Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA LỜI CẢM ƠN o0o Trong suốt quá trình làm đồ án môn học thiết kế thiết bị điện (thiết kế MBA), do thời gian gấp rút và kiến thức còn nhiều hạn hẹp. Nên việc tính toán không khỏi thiếu sót. Mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy Đào Minh Trung đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để nhóm em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Trong quá trình làm đồ án nhóm em đã học hỏi được nhiều kiến thức hữu ích về máy biến áp cũng như việc vận dụng kiến thức vào tính toán thực tế. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 03 tháng 12 năm 2011 Nhóm sinh viên thiết kế SVTH: Nhóm 1 Trang 1 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN o0o MỤC LỤC SVTH: Nhóm 1 Trang 2 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA Chương 1: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Tính toán thiết kế máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây có các số liệu như sau:  Tổng dung lượng máy biến áp: S = 50 kVA  Số pha: m = 3, tần số: f = 50 Hz  Điện áp HA: U = 0,4kV; điện áp CA: U 2 = 35±(2x2,5%) kV  Sơ đồ tổ đấu dây quấn: Y/Y o -0. Máy biến áp được chế tạo theo tiêu chuẩn như sau:  Điện áp ngắn mạch: u n = 5%  Tổn hao ngắn mạch: P n = 880 W  Tổn hao không tải: P 0 = 215 W  Dòng điện không tải: i 0 = 1,8% Làm mát bằng dầu máy biến áp, thiết bị đặt ngoài trời và làm việc lâu dài thiết kế với dây dẫn bằng đồng, loại máy biến áp ba pha ba trụ cấu trúc phẳng. SVTH: Nhóm 1 Trang 3 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA Chương 2: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN: 1. Dung lượng 1 pha: 50 16,667 3 f S S m = = = kVA Dung lượng trên mỗi trụ: ' 50 16,667 3 S S t = = = kVA 2. Dòng điện dây định mức Phía CA: 3 2 2 50.10 0,825 3. 3.35000 S I U = = = A Phía HA: 3 1 1 50.10 72,168 3. 3.400 S I U = = = A 3. Dòng điện pha định mức Vì dây quấn nối Y/Y 0 nên: I f2 = I 2 = 0,825 A, I f1 = I 1 = 72,168 A 4. Điện áp pha định mức Phía CA: 20207 3 35000 3 2 2 === U U f V Phía HA: 94,230 3 400 3 1 1 === U U f V 5. Điện áp thử của các dây quấn (bảng 2) Với dây quấn CA: U th2 = 85 kV, với dây quấn HA: U th1 = 5 kV II. CHỌN CÁC THÔNG SỐ XUẤT PHÁT 1. Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA Theo bảng 19 với U th = 85 kV a 12 = 27 mm , δ 12 = 5 mm 2 4 ' 21 10. 3 − = + Sk aa k = 0,58 (bảng 12) với S = 50 kVA ' 2 2 4 1 2 4 .10 0,58. 16,667.10 0,0117 3 a a k S − − + = = = m ( ) 12 1 2 / 3 0,027 0,0117 0,0387 r a a a a= + + = + = m a r : chiều rộng qui đổi từ trường tản 2. Hệ số qui đổi từ trưòng tản: k r = 0,95 3. Các thành phần điện áp ngắn mạch SVTH: Nhóm 1 Trang 4 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA 880 % 1,76% 10. 10.50 n nr P U S = = = 2 2 2 2 % % % 5 1,76 4,68% nx n nx U U U= − = − = 4. Chọn loại tole 3404có bề dày 0,35mm. Ta chọn từ cảm trong trụ B t = 1,55T (bảng 11). Chọn hệ số gia tăng tiết diện gông k g = 1,025 (bảng 6), hệ số chêm kín k c = 0,91 (bảng 4), hệ số điền đầy k d = 0,965 (bảng 10). Hệ số lợi dụng lõi sắt k ld =k c .k d = 0,91.0,965= 0,878 Từ cảm trong gông: 1,55 1,512 1,025 t g g B B k = = = T Chọn mối nối xiên: ' 1,55 1,096 2 2 t k B B = = = T Suất tổn hao sắt trụ và gông: p t = 1,187 W/kg, p g = 1,204 W/kg Suất từ hoá: q t = 1,530 (VA/kg), q g = 1,42 (VA/kg) + Cũng ở bảng này, suất từ hoá ở khe không khí: * Nối thẳng: q” k = 20010 VA/m 2 * Nối xiên: q’ k = 17416 VA/m 2 .(dùng phương pháp nội suy) 5. Các khoảng cách cách điện chính chọn theo U = 35 kV của cuộn CA Khoảng cách trụ và dây quấn HA: a 01 = 4 mm (bảng 18) Khoảng cách giữa HA và CA: a 12 = 27 mm (bảng 19) δ 12 = 5 mm Khoảng cách CA và CA: a 22 = 20 mm Khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông: l’ 0 = 75 mm Phần đầu thừa của ống cách điện: l’ d2 = 50 mm 6. Các hằng số a, b gần đúng có thể lấy a = 1,37; b = 0,55 (bảng 13 và 14) 7. Hệ số k f = 0,97 (bảng 15) 8. Tính các hệ số 4 4 2 2 2 2 . 16,667.0,0387.0,95 0,507. 0,507. 0,098 50.4,68.1,55 .0,878 r r nx t ld S a k A fU B k = = = SVTH: Nhóm 1 Trang 5 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA 4 3 4 3 1 5,633.10 . . . 5,633.10 .0,878.0,098 .1,37 63,772 ld A k A a= = = 4 2 4 2 2 0 3,605.10 . . . 3,605.10 .0,878.0,098 .0,075 22,798 ld A k A l= = = 4 3 1 . 4 3 2,4.10 . . .( ) 2,4.10 .0,878.1,025.0,098 .(1,37 0,55 0,405) 53,36 ld g B k k A a b e= + + = = + + = 4 2 2 . 12 22 4 2 2,4.10 . . .( ) 2,4.10 .0,878.1,025.0,098 .(0,027 0,02) 9,749 ld g B k k A a a= + = = + = 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 . 50.1,37 . 2,46.10 . . . . 0,97.0,878 .1,55 .1,76.0,098 dq f ld t nr S a C K k k B U A − = = 76,025= Trọng lượng một góc của lõi thép: 4 3 3 4 3 3 3 0 . 0,486.10 . . . . 0,486.10 .1,025.0,878.0,098 . 4,116. g ld G k k A x x x= = = Tiết diện trụ tính sơ bộ: 3 2 3 2 2 0,785. . . 0,785.0,878.0,098 . 0,00064. t ld T k A x x x= = = Từ bảng tính số liệu excel ta tìm được: C ’ td min = 280.886 Khi đó với sai số 1%, thì: + 1% C ’ td min = 283.694 - 1% C ’td min = 278.077 - Như vậy C ’ td không vượt quá 1% so với C ’ td min nên nhận thấy β biến thiên chứa trong khoảng 1,3 ÷ 2,1. • Po = 215 w Khi đó với sai số 15%, thì: + 15% Po = 231.125 - 15% Po = 198.875 - Như vậy Po nên thấy β biến thiên chứa trong khoảng 1,8 ÷ 2,4 • Io = 1,8 Khi đó với sai số 7,5%, thì: + 7,5% Io = 2.070 - 7,5% Io = 1.530 - Như vậy Po nên thấy β biến thiên chứa trong khoảng 1,8 ÷ 2,2 Kết luận: Ta chọn β = 1,9 phù hợp với điều kiện trên. SVTH: Nhóm 1 Trang 6 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA 9. Đường kính trụ sắt: 4 4 0,098. 1,9 0,11506d A β = = = m Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất d dm = 0,115 m Tính lại trị số 4 4 0,115 1,896 0,098 dm d A β     = = =  ÷  ÷     Đối với β = 1,896 theo bảng tính β ta tìm được: i% = 1,888 % P 0 = 206,459W C’ td = 281,457 G dd = 58,505 kg ∆ tb = 2,466.10 6 A/m 2 10. Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ d 12 = a.d = 1,37.0,115 = 0,158 m 11. Chiều cao dây quấn sơ bộ 12 . .0,158 0,261 1,896 d l π π β = = = m 12.Tiết diện hửu hiệu của trụ sắt: T b =93,9 (bảng 42a) 4 . 0,965.93,9.10 0,00906 d b T k T − = = = m 2 SVTH: Nhóm 1 Trang 7 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA Chương 3: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I. DÂY QUẤN HẠ ÁP 1. Sức điện động của một vòng dây ttv TBfU 44,4= = 4,44.50.1,55.0,00906 = 3,118 ( V ) Số vòng dây một pha của dây quấn HA 1 1 230,94 74,067 3,118 f v U W U = = = vòng Chọn 74 vòng Ta tính lại: 1 1 230,94 3,121 74 f v U U W = = = V 2. Mật độ dòng điện trung bình 4 12 10. . . 746,0 dS UP k vn ftb =∆ = 4 880.3,118 0,746.0,97. .10 50.0,158 = 2,513 MA/m 2 3. Tiết diện sơ bộ của mỗi vòng dây: ' 6 1 1 6 72,168 28,717.10 2,513.10 tb I T − = = = ∆ m 2 = 28,717 mm 2 4. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây 1 1 1 0,261 3,48 1 74 1 v l h W = = = + + mm Theo bảng 38, với ∆ = 2,51 MA/ 2 m & q = 2400 W/m 2 thì ta luôn có b < 32 mm. ta chọn dây quấn hình ống 1 lớp, dây dẫn chữ nhật Qui cách dây dẫn HA như sau: (theo bảng 21) 2,5 11,8 .1 ; 3 12,3 σ × Π × × 29 mm 2 6. Tiết diện mỗi vòng dây: T 1 = 1x29 = 29 mm 7. Chiều cao thực của mỗi vòng dây: ' 1 2 2.12,3 24,6 v h b= × = = mm 8. Mật độ dòng điện thực: 1 1 6 1 72,168 2,48 29.10 I T − ∆ = = = MA/m 2 9. Chiều cao dây quấn ( ) ( ) 1 vl 11 l h 1 0,005 0,015= ω + + ÷ SVTH: Nhóm 1 Trang 8 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA ( ) 3 24,6.10 74 1 0,005 1,85 − = + + = ( m ) 10. Chiều dày của dây quấn ' 3 3 1 .10 3.10 0,003a a − − = = = m 11. Đường kính trong của dây quấn HA ' 3 3 1 01 2. .10 0,115 2.4.10 0,123D d a − − = + = + = m 12. Đường kính ngoài của dây quấn HA " ' 1 1 2. 0,123 2.0,003 0,129D D a= + = + = m 13. Trọng lượng đồng dây quấn HA: 3 11 " 1 ' 1 1 10 2 28 − + = TW DD tG cu = 3 0,123 0,129 28.3. .74.29.10 22,71 2 − + = kg Theo bảng 24, cần phải tăng trọng lượng dây dẫn (do cách điện) lên 1,5% nên trọng lượng dây dẫn là: G dd1 = 22,71 + 22,71.1,5% = 23,05 kg II. DÂY QUẤN CAO ÁP 1. Số vòng dây của cuộn cao áp ứng với điện áp định mức 2 2 1 1 20207 . 74. 6474 230,94 f đm f U U ω ω = = = vòng 2. Số vòng dây ở một cấp điều chỉnh - Tương ứng với 4 cấp điều chỉnh, ta có: ω đc = 0,025.ω 2đm = 0,025.6474 = 161,8 ≈ 162 vòng 3. Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân nhánh + Cấp điều chỉnh +5%: đcđm ωωω 2 22 += = 6474 + 2.162 = 6798 ( vòng ) + Cấp điều chỉnh +2,5%: đcđm ωωω += 22 = 6474 + 162 = 6636 ( vòng ) + Cấp chuẩn: đm22 ω=ω = 6474 ( vòng ) + Cấp điều chỉnh -2,5%: đcđm22 ω−ω=ω = 6474 - 162 = 6312 ( vòng ) + Cấp điều chỉnh -5%: SVTH: Nhóm 1 Trang 9 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 50kVA đcđm22 2ω−ω=ω = 6474 – 2.162 = 6150 ( vòng ) 4. Mật độ dòng điện sơ bộ 1 ' 2 .2 ∆−∆=∆ tb = 2.2,513.10 6 – 2,48. 10 6 = 2,546 MA/m 2 5. Tiết diện sơ bộ của dây quấn cao áp ' 6 2 2 2 2 ' 6 2 0,825 0,324.10 0,324 2,546.10 I T m mm − = == = = ∆ 6. Theo bảng 38 Với S = 50 kVA, I f2 = 0,825 A, U 2 = 35 kV, T 2 ’ = 0,324 mm 2 , ta chọn kiểu dây quấn: hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn. - Theo bảng 20, với T ’ 2 = 0,324 mm 2 , số sợi chập là 2, ta có kích thước dây quấn CA như sau: d2 1,18 Б.2 ;T 1,094 1,68 Π × = 7. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây T 2 = 2.1,094 = 2.188 mm 2 = 2,188.10 -6 ( m 2 ) 8. Mật độ dòng điện thực ' 2 2 6 2 0,825 0,377 2,188.10 I T − ∆ = = = MA/m 2 9. Số vòng dây trong một lớp 1 . 10. ' 22 3 2 12 −= dn l W v , Trong đó: l 2 = l 1 = 1,85 m ==> 12 1,85.1000 1 550 2.1,68 W = − = vòng 10. Số lớp của dây quấn 2 12 12 6798 12 550 w n w = = ≈ lớp 11. Điện áp làm việc giửa hai lớp kề nhau 12 12 2. . 2.550.3,121 3433 v U w U= = = V 12. Theo bảng 26 Với U 12 = 3433 V chiều dày cách điện giửa các lớp là: 5x0,12= 0,6 mm, đầu thừa cách điện của dây quấn cao áp là 16mm. 13. Chiều rộng hướng kính của dây quấn không kể màn chắn tĩnh điện là SVTH: Nhóm 1 Trang 10 [...]... + 0, 237 52 D2 + D2 6798.2,188.10 3 = 2 53, 956 = 28.t .w2 T2 10 3 = 28 .3 2 2 20 Khối lượng dây dẫn tính cả cách điện Theo bảng 24, cần phải tăng trọng lượng dây dẫn (do cách điện) lên 2% Gd 2 = Gcu 2 + Gcu 2 2% = 2 53, 956 + 2 53, 956.2% = 259, 035 12 kg 21 Khối lượng tổng của dây dẫn: Gdd = Gd1 + Gd2 = 23, 05 + 259, 035 12= 282,1012 kg SVTH: Nhóm 1 Trang 11 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA Chương... cao áp là ' D2 = D1" + 2.a12 10 3 = 0,129 + 2.20.10 3 = 0,169 m 17 Đường kính ngoài của dây quấn cao áp: " ' 3 Không có màn chắn: D2 = D2 + 2a 2 = 0,169 + 2 .31 , 26.10 = 0, 231 52 m " Có màn chắn: D2 = D2' + 2a ' 2 = 0,169 + 2 .34 , 26.10 3 = 0, 237 52 m 18 Khoảng cách giữa hai trụ đặt cạnh nhau vẫn được tính như các dây quấn CA trên " C = D2 + a2 10 3 = 0, 237 52 + 31 , 26.10 3 = 0, 26878 19 Khối lượng của...Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA [ ] a 2 = a ' n12 + δ 12 (n12 − 1) + a' 22 n r 10 3 , Trong đó: a'22 = 4,5 mm a2 = (1, 68.12 + 0, 6 ( 12 − 1) + 4,5).10 3 = 31 , 26 mm 14 Chiều rộng hướng kính của dây quấn có màn chắn: a ' 2 = a 2 + 0,0 03 Trong đó 0,003m là kích thước hướng kính của màn chắn với điện áp là 10kV a '2 = 31 , 26.10 3 + 0, 0 03 = 0, 034 26 m 15 Chọn kích thước rảnh giữa... 0,965.812,8.10-6 = 7,8 435 2.10-4 m3 SVTH: Nhóm 1 Trang 17 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA 9 Chiều cao của trụ lt = 1,85 +(l0 + l”0) = 0,5872 + 2.0,075 = 2 m 10 Khoảng cách giữa hai tâm trụ C = D”2 + a22.10 -3 = 0, 237 52 + 20.10 -3 = 0,25752 m 11 Trọng lượng sắt một góc G0 = kd V0 γ = 7,8 435 2.7 650 = 6, 0002928 kg 12 Trọng lượng sắt gông G g = 2.( t − 1).C.Tg γ + 2.G0 = 2. (3- 1).0,25752.0,0092061.7 650 + 2.6,0002928... 2. (3- 1).0,25752.0,0092061.7 650 + 2.6,0002928 = 7,255 kg 13 Trọng lượng sắt trụ:Ta có a1g=0,065m(tra bảng 41b) G t = t.Tt l t γ + t (Tt a lg γ − G0 ) = 3 0,00906 135 .2.7 650 + 3( 0,00906 135 .0,065.7 650 – 6,0002928) = 411, 432 4 kg 14 Trọng lượng sắt toàn bộ trụ và gông G = Gg + Gt = 7,255 + 411, 432 4 = 418,6874 kg SVTH: Nhóm 1 Trang 18 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA Chương 7: TÍNH TOÁN TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN... kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA + Kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc với từ thông tản -3 a1 = 2,5.10 m - Như vậy tổn hao phụ được xác định: Pf1 = PCu1.( kf1 – 1 ) = 0,02 ( W ) - Phía CA: - Tương tự, với loại dây dẫn tròn các thông số d = 1,18.10 -3 m; m2 = 550; l2 = 1,85 m; n2 = 12, khi đó tương ứng ta có: ' - Tham số: β2 = d.m 2 k r 1,18. 550. 0,95 = = 0 ,33 32 l2 1 850 - Hệ số tổn hao... lạnh mã hiệu 34 04, dày 0 ,35 mm do đó trị số tự cảm trong trụ sắt và trong gông là Bt = UV 3, 121 = = 1,55 T 4, 44 .50. Tt 4, 44 .50. 0, 00906 135 .10 Bg = UV 3, 121 = = 1,52 T 4, 44 f Tg 4, 44 .50. 0, 0092061 Tiết diện khe không khí mối nối thẳng bằng tiết diện trụ hoặc gông, tiết diện khe không khí ở mối nối nghiêng bằng: Tn = 2.Tt = 2.0, 00906 135 = 0,012814 m2 2 Theo bảng 45 với tôn 34 04, dày 0 ,35 mm, tra được... + ∑ p k nk Tk .k pg k pe k pt 2   ( ) = 1.[1,87.411, 432 4 + 1, 134 .(72,545 – 4.6,0002928) + 1,187 + 1, 134 6, 0002928.10,18 + 4 .31 7,8 0,012814 + 2 1 0,00906 135 .607,5 + 2 0,0092061.585].1.1, 036 .1,05 = 988,9529 W SVTH: Nhóm 1 Trang 19 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA 5 Theo bảng 50 ta tìm được suất từ hoá với Bt = 1,55 T; qt = 1, 530 5 VA/kg; qkt = 20010 W/m2 với Bg = 1,52 T; qg = 1,480 W/kg;... Pn' 478, 13 U nr = = = 0,956 % 10.S 10 .50 2 Thành phần phản kháng - Với kết cấu dây quấn đồng tâm: πd π 0,158 β = 12 = = 1,901 l unx = 0, 261 7,9 f S ' β ar kr 7,9 .50. 16, 667.1,901 .38 , 7.0,95 −1 10−1 = 10 = 4,885% 2 uv 3, 1212 - Trong đó: + Công suất trên một trụ S’ = 16,667 kVA + Chiều rộng quy đổi từ trường tản ar = 38 ,7 mm SVTH: Nhóm 1 Trang 14 Thiết kế máy biến áp ba pha hai cuộn dây 5 0kVA + Hệ số... tải i0 x = Q0 2460,7 = = 4,92% 10.S 10 .50 8 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải i0 r = P0 988,9529 = = 1,977% 10.S 10 .50 9 Dòng điện không tải toàn phần 2 i0 = i0 x + i02r = 4,922 + 1,977 2 = 5 ,3% Trị số của dòng điện không tải của dây quấn HA tương ứng là: I 0 x = 36 08,4 0, 83 0,1615 = 29,9 A; I 0 r = 36 08,4 = 5, 83 A 100 100 Và I 0 = 36 08,4 0,846 = 30 , 53 A 100 10 Hiệu suất của máy biến áp ở . 50 16,667 3 f S S m = = = kVA Dung lượng trên mỗi trụ: ' 50 16,667 3 S S t = = = kVA 2. Dòng điện dây định mức Phía CA: 3 2 2 50. 10 0,825 3. 3. 3500 0 S I U = = = A Phía HA: 3 1 1 50. 10 72,168 3. . ba pha hai cuộn dây 5 0kVA 4 3 4 3 1 5, 633 .10 . . . 5, 633 .10 .0,878.0,098 .1 ,37 63, 772 ld A k A a= = = 4 2 4 2 2 0 3, 605.10 . . . 3, 605.10 .0,878.0,098 .0,075 22,798 ld A k A l= = = 4 3 1 . 4 3 2,4.10. pha hai cuộn dây 5 0kVA ( ) 3 24,6.10 74 1 0,005 1,85 − = + + = ( m ) 10. Chiều dày của dây quấn ' 3 3 1 .10 3. 10 0,003a a − − = = = m 11. Đường kính trong của dây quấn HA ' 3 3 1