Thiết kế máy biến áp trường cho phin lọc bụi

iển điện áp ,vì điện áp ra rất lớn nên ta điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp vào . Thực tế với điện áp cao như yêu cầu của trường lọc thì gặp rất nhiều vấn đề phức tạp khi thiết kế cũng như khi chế tạo ,đặc biệt là vấn đề cách điện .Do vậy nếu dùng máy biến áp ba pha thì sẽ gặp nhiều khó khăn hơn khi sản xuất so với may biến áp 1 pha và độ tin cậy không thể bằng máy biến áp 1 pha và giá thành sản xuát cũng có thể tăng lên rất nhiêu so với máy biến áp 1 pha .Để đảm bảo cách điện thì cần phải có các khoảng cách cách điện cần thiết nên với cùng trị số về dung lượng và điện áp ra thì chắc chắn máy biến áp 3 pha sẽ chiếm thể tích và cồng kềnh hơn máy biến áp 1 pha dẫn đến gặp khó khăn trong ván đề vận chuyển và lắp đặt cũng như lãng phí nguyên vật liệu ... Do vậy với nhiệm vụ thiết kế này ta chọn phương án dùng máy biến áp 1 pha. 2. Thiết kế mạch từ : Do lõi sắt làm mạch dẫn từ trong máy biến áp ,đồng thời làm khung để quấn dây. Lõi sắt gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép laị làm mạch từ.Do công nghệ ngày càng cao nên lõi sắt hiện nay được làm từ tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng,nên xuất tổn hao được giảm xuông một cách đáng kể. Tổn hao của mạch từ còn phụ thuộc vào hệ số lợi dụng K1,nếu K1 càng lớn thì tổn hao càng nhỏ ,hệ số lợi dụng K1 phụ thuộc vào hệ số ép chặt và hệ số lấp đầy của lõi sắt .Do vậy để đảm baortoonr hao nhỏ và đơn giản cho việc gia công ta sử dụng tôn cán lạnh 330A có độ dày 0,35 mm của Nga để chế tạo mạch từ.Hai trụ của lõi thép ta làm trụ tròn để dễ dàng cho việc quấn dây và tránh hiện tượng tróc sơn cách điện của dây quấn khi quấn với góc vuông . Với dung lượng máy biến áp không lớn lắm ta ép trụ bằng các que nêm với khung của dây quấn sát với nó ,các que nêm có thể làm bằng gỗ hoặc làm bằng các chất dẻo cách điện đồng thời tránh dùng nhiều bu lông ép các lá tôn,dập lỗ làm tăng từ trở và tổn hao không tải. Để đơn giản cho việc gia công và hạ giá thành mạch từ thì ta chế tạo gông có tiết diện chữ nhật , các lá tôn của trụ và gông được đập hình I để tiết kiệm vật liệu . ép gông ta dùng các thanh xà và bu lông để đảm bảo độ bền cơ học và lấy chỗ gá máy biến áp cho khung .Kết cấu của mạch từ ta có thể chế tạo mạch từ kiểu trụ hoặc kiểu vỏ bọc .Do biến áp này có điện áp cao nên để nâng cao độ tin cậy ta quấn riêng cuộn cao áp trên một trụ còn cuộn hạ áp được quấn riêng trên một trụ nên kết cấu mạch từ phải được chế tạo kiểu trụ . Để giảm tổn hao từ trên lõi thép ở các mối nối giữa trụ và gông nên ở các mối nối ta dùng các mối nghiêng. 3. Dây quấn máy biến áp : Máy biến áp làm việc dưới dạng cảm ứng điện từ nên dây quấn có nhiệm vụ phát và thu năng lượng. Dây quấn có thể dùng dây đồng hoặc dây nhôm,tuy mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm của nó . Dây đồng có điện trở suất nhỏ,độ bền cơ cao nhưng trọng lượng lớn ,giá thành cũng cao. Còn dây nhôm rẻ trọng lượng nhẹ nhưng điện trở xuất lại cao ,độ bền cơ kém và đặc biệt khó khăn trong việc hàn nối. Thế nhưng hầu hết dây quấn của máy biến áp đều được làm bằng dây đồng để giảm tổn hao ngắn mạch và máy biến áp cũng có kết cấu gọn nhẹ hơn . Do chọn phương án dùng máy biến áp 1 pha và điện áp ra lớn nên ta bố trí dây quấn cao áp trên một trụ còn dây quấn hạ áp được quấn trên một trụ để đơn giản cho việc chế tạo và đặc biệt an toàn cách điện hơn là quấn cả cao áp và hạ áp trên cùng một trụ. Về phương án quấn dây ta có một số kiểu quấn như dây quấn hình ống một lớp hoặc nhiều lớp ; dây quấn hình xoắn và dây quấn hình xoắn ốc liên tục. + Dây quấn hình ống là dây quấn được quấn thành hình trụ , với dây quấn có tiết diện lớn thường chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật và chập nhiều sợi lại để dễ quấn . Lúc chập nhiều sợi không nên chập theo hướng kính mà chập theo chiều trục để từ thông trong các sợi dây giống nhau và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau,đồng thời về mặt cơ tính cũng giống nhau. Nếu số lớp quá nhiều thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn như vậy cần phải có các rãnh dầu dọc trục để tăng cường tản nhiệt cho dây quấn. Kiểu dây quấn này có kết cấu đơn giản trong quá trình sản xuất .Tuy vậy cường độ cơ giới kém và tản nhiệt hơi khó khăn. + Dây quấn hình xoắn : Dây quấn hình xoắn gồm nhiều sợi dây bẹt chập lại quấn theo chiều trục như đường ren ốc .Các sợi dây chập lại thường được xếp theo hướng kính ,phương án này có ưu điểm là độ bền cơ học tốt ,tản nhiệt tốt nhưng nhược điểm là chiều dài các sợi dây không bằng nhau .Mặt khác dòng phân bô không đều làm tăng tổn hao phụ vì vậy các sợi chập cần được hoán vị. + Dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục: Kiểu dây quấn này dùng dây quấn hình chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh .Như vậy chiều cao các bánh dây vừa bằng chiều cao sợi dây , giữa các bánh hay vài bánh dây có rãnh dầu ngang trong từng bánh thì dây quấn theo hình xoắn ốc phẳng một cuộn dây không có mối hàn nào . Dây quấn này có ưu điểm là cường độ cơ học tốt ,làm lạnh tốt và không có mối hàn nào . Nhưng nhược điểm là quấn khó khăn vì một bánh quấn từ trong ra ngoài còn bánh tiếp theo lại phải quấn từ ngoài vào trong ,như vậy bánh này rất khó quấn . Muốn quấn được ta lại phải quấn tạm từ trong ra ngoài như trước nó sau đó vặn lại từ ngoài vào trong rồi tiếp tục quấn sang bánh khác . Trên đây là một số phương án quán dây và ta thấy với dung lượng máy biến áp không lớn lắm để đơn giản cho việc gia công ta chọn phương án quấn dây “ dây quấn hình ống” cho cả cao áp và hạ áp . 4. Cách điện trong máy biến áp : Cách điện trong máy biến áp có vị trí rất quan trọng . Nếu chọn cách điện không thích hợp ;ví dụ cách điện không đủ sẽ gây hư hỏng về điện ,về nhiệt và về cơ...thế nhưng nếu chọn cách điện quá thừa sẽ gây nên giá thành cao và kích thước máy biến áp sẽ lớn hơn. Về mặt cách điện ,cách điện của máy biến áp phải thoả mãn tiêu chuẩn quy định .Tuỳ theo từng cấp điện áp mà ta chọn cấp cách điện phải chịu được những điện áp thử nghiệm nhất định . Về mặt nhiệt cách điện của máy biến áp cũng chỉ chịu được độ tăng nhiệt nhất định nên khi tính toá thiết kế phải làm sao cho độ tăng nhiệt đó không cao quá . Nếu cách điện không đảm bảo khi nhiệt độ tăng cao thì cách điện sẽ bị già hoá nhanh dẫn đến giảm tuổi thọ của máy biến áp ,nên ta phải chọn cách điện sao cho phù hợp với máy biến áp . Để đảm bảo an toàn cho máy biến áp ta cần có các khoảng cách cách điện cần thiết ,giữa các chi tiết có sự chênh lệch điện áp như đây quấn cao áp với dây quấn hạ áp , dây quấn hạ áp với trụ và gông ,cao áp với trụ và gông ; cac áp ,hạ áp với các chi tiết nối mát khác . Ngoài ra còn một số dạng cách điện khác như sứ trong máy biến áp dầu để xuyên dây dẫn vào và ra ,các doăng cách điện cho bu lông ép mạch từ. 5. Hệ thống làm lạnh máy biến áp : Khi máy biến áp làm việc ,lỗi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho máy biến áp nóng lên . Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài thì phải giảm nhiệt độ máy biến áp xuống tức là làm lạnh máy biến áp hoặc làm lạnh tự nhiên hoặc làm lạnh bằng dầu biến áp . Vì khả năng làm lạnh và cách điện của không khí kém hơn nhiều so với dầu nên đa số các máy biến áp có công suất tương đối lớn đều dùng dầu làm mát. Dầu bao quanh dây dẫn và lõi thép khi ruột máy nóng lên sẽ làm dầu nong lên và trền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu .Nhiệt lại được truyền từ vách thùng ra không khí nhờ hiện tượng đối lưu và bức xạ . Nhờ vậy hiệu ứng làm lạnh được tăng cường. Mặt thùng đầu có thể được làm phẳng hoặc làm thành các ống để tăng diện tích bề mặt tản nhiẹt của thùng tuỳ theo công suất và tổn hao của máy biến áp. Với nhiệm vụ thiết kế máy biến áp cho thiết bị lọc này ta chọn đầu làm mát bởi dầu còn là chất cách điện tốt, nhất là với điện áp cao như với máy biến áp này. Để tăng cường bề mặt tản nhiệt của thùng dầu ta dùng hệ thống dàn ống dẫn dầu để hạn chế độ tăng nhiệt của máy biến áp . Đ3. Tính toán máy biến áp. I. Thiết kế sơ bộ máy biến áp. A. Xác định các đaị lượng cơ bản. 1. Dung lượng máy biến áp. Với Ud = 55 kV, Id = 1600 mA = 1,6A một chiều. Sau khi chỉnh lưu ra nguồn một chiều, dùng mạch chỉnh lưu cầu công suất máy biến áp giảm 1,23 lần (theo giáo trình điện tử công suất) do vậy để đảm bảo công suất tải thì dung lượng máy biến áp S = k.Pd = 1,23Ud. Id = 1,23. 55.1,6 = 108,2 kVA. Để đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ của máy biến áp ta tính toán với máy biến áp có dung lượng S=120kVA. Do chọn MBA một pha mạch từ 2 trụ cuộn CA trên 1 trụ cuộn HA trên 1 trụ nên dung lượng trụ bằng dung lượng MBA. S' = S = 120 kVA. 2. Các dòng điện định mức. I2 = 1,6A. I1 = = 315,8 A. 3. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn. Tra bảng thiết kế máy biến áp (TKMBA) ta có: UT1 = 5kV ; UT2 = 115 kV. B. Chọn các số liệu xuất phát và các kích thước chủ yếu. 1. Tiết diện trụ sắt. áp dụng công thức tính trong TKMBA. d = K cm. Với thép Э330A cán lạnh ta có K = 5,5. d = 5,5 = 5,5 = 18cm. Tiết diện trụ sắt: S = = 254,4 cm2. 2. Đường kính trung bình của cuộn dây. d12 = d + 2a0 + a1. Tra bảng TKMBA ta có: Cách điện chính giữa trụ với HA a01 = 0,5 cm. Giữa cao áp với hạ áp a12= 4,5 cm. Giữa trụ với CA a02 = 3 cm. Trị số a1 tính theo công thức gần đúng (TKMBA) a1 = kcm với k = 0,5 a1 = 5,5 = 1,8 cm. D12 = d + 2a0 + a1 = 18 + 2 . 0,5 + 1,0 = 20,8 cm. 3. Chiều cao của cuộn dây. l = chọn b = 3. l = = 22 cm. a1 a01 a12 a02 a2 d d12 Hình 1. 4. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt. TT = K1 cm2 Trong đó: K1 = KC. Kd. Bản thiết kế này chọn cấp số bậc thang trong trụ sắt nt = 3 chọn phương án ép lõi sắt bằng chêm với cuộn dây và lõi sắt. Tra bảng 5 và 9 ta có Kc =0,85, kd = 0,93, K1 = 0,85 . 0,93 = 0,8. TT = 0,8 . 5. Sức điện động của một vòng dây. UV = 4,44 . f. BT. TT. 10-8 sơ bộ ra lấy B = 16.000 GS. UV = 4,44 . 50 . 16000 . 204 . 10-8. UV = 7,2 V. Trong đó: f tính bằng Hz T tính bằng cm2 B tính bằng GS. II. Thiết kế dây quấn. Với máy biến áp dầu công suất trụ S = 120 kVA tra bảng chọn mật độ trung bình của dòng điện. Dtb = 2,5 A/mm2. A. Tính toán dây quấn HA. 1. Số vòng dây HA. W1 = = 52,7 vòng. Lấy số chẵn số vòng hạ áp là 52 vòng. 2. Điện áp thực mỗi vòng dây. UV = = 7,3 v. 3. Cường độ tự cảm thực trong trụ sắt. BT = = 16120 GS. 4. Tiết diện sơ bộ dây. T'1 = = 126,32 mm2. Với S' = 120 kVA; l1 = 315,8A; U1 = 380V; T'1 = 126,32 mm2. Ta chọn kiểu dây hình ống 4 lớp dây dẫn chữ nhật. 5. Số vòng trong một lớp. W11 = = 13 vòng. 6. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây. hv1 = = 1,57 cm. 7. Theo bảng 20 TKMBA chọn 5 dây đồng chập lại kích thước như sau: 5 x Quấn đứng theo chiều trái Td1 = 26,23 mm2. 8. Tiết diện mỗi vòng dây. T1 = 26,23 . 5 = 131,15 mm2. 9. Chiều cao thực của mỗi vòng dây: hV1 = 5 x 0,355 = 1,725 cm. 10. Mật độ dòng điện thực của dây quấn HA. D1 = = 2,4 A/mm2. 11. Chiều cao của dây quấn HA. l1 = hv1 (W1l + 1) + 1 = 1,725 (13 + 1) + 1 = 25 cm. 12. Để cách điện cuộn dây với trụ sắt khi lắp ghép lên trụ sắt ta cuốn 1 lớp bìa cách điện dầy 0,5 cm. Chia cuộn HA làm 2 cuộn đồng tâm, cuộn trong có 2 lớp và cuộn ngoài có 2 lớp. Giữa 2 lớp cuộn dây đặt rãnh dầu dọc trục 0,5cm. a1 = 4 . 0,9 + 0,5 = 4,1 cm. 13. Đường kính trong của dây quấn HA. D'1 = d + 2a01 D'1 = 18 + 20,5 = 19 cm. 14. Đường kính ngoài của dây quấn. D"1 =D'1 + 2a1 D"1 = 19 + 2. 4,1 D"1 = 27,2 cm. 9 2,45 250 5 41 f190 f225,5 f230,5 f272 Hình 2: Kích thước chính của dây quấn hạ áp 15. Trọng lượng đồng của dây quấn HA. Theo công thức TKMBA. GCu1= C . W1. p. kg (v,cm, mm2, T/m3) = 28. C. . W1. T1 . 10-5. C số trụ có dây quấn. GCu1 = 28 . 2 . . 137,15 . 10-5 = 44kg. Khi tính cả cách điện trọng lượng dây dẫn tăng lên. 1,5 x 1,7 =2,55%. Trọng lượng dây dẫn (tính cả cách điện). Gdd1 = 44. 1,0255 = 45kg. B. Tính toán dây quấn cao áp. 1. Số vòng dây quấn cao áp. W1 = W2 . = 7526 vòng. 2. Mật độ dòng điện sơ bộ tính theo D2 = 2Dtb - D1 = 2. 2,5 - 2,4 = 26 A/mm2. 3. Sơ bộ tính tiết diện dây dẫn. T'2 = = 0,615 mm2. 4. Theo bảng tra với U2 = 55kV, S' = 120kVA. I2 = 1,6A; T'2 = 0,615mm2. Ta chọn kiểu dây quấn hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn: ПЭЛБО ; Td2 = 0,636 mm2. 5. Tiết diện toàn phần một vòng dây. T2 = Td2 = 0,636 mm2. 6. mật độ dòng điện thực. D2 = = 2,5A/mm2. 7. Số vòng dây trong 1 lớp là: Wl2 = - 1 = 210 vòng. 8. Số lớp dây của cuộn CA. n1 = = 35,8 lớp. Ta lấy số nguyên lớn hơn n12 như vậy n12 = 36 lớp Như vậy số vòng dây trong các lớp được phân bổ như sau: 35 lớp x 210 vòng = 7350 vòng. 1 lớp 7526 - 7350 = 176 vòng Tổng số vòng là 7526 vòng 9. Chia cuộn cao áp làm 2 lớp đồng tâm, cuộn lớp trong có 18 lớp, cuộn lớp ngoài có 18 lớp, rãnh dầu dọc trục giữa 2 lớp có rãnh hở a22 = 0,5cm. Cuộn dây quấn tròn các thanh nêm đặt trên 1 ống cách điện hình trụ. 10. Điện áp làm việc giưã 2 lớp kề nhau. U12 = 2. W12. UV = 2 . 210 . 7,2 = 3024V. 11. Với điện áp làm việc giữa 2 lớp kề nhau U12 = 3024 V. Tra bảng (TKMBA) ta được chiều dày cách điện giữa các lớp dùng giấy cáp d12 = 5 . 0,12 = 0,6 mm. Đầu thừa cách điện trên các cuộn dây ld2 = 1,6cm. 12. Với UT2 = 115kV. Tra bảng (TKMBA) ta được chiều dày cách điện của cuộn CA với trụ a02 = 3cm. Các kích thước khác a12 = 5,5cm; l02 = 5cm. 13. Chiều dày quấn CA: a2 = d'2 . 36 + dl2 . 35 + a22 a2 = 0,118 . 36 + 0,06 . 35 + 0,5 a2 = 6,85 cm. 14. Đường kính trong của cuộn dây cao áp. D'2 = d' = 2a02 = 18 +2 . 3 = 24cm. 15. Đường kính ngoài: D"2 = D'2 + 2a2 = 24 + 2. 6,85 = 37,7 cm. 16. Khoảng cách giữa 2 trụ cách nhau. 250 68,5 f240 f303 f313 f377 Kết cấu cách điện dầu và cách điện lớp dây quấn CA Kích thước chính dây quấn CA C = + 4,5 = 37 cm. 17. Trọng lượng đồng: G2 = C. W2. TL. . T2. gCu. 10-5. = C.28. W2. . T2. 10-5 (v, cm, mm2). G = 1.28. 7526 . . 0,636 . 10-5 = 41,4 kg. Khi có cách điện dây trọng lượng dây dẫn tăng 6% (tra bảng TKMBA) Trọng lượng dây dẫn cao áp. Gdd2 = 41,4 . 1.06 = 44kg. Toàn bộ trọng lượng đồng của dây quấn CA và HA. GCu = 44 + 41,4 = 85,4 kg. Toàn bộ trọng lượng dây dẫn: Gdd = 45 + 44 = 89 kg. Hình 5: Kích thước chính của dây quấn. III. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ. 1. Ta chọn kết cấu lõi thép 2 trụ bằng tôn cán lạnh Э330A có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc. Trụ ép bằng que nêm với dây quấn. Ta chọn tiết diện trụ có 3 bậc thang - gông tiết diện chữ nhật. Kích thước và cách xắp xếp các lá tôn của trụ ta có như hình vẽ: 155 120 65 Hình 6: Tiết diện trụ Hình 7: Tiết diện gông 2. Diện tích bậc thang của nửa tiết diện trụ. 15,5 . 46 + 12 . 2,1 + 6,5 . 1,7 = 108cm2 3. Tổng chiều dày các lá thép của nửa tiết diện trụ. 4,6 + 2,1 + 1,7 = 8,4 cm. 4. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Tbt = 108 . 2 = 216 cm2. 5. Diện tích hữu hiệu của trụ. TT = Tbt. Kd = 216 . 0,93 = 201 cm2. 6. Diện tích của gông. 18 x 18 = 324 cm2. 7. Tiết diện hữu hiệu gông. TG = 0,93 . 324 = 301 cm2. 8. Chiều dài của trụ. lt = 25 + 2.5 = 35 cm 9. Khoảng cách tâm trục của 2 trụ. C = +5 = 37,95 cm. Ta lấy tròn C = 38 cm. 180 180 710 200 560 Hình 8: Các kích thước chính của lõi sắt. 10. Số lá thép trong từng cấp trụ sắt. nl = Do chọn thép ' 330 A cán nguội phủ lớp sơn chịu nhiệt và cách điện dt = 0,35 mm. n1 = = 26,5 . bn n11 = 1,7 . 26,5 = 45 lá n12 = 2,1 . 26,5 = 56 lá n13 = 4,6 . 26,5 = 122 lá 11. Số lá thép của gông. nG = = 478 lá. 12. Trọng lượng thép. + Trọng lượng gông. G'= 2 (t - 1) lG. TG. gF. 10-6 (cm, cm2, kg/m3) G' = 2 . 1. 20 . 301 . 7650 . 10-6 = 92 kg. 2Gg = 2TG . d . gF .10-6. 2Gg = 2 . 301 . 18 . 7650 . 10-6 = 83 kg. GT = G'G + 2Gg = 92 + 83 = 175 kg. Trọng lượng trụ. G'T = TT. lT. g . 10-6. G'T = 2. 201 . 35 . 7650 . 10-6 =107,6 kg. G'T = 2.TF. hG. g . 10-6. G'T = 2. 201 . 18 . 7650 . 10-6 = 55,4 kg. Trọng lượng toàn bộ trụ. GT = G'T + G"T. GT = 107,6 + 55,4 = 163 kg. Trọng lượng toàn bộ lõi thép. G = GT + GG = 163 + 175 = 338 kg. 13. Cách ghép các lá tôn và cách ép mạch từ. Theo thiết kế dùng tôn cán lạnh '330A có tính dẫn từ định hướng nên suất tổn hao nhỏ, độ từ thẩm lớn theo hướng cán. Để giảm tổn hao ta dùng mối nối nghiêng. Các lá tôn của trụ và gông được cắt chéo 450 ở 2 đầu. Cách xếp các lá tôn thể hiện trên hình vẽ. 450 Hình 9: Cách ghép các lá tôn Khi công việc ghép mạch từ đã xong ta tiến hành công việc ép mạch từ. ép các thếp lá tôn trụ bằng các bản và thanh bằng gỗ vào không gian giữa trụ và ống cách điện trên có dây quấn CA và HA như hình vẽ. Hình 10: ép trụ bằng thanh gỗ. ép gông bằng các xà làm bằng sắt góc L có các kích thước 20 x 10cm dày 1cm dài 64cm. Số lượng xà ép là 4 thanh mặt 20cm khoan mỗi thanh 2 lỗ f15 mm để bắt bu lông ép f12mm dài 21 cm. Mặt 10 cm khoan 3 lỗ f15 2 lỗ ngoài cách đầu thanh 13 cm để gắn máy biến áp vào khung và bảng đấu điện bằng Bakelit lên phía trên MBA. Lỗ giữ bắt bu lông f8mm giằng ép trên và ép dưới. 27 80 40 130 100 200 Hình 11: Kích thước xà ép Để tránh bị ngắn mạch từ 2 đầu của bulông giằng trên với xà dưới cần có long đen cách từ. Hình 12: Long đen cách từ 10 20 6 3 Hình 13: Cách ghép mạch từ IV. Tính toán các tham số ngắn mạch A. Tổn hao 1. Tổn hao chính. áp dụng công thức PCu = 2,4 . D2. GCu D: Mật độ dòng điện A/mm2. G: Trọng lượng đồng của dây quấn (kg). Dây quấn HA. PCu1 = 2,4 . 2,42 . 44 = 608 W. Dây quấn CA PCu2 = 2,4 . 2,52 . 41,4 = 621 W. 2. Tổn hao phụ trong dây quấn HA. Với n = 2. Ta có Kf1 = 1 + 0,095 (b2 . a4) . (n2 - 0,2). Với dây quấn HA> b2 = n: Số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản. l: Chiều cao dây quấn (cm) a: Kích thước dây theo phương thẳng góc với từ thông tản. KR: Hệ số Rogipski KR = 0,95. m: Số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tâm. d: Kích thước dây dẫn tròn (cm). = 0,56. Kf1 = 1 + 0,095 . 0,56 . 0,864(22 - 0,2) = 1,11 Với dây quấn cao áp dây dẫn tròn. = 0,5 Kf2 = 1 + 0,044 . b2.d4n2. Kf2 = 1 + 0,044 . 0,5 . 0,094. 362 = 1,-0018. Tổn hao dây dẫn ra nhỏ ta bỏ qua. 3. Tổng tổn hao ngắn mạch: Pn = 608 . 1,11 + 621 . 1,0018 = 1296 W. 4. Mật độ dòng nhiệt: Bề mặt làm lạnh HA gồm 2 ống dây nên. n = 2; k = 0,75 là hệ số che khuất mặt tản nhiệt bởi các que nêm. M1 = 2p (n+1) k(D'1 + D"1)l1 . 10-4 M1 = 2 . 3,14 . 0,75 (19 + 27,2). 25 . 10-4 =1,63m2. Mật độ dòng nhiệt dây quấn HA. q1 = Dây quấn cao áp. M2 = 2p . n. k(D'2 + D"2)l1 . 10-4 M2 = 2 . 3,14 . 3 . 0,8 (24 + 37,7). 25 . 10-4 = 2,32 m2. Mật độ dòng nhiệt dây quấn CA. Q2 = B. Điện áp ngắn mạch. 1. Thành phần tác dụng. Unr = = 1,08%. 2. Thành phần phản kháng. Vì chiều cao 2 dây quấn bằng nhau: Unx = b = = 2,6. aR = = 1,86. K = 0,95 Unx = = 4%. 3. Điện áp ngắn mạch toàn phần. Un = = 4,14% V. Tính tổn hao không tải. 1. Lõi thép bằng tôn cán lạnh '330A, 0,35 mm nên hệ số từ cảm. BT = BG = BT. = 1,1 T. Từ cảm mối nối nghiêng. Bn = = 1,16T. Tra bảng 42 trong TKMBA ta tìm được suất tổn hao trong thép đối với trụ: PT = 1,43 W/kg ở khe hở PKT = 0,095 w/cm2. Với gông PG = 0,6 W/kg ở khe hở PKG = 0,024 w/cm2. Và ở mối nối nghiêng PKn = 0,029 w/cm2. 3. Theo bảng và tiêu chuẩn TKMBA ta có: K=GP = 1; KTP = 1,02; Kep = 1,02; K=chi phí = 1 Kbp = 1; Kgp = 5,36. Tổn hao không tatỉ tính theo biểu thức: P0 = KGP. KTP. Kep. Kcp. Kbp [PT. GT + PG (G'G-Kd.Gg) + + . Gg (Kn. K'gp + KT. K"gp) + SPK. nK. TK] Trong đó Kn. K'gp + KT. K"gp = 5,36 (hệ số kể đến tổn hao ở các góc nối mạch từ). P0 = 1. 1,02 . 1,02 . 1. 1. 1. [1,43 . 163 + 0,6 (92 - 83) + . . 41,5 . 5,36 + 0,029 . 4 . 201 + 0,024 . 2. 301 + 0,095 . 1. 201 = 550 W. 4. Tra bảng 48 TKMBA ta tìm được suất từ hoá. B = 1,64T thì qt = 3,44 VA/kg qKT = 3,87 VA/cm2 B = 1,1 T qG = 0,9 VA/kg qKG = 0,11 VA/cm2 B = 1,16T qKN = 0,17 VA/cm2 5. Với kết cấu thép và công nghệ chế tạo mạch từ có ủ lá tôn sau cắt dập ta dùng công thức: Q0 = KGi. KTi. Kei{Kbi. Kci [qt. GT + qG (G'G - kd . Gg) + . GG (Kb. Kgi + KT. K"gi)] + Sqk. nk. TK}. Trong đó: KGi = 1; KTi = 1,02; Kei = 1,04 Kbi = 1,1; Kci = 1; Kgi = 2,2 K"gi = 7,3; Kgi = 14,8 g. Công suất từ hoá không tải. Q0 = 1. 1,02 . 1,04 {1,1 . 1 [3,14 . 158 + 0,9 (92 - 83) + +. 41,5 .7,3+0,17.. 201 +3,87 . 201 . 1 + 0,16 . 1,301. Q0 = 1850 VA. 7. Thành phần phản kháng của dòhg không tải. iox = = 1,54%. 8. Thành phần tác dụng của dòng không tải. ior = = 0,45%. 9. Dòng điện không tải toàn phần i0 = = 1,6%. Trị số dòng tương ứng. Iox = I1. =4,86 A Ior = I1. = 1,42 A I0 = I1. = 5 A 10. Hiệu suất máy biến áp. h = h = = 98,5%. VI. Tính toán lực khi ngắn mạch. 1. Dòng điện ngắn mạch xác lập. In = Idm. = 7628 A 2. Trị số tức thời cực đại của dòng điện ngắn mạch. imax = 1,41 . In imax = 1,41 . 7628 = 15380 A. 3. Lực hướng kính. Fk = KR = 0,95, lV = p. D12p. 20,8 cm. FK = Fk = 992146 N 4. ứng xuất căng trong dây quấn CA. dK = = 33 MN/m2. Như vậy dK nằm trong trị số cho phép với dây đồng. [dk] = [30 á 40] MN/m2. 5. Lực lượng trục chỉ có 1 thành phần. F'T = FK. = 178586 N Trong đó: ar = a12 + = 9cm. Do cuộn dây phân bố đều theo chiều cao dây quấn nên lực hướng kính F"T = 0. Dựa vào sự phân bố lực ép vào dây quấn hình vẽ ta thấy lực ép cực đại giữa chiều cao dây quấn . Fe = F"T = 178586 N Còn lực đầy lên gông FG = 0. 1 1 Fe = 178586N Dây quấn 1 FG = 0 FG = 0 Fe = 178586N Dây quấn 12 FG = 0 FG = 0 Hình 14 Phân bố lực ép trong các cuộn dây MBA. 6. ứng xuất giữa các vòng dây của dây quấn HA. de = de = = 6,8 MN/m2. Như vậy de nhỏ hơn trị số cho phép [de] = 18 á 20 MN/m2. Cuộn dây CA có đường kính trung bình lớn và chiều dày a2 lớn nên áp lực lên nó nhỏ hơn. VII. Tính toàn nhiệt. a. Dây cuộn HA. 1. Mật độ dòng nhiệt trên mặt cuộn dây. q1 = = 414 W/m2. 2. Độ tăng nhiệt trong lòng so với mặt ngoài cuộn dây. q01 = 0C. dcd = = 0,025 cm. lcd = 0,017 dùng giấy cáp tẩm sơn nhúng trong dầu. q01 = . 10-4 = 0,60C. 3. Độ tăng nhiệt giữa bề mặt cuộn dây với dầu. q0d1 = k. q0,6 k = 0,285 0,6 là số mũ kinh nghiệm. qcd1 = 0,285 . 4140,6 + 10 = 10,60C. 4. Độ tăng nhiệt của cuộn dây HA đối với nhiệt độ trung bình của dầu. q0d+b1 = q01 + qcd = 0,6 + 10 = 10,60C. B. Dây quấn CA. 1. Mật độ dòng nhiệt trên mặt cuộn dây. q2 = = 268 W/m2. 2. Độ tăng nhiệt từ trong lòng ra mặt ngoài cuộn dây xác định với tổ hợp lớp ngoài vì lớp này dày hơn lớp trong và ta coi miền nóng nhất ở trung tâm cuộn dây, bỏ qua tản nhiệt theo hướng trục ở bên trong cuộn dây. a. Tổn hao trong 1m3 cuộn dây. P = 1,68. P = 1,26. b. Nhiệt dẫn xuất của chất cách điện gíây cáp tẩm sơn nhúng trong dầu. l1 = lcd = 0,0017 W/cm0C. c. Nhiệt dẫn xuất bình quân quy ước của cuộn dây: l = = 0,3. l = 0,0045 w/cm0C. d. Nhiệt dẫn xuất trung bình. ltb = W/cm. ltb = = 0,0059 w/cm0C. Do vậy độ tăng nhiệt trong lòng so với mặt ngoài cuộn dây: q02 = = 9,80C. Trong đó: a = 3,4. Độ tăng nhiệt trung bình: q0tb2 = . 9,8 = 6,50C. 3. Độ tăng nhiệt trên mặt dây quấn so với ban đầu. qotb2 = K. q0,6 = 0,285. 2686,6 = 8,20C. 4. Độ tăng nhiệt trung bình của dây quấn CA so với dầu. qodtb2 = q0tb2 + qod2 qodtb2 = 6,5 + 8,2 = 14,70C. c. Tính toán nhiệt của thùng. 1. Tra bảng TKMBA ta chọn loại thùng thẳng có vách ống làm lạnh. - Khoảng cách từ tấm phíp mắc bộ chỉnh lưu đến vách thùng dầu S1=4cm. - Khoảng cách từ tấm phíp mắc bộ chỉnh lưu đến mắt ngoài cuộn cao áp. S2 = 3cm. Bề dày lắp đặt bộ chỉnh lưu 15cm. - Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn HA đến vách thùng S3=4cm dây dẫn ra có bọc cách điện. - Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn HA đến mặt ngoài cuộn HA. S4 = 3cm (dây dẫn có bọc cách điện 0,25cm) lấy kích thước dây dẫn ra hạ áp d= 1,5cm. Hình 15: Bố trí dây dẫn ra + Chiều rộng thùng. Đường kính cuộn dây CA lớn hơn nên ta tính chiều rộng thùng theo cuộn CA lấy khoảng cách từ mặt ngoài cuộn CA đến vách thùng là 5cm. Nên B = D"2 + 2.5 = 37,7 + 2. 5 = 47,7 cm. 2. Chiều dài thùng: A = C + + S1 + S2 + S3 + S4 + d + 15 A = 38 + + 4 + 3 + 4 + 3 + 15 = 99cm. Hình 16. Chiều rộng thùng 3. Chiều cao thùng. H = H1 + H2. H1 = 1T + 2HG + n = 35 + 2 . 18 + 4 = 75cm. H2 = 30cm. Tra theo TKMBA. H = 75 + 30 = 105 cm. 4. Độ tăng nhiệt cho phép của dầu đối với không khí. qdk = 600 - qodtb = 60 - 14,7 = 45,30C. qodtb là hiệu số nhiệt trung bình của dây quấn đối với dầu lấy giá trị lớn của dây quấn CA. 5. Độ tăng nhiệt cho phép của thùng đối với không khí. qtk = qdk - qdt sơ bộ lấy qdt = 60C. qtk = 45,3 - 6 = 39,30C. Với cách tính này độ tăng nhiệt của thùng so với không khí thoả mãn điều kiện d. qtk Ê 500C với d =1,2 6. Sơ bộ tính bề mặt bức xạ của thùng. Mbk = [2 (A-B) + B] H.K. 10-4 = [2 (99 - 47,77) + 47,7]. 105 . 1,3. 10-4 = 1,9m2. ở đây k = 1,3 tra bảng TKMBA. 7. Tính ước lượng bề mặt đối lưu của thùng theo TKMBA. Mdl = - 1,12Mbk. Mdl = - 1,12 . 1,9 = 5,7 m2. 8. Sau khi đã lựa chọn lần cuối cùng để đảm bảo bề mặt tản nhiệt và độ tăng nhiệt cho phép của MBA ta dùng thùng dầu có các kích thước sau: Đáy thùng hình chữ nhật A x B = 100 x 60cm. Chiều cao thùng H = 110cm. Theo phụ lục TKMBA ta chọn loại thùng 1 dẫy ống tròn f5,1cm, to = 7cm, R = 15cm. Các kích thước tra được ta có: C = 6cm, l = 7cm, a = 7cm Hình 17: ống tản nhiệt Khoảng cách giữa 2 tâm