chi tiết bằng kim loại khác
Tổn hao này rất khó xác định chính xác, theo công thức gần đúng 13-80:
Pt = 10.k.SP
là hệ số tỉ lệ, tra bảng 13.18 với công suất máy 250 kVA, ta được k=0,012
Pt = 10.0,012.250 = 30 W
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
16
5. Tổng tổn hao ngắn mạch toàn phần
ΣPn = kf1.PCu1 + kf2.PCu2 + PCur1 + PCur2 + Pt
Thay số vào ta được
ΣPn = 1,033.1096 +1,0048.3048 +52,44 +7,15+30
= 4284,39 W
So sánh với số liệu đầu bài đã cho Pn = 4100, sai số
Δ% = %100.
P
P-P
n
nnΣ = %100.
4100
4100-39,4284 = 4,5% < 5%, như vậy coi
như công suất tổn hao ngắn mạch của máy là đạt yêu cầu.
B. Điện áp ngắn mạch
1. Thành phần tác dụng
Theo công thức 13-81
unr =
P
'
n
S.10
P
Pn’ Tổn hao trong điều kiện làm việc bình thường của dây quấn cao áp ở chế độ
làm việc định mức.
Pn’ = Pn – 0,05.(Pdq2.kf2)
= 4284,39 – 0,05.(1,0048.3048) = 4131,26 W
unr = %65,1=
10.250
4131,26
=
S.10
P
P
'
n
2. Thành phần phản kháng
unx = R2
v
RP k.
u
a..'S.f.92,7 β
Trong đó
+ f là tần số công nghiệp, f =50 Hz
+ S’P Công suất trên mỗi trụ của máy, S’P = 83,33 kVA
+ β hệ số hình dáng của máy biến áp, β =1,69
+ aR =
3
48,3+42,1
+2,1=
3
a+a
+a 2112
= 2,83
+ kR = 1-σ(1- σ
1
-
e ) =
σ =
95,39.
48,342,12,1
l.
aaa 2112
π
++=π
++
= 0,048
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
17
thay giá trị σ vào
kR = 1- 0,048.(1- 0,048
1
-
e ) = 0,952
vậy giá trị của thành phần phản kháng
unx = 32 10.952,0.42,6
83,2.69,1.33,83.50.92,7 −
= 3,65%
3. Điện áp ngắn mạch toàn phần
un = 222nx
2
nr 65,365,1uu +=+ = 4 %
Như vậy kết quả tính toán trùng luôn với dữ liệu ban đầu đã cho un =4%, kết
luận điện áp ngắn mạch với các thông số đã chọn là thoả mãn yêu cầu đề bài.
III. Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch
1. Dòng điện ngắn mạch xác lập, theo công thức13-85
In = A5,572
4
100
.9,22
u
100
.I
n
m ==®
2. Dòng ngắn mạch cực đại tức thời
Theo công thức 13-86
imax = 2 .kM.In
kM = (1+ )e1()e 65,3
65,1.
u
u.
nx
nr π−π−
+=
= 1,24
imax = 2 .1,24. 5,572 =1004 A
3. Lực hướng kính
Theo công thức 13-87
FK = 0,628.( imax.w2)2.β.kR.10-6
= 0,627.(1004.982)2.1,69.0,952.10-6 =0,98 Mpa
4. ứng suất nén
- Trong dây quấn hạ áp
σnrHA =
11
K
w.s.2
F
π
= 6
6
6
10.26,27
36.10.04,159.2
10.98,0 =π − Pa = 27,26 Mpa
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
18
Với dây đồng : 30MPa≥σcp ≥ 18Mpa, như vậy giá trị σnrHA tính được thoả
mãn điều kiện về ứng suất nén ngang trục(do lực hướng kính gây nên).
- Trong dây quấn cao áp
σnrCA =
22
K
w.s.2
F
π
=
982.10.72,8.2
10.98,0
6
6
−π = 18,23 Mpa
Với dây đồng : 30MPa≥σcp ≥ 18Mpa, như vậy giá trị σnrCA tính được cũng
thoả mãn điều kiện về ứng suất nén ngang trục(do lực hướng kính gây nên).
5. Lực chiều trục
Do hai dây quấn có cùng chiều cao các vòng dây phân bố đều trên toàn bộ
chiều cao nên F”t = 0.
Có
F’t =
l.2
a
.F RK
= 0,98.106.
95,39.2
83,2 =34731 N
6. ứng suất do lực chiều trục gây nên
áp dụng công thức 13-92 cho dây quấn không có nêm chèm giữa các bánh
dây, ở đây ta chỉ xét riêng cho dây quấn hạ áp do nó phải chịu lực ép điện động
cực đại trong dây quấn, nếu nó thoả mãn thì điều kiện này đối với dây cao áp
cung thoả mãn.
σn =
)aa.(
2
DD
.
F
111
"
1
'
1
'
t
−+π
σn =
22 10).5,042,1.(10.
2
19,8417
.
34731
−− −+π
=6,52 Mpa
mức cho phép 18÷20 Mpa ≥ σncp
như vậy σn thoả mãn điều kiện về ứng suất nén dọc trục.
IV. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ
1. Chọn kết cấu lõi thép
Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha năm trụ, có 4 mỗi nối nghiêng ở 4 góc, lá
thép xen kẽ, lá thép là loại tôn cán lạnh 3405 có chiều dày 0,35 mm ưu điểm của
loại thép kĩ thuật điện này là suất tổn hao trong lõi thép nhỏ, công suất từ hoá
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
19
nhỏ, độ từ thẩm theo chiều cán lớn nên có thể làm giảm tổn hao sắt của m.b.a..
Trụ ép bằng băng đai thuỷ tinh không có tấm sắt đệm. Gông ép bằng xà ép gông,
Kích thước tập lá thép như hình vẽ, như trên đã chọn tiết diện trụ có 8 bậc và tiết
diện gông có 5 bậc, ta có bảng tổng hợp kết quả tính toán trụ và gông như sau:
Thứ tự lá thép Trụ Gông
1 15,36x2,24 15,36x2,24
2 14,08x1,575 14,08x1,575
3 12,48x1,19 12,48x1,19
4 10,08x1,225 10,08x1,225
5 7,52x0,84 7,52x0,84
6 4,48x0,595 7,52x0,84
2. Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (hoặc gông)
bT = 2.( 2,24 + 1,575 + 1,19 + 1,225 + 0,84 + 0,595 )
= 15,33 cm
3. Tổng tiết diện các bậc trong trụ
Theo công thức 13-94
SbT = 2.ΣaT.bT
=2.(15,36.2,24+14,08.1,575+1,19.12,48+10,08.1,225+7,52.0.84 +
4.48.0,595)
= 185,53 cm2
4. Tiết diện có ích của trụ
ST = SbT.kc
kC hệ số ép chặt, ở đây ta lấy kC = 0,98
ST = 0,98.185,53 = 181,82 cm2
5. Tiết diện bậc thang của gông
Theo công thức 13-95
S’G = kG.SbT
kG = 1,02
S’G = 1,02.185,53 =189,24 cm2
6. Tiết diện có ích của gông
SG = kC.SG’
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
20
= 0,98.189,24 = 185,46 cm2
7. Chiều dày gông, ta lấy chiều dày gông bằng chiều dày trụ, tức là bằng tổng
chiều dày các lá thép của tiết diện trụ.
bG = bT = 15,33 cm
8. Tổng số lá thép trong trụ và gông
theo công thức 13-96
n1 =
T
Tb
δ ;
δT là chiều dày mỗi lá thép, δT = 0,35 mm thay vào biểu thức trên
n1 =
T
Tb
δ = 35,0
3,153 = 438 lá thép
9. Chiều cao trụ sắt
theo công thức 13-99
lT = l + l0 + l0’
l là chiều cao dây quấn, l = 39,95 cm
l0 là khoảng cách từ gông trên
l0’ là khoảng cách từ dây quấn đến gông dưới
Ta lấy l0 = l0’ = 4cm
lT = 39,95 + 2.4 = 47,95 cm
10. Khoảng cách giữa hai tâm trụ
theo công thức 13-100
C = D2” + a22
D2” là đường kính ngoài cuộn cao áp, D2”=30,21 cm
a22 là khoảng cách giữa 2 cuộn cao áp, a22 =2,2 cm
C = 30,21+2,2 =32,41 cm
Lấy tròn C = 32,5 cm
11. Trọng lượng sắt góc mạch từ chung cho gông và trụ
theo công thức 13-101
G g = 2.kC. γFe.10-6.Σ(aiT.aiG.biT)
= 2.0,98.7650.10-6.(15,36.15,36.2,24+14,08.14,08.1,575+
+12,48.12,48.1,19+10,08.10,08.1,225+7,52.7,52.0,84+4,48.7,52.0,595)
= 18,26 kg
12. Trọng lượng sắt trong gông
Theo công thức 13-102
GG = GG’ + GG”
- GG’ là trọng lượng phần thẳng nằm giữa hai trụ biên,
theo 13-102a
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
21
GG’ = 2.(t-1).C.SG.γFe.10-6
γFe trọng lượng riêng của thép, γFe =7650 kg/m3
GG’ = 2.(3-1).32,5.185,46.7650.10-6 = 184,44 kg
- GG” là trọng lượng phần gông ở các góc
theo công thức 13-102b
GG” = 4.
2
Gg = 2.Gg
= 2.18,26 = 36,52 kg
vậy trọng lượng của gông là
GG = GG’ + GG”
= 184,44 + 36,52 = 220,96 kg
13. Trọng lượng sắt trong trụ là
theo công thức 13-103
GT = GT’ + GT”
Trong đó
- GT’ là trọng lượng phần trụ nằm trong chiều cao cửa sổ mạch từ
theo công thức 13-103a
GT’ = t.lT.ST.γFe.10-6
= 3.47,95.181,82.7650.10-6
= 200 kg
- GT” là trọng lượng phần trụ nối với gông
theo công thức 13-103b
GT” = t.(a1G.ST.γFe.10-6 – Gg )
= 3.(15,36.181,82.7650.10-6- 18,26)
= 9,31 kg
Vậy trọng lượng của sắt trong trụ là:
GT = GT’ + GT”
= 200 + 9,31 =209,3 kg
14. Trọng lượng sắt toàn bộ trong trụ và gông
GFe = GG + GT
= 220,96 + 209,3 = 430,26 kg
V. Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải
1. Lõi thép làm bằng tôn silíc mã hiệu 3405, dày 0,35 mm, hệ số tự cảm trong
trụ và gông là:
- Hệ số tự cảm trong trụ
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
22
BT =
T
v
S.f.44,4
u
=
410.82,181.50.44,4
42,6
−
= 1,59 T
- Hệ số tự cảm trong gông là
BT =
G
v
S.f.44,4
u
=
410.46,185.50.44,4
42,6
−
=1,56 T
2. Theo bảng V.13 với tôn 3405, dày 0,35 mm ta tra được các suất tổn hao sắt
tương ứng
BT = 1,59 T → pT = 1,135 W/kg, pkT = 0,0375 W/cm2
BG = 1,56 T → pG = 1,074 W/kg, pkG = 0,0375 W/cm2
Hệ số từ cảm trong rãnh nghiêng là
Bkn =
2
59,1
2
B T = = 1,124 T
Với Bkn ta tra được pkn = 0,0333W/cm2
3. Các hệ số xét đến sự gia tăng tổn hao trong gông và trụ.
Kết cấu mạch từ đã chọn là mạch từ phẳng nối nghiêng ở 4 góc, trụ giữa nối
thẳng, lõi sắt không đột lỗ, tôn có ủ sau khi cắt, có khử bavia, từ đó tra được các
hệ số:
- k1’ hệ số gia tăng tổn hao và công suất từ hoá ở gông dô hình dáng tiết
diện gông ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông, vì số
bậc thang của trụ và gông gần bằng nhau (nG = 5, nT = 5) nên lấy k1’ =
1.
- k2’ là hệ số do tháo lắp gông để lồng dây vào trụ làm chất lượng lá thép
giảm xuống, với công suất máy 250 kVA ta lấy k2’ = 1,01.
- k3’ là hệ số do ép trụ để đai, hệ số này phụ thuộc vào công suất máy,
với công suất máy 250 kVA ta lấy k3’ = 1,02.
- k4’ là hệ số do cắt dập lá tôn thành tấm, với tôn có ủ k4’ =1
- k5’ là hệ số do việc xử lý bavia, tôn có ủ lại, có khử bavia, lấy k5’=1
- k6’ là hệ số xét đến các góc nối của mạch từ , tra phụ lục XVIII ta được
k6’ = 10,45.
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
23
4. Tổn hao không tải
P0 = k4’.k5’.[ pT.GT + pG.(GG’ - 4Gg) + g
'
6
GT G.k.
2
pp +
+
ΣpK.nK.SK ].k1’.k2’.k3’
Thay số vào biểu thức:
P0=1.1.[1,135.209,31+1,074.(184,44– 4.18,26)+ 26,18.45,10.
2
074,1135,1 + +
4.0,0333.257,13+1.181,82.0,06375+2.185,46.0,0615]
= 655,8 W
Độ sai lệch so với thông số đã cho là:
Δ = %100.
610
6108,655 − = 7,52 %
4. Theo bảng V.13 với tôn 3405, dày 0,35 mm ta tra được các suất từ hoá
tương ứng
BT = 1,59 T → qT = 1,564 W/kg, qkT = 2,28 W/cm2
BG = 1,56 T → qG = 1,447 W/kg, qkG = 2,07 W/cm2
Hệ số từ cảm trong rãnh nghiêng là
Bkn =
2
59,1
2
B T = = 1,124 T
Với Bkn ta tra được qkn = 0,142W/cm2
5. Các hệ số xét đến sự gia tăng công suất từ hóa trong gông và trụ.
Đối với kết cấu lõi thép và công nghệ chế tạo mạch từ có ủ lá tôn sau khi cắt
dập ta tra được các hệ số sau:
- k1” hệ số gia tăng công suất từ hoá ở gông do hình dáng tiết diện gông
ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông, vì số bậc thang
của trụ và gông gần bằng nhau (nG = 5, nT = 5) nên lấy k1” = 1.
- k2” là hệ số do tháo lắp gông để lồng dây vào trụ làm chất lượng lá thép
giảm xuống, với công suất máy 250 kVA ta lấy k2” = 1,01.
- k3” là hệ số do ép trụ để đai, hệ số này phụ thuộc vào công suất máy,
với công suất máy 250 kVA ta lấy k3” = 1,02.
- k4” là hệ số do cắt dập lá tôn thành tấm, với tôn có ủ k4” =1,18
- k5” là hệ số do việc xử lý bavia, tôn có ủ lại, có khử bavia, lấy k5”=1
- k6” là hệ số xét đến các góc nối của mạch từ , tra phụ lục XVIII ta
được k6” = 41,775.
6. Công suất từ hoá không tải:
Theo công thức 13-106 ta có
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
24
Q0 = {k4”.k5”.[ qT.GT + qG.(GG’ - 4Gg) + g
"
6
GT G.k.
2
qq +
] +
ΣqK.nK.SK }.k1”k2”.k3”
Thay số vào biểu thức trên
Q0 = {1,18.1.[ 1,564.209,31 + 1,447.(184,44 – 4.18,26) +
26,18.775,41.41,1.
2
447,1564,1 + ]+ 4.0,142.257,13+1.2,28.181,82 +
2.2,07.185,46}.1.1,01.1,02
= 3954,54 Var
7. Thành phần tác dụng của dòng điện không tải
Theo công thức 13-105
ior% =
P
0
S.10
P
=
250.10
8,655 = 0,262 %
8. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải
Theo công thức 13-107
iox% =
P
0
S.10
Q
=
250.10
54,3954 = 1,582 %
9. Trị số dòng điện không tải
Io = 2ox
2
or ii +
= 22 582,1262,0 + = 1,6 % < 2%
như vậy trị số dòng không tải thoả mãn điều kiện đặt ra của đề bài
10. Hiệu suất của máy biến áp lúc tải định mức, cos ϕ = 1
theo công thức 13-109
η = )
PPS
PP
1(
n0P
n0
++
+−
= (
39,42848,65510.250
39,42848,655
1
3 ++
+− ) = 98,06%
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
25
VI. Tính toán nhiệt:
A. Tính toán nhiệt của dây quấn
1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn với mặt ngoài của nó
- Dây quấn hạ áp, tiết diện dây chữ nhật
Hình vẽ sơ đồ dây quấn hạ áp
Theo công thức 13-110 có
θ01 =
cd
.q
λ
δ
trong đó
+ q: Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn
Với dây quấn ống kép không có rãnh dẫn dầu ở giữa, theo công thức
13-110a
q = f
2
'
K
k.J.
a
a
b
k
107
.2
.kK là hệ số che kín mặt ngoài của dây quấn, lấy kK = 0,75
.b là chiều cao trần của mỗi sợi chập, như trên đã chọn b=20mm=2
cm.
.a là chiều rộng của mỗi sợi chập, a = 4,1 mm
.a’ là chiều rộng kể cả cách điện của mỗi sợi chập, a= 4,6mm
. J là mật độ dòng hạ áp, J =2,27 A/mm2
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
26
.kf là hệ số tổn hao phụ, đã tính ở trên kf =1,033
q = 033,1.27,2.
6,4
1,4
2
75,0
107
.2 2
= 2707,45 W/m2
+ λcđ là hệ số dẫn nhiệt của lớp cách điện, cách điện giữa các lớp là bìa nên ta
lấy λcđ = 0,25 W/m.0C
+δ là chiều dày cách điện một phía, δ = 0,25 mm =0,025 cm
thay số vào biểu thức
θ01 =
cd
.q
λ
δ
θ01 =
25,0
10.25,0.45,2707 3− =2,71 0C
- Dây quấn cao áp, tiết diện dây tròn
Hình vẽ sơ đồ dây quấn cao áp
Kiểu dây dẫn cao áp là kiểu hình ống nhiều lớp không có rãnh dầu ngang ở
giữa, có rãnh dầu dọc đối với ống cách điện, theo công thức 13-110c
θ02 =
tb
2
.8
a.p
λ
Trong đó
+a2 là chiều dày của dây quấn cao áp, a = a2 = 3, 48 cm
+p là tổn hao trong một đơn vị thể tích của dây quấn, theo công thức 13-112
có
p = 8-
1®c
22
10.
)+d(
d.J
68,1 δ
. d, dcđ là đường kính trần và đường kính có bọc cách điện của dây dẫn
tròn,
d= 2,36 mm = 2,36.10-3m
dcđ = 2,46 mm = 2,46.10-3 m
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
27
. δ1 là chiều dày tấm cách điện, δ1 = 8 mm
. J là mật độ dòng điện của dây quấn cao áp, J = 2,62 A/mm2 =2,62.106 A/
m2.
vậy:
p = 8-
®c1®c
22
10.
d).+d(
d.J
68,1 δ
= 8-
3-33-
2-326
10.
10.46,2).10.4+10.46,2(
)10.36,2.()10.62,2(
68,1
=4,04.104 W/m3
+ λtb suất dẫn nhiệt trung bình của dây quấn không kể cách điện giữa các lớp.
Theo công thức 13-113
λtb =
®c11
1®1
d.+.
)+d.(.
λδλ
δλλ
.λ1 là suất dẫn nhiệt giứa các lớp dây, λ1=0,25 W/ m.0C
.λ là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn
có λ = α
λ
.7,0
®c
trong đó
α =
d
d-d ®c
=
2,36
36,2-46,2 =0,042
λcđ suất dẫn nhiệt của các vật liệu cách điện vòng dây,λcđ
=0,17W/ m.0C
λ =
042,0.7,0
17,0 = 1,73 W/m.0C
vây giá trị λtb
λtb = 3-3-
3-3
10.46,2.25,0+10.4.73,1
)10.4+10.46,2.(25,0.73,1
= 0,38 W/m.0C
Thay các giá trị p, λtb đã tính vào biểu thức θ02 được
θ02 =
tb
2
.8
a.p
λ
=
38,0.8
)10.48,3.(10.04,4 2-24
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
28
= 16,1 0C
2. Nhiệt độ chênh của của mặt ngoài dây quấn đối với dầu
theo công thức 13-114, với dây quấn hình ống không có rãnh dầu ngang
θ0d = 6,0q.k
Trong đó
. q là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn
. k là hệ số tỉ lệ, ở đây ta lấy k = 0,285
- Dây quấn hạ áp:
đã tính được q1 = 2707,45 W/ m2 thay vào biểu thức trên ta được
θ0d1 = 0,285. 2707,450,6 = 32,69 0C
- Dây dẫn cao áp
Ta phải tính q2 có bề mặt toả nhiệt cuả dây quấn cao áp
M2 = 1,5.t. k.π.(D2’+D2”).l2
Trong đó: t số trụ tác dụng, t=3.
k là hệ số kể đến sự che khuất, ở đây ta lấy k = 0,88
M2 = 1,5.3.0,88.π.( 22,24+ 30,21).39,95.10-4
= 2,61 m2
Mặt khác theo công thức
q =
M
k.P fn
vậy
q2 =
2
2f2n
M
k.P
→M2 =
2
2f2n
q
k.P
=
61,2
0048,1.3048 = 1173,42 W/m2
Thay q2 vào biểu thức tính θ0d ta được
θ0d2 = 0,285. 1173,420,6 = 19,8 0C
3. Nhiệt chênh trung bình của dây quấn đối với dầu
θ0dtb = θ0 + θd
- Với dây quấn hạ áp
θ0dtb1 = θ01 + θ0d1
= 2,71 + 32,69 = 35,40C
- Với dây quấn cao áp
θ0dtb2 = θ02 + θ0d2
Đồ án môn học: thiết kế máy biến áp
29
= 16,1 + 19,8 = 35,90C
B. Tính toán nhiệt thùng dầu
1. Chọn loại thùng dầu
Vì công suất trên
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- a3.PDF