Đồ án Thiết kế máy biến áp lò hơi quang

h tế của máy biến áp. 2.3.2.1 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu. Các số liệu xuất phát được chọn theo điện áp thử của các cuộn dây cao áp và hạ áp -D là khoảng cách giữa cuộn cao áp và hạ áp. Theo bảng 10 trang 12 tài liệu 3 ta có -D1, D2 là bề dày của cuộn cao áp và hạ áp, theo công thức (20-13a) tài liệu 1 ta có thể ước tính: D1+ D2 =K. Với máy biến áp đang thiết kế chọn K=1,5. D1+ D2 =K. - Chiều rộng qui đổi từ trường tản - Hệ số qui đổi từ trường tản: kr qui đổi từ trường tản thực tế về từ trường tản lý tưởng hệ số này thay đổi rất ít trong tính toán sơ bộ ta chọn kr =0,95 -Theo (20-41d) tài liệu 1 chọn tỉ số d=Ds/D=1,4 -Theo (20-41e) tài liệu 1 chọn b=2.D2/D=0,25 2.3.2.2. Chọn vật liệu. Chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dày 0,35mm của cộng hòa liên bang Nga, mật độ từ cảm Bt=1,62T. Chọn số bậc của trụ là 9 bậc, của gông ít hơn trụ một bậc, tấc là 8 bậc, tiết diện của gông lớn hơn của trụ với hệ số kG==1,03. Do đó BG==1,57T Suất tổn hao sắt trong trụ và gông: Đối với tôn cán lạnh 3404 dày 0,35mm. Tra bảng 44-1b trang 592 tài liệu 1 ta có: pt = 1,353(W/Kg); qt=1,958(Var/Kg); pG=1,230(W/Kg); qG=1,625(Var/Kg); 2.3.2.3. Các khoảng cách cách điện chính. Dựa vào điện áp thử của cuộn cao áp và cuộn hạ áp, đối với dây quấn xen kẽ tra bảng 10 trang 12 tài liệu 3 ta có các khoảng cách cách điện chính. - Trụ và dây quấn e=25mm - Giữa dây quấn cao áp và hạ áp D=16mm - Từ dây quấn đến đến gông d=40mm - Khoảng cách giữa các dây quấn của các pha cạnh nhau c=20mm 2.3.2.4. Thiết lập công thức tính khối lượng vật liệu tác dụng. Xuất phát từ công thức tính đường kính trụ (20-40) tài liệu 1: (2-1) Ta có những nhận xét sau: - Đối với máy biến áp thiết kế thì St, unx, f đã biết - Từ cảm Bt được chọn tương ứng với mã hiệu thép được chọn - Các hệ số kld, kr,, ar hầu như thay đổi rất ít. Vậy trong biểu thức đường kính D chỉ còn lại là biến đổi trong phạm vi rộng quyết định sự thay đổi của đường kính D, ta đặt D=A.x A=(2-2) x= (2-3) Tìm hình dáng tối ưu của máy biến áp tức là tìm b để cho máy biến áp có chi phí vật liệu tác dụng thấp nhất mà vẫn thoả mãn được các chỉ tiêu kỷ thuật. 2.3.2.4.1. Khối lượng vật liệu tác dụng của máy biến áp. a) Khối lượng tác dụng của lõi sắt Lõi sắt gồm hai phần trụ và gông. Căn cứ vào kích thước hình học của nó, biết khối lượng riêng của sắt ta tính được khối lượng của nó. -Khối lượng trụ: Theo công thức (20-41a) tài liệu 1 ta có: Trong đó: A1=5.663.10-2.d.A3kld (kg) A2=3.605.10-2 A2.kld.d (kg) A là hệ số tính theo công thức (2-2) - Khối lượng gông : Theo công thức (20-41a) tài liệu 1 ta có: Gg= B1x3+B2x2 (kg) Trong đó: B1=2,4.10-2 kG.kld.A3(d+b+0,411): B2=2,4.10-2.kG.kld.A2(D+c) b) Khối lượng dây quấn: Theo công thức (20-41b) tài liệu 1 ta có : Trong đó Đối với máy biến áp dầu, dây quấn đồng chọn kdq=2,46.10-2 2.3.2.5. Tính các hệ số. Hệ số lợi dụng lõi thép: kld=kp.kc, với kp= Trong đó St là tiết diện hình bậc thang của trụ, Sk là tiết diện của hình tròn có bán kính Dt của trụ. Với trụ có 9 cấp, tra bảng 13.2 tài liệu 4 ta có kp=0,929. kc là hệ số ép chặt, chọn kc = 0,93 A= A1=5,66.10-2.d.A3.kld= A2=3,60.10-2A2.kld.d=(kg) B1=2,4.10-2kG.kld.A3(d+b+0,411) =(kg) B2=2,4.10-2.kG.kld.A2(D+c)=(kg) 2447,4(kg) 2.3.2.6. Tiết diện trụ: sơ bộ tính theo công thức (20-46) của tài liệu 1 812.x2 2.3.2.7. Tiết diện khe hở không khí: Đối với mối nối nghiêng ta có =1148x2 2.3.2.8. Tổn hao không tải: xác định theo công thức (20-45) tài liệu 1 Với kp là hệ số tổn hao phụ, tra bảng (20-1a) tài liệu 1 ta được kp = 1,25. Thay số vào ta được 2.3.2.9. Công suất từ hóa: theo công thức (2-63) trang 49 tài liệu 2 ta có Q0 = k”f(Qc+Qf+Qk) kf” là hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn sau khi ủ lại lá tôn cũng như sự uốn nắn và ép lõi thép, tra bảng 4-1a tài liệu 1, với Bt= 1,62T ta được k”f = 2,18 Qc là công suất tổn hao chung của trụ và gông. Qc= qt.G’t+qg.Gg=1,958G’t+1,625Gg Qf là công suất từ hóa phụ đối góc có mối nối thẳng. Qf=40qtG0 Với G0 là khối lượng của một góc mạch từ. G0=0,492.10-2.kG.kld.A3.x3=0492.10-2.0,864.1,03.34,63.x3=181.x3 Qf=40.1,958.181.x3=14176.x3 Qk là công suất từ hóa ở những khe hở nối giữa các lá thép. Qk=3,2.qk.Sk qk là suất từ hóa khe hở ứng với Bt, tra bảng 5.13 của tài liệu 4 ta được qk=2,51(VA/cm2), Qk=3,2.2,51.1148x2=9220x2 Thay số vào ta được: Q0=2,18(1,958G’t+1,625Gg+14176.x3+9220x2) Q0=4,27G’t+3,54Gg+30903,7x3+20099,6x2 2.3.2.10. Dòng điện không tải. - Dòng điện không tải tác dụng ior=% - Dòng điện không tải phản kháng i0x=% - Dòng điện không tải toàn phần io =% Các số liệu tính toán được ghi trong bảng sau. b 1,2 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 1,047 1,125 1,158 1,189 1,218 1,245 1,095 1,265 1,342 1,414 1,483 1,549 1,147 1,423 1,554 1,682 1,806 1,928 2709,51 2521,48 2448,32 2384,67 2328,52 2278,41 A2x2=149x2 163,22 188,47 199,90 210,71 221,00 230,83 G’t=(A1/x)+A2x2 2872,73 2709,95 2648,22 2595,39 2549,52 2509,24 B1x3 2090,47 2593,86 2833,43 3066,41 3293,63 3515,73 B2x2 100,78 116,37 123,43 130,10 136,45 142,52 Gg=B1x3+B2x2 2191,252 2710,241 2956,861 3196,521 3430,091 3658,264 Gt=G’t+Gg 5063,98 5420,19 5605,08 5791,91 5979,60 6167,51 kP.pt.G’t 4854,92 4579,82 4475,40 4386,21 4308,73 4240,60 kp.qg.Gg 3374,52 4173,77 4553,56 4922,64 5282,33 5633,77 P0 8229,44 8753,59 9029,06 9308,85 9591,03 9874,35 k”f.qt.G’t 12266,56 11571,51 11307,91 11082,31 10886,47 10714,49 k”f.qg.Gg 7757,03 9594,25 10467,28 11315,68 12142,52 12950,25 30903,7x3 35432,06 43964,33 48024,72 51973,62 55824,84 59589,38 20099,6x2 22018,00 25424,20 26966,44 28425,12 29812,52 31138,16 Q0 77473,66 90554,30 96766,37 102796,7 108666,3 114392,2 i0x%=Q0/10S 0,775 0,906 0,968 1,028 1,087 1,144 Gdd 2370,221 2052,671 1935,277 1835,965 1750,524 1675,999 kFeGdd=2,6.Gdd 6162,574 5336,945 5031,720 4773,509 4551,362 4357,598 C’td 11226,55 10757,14 10636,80 10565,42 10675,97 10780,11 Dựa vào kết quả của bảng trên ta thấy: Với các giá trị của b đã chọn thì P0 và i0% đều thoã mãn yêu cầu thiết kế:P0<13.000W; io%<2%. Nhưng để chi phí vật liệu tác dụng nhỏ nhất thì ta chọn b nằm trong khoảng từ 1,8÷2,2. Để thấy rõ hơn điều này ta vẽ các quan hệ P0=f(b), i0%=f(b),C’td=f(b) trên các hình 2.2 và 2.3. Để thuận lợi cho việc tiêu chuẩn hoá các lá thép, theo kinh nghiệm khi thiết kế máy biến áp lò người ta thường chọn b=1,8. Theo hình 2.3 chi phí vật liệu tác dụng nhỏ nhất khi b»2,0, nhưng với b nằm trong khoảng 1,8÷2,2 thì chi phí vật liệu tác dụng cũng thay đổi không đáng kể. Vậy ta có thể chọn b=1,8 để phù hợp với kinh nghiệm thiết kế máy biến lò. Từ đó ta có các kích thước cơ bản của máy biến áp: Đường kính trụ lõi thép D==45,05 cm Chọn D= 45 cm Tiết diện sơ bộ của trụ St=kld.=0,864.=0,1450 m2 Đường kính trung bình của dây quấn Ds=d.D=1,4.45=63 cm Chiều cao sơ bộ của dây quấn LV= Lấy Lv= 110 cm CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP LÒ 3.1.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai loại yêu cầu đó là yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo. 3.1.1. Yêu cầu về vận hành Có thể chia thành yêu cầu về mặt điện, mặt cơ và nhiệt. a) Về mặt điện Khi vận hành dây quấn máy biến áp phải chịu được điện áp và dòng điện định mức. Cách điện của máy biến áp phải đủ tốt để không bị đánh thủng do hiện tượng quá điện áp của lưới điện. Dây quấn cũng phải chịu được dòng điện ngắn mạch thường xuyên xẩy ra. b) Về mặt cơ học Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. c) Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong một thời gian nhất định, dây quấn không được nóng quá nhiệt độ cho phép. Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng qúa mà chóng hư hỏng hoặc bị già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. 3.1.2. Yêu cầu về chế tạo Yêu cầu sao cho kết cấu đơn giản, tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành. 3.2. THIẾT KẾ DÂY QUẤN HẠ ÁP 3.2.1. Lựa chọn kết cấu dây quấn hạ áp Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu nào là phải tùy thuộc vào yêu cầu về vận hành và chế tạo trong nhiệm vụ thiết kế. Những yêu cầu chính là: đảm bảo độ bền về mặt điện, cơ, nhiệt, đồng thời chế tạo đơn giản và rẻ tiền. Đối với máy biến áp lò có công suất lớn, để thuận lợi cho việc lấy đầu dây ra người ta thường bố trí xen kẽ cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cuộn dây xen kẽ còn có một số đặc điểm phù hợp với máy biến áp lò như: tản nhiệt tốt, điện kháng tản lớn, lực hướng tâm trong trường hợp ngắn mạch nhỏ do vậy đối với máy biến áp đang thiết kế ta chọn kiểu dây quấn xen kẽ Vì máy biến áp lò có điện áp sơ cấp nhỏ (10KV) mà khoảng cách cách điện lớn nên để dễ bố trí phần dây quấn điều chỉnh điện áp và sắp xếp dây dẫn ra ta có thể bố trí cuộn cao áp ở gần xà mà vẫn đảm bảo cách điện giữa cuộn cao áp và xà. Phần dây quấn trên 1 trụ được chia làm 6 nhóm xen kẽ như hình vẽ 3.1 3.2.2. Tính toán dây quấn hạ áp Điện áp vòng sơ bộ tính theo công thức (4) trang 14 tài liệu 3. Uvòng=(0,8¸0,9)=(0,8¸0,9)=46,2¸54 (V) Chọn Uvòng= 53,3V Số vòng dây cuộn hạ áp: W2= (Vòng) Tính lại điện áp vòng Uvòng= =53,333 (V) Mật độ từ cảm trong trụ Bt==1,6621 T»1,66T Chọn mật độ dòng điện s2=2,8 A/mm2 Tiết diện dây quấn hạ áp s2= Chọn kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục từ dây dẫn chữ nhật, dùng 4 sợi ghép song song. Chọn dây 4x tiết điện mỗi sợi là 50,4 mm2 Dây quấn hạ áp được chia thành 3 nhóm, mỗi nhóm 6 cặp galét, cách nối các cặp bánh dây mỗi nhóm được mô tả trong hình 3.2 và cách nối các nhóm được mô tả trong hình 3.3. Hình 4.4 là bánh dây kép hạ áp. Tiết diện thực của dây quấn hạ áp là: s2=4.6.3.50,4=3628,8 mm2 Mật độ dòng điện thực A/mm2 Chiều cao hướng trục của một nhóm hạ áp Chiều cao phần dây quấn : 2.6.9,8=117,6mm Khoảng cách giữa 2 galét : (2.6-1).hr=11.5=55mm Tổng chiều cao một nhóm: 117,6+55=172,6mm hr là chiều cao rãnh dầu làm mát giữa các galét, chọn hr=5mm. Tổng chiều cao của ba nhóm hạ áp 172,6.3=517,8mm Bề dày của dây quấn hạ áp: đối với dây quấn xoắn ốc liên tục ta có a2=12.6=72mm Đường kính trong của dây quấn hạ áp D2’=D+2.e=45+2.2,5=50cm Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp D2’’=D2’+2.a2=45+2.7,2=64,4 cm Khối lượng dây quấn hạ áp Theo công thức 4.4b tài liệu 2 ta có Gcu2= Trong đó: t là số trụ có dây quấn s’2 là tiết diện của một vòng dây, s’2=50,4.4=201,6 mm2 W’2 là số vòng dây trên một trụ, W’2=3.6.3=108 vòng Thay số vào ta được khối lượng dây quấn hạ áp Gcu2==1042 Kg Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp: theo công thức (3-71a) tài liệu 2 ta có. M2=3.2.t.k.p(D2’+a2)(a2+b’)12=3.2.3.0,75.3,14.(0,5+0,072)(0,072+0,0098).12 M2=28,72m2 Trong đó k=0,75 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác . 3.3. THIẾT KẾ DÂY QUẤN CAO ÁP Sơ đồ điều chỉnh điện áp. Như đã trình bày ở phần đầu (chương 1), quá trình luyện thép bằng lò hồ quang trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, ứng với mỗi giai đoạn đó công suất của máy biến áp lò khác nhau, để thay đổi công suất ra của máy biến áp ta phải thay đổi điện áp thứ cấp của máy biến áp cho phù hợp với từng giai đoạn nấu luyện. Do máy biến áp lò có dòng điện rất lớn nên việc điều chỉnh dưới tải là rất khó thực hiện, mặt khác hồ quang dễ dàng được mồi lại khi nhiệt độ lò đang cao do đó việc điều chỉnh điện áp của máy biến áp lò thường là điều chỉnh không điện. Trong sơ đồ điều chỉnh điện áp ở hình 3.5 dưới đây ta điều chỉnh điện áp thứ cấp bằng cả hai cách là: đổi nối D-Y và thay đổi số vòng dây cuộn sơ cấp. Cuộn kháng chỉ được sử dụng khi sơ cấp nối D, còn khi sơ cấp nối Y cuộn kháng được loại khỏi hệ thống. Hoạt động của sơ đồ điều chỉnh điện áp hình 3.5 được mô tả ở bảng sau. Nấc Cặp tiếp điểm Tổ đấu dây Cuộn dây cao thế Cuộn kháng Số vòng cao thế Điện áp thứ cấp 1 A2-A3,Y6-Y7 D/D12 F Có 188 320 2 A3-A4,Y6-Y7 D/D12 F và E Có 212 283 3 A2-A5,Y6-Y7 D/D12 F và G Có 242 248 4 A4-A5,Y6-Y7 D/D12 F, G và E Có 266 226 5 A2-A3,O-Y7 Y/D11 F Không 188 185 6 A3-A4,O-Y7 Y/D11 F và E Không 212 163 7 A2-A5,O-Y7 Y/D11 F và G Không 242 143 8 A4-A5,O-Y7 Y/D11 F, G và E Không 266 130 Theo bảng trên thì số vòng của dây quấn cao áp là W1=266 vòng. Số vòng dây của các cuộn dây. Cuộn dây F =188 vòng Cuộn dây E=24 vòng Cuộn dây G=55 vòng Chọn mật độ dòng điện trong dây quấn cao áp là s1=3,2 A/mm2 Tiết diện dây quấn cao áp Thực hiện dây quấn xoắn ốc liên tục bằng dây dẫn chữ nhật, để dễ bố trí sao cho chiều rộng hướng kính của cuộn cao áp bằng cuộn hạ áp ta chọn dây quấn cao áp và hạ áp cùng loại. Số sợi chập của dây quấn cao áp là 2 sợi. Chọn dây có tiết diện mỗi sợi là 50,4mm2 Tiết diện thực của dây quấn cao áp s1=2.50,4=100,8mm2 Mật độ dòng điện thực A/mm2 Bố trí cuộn cao áp Cuộn dây F được chia thành 2 phần bằng nhau, mỗi phần gồm 14 galét loại 6 vòng =84vòng 2 galét loại vòng =10 vòng Tổng cộng =2.(84+10)=188 vòng. Cuộn dây E được quấn thành 4 galét, mỗi galét 6 vòng Cuộn dây G được chia thành 9 galét, mỗi galét 6 vòng Tổng số vòng dây cuộn cao áp W1=188+4.6+9.6=266 vòng Vậy cuộn cao áp có tất cả 45 galét được chia thành 4 nhóm như hình 3.6, nhóm giữa là hai cuộn điều chỉnh E và G, nhóm trên và dưới là của cuộn F. Chèn thêm cách điện dày 9,2mm vào các galét có 5 vòng dây để có các galét có cùng chiều dày theo phương bán kính. Chiều cao hướng trục các nhóm cao áp: -Cuộn dây F: Phần dây quấn 32.9,8=313,6 mm Khoảng cách giữa hai galét 30.5=150mm Tổng chiều cao cuộn dây F 313,6+150=463,6mm -Cuộn dây E: Phần dây quấn 4.9,8=39,2 mm Khoảng cách giữa hai galét 3.5=15mm Tổng chiều cao cuộn dây E 39,2+15=54,2mm -Cuộn dây G Phần dây quấn 9.9,8=88,2mm Khoảng cách giữa hai galét 8.5=40mm Tổng chiều cao cuộn G 88,2+40=128,2mm Tổng chiều cao cuộn cao áp 463,6+54,2+128,2=646mm Chọn khoảng cách giữa các nhóm cao áp và hạ áp xen kẽ là D=16mm Tổng chiều cao dây quấn là: Lv= 518+646+6.16=1240mm Bề dày của dây quấn cao áp a1 = a2=72mm Đường kính trong của dây quấn cao áp D1’ = D2’=50(cm) Đường kính ngoài của dây quấn cao áp D1” = D2”=64,4 (cm) Khối lượng dây quấn cao áp Theo công thức 4.4b tài liệu 2 ta có Gcu1= Trong đó: t là số trụ có dây quấn s’1 là tiết diện của một vòng dây, s’1=50,4.4=201,6 mm2 W’1 là số vòng dây trên một trụ, W’1=3.6.3=108 vòng Thay số vào ta được khối lượng dây quấn hạ áp Gcu1==1284 Kg Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp Theo công thức (3-71a) tài liệu 2. M1=45.2.t.k.p(D1’+a1)(a1+b’)=45.2.3.0,75.3,14.(0,5+0,072)(0,072+0,0098) M1»35m2 Trong đó k=0,75 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác . CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4.1. XÁC ĐỊNH TỔN HAO NGẮN MẠCH Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là tổn hao trong dây quấn khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt điện áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức. Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau: - Tổn hao chính, tức là tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và hạ áp do dòng điện gây ra pCu1 và pCu2 - 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 gây ra pf1và pf2 - Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1, pr2 - Tổn hao phụ trong dây dẫn ra. Tổn hao này rất nhỏ ta có thể bỏ qua - Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác pt do từ trường tản gây nên Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu thức: pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt (W) 4.1.1. Tổn hao chính - Tổn hao trong dây quấn hạ áp pCu2=2,4 GCu2=2,4.2,882. 1042=19385,7(W) - Tổn hao trong dây quấn cao áp pCu1=2,4 GCu1=2,4.3,33.1284=29727,1(W) 4.1.2 . Tổn hao phụ trong dây quấn Như trên đã nói tổn hao phụ thường được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào tổn hao chính: pCu+pf=pCu.kf Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định trị số kf. Trị số này đôi với mỗi loại dây quấn sẽ khác nhau. Nó phụ thuộc vào kích thước hình học của mỗi loại dây dẫn, vào sự sắp xếp của dây dẫn trong từ trường tản ... Người ta đã tìm ra biểu thức tính toán của kf như sau: - Dây quấn hạ áp Đối với dây dẫn hạ áp với dây quấn hình chữ nhật với n=36 theo công thức 4-10b tài liệu 2 ta có. kf2=1+0,095.108.a4.n2, Trong đó =, m=12 số thanh dẫn song song với từ trường tản, b=4,1mm kích thước thanh dẫn song song với từ trường tản , kr=0,95 hệ số Ragovski. Thay số vào ta được n=36 số thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản, a=12,5mm kích thước của thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản kf2=1+0,095.108.a4.n2=1+0,095.108.0,0482.(12,5.10-3)4.362= 1,35 - Dây quấn cao áp Đối với dây dẫn cao áp với dây quấn hình chữ nhật với n=45 theo công thức 4-10b tài liệu 2 ta có. kf1=1+0,095.108.a4.n2, Trong đó =, m=12 số thanh dẫn song song với từ trường tản, b=4,1mm kích thước thanh dẫn song song với từ trường tản , kr=0,95 hệ số Ragovski. Thay số vào ta được n=45 số thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản, a=12,5mm kích thước của thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản kf1=1+0,095.108.a4.n2=1+0,095.108.0,0482.(12,5.10-3)4.452= 1,43 - Tổn hao đồng trong dây quấn pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=29727,1.1,43+19385,7. 1,35=85513,6 (W) 4.1.3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra Tương tự như tổn hao trong dây quấn tổn hao trong dây dẫn ra xác định bằng biểu thức: - Đối với dây quấn hạ áp pr2=2,4..Gr2 (W) s2=2,88 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn hạ áp Gr2=lr2.sr2.(kg) , lr2 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau: Đối với dây quấn hạ áp nối D theo 4-15 trang 107 tài liệu 2 ta có: lr2=14l=14.0,98= 13,2m , sr2 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của cuộn hạ áp sr2= 3628,8mm2, = 8900 (kg/m3) khối lượng riêng của đồng Gr2=lr2.sr2.= 13,2.3628,8.10-6. 8900=443 (kg) Từ đó ta có pr2=2,4..Gr2=2,4.2,882. 443=8818,6 (W) - Đối với dây quấn cao áp pr1=2,4..Gr1 (W) =3,3 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn cao áp Gr1=lr1.sr1. (kg), lr1 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau: Đối với dây quấn cao áp nối D theo 4-15 trang 107 tài liệu 2 ta có: lr1=14l=14.0,98=13,2 m, sr1 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của cuộn cao áp sr1=100,8 mm2 , = 8900 (kg/m3) là khối lượng riêng của đồng Gr1=lr1.sr1.= 13,2.100,8.10-6.8900=11,8 (kg) Từ đó pr1=2,4..Gr1=2,4. 3,32. 11,8=308,4 (W) 4.1.4. Tổn hao vách thùng và các chi tiết kim loại khác Như đã biết, một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác. Tổn hao phát sinh trong các bộ phận này chủ yếu là vách thùng dầu có liên quan đến tổn hao ngắn mạch. Đối với máy biến áp có dòng điện lớn như máy biến áp lò, đầu dây ra là các thanh đồng dẹt thì tổn hao vách thùng và các chi tiết kim loại khác được tính theo công thức 81 trang 30 tài liệu 3. Pt= Trong đó Kvỏ là hệ số phụ thuộc vào cách mắc cuộn hạ áp mà có quan hệ với giá trị M, với M là giá trị phụ thuộc vào cách đấu dây ở trong vỏ máy hay ở ngoài vỏ máy và dây quấn mắc D hay Y. Khi mắc D hay Y trên nắp thùng dầu, theo công thức 84 trang 30 tài liệu 3 ta có: M= Trong đó: S: Dung lượng biến áp n: Số cặp dây ra hạ thế, n=3 U: Điện áp giữa hai đầu dây ra, U=320V Vậy M= Với M=3,61 tra bảng 19 trang 30 tài liệu 3 ta có Kvỏ=9,7 Từ đó ta có Pt==5649,2W 4.1.5. Tổng tổn hao ngắn mạch của máy biến áp pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt=80513,6 +308,4+8818,6+5649,2 =95289,8(W) »95,3(KW) 4.2. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH Điện áp ngắn mạch của máy biến áp lò cũng như của máy biến áp hai dây quấn nói chung un là điện áp đặt vào một dây quấn với tần số định mức, còn dây kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện cả hai phía đều bằng các dòng điện định mức tương ứng. Trị số un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy biến áp. Vì ở máy biến áp lò hiện tượng ngắn mạch thường xuyên xẩy ra do đó có thể nói chế độ ngắn mạch là chế độ làm việc định mức của máy biến áp lò, vì vậy điện áp ngắn mạch của máy biến áp lò phải đủ lớn để hạn chế dòng ngắn mạch ở mức Ing» 4.Iđm. Nhưng ung cũng không được quá lớn để gây ra sụt áp lớn trong máy biến áp. Người ta thấy đối với máy biến áp có công suất 10000KVA thì un bằng khoảng 8% là dễ thiết kế nhất. 4.2.1. Tính thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng là thành phần điện áp rơi trên điện trở cuộn cao áp và hạ áp của máy biến áp được xác định theo công thức 4-22 trang 110 tài liệu 1 unr= = 0,953% Trong đó: pn là tổn hao ngắn mạch của máy biến áp (W) S là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA) 4.2.2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng unx Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng là thành phần điện áp ngắn mạch rơi trên điện kháng tản của dây quấn cao áp và hạ áp. Đối với cuộn dây xen kẽ nó được tính theo công thức 85 trang 32 tài liệu 3. unx =(4.1) Trong đó : f: Tần số, f= 50 Hz Uvòng : Điện áp vòng(V), Uvòng= 53,33 V IW : Ampe vòng R : Bán kính bình quân cuộn dây(cm), R= cm hp :Bề dày theo phương bán kính của cuộn dây, hp =7,2 cm n: Số nhóm, n= 6 D: Chiều cao của khe rò D= a12 khoảng cách giữa cuộn cao áp và hạ áp, a12=1,6 cm. a1, a2 là chiều cao phần đồng của toàn bộ galét cuộn cao áp và hạ áp. a1=51,8/6=8,63cm; a2 =64,3/6=10,7 cm; Kp và Km . Tùy theo số galét cuộn cao áp và hạ áp nó được tính theo công thức sau: Km= Kp= Với m và p là số galét trong một nhóm cuộn dây cao áp và hạ áp, m=11; p=12 do đó Km=3,3; Kp = 3,6. Dm, Dp là khoảng cách từ phần đồng này đến phần đồng khác giữa các galét cuộn cao áp và hạ áp. Dm =DP=0,51mm. Thay số vào biểu thức tính D ta được: D==9,051 Trị số KR trong công thức 4.1 là hệ số Rogotski nó là hàm số đối với u và v u= và v = Với s là khoảng cách từ mặt trong cuộn dây đến lõi sắt s= 2,5 cm t là chiều cao một nhóm theo hướng trục, t=17,3 cm Vậy u=; v= Từ u và v tra đồ thị hình 22 trang 34 tài liệu 3 ta được KR=0,51 Thay số vào biểu thức 4.1 ta được: unx==8,11% 4.2.3. Điện áp ngắn mạch toàn phần Sau khi đã xác định được unr, unx ta có thể tính được un theo biểu thức un= 4.2.4. Sai lệch của điện áp ngắn mạch so với tiêu chuẩn <5% Vây sai lệch này không vượt quá giới hạn cho phép 5% dây quấn thiết kế đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về điện áp ngắn mạch. 4.3. TÍNH LỰC CƠ HỌC CỦA DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP Khi máy biến áp có thứ cấp bị ngắn mạch thì cả dòng điện sơ cấp và thứ cấp đều rất lớn. Hiện tượng ngắn mạch làm dòng điện tăng lên đột ngột, lực cơ học sinh ra do sự tác dụng giữa dòng ngắn mạch và từ trường tản tác dụng lên dây quấn rất lớn, do vậy để máy biến áp vận hành được an toàn khi thiết kế ta phải chú ý những lực đó và kiểm tra độ bền cơ của dây quấn cũng như cách điện của máy biến áp. Ở dây quấn xen kẽ của máy biến áp lò do từ trường tản chủ yếu có phương ngang trục nên lực ngắn mạch chủ yếu có phương dọc trục, lực hướng kính rất nhỏ và có thể bỏ qua. Do có lực dọc trục nên các bánh dây đầu và cuối có xu hướng bị nén vào xà và các bánh dây giữa thì đẩy lẫn nhau. 4.3.1. Tính dòng điện ngắn mạch cực đại Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập Dòng điện ngắn mạch của máy biến áp lò được tính theo công thức 5.11 tài liệu 1. In= (A) Trong đó Sun% là tổng điện áp ngắn mạch của mạng, của điện kháng và của máy biến áp. Điện áp ngắn mạch của mạng điện chọn theo bảng 22.1 tài liệu 1. un%(mạng)=27% Điện áp ngắn mạch của điện kháng được tính ở chương 6 un%(cuộn kháng)=5% Vậy tổng điện áp ngắn mạch là: Sun%=8,16+27+5=40,16 - Dòng điện ngắn mạch xác lập phía sơ cấp Dòng điện ngắn mạch phía sơ cấp có giá trị lớn nhất ứng với trường hợp máy biến áp làm việc ở chế độ nặng nề nhất, lúc đó I1f=333,3A. Từ đó ta có In1== 820,9(A) - Dòng điện ngắn mạch xác lập phía thứ cấp In2==25938(A) Trị số cực đại (hay xung kích) của dòng điện ngắn mạch. Theo công thức 5.12 tài liệu 1 ta có. - Dòng điện ngắn mạch cực đại sơ cấp Iko1=1,8.In1=1,8. .820,9=2089,67(A) - Dòng điện ngắn mạch cức đại thứ cấp Iko2=1,8.In2=1,8. .25938=66027(A) 4.3.2. Tính lực tác dụng lên các dây quấn Đối với cuộn dây xen kẽ lực tác dụng lên dây quấn chủ yếu là lực dọc trục, lực hướng kính không đáng kể và có thể bỏ qua. Theo công thức 102 trang 40 tài liệu 3 thì lực dọc trục tác dụng lên dây quấn xen kẽ là: Ftrục= Trong đó: Iko là dòng điện ngắn mạch cực đại W là số vòng dây định mức ltb là chiều dài trung bình của một vòng dây, ltb= KR là hệ số Rogotsky, KR= 0,51 n là số nhóm xen kẽ, n = 6 a là chiều rộng hướng kính của dây quấn, a= 7,2 cm Vì lực tác dụng lên dây quấn cao áp và hạ áp là lực tương tác, tức là các cuộn dây hút và đẩy lẫn nhau do đó lực tác dụng lên cả hai cuộn dây này là bằng nhau.