Đề tài Thiết kế MBA điện lực

Mba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện . Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện cần phải có rất nhiều lấn tăng giảm điện áp . Do đó tổng công suất đặt của các Mba lớn hơn nhiều lần so với công suất máy phát . Tuy hiệu suất của Mba thường rất lớn ( 98-99% ) Nhưng do số lượng Mba nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế vấn đề đặt ra trong thiết kế Mba vẫn là giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba . Khuynh hướng phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện naylà tăng được giới hạn về công suất , về điện áp , ngoài ra còn mở rộng thang công suất của Mba thành nhiều dãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành Mba . Để làm được điều đó trong thiết kế , chế tạo Mba ta phải không ngừng cải tiến , tìm ra những vật liệu mới tốt hơn , thay đổi kết cấu mạch từ hợp lí , tăng trình độ công nghệ... Qua bản đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc thiết kế Mba nói riêng và máy điện nói chung . Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thiết kế nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót , em mong các thầy , cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng . Em xin chân thành cảm ơn . Hà nội . Ngày 10.10.2001 Sinh viên Phần I : Tính toán các kích thước chủ yếu 1.1 Các đại lượng điện cơ bản của Mba 1.1.1 Công suất mỗi pha của mba: S===133,33 (KVA) 1.1.2 Công suất mỗi trụ: S’===133,33 (KVA) 1.1.3 Dòng điện dây định mức: -Phía CA: = -Phía HA: = 1.1.4 Dòng điện pha định mức: -Phía CA: đấu Y (A) -Phía HA: đấu Y If1=I1= 577,36 (A) 1.1.5 Điện áp pha: Cả CA và HA đấu Y: = 1.1.6 Các thành phần điện áp ngắn mạch: Thành phần tác dụng: Thành phần phản kháng: 1.1.7 Điện áp thử của các dây quấn: Phía CA: (KV) Phía HA: (KV) ( Bảng 2) Chọn các số liệu xuất phát và thiết kế sơ bộ lõi thép: Lõi sắt : Chọn lõi sắt kiểu trụ , dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đường kính d Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 6 Vật liệu lõi sắt : dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng8 Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ áp Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông Xà ép gông trên và dưới được liên kết với nhau bằng những bulông thẳng đứng chạy dọc cửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn dây. giữa xà ép với gông phải lót đệm cacton cách điện để hệ thống xà sắt không tạo thành mạch từ kín . 1.2.2 Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ Chọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm ta chọn BT=1,6T 1.2.3 Các hệ số và suất tổn hao, suất từ hoá trong trụ và gông. 1/ Hệ số dầy: Tra Bảng 10 : kđ = 0,92 2/ Hệ số chêm kín Bảng 4: kc=0,884 3/ Hệ số lợi dụng lõi thép: kld=kc.kđ = 0,884.0,92=0,813 4/ Hệ số tăng cường tiết diện gông: ( Bảng 6) kg=Tg:Tt=1,015 Từ cảm trong gông BG=BT/kg=1,6/1,015=1,576 5/ Hệ số quy đổi từ trường tản: kR=0,95 6/ Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông: ghép chéo= 7/ Suất tổn hao thép (Bảng 45 ) Trong trụ pT= 1,295(W/kg) Trong gông p=1,251(W/kg) 8/ Suất từ hoá ( Bảng50) Trong trụ q=1,775 (W/Kg) Trong gông q=1,675(W/Kg) 1.2.4 Chọn cách điện : ( Bảng 18,19) 1. Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a01= 15 (mm) 2. Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a12=27 (mm) 3.cách điện giữa dây quấn CA và CA: a22=30 (mm) 4. cách điện giữa dây quấn CA đến gông : l02=75 (mm) 5.bề dầy ống cách điện CA và HA : d12=5 (mm) 6.Tấm chắn giữ các pha : d22=3 (mm) 7.Đầu thừa ống cách điện: lđ2=50 (mm) 8. Chiều rộng quy đổi từ trường tản: aR=a12+1/3(a1+a2) trong đó (Bảng 12) k=0,59 aR=0,027+0,019=0,047(m) Xác định kích thước chủ yếu của MBA: MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4) Các kích thước chủ yếu của MBA là: Đường kính trụ sắt: d Chiều cao dây quấn: l Đường kính trung bình giữa hai dây quấn: d12 Tính hệ số kích thước cơ bản b: Hệ số b biểu diễn quan hệ giữa đường kính trung bình d12 với chiều cao dây quấn l. Để chi phí chế tạo MBA là nhỏ nhất, mặt khác vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ta cần phải tìm được giá trị b tối ưu . Công suất trên một trụ : S’=U.I Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch : Trong đó : . I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây CA hoặc HA . f =50Hz tần số lưới điện .kr=0,95 hệ số Rogovski .aR=0,047 m chiều rộng quy đổi từ trường tản .uv=4,44.f.BT.TT Điện áp trên một vòng dây .TT=klđpd2/4 Tiết diện trụ Rút ra: Trong biểu thức trên chỉ có b thay đổi trong một phạm vi rộng quyết định tới sự thay đổi đường kính d Đặt A= Để tìm được b tối ưu, trước hết ta xác định trọng lượng tác dụng của MBA a. Trọng lượng tác dụng của lõi sắt: Lõi sắt gồm hai phần trụ và gông Trọng lượng sắt của trụ : Trong đó : +Số trụ tác dụng : t=3 +Tỉ trọng sắt g +Đường kính trung bình giữa 2 dây quấn : d =a.d Hệ số : a=1,4 (Bảng13) +Khoảng cách giữa cuộn dây và gông : l= 0,075 (m) d =A.X ; d12=a.A.X ; b=X ; (2-42) Trong đó : Thay số : Trọng lượng sắt gông: Để cho đơn giản ta giả thiết gông có tiết diện chữ nhật : Trong đó : +Khoảng cách giữa hai trụ : C= +Chiều dày cuộn CA: a=b.d/2 +Trị số b (Bảng 14) : b = 0,32 +Khoảng cách cách điện : a12= 0,027(m) ; a22= 0,03(m) +d =a.A.X +Hệ số tăng cường gông : k=1.015 Thay vào : (2-48) với: Thay số : Trọng lượng tác dụng của lõi sắt MBA : b. Trọng lượng dây quấn đồng : (2-53) Trong đó : .K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của dâyquấn : K=2,4.10-12 +mật độ dòng điện : +kf : hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong vách. Chọn kf=0,94 (Bảng 15) Thay d12=a.A.X, uv=4,447.BT.TT ; TT= vào ( 2-53) : . Trong đó : Với tần số f=50Hz : với dây đồng : Kdq=2,46.10-2 Khi tính cả trọng lượng cách điện của dây quấn và phần dây quấn tăng thêm dùng để điều chỉnh điện áp ở cuôn CA thì trọng lượng toàn bộ dây quấn phải nhân thêm hệ số k=1,06 Giá thành vật liệu td: Trong đó CFe và Cdq tương ứng là giá 1kg sắt làm lõi và 1kg kim loại đồng làm dây quấn đã kể đến các chi phí về chế tạo lõi sắt và dây quấn cũng như các phế liệu không dùng được . Thường biểu diển giá thành theo đơn vị quy ước với cách chọn giá thành 1kg sắt làm đơn vị. (2-59) Trong đó: (Bảng 16) Đạo hàm CT 2-59 và cho triệt tiêu: Để xác định trị số X tương ứng với giá thành vật liệu tác dụng cực tiểu từ phương trình: (2-60) Thayvào (2-60): X5+ 0,320.X4- 0,509.X- 1,924=0 Giải phương trình trên bằng phương pháp dò ta được : X=1,21 Tương ứng với trị số So sánh với phạm vi trị số cho trong Bảng 17 Để chọn được còn phải căn cứ vào những tham số kĩ thuật của mba thiết kế: 1. Tổn hao không tải: Trong đó: + pt ; pg suất tổn hao trong trụ và gông (bảng 45) Pt = 1,295 (w/kg) ; pg=1,251(w/kg) + k’f : hệ số phụ, (Bảng 43) ; k’f=1,25 Gt,Gg;theo biểu thức (2-42) và (2-48) 2. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải Với Q là công suất từ hoá, gần đúng tính bởi công thức : Trong đó: +: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn lấy +Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông: Qc=qt.Gt+ qg.Gg (VA) (2-64) qt ;qg là suất tổn hao của trụ và gông: Bảng 50 qt=1,775 (VA/kg) qg=1,675 (VA/kg) +Qf: công suất từ hoá phụ đối với “góc” Qf = 40 qt.G0 =(VA) 40 .1,775. G0 =71. G0 G0 là trọng lượng của một góc +: công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép (VA) =3,2 .4000 Tt (2-67) + : suất từ hoá khe hở: bảng 50 Tiết diện tác dụng của của trụ : Tt = Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điện không tải i0=i0x 3. Mật độ dòng điện trong dây quấn: Trong đó : + +K=2,4.10-12 +kf=0,93 Đối với MBA dầu (A/m2) 4. Lực cơ học : Lực hướng kính tác dụng lên một trong hai dây quấn : ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn : Trong đó : Điều kiện : Lập bảng các đại lượng : 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 1,047 1,158 1,245 1,316 1,377 335,63 303,46 282,252 267,022 255,193 74,64 91,300 105,54 117,922 129,11 410,27 394,27 387,79 384,79 384,300 263,952 357,117 443,805 524,145 600,463 38,332 48,89 54,201 60,561 66,304 302,284 406,007 498,006 584,706 666,767 712,554 800,277 885,796 969,496 1051,067 531,299 510,580 502,188 498,303 487,670 378,157 507,915 623,01 731,467 834,126 1136,82 1273,119 1406,498 1537,213 1652,245 728,23 699,83 688,33 683,002 682,133 506,326 680,062 834,160 979,383 1116,832 1234,556 1379,892 1522,49 1662,385 1798,954 24,952 33,759 41,953 49,548 56,762 1771,592 2396,889 2978.663 3517,908 4030,102 0,022 0,0266 0,0307 0,0343 0,0375 281,6 340,48 391,68 439,04 480 3287,748 4117,261 4892,833 5619,333 6309,056 0,822 1,03 1.23 1,40 1,58 310,488 253,812 219,587 196,529 179,503 605,452 494,933 428,195 382,232 350,03 1318,006 1295,21 1313,991 1351,728 1401,97 2,4.106 2,65.106 2,85.106 3,012.106 3,15.106 0,141 0,191 0,237 0,280 0,321 0,151 0,167 0,179 0,190 0,198 0,211 0,234 0,251 0,266 0,277 0,552 0,408 0,329 0,279 0,242 +Với giới hạn P0=920 W +Với giới hạn i0=1,5% +Trị số b =2,068 ứng với C’tdmin Ta chọn giá trị b=2,068 thoả mãn tất cả các tiêu chuẩn đặt ra. Các kích thước chủ yếu : 1/ Đường kính trụ sắt : Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất : dđm=0,22 Tính lại trị số bđm : 2/ Đường kính trung bình của rãnh dầu giữa hai dây quấn : (2-77) + ; Trong đó : k1=1.1 và + a01=1,5 cm + a12=2,7 cm 3/ Chiều cao dây quấn : Tiết diện thuần sắt của trụ : Điện áp một vòng dây : Phần II. Tính toán dây quấn. 2.1 Tính dây quấn HA. Số vòng dây một pha của dây quấn HA: W1 = Trong đó +Ut1 là điện áp trên một trụ của dây HA: Ut1 = Uf1 = 230,94 (V) +Uv = 13,5 (V) - Điện áp một vòng dây. Þ W1 = =17,1» 18(vòng) Tính lại điện áp một vòng dây Uv = = 12,83 (V) Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt là : Bt = = = 1,5208 (T) 2. Mật độ dòng điện trung bình. Sơ bộ tính theo công thức: Dtb = 0,746.kg. 104 ( A/m2) Dtb = 0,746 . 0,93 . .104 = 2,689 .106 ( A/m2) 3. Tiết diện vòng dây sơ bộ: T = = = = 134,216.10-6 (m2) = 134,216 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn, dựa theo Bảng 38: Với S = 250 KVA ; It = 360,844 (A) ; U1 = 0,4 ( KV) T = 134,261 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn mạch đơn dây dẫn bẹt. ( H.5) . Với ưu điểm là độ bền cơ cao, cách điện boả đảm, làm lạnh tốt. Hình 5. 4. Chiều cao sơ bộ mỗi vòng dây: hv1 = - hr1 Trong đó: + hr1 là kích thước hướng trục của rãnh dầu giữa các bánh dây: Bảng 54a: Lấy hr1 = 4(mm) + l1: Chiều cao dq HA: l1 = 39,634cm = 0,39634 (m) + W1 = 36 (vòng) hv1 = - 0,004 = 0,006m = 6 (mm) Þ hv1 < 0,0165m ( 16,5mm) do đó dùng dây quấn hình xoắn mạch đơn. 5. Căn cứ vào hv1 và T chọn dây dẫn theo Bảng 21: - Chọn số sợi chập song song là : mv1 = 6 - Tiết diện sợi dây : 23,4(mm2) - Kích thước dây dẫn: Pb. ; 23,4 6. Tiết diện mỗi vòng dây: T1 = n.v1. Td1 . 10-6 = 6 . 23,4 . 10-6 = 140,4 . 10-6 (m2) 7. Mật độ dòng điện thực: D1 = = = 2,57 . 106 ( A/m2) = 2,57 (MA/m2) 8. Chiều cao dây quấn: a1 Dây dẫn hình xoắn mạch đơn hoán vị ba chỗ, giữa các bánh dây đều có rãnh dầu hv b hr hv a’ l1 = b’ . 10-3. (W1 + 4 ) + k. hr1 ( W1 + 3 ) . 10-3 l1 = 6,6. 10-3 ( 36 + 4 ) + 0,95 . 4 ( 36 + 3 ) 10-3 = 0,412 (m) Trong đó: + b’ = 6,6(mm) + W1 = 36 (vòng) + hhr = 4 (mm) + k = 0,95: hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây. 9. Bề dầy của dây quấn: a1 =a’ . 10-3 = . 4,2 . 10-3 =25,2.10-3 = 0,0252 (m) Với dây quấn hình xoắn mạch đơn : n =1. 10. Đường kính trong của dây quấn HA: D = d + 2a01 = 0,17 + 2. 0,004 = 0,178 (m) 11. Đường kính ngoài của dây quấn: D = D + 2a1 = 0,178 + 2. 0,0252 = 0,228 (m) 12. Bề mặt làm lạnh của dây quấn: M1 = 2.t .k .p. (D + a1 ) ( a1 + b’. 10-3) .W1 (m2) + k : Hệ số kể đến bề mặt dây quấn bị tấm dệm che khuất lấy k = 0,75 + t : Số trụ tác dụng : t =3 M1 = 2.3.0,75.3,142 ( 0,178 + 0,0252) ( 0,0252 + 6,6 .10-3) = 0,091 (m2) 13. Trọng lượng đồng dây quấn HA: Gcu1 =tp . W1 .T1 gcu = 28 t . W1 .T1 . 103 =28 . 3. .36.140,4.10-6.103 = 86,188(Kg) 2.2 Tính dây quấn CA. 1. Chọn sơ đồ điều khiển điện áp: Đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn. (H.7 ) . Chú ý rằng hai nhóm của đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với dây quấn chính. %Uđm Đáp (V) Đấu dây +5 36750 A X1 +2,5 35875 A X2 0 35000 A X3 -2,5 34425 A X4 -5 33250 A X5 2. Số vòng dây của cuộn CA ứng với đáp đm : W2 = W1. = 36 . = 3149,961 » 3150 (vòng ) 3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh đáp: Wđc = 0,025. W2đm = 0,025 . 3150 = 78,75 » 79 (vòng ) 4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân áp: + Cấp [+5%Uđm]: 36750 (V) : W2 = W2đm = 3150 + 2.79 = 3308(vòng) + Cấp [+2,5%Uđm]: 35875(V) : W2 = W2đm + Wđc = 3150 + 79 = 3229 (vòng) + Cấp Uđm: 35000(V) : W2 = W2đm = 3150 + Cấp [-2,5%Uđm]:34425(V) W2 = W2đm - Wđc = 3150 – 2 . 79 = 2992(vòng) 5. Mật độ dòng điện sơ bộ: D2 = 2Dtb - D1 = 2 . 2,689 . 106 - 2,577 . 106 = 2,808 . 106 (A/m2) 6. Tiết diện dây dẫn sơ bộ: T = = = 1,469(mm2) 7. Chọn kiểu dây quấn: Theo bảng 38: Với S =250 (KVA) ; It2 = 4,124(A) ; U2 = 35(KV) + T = 1,469(mm2) Chọn kết cấu dây quấn kiểu: hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn. Ưu điểm: Công nghệ chế tạo đơn giản , nhược: Tản nhiệt kém, độ bền cơ không cao. 8. Chọn dây dẫn:Bảng 20: Chọn dây Õb 1 . . 1,54 9. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây: T2 = nv2.Td2.10-6 = 1,54.10-6(m2) 10. Mật độ dòng điện thực: D2 = = = 2,678.10-6 (A/m2) = 2,678 (MA/m2) 11. Số vòng dây trong một lớp: W12 = - 1 = - 1 = 228(vòng) Trong đó lấy l2 = l1 = 0,412(m) 12. Số lớp của dây quấn: n12 = = = 14 (lớp) 13. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau: U12 = 2W12. Uv = 2. 228 . 6,415 = 2925,240(V) 14. Chiều dày cách điện giữa các lớp: Bảng 26: + Số lớp giấy cáp: 4 lớp + Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm) Chiều dày cách điện giữa các lớp: d12 = 4. 0,12 = 0,48mm 15. Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp: + Do số lớp của dây quấn được làm tròn thành số nguyên n12 = 14 (lớp) nên số vòng dây trong mỗi lớp không đúng bằng w12 ( 228 vòng). Ta phân phối 12 lớp trong có số vòng dây là W12 = 228vòng còn 2 lớp ngoài cũng có số vòng dây ít hơn: w’12 = ( 3150 -12. 228 )/2 = 207(vòng) + Để tăng điều kiện làm mát, phần dây quấn CA thành hai tổ lớp giữa hai tổ có rãnh dầu dọc trục a’22 Tổ lớp trong : Có số lớp n =5 lớp Tổ lớp ngoài: Có số lớp m = n12 - n = 14 - 5 = 9 (lớp) Kích thước rãnh dầy: Bảng 54 : a’22 = 5(mm) 16. Chiều dày dây quấn CA: a2 = .10-3 Trong đó: + d = 1,8 mm , m = 9 , n =5 + d12 = 4. 0,12 = 0,48 (mm) , a = 5(mm) a2 = = 36.10-3 (m) Với điện áp 35 KV ta bố trí thêm màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dầy 0,5mm ( nối điện với dây quấn cao áp) ở lớp trong cùng của cuộn CA. Màn chắn có cách điện hai phía bằng cách điện lớp nên chiều dày cuộn CA sẽ là: a2 = + dc = 0,5mm + d1 = d12 = 0,48(mm) Đây chỉ là kích thước hình học cuộn dây, còn khi tính sđđ tản thì lấy giá trị a2 = 36. 10-3(m) và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên: a = ( a12 + dc + 2d1). 10-3 = ( 27 + 0,5 + 2. 0,48) 10+-3 = 28,5. 10-3(m) 17. Đường kính trong của dây quấn CA : 18. Đường kính ngoài của dây quấn CA : 19. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: 20..Bề mặt làm lạnh của dây quấn : Trong đó k= 0,88 : hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết cách điện che khuất 21.Trọng lượng đồng của dây quấn CA: Hai cuộn dây đIều chỉnh có trọng lượng : Phần III: Tính toán ngắn mạch 3.1. Tổn hao ngắn mạch: Tổn hao ngắn mạch của Mba hai dây quấn là tổn hao khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điều áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức . 3.1.1. Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn: Pcu = I2.R = = D2 (T.l)..10-6 ÛPcu = D2(T.l.gd). , 10-6 = 2,4m 10-12 . D2. Gcu (4-3) Trong đó: + D : Mật độ dòng điện (A/m2) + D1 = 2,570. 106(A/m2) +D2 = 2,678 . 106 (A/m2) + T tiết diện dây đồng: (m2) + l chiều dài dây dẫn (m) + gd: Tỉ trọng dây dẫn gd = 8900kg/m3 + : Điện trở suất của dây dẫn ở 750C = 0,02135 mWm + Gcu : Trọng lượng đồng dây quấn: + Dây quấn HA: Gcu = 86,188(kg) Þ Pcu = 2,4 . 10-12. 2,572. 1012 . 86,188 – 1366,231(W) - Dây quấn CA: Gcu2 = 130, 191 (kg) Þ Pcu2 = 2,4 . 10-12. 2,6782 .1012.130,191 = 2240,855(W) Vậy tổn hao đồng: Pcu= Pcu1 + Pcu2 = 1366,231 + 2240,855 = 3607,086 (W) 3.1.2. Tổn hao phụ trong dây quấn: Tổn hao phụ thường đựơc ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào tổn hao chính: Pcu + Pf = Pcu. kf. Trong đó kf phụ thuộc vào kích thước hình học của dây dẫn và sự sắp xếp của dây dẫn trong tổn thất tản. - Trong đó dây quấn HA: + Số thành dẫn song song với từ thông tản: m = 36 kf1 = 1 + 0,095 . 108 .b2a4.n2 Trong đó: + b = kr = = 0,506 + b = 6,1(mm) + a = 3,7(mm) kf1 = 1 + 0,95.108 ( 0,506)2 . ( 3,7)4. 10-12 . 62 = 1,0164 Trong dây quấn CA. kf2 = 1 + 0,044. 108 b2.d4.n2 Với : n = 14 d = 1,3(mm) m = 288 b = .kr = = 0,683 kf2 = 1 + 0,44. 108(0,683)2 . 1,32.10-12.142 = 1,001 Dây quấn HA là dây quấn hình xoắn có số sợi ghép song song là 6 do đó còn có tổn hao phụ gây nên bởi dòng điện phân bố không đều giữa các dây ghép song song vì hoán vị không hoàn toàn. kfhv1 = 1 + 0,53 . 10-2.b2 ()2.a4(n4 – 20n2 + 64) kfhv1 = 1 + 0,53. 10-2(0,506)2. . 3,74.10-12(64 – 20. 62 + 64) kfhv1 = 1,001 3.1.3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra: Pr = 2,4. 10-12.D2.Gr 1. Đối với dây quấn HA: - Chiều dài dây dẫn ra HA: lr1 = 7,5l = 7,5. 0412 = 3, 090(m) Trọng lượng đồng dây dẫn ra HA: Gr1 = lr1.Tr1.g = 3,09 . 140,4. 10-6. 8900 = 3,861(kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra HA: Pr1 = 2,4 . 10-12. 2,572. 10-12 . 3,861 = 61,206(W) 2. Đối với dây quấn CA: - Chiều dài dây dẫn ra CA lr2 = 7,5.l = 7,5. 0,412 = 3,090 (m) - Trọng lượng đồng dây dẫn ra CA: Gr2 = lr2.Tr2. gcu = 3,09 . 1,54.10-6. 8900 = 0,042(kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra CA: Pr2 = 2,4 . 10-12. ( 2,678)2 . 1012. 1,042 = 0,729 (W) 3.1.4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác: Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bulông...., nên phát sinh tổn hao trong các bộ phận này. Pt = 10.k.s Trong đó hệ số k tra theo bảng 40a: k = 0,015 Pt = 10 . 0,015 . 250 = 37,5 (W) 3.1.5. Như vậy ta có tổn hao ngắn mạch của mba là: Pn = Pcukf1 + Pcu2kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt Pn = Pcu1 ( kf1 + kfhv1 – 1 ) + Pcu2kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt = 1366,231( 1,0164 + 1,001 –1) + +2240,855. 1,001 + 61,206 + 0,729 + 37,5 = 3732,534 (W) So sánh với số liệu đã cho : .100 = 100,879% Nếu kể cả dây quấn điều chỉnh ( khi 100,05Uđm) Pn = 3732,534 + 0,05 ( 2240,855.1,001) = 3844,689(W) 3.2. Xác định điện áp ngắn mạch: 3.2.1. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng. Unr = .100 = .100 = .100= 100 Þ Unr = = = 1,439 (%) 3.2.2. Tính thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng: unx = .100 = .10 –1 % Trong đó : +b = +d12 = d đm + 2a01 + 2a1 + a12 = 0,17 + 2.0,004 + 2.0,0252 + 0,027 = 0,255 (m) +b = 3,142 . = 1,944 +ar = a12 + 1/3(a1 + a2) = 0,027 + 1/3 ( 0,0252 + 37,5 . 10-3) = 0,048(m) +kr = 1 - d( 1 – e1/6) +d = = 0,069 +kr = 1 – 0,069 ( 1 – e-1/0,069) = 0,931 Unx = . 10-1 = 6,949% 3.2.3. Điện áp ngắn mạch toàn phần: Un = = 7,107% Sai lệch lớn hơn so với tiêu chuẩn : .100 = 4,5% Như vậy sai số nằm trong phạm vi ±5% đạt yêu cầu. 3.3. Lực cơ học của dây quấn: Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn, nó không những làm tăng nhiệt độ máy mà còn gây lực cơ học lớn nguy hiểm đối với dây quấn mba. 3.3.1. Dòng điện ngắn mạch cực đại. 1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập: In = 100 = .100 = 58,027 (A) 2. Trị số cực đại ( xung kích) của dòng điện ngắn mạch: 3.3.2. Tính lực cơ học khi ngắn mạch: Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản. - Lực hướng kính: Do từ trường tản dọc tác dụng với dòng điện gây nên Fr = Btbimax. W. lv = 0 ,628 (imax.W)2 b. k r . 10-6 ( 4- 34) Fr = 0,628. ( 123,846 . 3150)2. 1,944. 0,931. 10-6 = 172978N Lực Fn đối với hai dây quấn là trực đối nhau ( H.9 ) có tác dụng ép ( hay nén) dây quấn trong và có tác dụng trương ( bung) đối với dây quấn ngoài. - Lực chiều trục F’t do từ trường tản ngang tác dụng với dòng điện sinh ra. F’t = Fr . = 172978 . = 10076 (N) Lực F’t có tác dụng nén cả hai dấy quấn theo chiều trục và F’t sẽ đạt giá trị lớn nhất ở giữa dây quấn. 3.3.3. Tính toán ứng suất của dây quấn: 1. ứng suất do lực hướng kính gây nên: ứng suất nén trong dây quấn HA: Do lực nén Fnr gây nên Fnr = Þ dnr1 = == = 5,447 (MPa) - ứng suất nén hoặc kéo trong dây quấn CA: dnr2 = = 5,675(MPa) So sánh với giá trị tiêu chuẩn: dnr £ 30MPa = 18,9% ứng suất nén cho phép. 2. ứng suất do lực chiều trục gây nên: Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách điện giữa các vong dây. ( H .10) Fn = F’t = 10076 dn = = = 1,25 MPa Trong đó: +n : Số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=8 (Bảng 30) +a, b:kích thước miếng đệm Chọn + Bề rộng tấm đệm b = 40 (mm) + Bề rộng tấm đệm a = 25,2(mm) Phần IV: tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của m.b.a 4.1 Tính toán kích thước lõi sắt : 1. Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha , 3 trụ , lá thép ghép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dầy 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc . ép trụ dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy bakêlit với trụ . Gông ép bằng xà ép với bu lông siết ra ngoài gông Số bậc , chiều dầy các tập lá thép và kích thước các tập lá thép tra theo Bảng 41a : với d = 0,17 m Thứ tự tập Trụ (mm) Gông ( Trong 1/2 Tt ) 1 160 160 2 145 145 3 130 130 4 110 110 5 85 85 6 50 - Số bậc thang trong trụ nT = 6 - Số bậc thang trong gông nG = 5 - Chiều rộng tập lá thép gông ngoài cùng aG = 85 mm - Hệ số chêm kín hình tròn của bậc thang trụ kc = 0,927 - Diện tích tiết diện ngang các bậc thang của trụ và gông ( Bảng 42a ) - Thể tích góc mạch từ : V0 = 2908 cm3 2. Xác định tiết diện tổng các bậc thang trong trụ : 3. Tiết diện tác dụng của trụ sắt : Trong đó kđ là hệ số điền đầy kđ = 0,92 ( Bảng 10 ) 4. Tiết diện tổng các bậc thang của gông : 5. Chiều dầy gông : 6. Tiết diện tác dụng của gông : 7. Chiều cao trụ sắt : Trong đó : l0' và l0'' là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới và bằng 0,075 m 8. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau : 9. Trọng lượng sắt của trụ và gông : - Trọng lượng sắt 1 góc của mạch từ : là phần chung nhau của trụ và gông , giới hạn bởi hai mặt trục vuông góc nhau Trong đó : V0 là thể tích góc mạch từ = 7650 ( Kg/m3 ) : Là tỉ trọng thép Trọng lượng sắt gông : Gồm hai phần : Phần giữa hai trụ biên : Phần gông ở giữa các góc : Trọng lượng sắt toàn phần của gông : Trọng lượng sắt trụ : Gồm hai phần : Phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ : Phần trụ nối với gông : Trong đó a1G = 160mm ® Trọng lượng sắt trụ : Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ và gông : 4.2 Tính toán tổn hao không tải , dòng điện không tải và hiệu suất mba Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và thứ cấp để hở mạch , gọi là chế độ không tải . 1. Tổn hao không tải : Chủ yếu là tổn hao trong lá thép silic . Trong đó : suất tổn hao pT , pG phụ thuộc vào từ cảm BT , BG , mã hiệu và chiều dầy lá thép : Tiết diện khe hở không khí ở mối nối nghiêng : Tra bảng 45 : Với BT = 1,506 T ® pT = 1,11 (W/Kg) ; pK = 858,4 (W/m2) Với BG = 1,467 T ® pG = 1,044 ( W/Kg) ; pK = 810,4 (W/m2) Với Bkn = 1,065 T® pKN = 398,6 (W/m2) Đối với mạch từ phẳng , nối nghiêng ở 4 góc, trụ giữa nối thẳng , lõi sắt không đột lỗ , tôn có ủ sau khi cắt và có khử bavia : Trong đó : + N: Số lượng góc nối của mạch từ N = 4 + kp0 = 10,18 là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối mạch từ ( Bảng 47 ) + kPG = 1 là hệ số tổn hao phụ ở gông + kPT = 1,01 là hệ số tổn hao do tháo lắp gông trên ( Để lồng dây) + kPE = 1,02 là hệ số tổn hao do ép trụ để đai + kPC = 1,05 là hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn + kPB = 1 là hệ số kể đến tổn hao gấp mép hoặc khử bavia + nK : Số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ . Thay số : Sai lệch so với tiêu chuấn : 2. Dòng điện không tải : Thành phần tác dụng của dòng điện không tải: Theo Bảng 50 , ta tìm được suất từ hoá : Với BT = 1,506 T , qT = 1,375 ( VA/Kg) , qKT =17008 (VA/m2) Với BG = 1,467 T , qG = 1,241 (VA/Kg) , qKG = 14884 (VA/m2) Với Bkn = 1,065 T , qKN =1975 (VA/m2) Với lõi sắt kiểu trụ phẳng , làm bằng thép cán lạnh có ép trụ và gông bằng đai , không có bulông xuyên lõi : (VA) Trong đó : N=4 TK = với mối ghép nghiêng ( Gông ) Với mối ghép thẳng ở trụ +kib = 1 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia +kic = 1,18 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá thép +kir = 1,433 : Hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ +kig = 1 : Hệ số làm tăng công suất từ hoá ở gông kie = 1,04 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc ép mạch từ kit = 1,01 : Hệ số kể đến sự tăng công suất từ hoá do tháo lắp gông trên để cho dây quấn vào trụ ki0 = 41,745 : Hệ số chung ( Bảng 53 ) Thành phần phản kháng của dòng điện không tải : Dòng điện không tải tổng : Nhỏ hơn so với dòng điện không tải tiêu chuẩn. Trị số : (A) (A) (A) 3.Hiệu suất của mba khi tải định mức : Phần V : Tính toán nhiệt 5.1 Tính toán nhiệt của dây quấn : 1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõ sắt với mặt ngoài của nó: -Dây quấn HA: dây chữ nhật : Trong đó : + là chiều dầy cách điện ở một phiá của dây dẫn : +: Suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn Bảng 54 : = 0,17 (W/m 0C) +q: Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn HA : Hay ( W/m2) Trong đó : +Wb = 1 số vòng dây trong một bánh dây +k = 0,75 hệ số che khuất bề mặt làm lạnh + aK = 0,0252 m kích thước hướng kính của dây quấn +b' = 6,6.10-3 +kf = 1,0164 W/m2 ® 0 C - dây quấn CA: dây dẫn tròn: Trong đó : + a= 0,0375 (m) là chiều dày dây quấn +p là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn : (W/m) +d=1,4.10(m) +d=1,8.10(m) + p =1,68 (W/m) + : dẫn xuất nhiệt trung bình (W/mC) (W/mC) Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt của dây quấn CA: (W/m) 2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu : -Dây quấn HA : (6-10b) Trong đó : + khi làm lạnh tự nhiên bằng dầu. + đối với dây quấn trong (HA) + (Bảng 55) khi h -Dây quấn CA : 3. Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu : Dây quấn HA: Dây quấn CA: 5.2 Tính toán nhiệt của thùng dầu : Chọn loại thùng : Theo bảng 57 ta chọn kết cấu thùng vách phẳng có ống làm lạnh cong. Các kích thước tối thiểu bên trong thùng - Khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn CA đến dây quấn CA : (mm) (Bảng 31) với KV, bọc cách điện 4(mm) - Khoảng cách từ dây dẫn ra đến vách thùng dầu : (mm) (Bảng 31) với KV ,bọc cách điện 4 (mm) -Khoảng cách từ dây dẫn ra HA đến dây quấn CA : (mm) (Bảng 32) -Khoảng cách từ dây dẫn ra HA đến vách thùng (mm) (Bảng 31) - Đường kính dây dẫn ra không bọc cách điện của dây quấn HA: (mm) - Đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn CA: (mm) - Khoảng cách giữ dây quấn cao áp và vách thùng : (mm) - Chiều rộng tối thiểu của thùng Lấy B =0,6 - Chiều dài tối thiểu của thùng : (m) - Chiều cao ruột máy : H1=lt+2.hg+n.10=0,562+2.0,16+40.10=0,93 (m) Trong đó : + n làchiều dày tấm lót dưới gông dưới : n=40 mm +chiều cao trụ: lt=0,412+2.0,075=0,562 (m) +chiều cao gông hg=0,160 m - Chiều cao tối thiểu từ gông trên đến nắp thùng : H2 Theo bảng 58 lấy H2= 400 mm= 0,4 m Khi bộ điều chỉnh điện áp đặt nằm ngang giữa gông trên và nắp thùng. - Chiều cao thùng : H=H1+H2=0,93+0,4=1,33(m) 3. Diện tích bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng dầu : - Nhiệt độ chênh trung bình cho phép của dầu đối với không khí cho dây quấn nóng nhất CA : - Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí : - Nhiệt độ chênh trung bình của vách thùng đối với không khí : qtk=qdk-qdt=41,176-6=35,1760C Trong đó: lấy nhiệt độ chênh của dầu đối với vách thùng qdt=60C Chọn số dãy ống là một dãy (Bảng 60) Bán kính cong của các ống lấy R= 0,15(m) - Chọn loại ống tròn đường kính 30/27 mm dày 1,5 mm Khoảng cách giữa hai ống cạnh nhau (bước ống) : tô=50 mm (Bảng 60) Lấy đoạn ống a=50 mm Khoảng cách giữa hai tâm ống : b = H- (c+e).10-3=1,33 - (60+70).10-3=1,2 (m) Trong đó các khoảng cách c = 60 mm , e =70 m (Bảng 61) -Chiều dài khai triển của ống : l = b + ( p.R-2.R+2.a ).10-3= b +( 1,14.R+2.a ).10-3 =1,2 + (1,14.150+2.50 ).10-3 = 1,470 (m) số ống trong dãy : mô= Bề mặt bức xạ của thùng : Mbx=( 2.( A-B )+p.B+p.( 2.a+2.R+2.td.(n-1) +d ).10-3 ).H + 0,5.Mn Trong đó bề mặt bức xạ của nắp thùng : 0,5.Mn=0,5.( bn(ln- bn) +p.bn2/4 ) = 0,5.( (B+2.bv).(A-B)+p.(B+2.bv)2/4 Trong đó : bn=B+2.bv là chiều rộng nắp thùng ln=A+2.bv là chiều dài nắp thùng bv=0,08 m là chiều rộng vành nắp thùng . Mbx=( 2.(1,36-0,6)+p.0,6+p(2.0,05+2.0,15+0,03)).1,33+0,52=4,756 (m2) - Bề mặt đối lưu của thùng : Mđl=Mfđl.kht+Môđl.khô Trong đó : hệ số hình dáng (Bảng 56) kht=1,4.1,15 = 1,61 khô=1,61 +Bề mặt đối lưu của thùng phẳng và nắp : Mfđl=(2.(A-B)+p.B).H+0,5.Mn=( 2.(1,36-0,6)+p.0,6) ).1,33+0,25 =5 (m2) +Bề mặt đối lưu của ống : Môđl=Mm.m.l=0,0942.68.1,47=9,42 (m2) Mđl=5.1,61+9,42.1,61=23,21 (m2) Trong đó Mm=0,0942 (m2) là diện tích bề mặt một mét ống (Bảng60) Bề mặt đối lưu của thùng theo tổng tổn hao : Trong đó +Tổng tổn hao : (W) +Bề mặt bức xạ : Mbx=(2.(A-B)+p.B).H.k=(2.(1,36- 0,6)+p.0,6).1,33.1,5=6,8 (m2) Với k=1,5 (Bảng 59) là hệ số hình dáng thùng (m2) Ta thấy Mđl >Mđl’ Tính toán cuối cùng nhiệt chênh của dây quấn và dầu : 1.Nhiêt độ chênh của thùng dầu đối với không khí : 2. Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng : = 0C 3. Nhiệt độ chênh của thùng dầu so với không khí : 0C 4. Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí : 0C 5. Nhiệt độ chênh của dây quấn đối với không khí : < 60 0C 5.4 Trọng lượng ruột máy,dầu và bình giãn dầu: 1. Trọng lượng ruột máy : (Kg) Trong đó : +Trọng lượng dây quấn : (Kg) +Trọng lượng lõi sắt : (Kg) 2. Trọng lượng dầu : -Thể tích dầu trong thùng : Vd=Vt-Vr=1,461-0,163=1,298 (m) Trong đó : + (m3) +Thể tích ruột máy : (m3) ; Với gr=5500 (Kg/m3) -Trọng lượng dầu : (Kg) Trong đó : Gdô: là trọng lượng dầu trong hệ thống làm lạnh : 68 ống ,mỗi ống dài 1,47 m trọng lượng 1 mét dầu trong ống là 0,45 (Kg) (Bảng 60) 3.Bình dãn dầu : Bình dãn dầu làm bằng thép có chiều dày 2 mm ,được đặt nằm ngang trên nắp thùng. Thể tích bình : (m) -Chiều dài bình : (m) Lấy (m) -Đường kính bình dãn dầu : ========================================