PHẦN MỞ ĐẦU 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP Đối với ngành điện công nghiệp và một số lĩnh vực khác thì máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu. Máy biến áp được ứng dụng một cách rộng rãi trong các bài toán điện năng.1Máy biến áp dầu ba pha Máy biến áp có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều, nó có thể tăng hoặc giảm mức điện áp ban đầu tùy theo cấu tạo của nó. Hiểu một cách chính xác, máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.
Hay ta có th ể hiểu một cách đơn giản hơn, máy biến áp là thiết b ị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định. Đôi khi hay có sự nhầm lẫn về chức năng của máy biến áp, trên thực t ế máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền t ải ho ặc phân phối năng lượng chứ không làm biến đổi năng lượng Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề rất l ớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật. Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà.
Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng 63000kVA với điện áp 110kV. Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 2 1. Định nghĩa máy biến áp Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp Hình 1.2Mô hình lõi thép này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.Đầu vào của MBA được n ối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp (SC). Đầu ra của MBA được nối với tải gọi tà thứ cấp (TC).
Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn Điện áp SC ta có MBA tăng áp.Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện ,được gọi là sơ cấp (SC).Đầu ra của MBA được nối với tải gọi là thứ cấp (TC) Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp. Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp. + I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp. + P1 : Công suất sơ cấp.
+ W1: Số vòng dây cuộn sơ cấp. Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp + U2 : Điện áp thứ cấp. + I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp. + P2 : Công suất thứ cấp.
Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 3 W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp .3Vỏ thùng dầu máy biến áp 1. Cấu tạo MBA Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và dây quấn. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát. Cấu tạo của MBA Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 4 1.1 Lõi sắt MBA Lõi sắt máy biến áp dùng để d ẫn t ừ thông chính của máy, được chế t ạo từ nh ững v ật liệu dẫn từ t ốt như thép lá kĩ thuật điệ n.
Ngày nay loại tôn cán lạnh được sử d ụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp x ếp các tinh thể g ần như không đổi và có tính d ẫn t ừ định hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T. từ đó giảm được tổn hao trong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở. Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc gi ảm được t ổn hao và trọng lượng máy nên người ta tính r ằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng.
Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởi tôn các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v.v) Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G). o Trụ là nơi để đặt dây quấn. o Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ. Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ (0,35 tới 0,5)mm hai mặt được sơn cách điện. Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong dầu biến áp.2 Dây quấn MBA Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có thể bằng nhôm ( ít phổ biến).Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa các vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện với lõi. Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi khi còn có cuộn trung áp (TA).
Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , ngườ i ta chia ra hai loại dây quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 5 1.3 Vỏ máy biến áp Vỏ MBA là bộ ph ận b ảo vệ lõi MBA tránh tác động c ủa các điều kiện ngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp. Thùng máy biến áp: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên.
Do đó giữa MBA và môi trườ ng xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA. Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt.5: Thùng dầu kiểu ống Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 6 Hình 1.6Thùng dầu có bộ tản nhiệt - Những MBA có dung lượng đến 10. Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA.
- Những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm nguội máy. Phân loại MBA Cũng giống như nhiều các thiết b ị điện khác, ta cũng có nhiều cách để phân loại máy biến áp. - Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha - Theo chức năng có máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thế - Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,… - Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứng - Theo nhiệm v ụ: máy biến áp điện l ực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung,… Ngoài ra cũng có thể phân loại dựa vào công suất hay hiệu điện thế 1. Nguyên lý làm vi ệc của MBA Nguyên lý làm việc c ủa MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện t ừ và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra.
Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 7 Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ. Xét sơ đồ nguyên lý của một MBA 1 pha. Nguyên lý làm việc MBA Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây. Cuộn sơ cấp có W1 vòng dây và có cuộn th ứ c ấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép.
Khi đặt một điện áp xoay chiều v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện i1. Trong lõi thép và sinh ra t ừ thông móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2. Ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2. Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.1 Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp là: = . Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu 8 1.
Sử dụng vật liệu trong chế tạo Việc tìm kiếm một v ật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính cũ của MBA như giảm t ổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng, tăng độ tin cậy. Khuynh hướng chung thường thay vật quý hiếm bằng những v ật li ệu rẻ ti ền và dễ tìm kiếm hơn, như là dùng dây nhôm thay dây đồng trong MBA công suất nh ỏ và trung bình.1 Vật liệu tác dụng Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép. Đối v ới dây quấn: Trong nhiều năm, đồng v ẫn là kim loại dùng để ch ế t ạo dây quấn vì đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công (hàn, quấn), bảo đảm độ bền cơ học tốt. Gần đây người ta có thể dùng nhôm thay đồng làm dây quấn.