CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP I. ĐẠI CƯƠNG Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Để truyền tải điện năng từ các trạm phát điện đến các hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất và hộ tiêu thụ lớn thì một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là: Việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế.
Máy phát điện Tăng áp Giảm áp Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi do đó trọng lượng và chi phí dây sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm được kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao đường 35, 110, 220 và 500KV. Trên thực tế các máy phát điện không có khả năng phát ra những điện áp cao như vậy thường chỉ 3 đến 21KV là cùng, do đó cần phải có thiết bị để tăng áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6KV do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống.
Những thiết bị dùng để tăng áp ở đầu ra của máy phát tức là ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp tới hộ SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu tiêu thụ tức là cuối đường dây dẫn được gọi là máy biến áp. Thực ra trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý thường phải qua 4 – 5 tầng tăng giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của máy biến áp trong hệ thống điện lực thường gấp 4 – 5 lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp (MBA) dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất.
Từ đó ta thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không phải là biến hoá năng lượng. Ngoài máy biến áp điện lực còn có nhiều loại máy biến áp dùng trong các ngành chuyên môn như máy biến áp chuyên dùng cho các lò điện luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng trong thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp dùng cho đo lường, thí nghiệm… Khuynh hướng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế toạ những máy biến áp có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọng lượng và kích thước máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lịa ít do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp. Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm được dây đồng vừa giảm được trọng lượng máy cũng đang phát triển.
Ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu. ĐỊNH NGHĨA VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC. Ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn.
Dây quấn 1 có W1 vòng dây, dây quấn 2 có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệệp Th hiết kế máy bbiến áp 400kkVA ngâm dầu d điệện áp Ut xo oay chiều vào v dây quuấn 1 trongg đó sẽ có dòng điện i1, trong lõõi théép sẽ sinh ra g φ móc vòòng với cả hai dây quuấn 1 và 2, cảm ứng rra r từ thông sứcc điện độn ng e1 và e2. Dây quấnn hai sẽ cóó sức điện động sẽ sinh s ra dònng điệện i2 đầu raa. Tải vớ ới dòng điệện là U2.
N Như vậy năng n lượngg của dòngg điện xoaay chiiều đã đượ ợc truyền từ ừ dây quấnn 1 sang dây quấn 2. ử điện áp xoay chiềuu đặt vào là một hààm số hình sin thì từ Giả sử t thôông do nó sinh s ra cũn h hình siin. ng là một hàm Do đó theo định luật cảm ứng ứ điện từ ừ, sức điệnn động tron ng dây quấấn 1 và v 2 sẽ là: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu dΦ dΦ.sin ⎜ ω − ⎟ ⎝ 2⎠ Trong đó: ωE1φm Ei = = 4,44. (4) 2 Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2.
Các biểu thức (1) và (2) ta thấy sức điện động trong dây quấn chậm pha so với từ π thông sin ra nó một góc. Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định 2 nghĩa tỉ số biến đổi củ máy biến áp như sau: E1 W1 K= ≈ E 2 W2 Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1; E2 = U2 sauy ra: E1 U 1 K= ≈ E2 U 2 SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có định nghĩa máy biến áp như sau: máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện tử biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở diện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi. Máy biến áp có hai đây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây nối với nguồn để thu năng lượng gọi là dây quấn sơ cấp, ở máy biến áp 3 dây quấn 6 dây sơ cấp và thứ cấp còn dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình.
Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều 1 pha gọi là máy biến áp một phat, 3 pha gọi là 3 pha, ngâm trong đầu gọi là máy biến áp dầu… I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn máy biến áp. Dung lượng hay công suất định mức Sđm.
Là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp. Đơn vị KVA hay VA… 2. Điện áp sơ cấp định mức: U1đm Là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng V hay KV. Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của đầu phân nhánh.
Điện áp dây thứ cấp định mức: U3đm Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Đơn vị là: KV, V SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 4. Dòng điện dây định mức sơ cấp: I1đm và thứ cấp I2đm Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức. Đơn vị: A, KA Có thể tính như sau: S ®m S ®m I1®m = ; I 2®m = ; U1®m U 2®m Đối với máy biến áp ba pha: S ®m S ®m I1®m = ; I 2®m = ; 3.
Tần số định mức: Hz Thường máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz Ngoài ra trên nhãm máy còn ghi những số liệu khác như: số pha, sơ đồ và tổ đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch Un% chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn phương pháp làm lạnh. Sau cùng hiểu rằng khái niệm “định mức” còn bao gồm cả tình trạng làm việc định mức của máy biến áp nữa mà có thể không ghi trên nhãn máy như: η định mức, độ chênh lệch định mức, nhiệt độ định mức của môi trường xung quanh. SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG CHẾ TẠO Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính cũ máy biến áp như giảm tổn thao năng lượng, kích thước, trọng lượng, tăng độ tin cậy của nó. Khuynh hướng chung thường thay vật liệu quý hiếm bằng những vật liệu rẻ tiền và dễ tìm kiếm hơn như dùng dây nhôm thay dây đồng trong máy biến áp công suất nhỏ và trung bình là một ví dụ.
Vật liệu dùng trong máy biến áp thường là: SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu − Vật liệu tác dụng: dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép − Vật liệu cách điện: dùng để cách điện giữa các cuộn dây hay giữa các cuộn đây với các bộ phận khác bằng các vật liệu như catong, chất cách điện, sứ, dầu biến áp… − Vật liệu kết cấu: dùng để giữ bảo vệ máy biến áp như bulong, vỏ máy Việc thay đổi vật liệu dùng đôi khi làm thay đổi quá trình công nghệ quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp. Cho nên điều đó liên quan chặt chẽ đến tiến bộ của quá trình công nghệ. + Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo máy biến áp là tôn Silic hay còn gọi là thép kỹ thuật điện + Vật liêu tác dụng thứ hai là kim loại dây quấn. Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì.
Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất rất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công (hàn, quấn) bảo đảm độ bền cơ điện tốt. Gần đây người ta có dùng nhôm thay thế đồng làm dây quấn. Nhôm có ưu điểm là nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn, nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khăn trong việc hàn nối. Khi dùng nhôm thay đồng để đảm bảo được công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện, sơn tẩm….
Những khoản đó tăng thì được bù lại bởi giá thành nhôm rẻ hơn.