Đồ án môn học máy điện

Đồ án môn học máy điện anh em nao muon lam do an may dien thi vao day nhe. do an may bien ap cong suat 320kvaĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆNĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆNNHIỆM VỤ THIẾT KẾ:THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP DẦU 3 PHA,CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LIÊN TỤC ,ĐẶT TRONG NHÀ HOẶC NGOÀI TRỜI,CÓ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU NHƯ SAU:Tổng dung lượng máy biến áp S= 320 kVA;Số pha m = 3; Tần số f = 50 Hz;Điện áp hạ áp: U2= 0,4 kV; Điện áp cao áp: U1 = 15 kV;So đồ nối dây Y/Y0¬-12.Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn gam mới, có các đặc tính: điện áp ngắn mạch un = 4,4%; tổn hao ngắn mạch pn¬ = 5200 W; Tổn hao không tải p0 = 1200 W; dòng điện không tải i0 = 2,5. Làm lạnh bằng dầu biến áp. Thiết bih đặt ngaòi trời. thiết kế dây dẫn bằng đồng, loại máy biến áp ba pha ba trụ cấu trúc phẳng.Chương IITÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾUI. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN1. Dung lượng một pha Sf = = = 106,67 (kVA).Dung lượng trên mỗi trụ: S’ = = = 106,67 (kVA) .2. Dòng điện dây định mức:- Phía cao áp: I1 = = = 12,32 (A) .- Phía hạ áp: I¬2 = = = 461,88 (A)3. Dòng điện pha định mức:Vì dây quấn nối Y/Y0 nên:If1= I1= 12,32 (A) ; If2 =I¬2 = 461,88 .4. Điện áp pha định mức:- Phía cao áp: Uf1 = = = 8660 (V)- Phía hạ áp: Uf2= = = 231 (V)5. Điện áp thử của các dây quấn:Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn và giữa các phần khác của máy biến áp thì ta phải biết được điện áp thử của chúng. Với dây quấn U1dm = 15kV và U2dm= 0,4 kV ta tra trong bảng 2 tài liệu hướng dẫn ta được:Với U1dm = 15kV ta có Uth1= 45 kV;Với U2dm = 0,4 kV ta có Uth2 = 5 kV.6. Các thành phần điện áp ngắn mạch.Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:Unr = % = = 1,625 % Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:Unx = = = 4,09%II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bảnCác kích thước cơ bản của máy biến áp1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp:Với Uth1 = 45 kV, theo bảng 19 TLHD ta có a12 = 20mm, = 4 mm. trong rãnh a12 đặt ống cách điện dày = 4 mm. Theo bảng công thức (2-36) và bảng 12 TLHD ta chọn k = 0,53= k. .10-2 = 0,53. .10-2 = 0,017 (m)aR = a12 + = 0,02 +0,017 = 0,037 (m).2. Hệ số quy đổi từ trường tản là kr = 0,953. ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11 tài liệu hướng dẫn, ta chọn từ cảm trong trụ Bt = 1,62 T, hệ số kg = 1,025Cách ghép trụ: theo bảng 6 TLHD, ta chọn cách ghép trụ bằng nêm và dây quấn. cách ép gông: ta chọn cách ép gông bằng xà ép, bu lông đặt phía ngoài gông. Chọn hệ số tăng cường gông kg = 1,025.Sử dụng lõi thép có bốn mối ghép xiên ở bốn góc của lõi, còn ba mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn.Theo bảng 4 TLHD chọn số bậc thang trong trụ là 6 số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc tức là 5 bậc, hệ số chêm kín kc = 0,918. Tra trong bảng 10 TLHD chọn hệ số điền dầy rãnh là kđ = 0,97. Hệ số lợi dụng lõi sắt kld = kc.kđ = 0,918.0,97 = 0,89.Từ cảm trong gông Bg = = =1,58 (T). Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng B’’k = Bt = 1,62 (T), từ cảm ở khe hở không khí ở mối nối xiên B’k = = = 1,146(T). Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 TLHD với tôn chọn có mã hiệu là 3404 ta tra được các số liệu sau:Với Bt = 1,62 T tra được pt = 1,353 (W/kg),qt = 1,958(VA/kg).Với Bg = 1,58T tra được pg= 1,251 (VA/kg), qg = 1,675(W/kg).Suất từ hoá ở khe không khí: Với B’’k = 1,62 (T) tra được q’’k = 25100 VA/m2Với B’k = 1,146 (T) tra dược q’k = 22100 VA/m24. Các khoảng cách cách điện chính:Chọn theo Uth1 = 45 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và Uth2 = 5 kV của cuộn thứ cấp (hạ áp). Tra bảng 18 và 19 TLHD ta có các số liệu sau:- Trụ và dây quấn hạ áp a01 = 15 mm.- Dây quấn hạ áp và cao áp a12 = 20 mm.- Ống chách điện giữa cao áp và hạ áp = 4 mm.- Dây quấn cao áp và cao áp a22 = 18 mm.- Tấm chắn giữa các pha = 2 mm- Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và gông l0 = l01 = l02 = 50 mm- Phần đầu thừa của ống cách điện lđ = 20 mm.5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tr trong bảng13, 14 TLHD:a = 1,36; b = =0,406. Tra trong bảng 15 TLHD ta được hệ số tính toán tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong dây dẫn ra vách thùng và ở vài chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây nên, k¬f = 0,95.7. Quan hệ giữa đường kính trung bình d12 và chiều cao l của trụ sắt.Trong thiết kế người ta dùng hệ số để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao của máy.= ; thay đổi từ 1,2 đến 3,6Sự lựa chọn hệ số không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà còn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch…Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát, và các tham số kỹ thuật thì khi nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu lớn thì máy biến áp “ béo” và thấp. với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khá nhau. nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều, tăng lên thì lượng săt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại.8. Đường kính của lỏi thép:Theo công thức (2-37) TLHDd = A.xTrong đó x = A là hằng số A = 0,507. Với: S’ = 106,67 (kVA)aR = 0,037 (m)f = 50 HzUx = 4,09 %Bt = 1,62 (T)kr là hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn kr = 0,95kld là hệ số lợi dụng của lỏi sắt đã tính ở trên: k¬ld = 0,9. Từ đó ta cóA = 0,507. = 0,1545 (m)d = 0,1545.x9. Trọng lượng tác dụng của lỏi thép9.1 Trọng lượng thếp trong trụ:Gt = + A2.x2 (theo CT 2-42 TLHD )Với A1 = 5,663.104.a .A3.k1dTrong đó d12 = a.d suy ra a = d12/d Với trị số hướng dẫn a = d12/d bằng 1,36 đối với dâu quấn đồng, theo bảng 13 TLHDA1 = 5,663.104.1,36.0,15453.0,89 = 252,79 (kg)A2 = 3,605.104 .A2.kld.l0A2 = 3,605.104.0,15452.0,89.0,05 = 38,29 (kg)Vậy Gt = + 38,29.x2 9.2 Trọng lượng thép trong gôngGg = B1.x3 + B2.x2 theo CT 2-48 TLHD Với a = 1,36; kg = 1,025Trị số hướng dẫn b = tra bảng 14 TLHD ta có b = 0,4, e = 0,41 với gông nhiều bậc.B1 = 2,4. 104.kg.k1d.A3.(a+b+e) = 2,4.104.1,02.0,9.0,15453.(1,36 + 0,40 + 0,41) = 176,3 (kg) B2 = 2,4.104.kg.k1dA¬¬2.(a12 + a22)Với a12 = 0,02 ma22 = 0,018 mB2 = 2,4.104.1,02.0,89.0,15452.(0,02 + 0,018) = 19,76 (kg)Vậy Gg =176,3 .x3 + 19,76 .x2 Như vậy trọng lượng của lỏi thép :G¬fe = Gt + Gg Gfe = + (A2 +B2).x2 + B1.x310. Trọng lượng kim loại làm dây quấnGdq = theo CT (2-55) TLHDVới C1 = Kdq. , Kdqcu = 2,46.10-2kf là hệ số tính tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong đầu ra và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây nên. Theo bảng 15 TLHD tra dược kf = 0,95C1 = 2,46.10-2 = 190,075 (kg)Gdq = 11. Xác định các hằng số trong biểu thức giá thành cực tiểu của vật liệu tác dụng:B = . = . = 0,22C = = = 0,48D = kdqfe.k = .1,84.1,06 = 1,4Với kdqfe =1,84, tra bảng 16 TLHDk là hệ số hiệu chỉnh trọng lượng của dây quấn ( vì dây quấn có thêm sơn cách điện và các phần điều chỉnh điện áp ỏ cuộn cao áp) k=1,03.1,03 = 1,06Ta có phương trình : x5 + Bx4 - Cx - D = 0x5 + 0,22x4 - 0,48x – 1,4 = 0Dùng phương phần mềm MATLAB để giải phương trình trên ta được x = 1,1. Từ đó ta có Chọn = 1,464 thì giá thành của máy biến áp thiết kế là nhỏ nhát, nghĩa là phương án tối ưu về măt kinh tế. Nhưng ta còn phải chọn một phương án không những tối ưu về mặt kinh tế mà còn thoả mãn các nhỉ tiêu kỹ thuật trong giới hạn sai số cho phép.Từ x = 1,1 ta tính được các thông số ở trên như sau.- trọng lượng thép trong trụ: Gt = + 38,29.x2 = + 38,29.1,12 = 276,11(kg)- Trọng lượng thép trong gông: Gg =176,3.x3 + 19,76.x2 = 176,3.1,13 + 19,76.1,12 = 254,93 (kg).- Trọng lượng lỏi thép: G¬fe = Gt + Gg = 276,11+ 254,93 = 531,04(kg).- Trọng lượng dây quấn : Gdq = = = 157,1 (kg).11. Kiểm tra sơ bộ điều kiện phát nóng:Theo công thức (2-71) TLHD ta có:xmax 4,5.106 = 4,5.106 =1,367Với C1 = 190,08kf = 0,93Pn = 5200 (W) là tổn hao ngắn mạchTừ đó ta có x = 1,1 < xmax =1,367 như vậy điều kiện phát nóng được đảm bảo.12. Trọng lượng một góc của lõi:G0 = 0,492.104.kg.k1d.A3.x3 = 16,47.x3 theo CT (2-66c) TLHDG0 = 0,492.104 .1,02.0,89.0,15453.1,13 = 21,92 (kg).13. Tiết diện tác dụng của trụTheo công thức (2-68) TLHD, ta cóTt = 0,785.k1d.A2.x2 = 0,785.0,89.0,15452.x2 = 0,0167.1,12 = 0,0202 (m2)14. Tổn hao không tảiTheo công thức (5-23) TLHD ta có:P0 = kpf. pt.(Gt +Gg. ) + kpf.pg[Gg - (N + 2).G0 + ] Trong đóN là số lượng góc của mạch từ N = 4 đối với máy biến áp ba pha.kpf là hệ số tổn hao phụ, tra bảng 48 TLHD ta được kpf = 1,22kpo = kn.k’po+ k’’poVới kn là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, kn = 4.k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ.Tra bảng 46a TLHD ta có:k’po = 1,32k’’po = 1,96kpo = 4.1,32+1,96 = 7,24pt = 1,353 (VA/kg) , pg = 1,251(W/kg),G0 = 24,86 (kg) đã tính ở trên.Vậy P0= 1,22.1,353.(Gt +Go. ) + 1,22.1,251.[Gg - (4 + 2)Go + .Go ] = = 1,651Gt + 1,526Gg +2,344G¬0 = 1,651.276,11+ 1,526.254,93 +2,344.21,92 = 901,593 (W)15. Công suất từ hoá của may biến áp.Theo công thức (5-31) TLHD ta cóQ0 = ki’f .ki’f’.qt(Gt + Go) + ki’f .ki’f’.qg (Gg + Go-(N+2)G0) + ki’f’. qk.nk.TkTrong đó ki’f = kib.kic ;kib là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia ; chọn kib = 1kic là hệ số kể đến ảnh hưởng đến việc cắt dập lá thép; chọn kic = 1,18ki’f = kib.kic= 1.1,18 = 1,18ki’f’ = kig.kie.kit = 1,07qt = 1,958(VA/kg), qg= 1,675 (VA/kg) là suất từ hoá của trụ và gông.qkt = 25100 VA/m2, qkg = 22100 VA/m2 là những suất từ hoá ở những khe hở không khí( bảng 50 TLHD)kig là hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông: kig =1,00kir kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ , tra bảng 52b ta được kir =1,35nk là số khe hở không khí trong lõi thép.Tk = Tt/ là diện tích bề mặt khe hở không khíkio là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hoá tăng lên, kio¬ = 42,45Q0 =1,18.1,07.1,958.(Gt + Go) + 1,18.1,07 . 1,675 [ Gg + .Go-(4+ 2).Go ] + 1,07 . 25100 .4.Tt / + 1,07 . 22100 . 2 .Tt = = 2,473Gt +2,115Gg + 41G0 +123257,06.Tt = 2,473Gt +2,115Gg + 41G0 +123257,06.0,0167.x2 = = 2,473.276,11+2,115.254,93 +41.21,92 +2058,39.1,12 = 4905,026 (VAr)16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải. Theo công thức (2-62) TLHDI0 = = = 1,533 (%)17.Mật độ dòng điện trong dây quấn:Theo công thức (2-70) TLHD= = = .106 A/mm2K là hằng số phụ thuộc vào điện trở dây quân: K=2,4.10-12 đối với dây đồng17. Khoảng cách giữa hai trụ:C = d12 + a12 + 2a2 +a22Với 2a2 = 0,4.d =0,4.0,1545.x = 0,4.0,1545.1,1 = 0,06818. Trọng lượng dây dẫn:Gdd = 1,03.1,03.Gdq = 1,06.Gdq19. Giá thành vật liệu tác dụng:Theo công thức (2-59), ta cóC = B1 x3 + (B2 + A2).x2 + + kd.fe.k. Với k = 1,03.1,03 = 1,06Tra bảng 16 TLHD ta được kd.fe = 1,84 C = 176,3.x3 + (19,76 + 38,29).x2 + + 1,84.1,06. = 176,3.x3 + 58,05.x2 + + = 841Từ các số liệu tính toán ở trên ta cho thay đổi từ 1,2 đến 3,6 ta được bảng sau:20. Nhận xét:Dựa vào bảng biến thiên, với mức tổn hao không tải Po = 1200 W và dòng không tải io = 2,5% ta thấy các phương án đã tính thì phương án có hệ số = 1,464 ứng với gí thành nhỏ nhất không kha thi vì với máy biến áp có S= 320kVA thì biến thiên từ 1,8 đến 2,4. Bởi vậy với sai số của C’td là 1% so với giá trị nho nhất ta có thể lấy = 1,6Đường kính trụ sắt: d = A. = 0,1545. = 0,173(m), chọn đường kính tiêu chuẩn d = 0,17- Tính lại trị số : = 1,65; x = 1,133; 2a2 = 0,07 (m)Với trị số =1,65 bảng trên ta tính được:Gt = 272,27( kg); Gg = 282,05 (kg) ; GFe = 554,27 (kg); Gdq = 147,97 (kg); Po = 935,781 (W) ; io = 1,628; Sai số của Po là .100 = 22 (%);- Đường kính trung bình của rãnh dẫn dầu sơ bộ: d12 = a.d = 1,36.0,17 = 0,2312 (m)- Chiều cao dây quấn sơ bộ: l = = = 0,44 (m)- Tiết diện hữu dụng của trụ sắt: Tt = kđ.Tb = 0,97.0,02085 = 0,02022 (m2) ; Với Tb = 0,02085m2 theo bảng 42 TLHD ứng với d = 0,17 m - Khoảng cách giữa hai trụ: C = d12 +a12 +2a2 +a22 = 0,2312 + 0,02+0,07 + 0,018 = 0,34 (m).- Mật độ dòng điện: = .106= .106 = 3,69.106(A/m2);- Giá thành : C’td = Gfe + kd.fe.Gdd = 842,88- Sức điện động của một vòng dây: Uv = 4,44.f,Bt.Tt = 4,44.50.1,62.0,02022= 7,27(V)CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÂY QUẤN CỦA MÁY BIẾN ÁPI. Tính toán dây quấn thứ cấp (hạ áp).1. Sức điện động của một vòng dây:Uv = 4,44.f,Bt.Tt = 4,44.50.1,62.0,02022 = 7,27 (V)2. Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp:W2 = = = 31,77= 32 (vòng)Ut2 là điện áp trên một trụ của dây quấn thứ cấp , Ut2 = 231 V trên cả ba trụ.Điện áp thực của mỗi vòng dây Uv = = 7,22 (V)3. Mật độ dòng điện trung bình:tb = 0,746. kf. .104= 0,746.0,93. .104= 3,52 (MA/m2)4. Tiết diện vòng dây sơ bộ:T’2 = = = 131,22.10-6 (m2) =131,22 (mm2)Theo bảng 38 TLHD , với S = 320kV, I2 = 461,88 A, U2 = 231 V , T’2 =131,22mm2 , ta chọn dây quấn hạ áp kiểu hình xoắn mạch đơn dây dẫn chữ nhật.5. Chiều cao sơ bộ mỗi vòng dây.hv2 = - hr2Trong đó hr2 là kích thước hướng trục của rãnh dẫn dầu giữa các bánh dây. Theo bảng 54a TLHD ta chọn hr2 = 5 mm.hv2 = - 0,005 = 0,00722 (m) = 7,22 mm.6. Chọn dây dẫn:Với hv2 = 7,22 mm và T’2 = 131,22 mm2Tra bảng 22 TLHD ta chọn dây đồng tiết diện chữ nhật mã hiệu Cд có:Яa = 4 mmb = 8 mmTiết diện 35,1 mm2Chọn 4 sợi chập song song trong 1 vòng . Quy cách dây quấn như sau: Cд - 4 ;31,1 7. Tiết diện mỗi vòng dây:T2 = nv2.Td2 = 4.31,1 = 124,4 (mm2).8. Chiều cao thực của mỗi vòng dây:hv2 = b’= 8,5 mm9. Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp:= = = 3,71 MA/m2.10. Chiều cao thực của dây quấn hạ áp Ở đây ta chọn dây quấn hình xoắn mạch đơn hoán 3 chỗ, có rãnh dầu giữa tất cả các bánh dây.l2 = b’.10-3(W2 +4) +k.hr2 (W2 +3).10-3 =8,5 (32+4)10-3 + 0,9.5 (32+3)10-3 = 0,464 (m)Trong đó k là hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuôn dây. Chọn k = 0,911. Bề dày dây quấn hạ ápa2 = 4.a’.10-3 = 4.4,5.10-3 = 18.10-3(m) = 0,018 m12. Đường kính trong của dây quấn hạ áp:D2’ = d+2.a01 . 10-3 với a01 = 15mm, d = 0,17m; D’2 = 0,17+2.0,015 = 0,2 (m).13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ ápD’’2 = D’1 + 2.a2 = 0,2+2.0,018 = 0,236(m)14. Bề mặt làm lạnh của dây quấnM2 = 2.t.k. (D2’ +a2)(a2 + b’10-3).W2 (m)Với k = 0,75 la hệ số kể đến sự che khuất bề mặt của dây quấn của que nêm và các chi tiết cách điện khác.M2 =2.3.0,75.3,14(0,2 + 0,018)(0,018 + .8,5.10-3).32 = 2,612 m215. Trọng lượng dây quấn thứ cấp (hạ áp)Gcu2 = 28.t .W2.T2.103 (kg= 28.3 .32.124,4.10-3 = 72,9 (kg)16. Trọng lượng dây quấn thứ cấp kể cả cách điệnGdq2 = 1,06.Gcu2 =1,06.72,9 = 77,3 (kg)II. Tính toán dây quấn sơ cấp (cao áp):1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp:Máy biến áp sau khi thiết kế có thể lắp đặt ở nơi gần nguồn hoặc xa nguồn vì thế điện áp đưa vào cuộn sơ cấp (cao áp) thay đổi một lượng U nào đó. Vì vậy để duy trì điện áp đầu ra ổn định trong một phạm vi nào đó ta phải chọn đầu phân áp cho phù hợp trước khi lắp đặt.Dòng điện làm việc qua các tiếp điểm:I1 = 12,32 A.Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của hai pha của bộ đổi nối:Ulv = 10%. = 10%. = 866 VĐiện áp thử: Uth = 20%. = 1732 (V)Để có được những điện áp khác nhau bên cao áp cần phải nối như sau:2. Số vòng dây của dây quấn sơ cấp (cao áp) ứng với điện áp định mức:W1 = W2¬ . = 32. = 1200 (vòng)3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện ápWđc = 0,025 W1 = 0,025.1200 = 30 (vòng)4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân nhánh:Ta chọn loại có 4 cấp điều chỉnh điện áp, ứng với mỗi cấp điều chỉnh là 2,5% điện áp định mức :- Cấp 15750 V – (X1Y1Z1) ứng với W =1200 + 2.30 = 1260(vòng)- Cấp 15375V – (X2Y2Z2) ứng với W =1200 + 30 = 1230 (vòng) - Cấp 15000V – (X3Y3Z3) ứng với W = 1200 (vòng) - Cấp 14625V – (X4Y4Z4) ứng với W = 1200 – 30 = 1170 (vòng) - Cấp 14250V – (X5Y5Z5) ứng với W = 1200 – 2.30 = 1140(vòng)5. Mật độ dòng điện sơ bộ:= 2. – = 2.3,52 – 3,71 = 3,33(MA/m2)6. Sơ bộ tính tiết diện vòng dây:T’1 = = = 3,710-6(m2) = 3,7mm2Với S = 320 kVA; I = 12,32 A; U = 15 kV; T’1 = 3,7 mm2. Ta chọn kết cẩu dây quấn kiểu hình ống nhiều lớp dây tròn (theo bảng 38 TLHD). Theo bảng 20 TLHD ta chon dây dẫn tiết diện tròn mã hiệu Б có kích thước như sau :Б - 1x ; 3,53 mm2 7. Tiết diện toàn phần của một vòng dây.T1 = nv1. T’d1.10-6 = 1. 3,53 .10-6 = 3,53 .10-6 m2 = 3,53 mm2 8. Mật độ dòng điện thực:= = = 3,49 (A/mm2)9. Số vòng dây trên một lớp:= = 176 (vòng)l1 = l2 = 0,464m ; d1’ là đường kính dây kể cả cách điện (d’1 = d1 + 0,5 (mm) )10. Số lớp của dây quấn:n12 = = = 7 (lớp), nên lấy tròn n12 với số nguyên lớn hơn.11. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau:U12 = 2. = 2.176.7,22 = 2541 (V);12. Chiều dày cách điện giữa các lớp.Căn cứ vào U12, ta tra bảng 26 TLHD, ta chọn chiều dày cách điện giữa các lớp là 4x0,12mm13. Tra bảng 18&19 tìm được các kích thước sau:Chiều rộng rãnh dẫn dầu a12 giữa dây quấn ha áp và cao ápp; chiều dày ống cách điện giữa hai dây quấn ; khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp a22; chiều dày ống giấy cách điện giữa hai pha ; khoảng cách từ dây quấn đến gông l02.14. Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp:Do số lớp của dây quấn được láy tròn thành số nguyên nên số vòng dây trong mỗi lớp có thể không đúng bằng W12 đã tính ở trên, do đó cần phải phân phối sao cho số vòng dây giữa các lớp gần xấp xỉ với số đó ( nên phân phối hầu hết các lớp đều có số vòng dây là W12 còn bao nhiêu phân phối cho một hai vài lớp ngoài cùng).Để tăng điều kiện làm nguội thường theo chiều dày của dây quấn thành hai tổ lớp. Giữa hai tổ có rãnh dầu dọc trục a’22 . Tổ lớp trong làm nguội khó khăn hơn nên bố trí ít lớp hơn tổ lớp ngoài. Thường tổ lớp trong không quá 1/3 đến 2/5 tổng số lớp của dây quấn. Nếu kiểu dây quấn này dùng làm cuộn HA hay TA thì hai tổ lớp nên bố trí có số lớp bằng nhau. Kích thước rãnh dầu dọc trục xem ở bảng 54a 15. Chiều dài dây quấn CA: (m)Trong đó n, m, là số lớp của mỗi tổ hợp, n+m = n12Trong các dây quấn điện áp 35 kV, thường ở đầu dây quấn - tức ở lớp trong cùng của cuộn cao áp người ta có bố trí màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dày 0,5 mm nối điện với dây cao áp. màn chắn có cách điện hai phái bằng cách điện lớp nên lúc đó chiều dày dây quấn cao áp sẽ là:(m)Trong đó a’1 = n12= 4; ; tra ở bảng 26, thông thường , nên = 0,0095( m).Công thức trên chỉ dùng để tính kích thước hình học cuộn dây, còn lúc tính d.đ.đ tản cần tính a2 thì vẫn dùng công thức trên và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên thành , a12 tra ở bảng 19.16. Đường kính trong của dây quấn:D’1 = D’’2 + 2 = 0,236 + 2.0,02 = 0,276 (m)17. Đường kính ngoài cỉa dây quấn cao áp:D’’¬1 = D’1 + 2 = 0,276 + 2.0,0095 = 0,295 (m)18. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:C = D’’1 + = 0,295 + 0,018 = 0,313 (m)19. Bề mặt làm lạnh của dây quấn:Quấn dây quấn CA thành hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh và ở lớp trong quấn lên hình trụ có cách điện có que nêm.= 2.3.0,88.3,14.(0,276 + 0,295).0,464 = 4,41 (m2)Với t = 3; k = 1; l1 = 0,464 m .k = 0,88 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết che khuất.20. trọng lượng của dây :Gcu1 = 28.t. W1.T1.103(kg) = 28.3. .1200.3,53.10-6.103 = 101,58 (kg).21. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp kể cả phần cách điệnGdq1 = 1,06.101,58 = 107,68(kg).22. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp:Gcu = Gcu1 + Gcu2 = 101,58 + 72,9 = 174,48 (kg).Gdq =1,06.174,48 = 185 (kg).Chương IIITÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁPTính toán ngắn mạch trong máy biến áp liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạch Pn, điện áp ngắn mạch Un, các lực cơ học trong dây quấn và sự phát nóng của dây khi ngăn mạch.Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau:1. Tổn hao chính tức là tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp do dòng điện gây ra Pcu1, Pcu2 .2. Tổn hao phụ trong hai cuộn dây do từ trông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pf1, Pf2 .3. Tổn hao chinh trong hai dây dẫn ra Pr1, Pr2 4. Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Prf1, Prf2 thường tổn hao này rất nhỏ, ta bỏ qua.5. Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác Pt do từ thông tản gây nên.Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ kf. Vậy tổn hao ngăn mạch sẽ được tính theo biểu thức:Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + PtI. Các loại tổn hao 1. Tổn hao chính:- Tổn hao chính trong dây quấn sơ cấp (hạ áp).Pcu2 = 2,4.10-12. .Gcu2 = 2,4.10-12.3,712 .1012.72,9= 2408,16(W)- Tổn hao trong dây quấn sơ câp ( hạ áp ) Pcu1 = 2,4.10-12. .Gcu1 = 2,4.10-12.3,49 2 .1012.101,58= 2970 (W)2. Tổn hao phụ- Trong dây quấn thứ cấp (hạ áp)kf2 = 1 + 0,095.108. .a4.n2Với n = 4 là số thanh dẫn quấn thẳng góc với từ thông tản chính la số lớp dây quấn= .krVới kr là hệ số Ragovski , l là chiều cao của toàn bộ dây quấn, m là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản, m = 32 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản chính là số thanh dẫn trên một lớp= .0,95 = 0,556k¬f2 = 1 + 0,095.108.0,5562.44.10-12.42 = 1,012- Trong dây quấn sơ cấp (cao áp ):kf1 = 1 + 0,095.108. .a4(n2 - 0,2) , Với = = .0,95 = 0,764kf1 = 1 + 0,095.108.0,7642.2,124(72-0,2).10-12 1,00553. tổn hao chính trong dây dẫn ra:3.1 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn thứ cấp:- Chiều dài dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (hạ áp) : Khi dây quấn nối Y , ta có: lr2 = 7,5.l2 = 7,5.0,464 = 3,48 (m)- Trọng lượng dây dẫn ra: Gr2 = lr2.Tr2. (kg)Trong đó: Tr2 là tiết diện dây dẫn ra của cuộn thứ cấp (HA) có thể lấy bằng tiết diện diện vòng dây thứ cấp: Tr2 = T2 = 124,4 mm2; = 8900kg/m3.Gr2 = 3,48.124,4.10-6.8900 = 3,85(kg)- Tổn hao trong dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (HA)Pr2 = 2,4.10-12. .Gr2 (W)= 2,4.10-12.3,712.1012.3,85 = 127,18(W)3.2 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp (Cao áp).lr1 =lr2 = 3,48(m)- Trọng lượng đồng của dây dẫn ra cuộn sơ cấpGr1 = lr1.Tr1. (kg)Với Tr1 = T1 = 3,53mm2 nên Gr1 = 3,48.3,53.10-6.8900 =0,11 (kg)- Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấpPr1 = 2,4.10-12. .Gr1 = 2,4.10-12.3,492.1012.0,11 = 3,2 (W)4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác Pt :Theo cong thức (4-21) TLHD, ta tính một cách gần đúng như sau:Pt = 10.k.S, với k tra ở bảng 40a TLHD ta có k = 0,02 Pt = 10.0,2.320 = 64 (W).5. Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là:Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt =2970 .1,0055 + 2408,16.1,012 + 3,2 + 127,18+64 = 5617,78(W).II . Điện áp ngắn mạch1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch.Unr = = = 1,756 (%)2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng:Unx = Trong đó f = 50 Hz; S’ = 106,66; = = ; ar = a12 + = 0,02 + =0,03 ; kr = 0,95 ; Uv = 7,22 (V); Unx = .10-4 = 3,82 (%)Vậy điện áp ngắn mạch là: Un = = = 4,205 ( %)Sai lệch so với tiêu chuẩn:.100 = .100 = 4,4 % < 5 % thoả mãn điều kiện cho phép.III. Tính các lực cơ học chủ yếu của dây quấn.1. Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xác lập:In = Trong đó Iđm là dòng điện định mức của dây quấn (A)Sđm là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA)Un là điện áp ngắn mạch (%)Sn là công suất ngắn mạch của mạng điện cùn cấp (kVA), theo bảng 40b TLHD tra được: Sn = 2500.103(kVA)- Đối với dây quấn sơ cấp (cao áp) In1 = = 292,11(A)- Đối với dây quấn thứ cấp ( hạ áp ) In2 = = 10950,7(A)Trị số dòng cực đại:i1max = .In1.(1 + e ) = .292,11.(1 + e ) = 510,64(A)i2max = .In2.(1 + e ) = .10950,7.(1 + e ) = 19143,02(A)2. Lực cơ học tác dụng lên dây quấn:Lực này do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản. Khi ngắn mạch, lực co học tác dụng lên dây quấn không đều nhau. Mặt khác giữa các vòng dây còn có cách điện, có đệm lót… Và do đó tính đàn hồi của các chi tiết đó có ảnh hưởng đến lực tác dụng lên dây quấn nên thực tế lực tác dụng đó lại nhỏ hơn lực co học đã tính toán.2.1 Lực hướng kính ( lực ngang trục ) Fr do từ thông tản dọc B tác dụng với dòng điện gây nên.Theo công thức (4-34) TLHD ta có: Fr = 0,628.(imax.W)2. .kr.10-6(N)Trong đo W là số vòng dây toàn phần của một dây quấn với cuộn cao áp thì số vòng dây W ứng với điện áp dịnh mức.- Lực hướng kính với cuộn dây thứ cấp (HA): Fr2 = 0,628(i1max.W2)2. .kr.10-6 (N)Với: i2max = 19143,02(A)W2 = 32 , kr = 0,95 , = 1,61Fr2 = 0,628(19143,02.32)2.1,61.0,95.10-6 = 360,44.103 (N)- Lực hướng kính với cuộn dây sơ cấp ( CA) :Fr1 = 0,628(i1max.W1)2. .kr.10-6 (N)Với: i1max = 510,64(A)W2 = 1200 , kr = 0,95 , = 1,61Fr1 = 0,628(510,64.1200)2.1,61.0,95.10-6 = 360,663.103 (N)2.2 Lực dọc trụcLực dọc trục do từ thông tản ngang trục tác dụng với dòng điện trong dây quấn sinh ra. Từ thông tản ngang trục B’ phụ thuộc vào chiều cao l và chiều rộng của dây quấn. Theo công thức (4-36) TLHD ta có: F’t = Fr (N)- Đối với dây quấn thứ cấp ( HA): F’2t = Fr2. = 360,44.103 = 11652,15 (N)- Đối với dây quấn sơ cấp (CA) : F’1t = Fr1. = 360,663.103 = 11659,36 (N)- Lực F’t có tác dụng ép cả hai phía dây quấn theo chiều dọc và như vậy F’t sẽ cực đại giữa hai đầu ép lại và có khuých hướng làm sập những vòng dây ngoài cùng nếu ta không quấn chặt.- Các lực ép chiều trục của hai dây quân:Do cuộn dây phân bố đều theo chiều cao nên lực hướng trục F’’t = 0. Dựa vào sự phân bố lực ép vào dây quấn, ta thấy lực ép cực đại ở giữa chiều cao dây quấn Fe = F’t; lực đẩy gông lên FG = 0.3. Tính ứng suất dây quấn:3.1 Ứng suất phá đứt đối với dây quân:= (MN/m2) , Trong đó: Fnr = (N) , T là tiết diện vòng dây, W là số vòng dây của dây quấn.- Với dây quấn sơ cấp (CA): = (MN/m2)Với: Fnr1 = = = 57,43.103(N), T = 3,53 mm2, W1 =1200 (vòng),= = 13,55 (MN/m2) < 30 (MN/m2) đạt tiêu chuẩn với dây đồng- Với dây quấn thứ cấp (HA): = (MN/m2) Với: Fnr2 = = = 57,395.103 (N), T¬2 = 124,4 mm2 , W2 = 28 Vòng= = 14,42 (MN/m2) < 30 (MN/m2) đạt tiêu chuẩn đối với dây đồng3.2 Ứng suất do lực chiều trục gây nên:Lực chiều trục chủ yếu là lực nén Fn . Lực này chủ yếu làm hỏng những miếng đệm cách điện ở giữa các vòng dây.- Với dây quấn có nêm chèn:= (MN/m2) Trong đó: Fn = F’1t = 11659,36 (N) - hợp lực lớn nhất-; F’’1t= 0n là số miếng đệm theo chu vì vòng tròn dây quấn. Theo bảng 30 TLHD ta chọn miếng đệm n = 8 Kích thước các miếng đệm như sau:a = 30 mmb = 40 mm = = 1,21 (MN/m2)= 1,21 (MN/m2) < (18 20) MN/m2 Vậy đạt tiêu chuẩn quy định. Chương IVTÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁPI. TÍNH TOÁN MẠCH TỪ.1. Xác định h thước cụ thể của máy biến áp:Mạch từ của máy biến áp ta đang thiết kế gồm những lá thép cán lạnh đẳng hướng 3404, bề dày lá thép là 0,35 mm. Kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba tru, các lá thép ghép xen kê, có 4 mối ghép xiên ở 4 góc. Ép trụ bằng nêm và dây quấn. Ép gông bằng xa ép gông, bu lông đặt phía ngoài.1.1 Trụ:Với trụ có đường kính d = 0,17m, công suất định mức Sdm =320 kVA. Tra bảng 4 TLHD ta chọn số bậc thang trong trụ là 6 . Tra bảng 41a ta được chiều rộng a và chiều dày b của tập lá thép như bảng sau: Báûc Chiãöu räüng (a)mm Chiãöu daìy (b) mm1 160 282 145 173 130 104 110 105 85 86 50 81.2 Gông:Với máy biến áp công suất nhỏ hơn 1000 kVA. Dùng cách ép gông bằng xà ép và bu lông không xuyên qua gông. Tra bảng 41b , Ta chọn số bậc của gông là 6 và chiều rộng của các tập thép ngoài cùng là 100 mm Báûc Chiãöu räüng (a)mm Chiãöu daìy (b) mm1 160 282 145 173 130 104 110 105 85 181.3 Tiết diện tổng các bậc thang trong trụ:Tbt = (m2) Trong đó : at, bt là kích thước của các bậc thang trong trụ (m)Tbt = 2.[ 160.28 + 145.17 + 130.10 + 110.10 + 85.8 + 50.8].10-6 = 0,02085(m2)1.4 Tiết diện tác dụng của sắt:Tt = kđ .Tbt (m2), kđ là hệ số chêm kín, kđ = 0,97; Tt = 0,97.0,02328 = 0,02022(m2)1.5 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ:bt = 28+17+10+10+8+8 = 81 (mm ) = 0,081m1.6 Tiết diện bậc thang của nửa tiết diện gông:Tbg = [ 160.28 + 145.17 + 130.10 + 110.10 + 85.18.].10-6 = 0,010875 (m2)1.7 Tiết diện toàn bộ bậc thang của gông:Tbg =0,010875 .2 = 0,02209 m21.8 Tiết diện tác dụng của gôngTg = kđ . Tbg = 0,97.0,02376 = 0,02109 ( m2 )1.9 Chiều dày của gôngChiều dày của gông bằng tổng chiều dày các tập lá thép của trụ:bg = (m) = bT = 0,083m.1.10 Số lá thép trong từng bậc của trụ và gông:n = Trong đó là chiều dày của mỗi lá thép: = 0,35 mm, kđ là hệ số điền kín kđ = 0,97. Vậy lá thép của từng bậc trong trụ và gông tính được ở bảng sau:• Đối với trụ:Báûc Bãö daìy (bt )mm Säú laï theïp 1 28 782 17 473 10 284 10 285 8 226 8 22• Đối với gông:Báûc Bãö daìy (bt )mm Säú laï theïp 1 28 782 17 473 10 284 10 285 18 501.11 Chiều cao của trụ sắt:l1 = l + 2lo = 0,464 +2.0,05 = 0,564 ( m).1.12 Khoảng cách giữa hai trụ kề nhau:C = D1’’ + a22.10-3 (m) = D1’’ là đường kính ngoài của dây quấn sơ cấp (CA) D1’’ = 0,295 m a22 là khoảng cách các dây quấn sơ cấp cạnh nhau a22 = 0,018mC = 0,295 +0,018 = 0,313= 0,31 m ( C làm tròn đến 0,5 cm )1.13 Trọng lượng săt trong gông:Gg = Gg’’+ G’g Trong đó:Gg’’ là khối lượng ở các góc; Gg’’ = 4.Go /2 = 2Go Go là trong lượng sắt một góc mạch từ. Theo công thức (5-9) TLHD ta có :Go = 2.kđ. .10-6(a1t.a1g.b1t + a2t.a2g.b2t +... + antang.bnt)kđ là hế số điền kín: kđ = 0,97.là tỷ trọng thép ( ), đối với thép cán lạnh = 7650 .Go = 2.0,97.7650.10-9(160.160.28 + 145.145.17 + 130.130.10 + 110.110.10 + 85.85.8 + 50.50.18 ) = = 14841.10-9 .1701875 = 21,77 (kg)Gg’’ = 2.Go = 43,54 (kg).Khối lượng chính của gông: G’gG’g = 2.(t-1)C.Tg. (kg)t là số trụ mang dây quấn, t = 3C là khoảng cách giữa hai trụ kề nhau, C = 0,31mlà tỷ trọng của thép, = 7650 .Tg¬ là tiết diện hửu ích của gông Tg = 0,02109 m2Gg’ = 2.(3-1).0,31.0,02109 .7650 = 200,06(kg)Từ đó ta có: Gg = Gg’ + Gg’’ = 200,06+ 43,54 = 243,6 (kg)1.14 Trọng lượng thép trong trụ:Với tiết diện gông là hình bậc thang nhiều bậc được tính như là hai thành phần:Gt = Gt’ + Gt’’ (kg)Trong đó: Gt’ là trọng lượng sắt của phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ.Gt’= t.Tt.lt. (kg)Với: t là số trụ, t= 3Tt là tiết diện hữu ích của trụ : Tt = 0,02022m2 lt là chiều cao của trụ, lt = 0,512 mlà tỷ trọng của thép, = 7650 .Gt’ = 3.0,02022.0,564.7650 = 261,72(kg)Gt’’ là trọng lượng sắt của phần trụ nối gôngGt’’= t(Tt.a1g. .10-3 - G0) kg = 3(0,02022.160.7650.10-3 – 21,77) = 9 (kg)Vậy khối lượng thép làm trụ: Gt = Gt’ + Gt’’ = 261,72+ 9 = 270,72(kg).Khối lượng thép của toàn bộ mạch từ:GFe = Gt + Gg = 270,72+ 243,6 = 514,32 (kg).II. TÍNH TOÁN TỔN HAO KHÔNG TẢI, DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI, HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP1. Tính tổn hao không tải Tổn hao không tải gồm hai phần tổn hao trong trụ và tổn hao trong gông.1.1 Trị số tự cảm:Bt = = = 1,608 ( T )Bg = = = 1,542 ( T )Theo bảng 45 TLHD . Với tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm ta tra được các suất tổn hao :Với Bt = 1,608 T tra được Pt = 1,295 (W/kg), Pkt =990( W/m2)Với Bg = 1,542 T tra được Pg = 1,207(W/kg), Pkg = 934 ( W/m2)Ở mối nối nghiêng: Bkn = = = 1,137(T) tra được Pkn = 515 W/m2Tiết diện khe hở không khí ở mối nối thẳng bằng tiết diện trụ hoặc gông. Tiết diện khe hở không khí ỏ mối nối ngiêng bằng: Tn = .Tt = . = 0,0286 (m2 )1.2 Tổn hao không tải:Theo công thức (5-22) TLHD :P0 = kpc.kpb[ PT.GT + Pg.(G’g- N.G0) + + ].kpg.kpe.kpt Trong đó : N là số lượng góc nối của mạch từ: N = 4kpo = kn.k’po+ k’’po là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối của mạch từ.Với kn là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, kn = 4.k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ.Tra bảng 46a TLHD ta có:k’po = 1,32 ở mối nối nghiêng k’’po = 1,96 ở mối nối thẳngTa có thể tra ở bảng 47 TLHD được kpo = 10,18nk là số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ với những mối nối đã chọnMối nối nghiêng: nkn = 4, mối nối thăng nkt = 3kpg là hệ số gia tăng tổn hao ở gông kpg = 1 vì bậc của gông nhỏ hơn trụ một bậc.kpt là hệ số tổn hao do thao lắp gông để lồng dây quấn vào trụ. Với S = 320 ta chọn kpt = 1,02kpe là hệ số kể đến tổn hao do ép trụ để đai. Theo bảng 46b TLHD ta chon kpe = 1,03 với tôn có ủ.kpc là hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm kpc = 1,2 với lá tôn rộng 0,05 mkpb là hệ số kể đến tổn hao do gấp mép hoặc khử bavia, Sau khi cắt dập thành tấp và khử bavia có ủ lại thép nên kpc.kpb = 1Pt và pg là các suất tổn hao ỏ trụ và gông.Pk là tổn hao ở các mối nối. Mối nối nghiêng: Tkn = 0,0286 (m2 ); T¬kt = 0,02022 (m2 ).P0 = 1.[1,295 .270,72 + 1,207 .( 200,6 – 4.21,77) + + 515.4.0,0286 + 990.1.0,02022 + 2.934.0,02109].1.1,03.1,02 = 948 (W)2. Công suất từ hoá (Công suất phản kháng ).Theo CT (5-30) TL[1] :Q0 = {kib.kic[qt.Gt + qg(G -N.G0) + .kir.kio.G0 ] + }.kig.kie.kit (VA) Trong đó:N = 4Go = 25,26 kgG’g = 232,75 kgGt = 269,44 kgqt, qg là tổn hao công suất từ hoá đối với trụ và gông, tra bảng 50 TLHD ta được:Với Bt =1,608 T tra được qt = 1,775 (VA/kg), qkt = 23500 VA/m2Bg = 1,542T tra được qg = 1,575 (VA/kg)qkg = 20700 VA/m2Bkn = 1,137 T tra được qkn = 4000 (VA/m2 )Diện tích bề mặt khe hở không khí: Tkn = 0,0286 (m2 ); T¬kt = 0,02022 (m2 ).kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ . Tra bảng 52b TLHD , kir = 1,35kio là hệ số chung, kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phân phối khác nhau về số lượng mối nối nghiêng và thẳng . kig = kn.k’io + kt.k’’io; tra bảng 52 TLHD ta được:k’io = 4,3, ở mối nối nghiêngk’’io = 11; ở mối nối thẳng.Tra bảng 53 ta được kio = 42,45kig = 1 là hệ số làm tăng công suất từ hoá.kie hệ số kể đến ảnh hưởng của việc ép mạch từ để đai kie = 1,04kit hệ số kể đến sự tăng cường công suất từ hoá do tháo lắp gông trên đển cho dây quấn vào trụ kit = 1,02kib là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia. sau khi cắt gọt , kib = 1,00kic là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá thép, chọn kic = 1,18 với tôn 3404 có ủ .Q0 = {1.1,18.[ 1,775.270,72 + 1,575 .(200,6 - 4.21,77) + .42,45.21,77] + 4000.4.0,0286 + 23500.1.0,02022 + 20700.2.0,02109}.1.1,04.1,02 = 5627 (VAr )3. Dòng điện không tải 3.1 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải.iox = = = 1,758 %3.2 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải:ior = = = 0,3 %Dòng điện không tải toàn phần;i0 = = = 1,783 % 4. Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức:= (1- ) .100 = (1- ) .100 = 98 %Chương IVTÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁPI. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó:Theo công thức (6-1 ) ta có:Trong đó là chiều dày cách điện một phía của dây dẫn = = 0,25.10-3 mlà suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn, theo bang 54 TLHD ta có: = 0,17W/m.0C ứng với sơn.- Đối với dây quấn hạ áp: ; Vì dây quấn hạ áp quấn hình xoắn đơn dây dẫn chữ nhậtq2 = Pcu2 là tổn hao đồng trên dây quấn hạ áp, Pcu2 = 2205,73WM2 là bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp, M2 = 2,61 m2kf là hệ số tổn hao phụ ứng với dây quấn hạ áp, kf = 1,0123q2 = (W/m2). = 1,36 ( 0C)- Đối với dây quấn cao áp:Vì dây quấn cao áp làm bằng dây dẫn tròn nên theo CT ( 6-3a ) : a là chiều dày dây quấn cao áp a = 0,0095mp là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn được tính theo công thức:là suất dẫn nhiệt trung bình : là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấnlà suất dẫn nhiệt của cách điện giữa các lớp , theo bảng 54 ta có = 0,17là bề dày tấm chắn cách điện giữa các lơp: làm bằng giấy dày : 4x0,12mm, vì dây quấn sơ cấp có 7 lớp nên ta dùng 6 tấm cách điện, =4.0,12 = 0,48mm; ( W/m.0C )( W/m.0C )( W/m3) ( 0C )2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu - Dây quấn hạ áp:Theo CT ( 6-10b) ta có: ( 0C ).k1 = 1,0 là hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây .k2 = 1,1 đối với dây quấn trong (HA).k3 là hệ số kể đến sự đối lưu kho khăn của dầu do bề rộng ( hay cao) tương đối của rãnh dầu ngang gây nên. Với hr2 = 5 mm, a2 = 18mm là chiều dày dây quấn tra bảng 55 với hr2/a2 = 0,27 ta được: k3 = 0,8q2 = 923(W/m2).( 0C )- Với dây quấn sơ cấp (CA): Theo công thức (6-2) TLHD:q1 = (W/m2). Với PCu1 là tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp . PCu1 = 2970 WM 1 là diện tích bề mặt làm lạnh của dây quấn sơ cấp.Đối với dây quấn không phân tổ hợp và quấn lên qua nêm thì có hai mặt làm lạnh: M1 =3,4m2 đã tính ở phần dây quấn( 0C ) 3. Nhiệt độ chênh trung bình giữa dầu với vách thùng: Sơ bộ ta chon nhiệt độ chênh này = 5 ( 0C ) 4. Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu:- Đối với dây quấn HA: 1,36 + 18,52 = 19,88 ( 0C ) - Đối với dây quấn CA: 3,36 + 13,98 = 17,34 ( 0C ) II- TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU.1. Với công suất của m.b.a S =320kVA, theo bảng 57 TlHD ta chọn kết cấu thùng vách thùng phẳng có bộ tản nhiệt kiểu ống.2. Các kích thước tối thiểu bên trong của thùng.a) Các khoảng cách cách điện từ dây dẫn ra đến vách thùng, đến xà ép gông trên được xác định như sau:a) Chiều rộng tối thiểu của thùng:B = D’’1 + ( s1 + s2 + d1 + s3 + s4 + d2).10-3 (m)b) Chiều dài tối thiểu của thùng A = 2C + D’’1 + 2.s5.10-3 (m)Với Uth1 = 45 kV; tra bảng 31 TLHD ta được khoảng cách từ dây dẫn ra CA đến dây quấn CA s1 =32 mm ( Tra bảng 31 ). s2 = 32mm là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn CA đến vách thùng.d1 là đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn CA, d1 = 25 mm.s4 là khoảng cách từ dây dẫn ra không có vỏ bọc cách điện của dây quấn hạ áp đến vách thùng theo bảng 31 ta được s4 = 12mms3 = 50 mm là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp có Uth = 5 kV đến dây quấn cao áp có U¬th = 45 kV (theo bang 32)d2 = 10 mm là kích thước dây dẫn ra không bọc cách điện (thanh dẫn trần của dây quấn hạ áp).b) Chiều rộng tối thiểu của thùng.B = D’’2 + ( s1 + s2 + d1 + s3 + s4 + d2).10-3 = 0,295 + ( 32 + 32 + 25 + 50 + 12 + 25 ).10-3 = 0,469 (m)Để tâm trụ nằm ở giữa ta lấy B = 0,48 mc) Chiều dài thùng dầu:A = 2C + B = 2. 0,31 + 0,48 = 1,1 (m)d) Chiều cao thùng dầu.H = H1 + H2 H1 là chiều cao từ đáy thùng đến lõi sắt.H1 = lt + 2hg+ n.10-3 ; n = 40 mm là chiều dày tấm lót dưới gông dưới.H1 = 0,564 + 2.0,17 + 30.10-3 = 0,934 (m)H2 là khoảng cách tối thiểu từ gông trên đến nắp thùng , tra bangr 58 TLHD ta được H2 = 300(mm) =0,3 mH = 0,934 + 0,3 = 1,243 (m).3. Tính diện tích bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng dầu.- Ta thiết kế thùng dầu đáy ô van, dùng bộ tản nhiệt kiểu thẳng- Theo CT (6-20) TLHD ta có bề mặt bức xạ của thùng dầu hình ô van:Mbx = Môv.k = [2(A - B) + B].H.kTrong đó Môv = [2(A - B) + B].H = [2(1,1 - 0,48) +3,14.0,48 ].1,243 = 3,415 (m2 ) là diện tích mặt thùng phẳng đáy ovan. (bề mặt đối lưu của thùng máy phẳng.).k là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dáng mặt thùng là nhẵn, sơ bộ ta chon ở bảng 59 TLHD k = 1,8Mbx = 3,415.1,8 = 6,147 (m2 )- Bề mặt đối lưu cần thiết với vói (CT 6-22 –TLHD)M’đl = = Po + Pn = = 6565,78 (W); Mbx = 6,147(m2 )là nhiệt độ chênh giữa thùng dầu và không khí.= 60 - (0C) –CT (6-23) TLHD. là gia trị lớn nhất của nhiệt độ trung bình của dầu với không khí là nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu , lấy giá trị lớn nhất trong cuộn CA & HA ta được = 19,88 0C;= 60 – 19,88 = 40,12 (0C)Từ đó ta có nhiệt độ chênh của thùng đối vớ không khí Theo điều kiện (6-25)TLHD ta có: Thoã mãn điều kiện.Trong đó là nhiệt độ chênh giữa dầu với thùng : =5 (0C)là hệ số xác định bởi tỉ số giữa nhiệt độ chênh của dầu đối với không khí lúc lớn nhất với trị số trung bình, sơ bộ chọn = 1,2Từ đó ta có nhiệt độ chênh trung bình của thùng dầu với không khí = - = 40,12 - 5 =35,12 (0C)- Bề mặt đối lưu cần thiết của thùng với =35,12 M’đl¬ = (m2)- Bề mặt đối lưu của nắp thùng: Mn.đl = 0,5 [(A – B)(B+0,12) + . ] = =0,5[(1,1-0,48).(0,48+0,12)+ ] = 0,327 (m2)Trong đó 0,12 là bề rộng cả hai bên của vành nắp.0,5 là hệ số kể đến sự che khuấ bề mặt thùng.- Bề mặt đối lưu của bộ tản nhiệt.= 25,37 – 6,142 – 0,327 = 18,901 (m2) - Bề mặt đối lưu của bộ tản nhiệt quy về mặt thùng phẳngM¬b.đl = Mô.đl kh.đl + Mg.đl = 2,733.1,26 + 0,15 = 3,564 (m2) Trong đó:Mô.đl = 2,733 (m2) là bề mạt đối lưu của ống, tra bảng 63 TLHD.kh.đl = 1,26 là hệ số hình dáng của bộ tản nhiệt, tra bảng 56 TLHD,Mg. = 0,15 là bề mặt đối lưu của hai ống góp khi là một dãy ống., theo bảng 63 TLHD.- Số bộ tản nhiệt cần thiết:nb = /M¬b.đl = 18,901 / 3,594 = 6 bộ- Bề mặt đối lưu thực của thùng:Mđl = + Môv + Mn.đl = 6. 3,594 + 3,415 + 0,327 = 25,306 (m2) III. TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN VÀ DẦU MÁY BIÊN ÁP.1. Nhiệt độ chênh của thùng với không khí:k = 1,05 Với m.b.a đơn chiếc.2. Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng:là tổng bề mặt đối lưu của vách thùng phẳng, ống, nắp.k1 =1 khi làm nguội bằng dầu tụ nhiên.3. Nhiệt độ chênh của dầu so với không khí:4. Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí:< 50 (0C) đạt tiêu chẩn.5. Nhiệt độ chênh của dây quấn đối với không khí:- Đối với dây quấn HA:thoã mãn điều kiện cho phép.- Đối với dây quán CA:thoã mãn điều kiện cho phép.IV. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY,VỎ MÁY, DẦU VÀ BÌNH DÃN DẦU.+ Trọng lượng ruột máy phần tác dụng:Gr = 1,2.(Gdq + Gl) = 1,2(174,48 + 3,85 +0,11+ 514,32 ) = 831,312 (kg).Gdq là toàn bộ trọng lượng dây quấn và dây dẫn raGl là trọng lượng của lõi sắt.1,2 là hệ số kể đên trọng lượng ruột máy được tăng thêm do cách điện và các kết cấu khác.+ Trọng lượng của thùng:Gth = V. +Gb.tn V là thể tích vỏ máy; = 7850 (kg/m3)Gb.tn trọng lượng bộ tản nhiệt , tra bảng 62 ta được Gb.tn = 6.41,14 = 246,85 (kg)Gth = (Mov + Mn.dl/0,5). . + Gb.tn ( =4 mm là bề dày tôn làm thùng)Gth = (3,415 + 0,327/0,5).0,004.7850 + 246,85 = 350,73 + Trọng lượng dầu:Thể tích dầu trong thùng : Vd = Vt – Vr Vt là thể tích bên trong của thùng dầu phẳng.Vr ¬là thể tích ruột máy.Vt = Mn.HMn = = (m2 ) là diện tích nắp thùng.Vt = 0,654.1,243 = 0,8129 (m3)Vr = Vr là thể tichd ruột máy.là tỉ trọng trung bình của ruột máy.Trọng lượng thùng dầu: Gd = 1,05[0,9(Vt – Vr) +Gd.ô ] =1,05[0,9(0,8129 – 0,15114).850 +6.30] =