PHẦN MỞ ĐẦU 1. Gới thiệu chung về máy biến áp 1. Định nghĩa Máy biến áp là một thiết bị từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí của cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ thống điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi. Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp (SC).
Đầu ra của MBA được nối với tai gọi tả 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.1: Máy biến áp ba pha ngâm dầu 3 1. Cấu tạo Các bộ phận chủ yếu của máy biến áp bao gồm lỗi sắt (mạch từ), dây quấn HA và CA, vỏ máy (thùng dầu), hệ thống làm nguội máy biến áp và hệ thống bảo vệ.2: Cấu tạo máy biến áp 1. Lõi thép làm mạch từ Lõi thép gồm các lá thép mỏng ghép lại với nhau tạo thành khung máy biến áp.
Dây quấn ôm lấy trụ thép, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn. Trụ sắt thường bố trí đứng, tiết diện có dạng gần hình tròn. Kết cấu này đơn giản, làm việc đảm bảo, dùng ít vật liệu, vì vậy hầu hết các MBA điện lực đều dùng kết cấu này. Các MBA cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu khi lắp ráp, sửa chữa còn với các MBA công suất 1000KVA trở lên ruột máy rất nặng nên được cố định với đáy thùng lúc lắp ráp, sửa chữa thì phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy.
Phương pháp ghép mạch từ Người ta ghép trụ và gông từ với nhau theo hai kiểu: Lõi ghép nổi và lõi ghép xen kẽ. Ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được nổi lại với nhau nhờ xà và bulông ép. Kiểu ghép đơn giản nhưng khó đảm bảo khe hở giữa trụ và gông nên tổn hao và dòng không tải lớn. Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ với nhau.
Hiện nay ở nước ta hay dùng kiểu này. Trụ được lèn chặt vào ống bakelit của dây quấn hoặc đai bằng băng thủy tinh, gông được ép bằng xà ép gông. Không có bulông xuyên qua lỗi sát với tồn cán lạnh. 4: Mạch từ ghép nối thẳng Hình 1.
5: Mạch từ ghép xen kẽ 1. Dây quấn Dây quấn là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền đi. Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối với lưới điện áp thấp và cuộn CA nối với lưới điện cao. Ở máy biến áp có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn hạ áp và cao áp còn có thêm dây quấn nối với điện áp trung bình gọi là cuộn TA.
Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi sắt, có thể chia dây quấn thành hai loại: đồng tâm và xen kẽ. Dây quấn kiểu đồng tâm Cuộn CA và HA là những ống đồng tâm, chiều cao của chúng nên thiết kế bằng nhau nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn có tác dụng ép hoặc đẩy gông hay cuộn dây không có lợi về mặt kết cấu. bố trí sao cho cuộn HA đặt trong, cuộn CA đặt ngoài 6 Cuộn CA đặt ngoài sẽ đơn giản được việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây và trụ thép. Dây quấn này được sử dụng phổ biến trong các máy điện lực có kiểu lõi thép kiểu trụ.
Dây quấn kiểu xen kẽ Hai cuộn cao áp và hạ áp quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và cuốn xen kẽ, do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch. Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ khí thì kém hơn kiểu đồng tâm. Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây.6: Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ 1. Hệ thống làm mát và vỏ máy Khi máy biến áp làm việc, lõi thép và dây quốn đều có tổn hao măng lượng làm cho máy biến áp nóng lên.
Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp. Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi là máy biến áp khô , máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp dầu. Hầu hết máy biến áp làm 7 nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tương đối.
Nhiệt lượng từ vách thùng lại truyền ra không khi xung quanh bằng phương pháp đối làm và bức xạ Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng được công suất máy biến áp. Máy biến là có công suất từ 10000 – 16000 KVA thường phải tăng cường làm nguội bằng sự đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Để đảm bảo dầu trong máy luôn luôn đầy trong quá trình làm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng ống dẫn dầu. Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do trong bình dầu phụ , không làm ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp.
Vì vậy bình dầu phụ còn được gọi là hình đầu gãn nở. Trên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây quấn trong máy biến áp với lưới điện thiết bị đấu nối để chỉnh áp, thiết bị đo nhiệt độ biến áp, móc treo. Dầu máy biến áp có tác dụng làm mát, cách điện nhưng nhược điểm là chất dễ cháy nên trong nhiều trường hợp cần có thiết bị và biện pháp chống cháy nổ để tránh hậu quả nghiệm trọng. Nguyên lí hoạt động Xét sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn.
Dây quấn 1 có w 1 vòng dây, dây quấn2 có w2 vòng dây được quấn lõi thép 3.7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của MBA 1 pha 2 dây quấn Khi đặt một điện áp u1 xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i1, trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông 𝜑 móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra sức điện động e1 và e2. Dây quấn hai sẽ có sức điện động nên sản sinh ra dòng điện I2 đầu ra tải với điện áp là u2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. Giả sử điện áp xoay chiều vào là một hàm số hình sin thì từ thông sinh ra cũng là một hàm số hình sin: Φ = Φ𝑚𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 Theo dịnh luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn 1 và 2 sẽ là: 𝑑𝜙 𝑑𝜙𝑛 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑒1 = −𝑤1.
= −𝑤2 𝜔𝜙𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝜋 = √2𝐸2 sin(𝜔𝑡 − ) (2) 2 Trong đó: 2𝜋 𝐸1 = 𝑓𝑤1 𝜙𝑚 = 4,44𝑓𝑤1 𝜙𝑚 (3) √2 2𝜋 𝐸2 = 𝑓𝑤2 𝜙𝑚 = 4,44𝑓𝑤2 𝜙𝑚 (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 cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với 𝜋 từ thông sinh ra nó một góc. Dựa vào biểu thức (3) và (4), người ta định 2 𝐸1 1 𝑈 nghĩa hệ số của MBA như sau 𝑘 = =. (𝑘 được gọi là hệ số của MBA.) 𝐸1 𝑈 2 Các đại lượng định mức Các đại lựng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo quy định sao cho phù hợp với từng loại máy.
Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA. Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu là U1đm , là điện áp quy định cho cuộn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm , là điện áp quy định cho cuộn thứ cấp. Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn thường là kV.
Dòng điện định mức Dòng điện định mức là dòng diện đã quy định cho mỗi dấy quấn của MBA, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với MBA 1 pha dòng 10 điện định mức là dòng điện pha. Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây. Công suất định mức Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức.
Nó kí hiệu là Sđm , đơn vị thường là kVA. Đối với MBA 1 pha công suất định mức là: 𝑆𝑑𝑚 = 𝑈2đ𝑚 𝐼2đ𝑚 = 𝑈1đ𝑚 𝐼2=1đ𝑚 Đối với MBA 3 pha công suất định mức là: 𝑆𝑑𝑚 = √3𝑈2đ𝑚 𝐼2đ𝑚 = √3𝑈1đ𝑚 𝐼2=1đ𝑚 1. Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp Thiết kế máy biến áp là công việc quan trọng, quyết định việc máy biến áp ta tạo ra có phù hợp với yêu cầu và có đạt được các tiêu chuẩn về kĩ thuật hay các chỉ tiêu về kinh tế hay không. Công việc đòi hỏi người thiết kế phải có hiểu biết sâu về máy biến áp cũng như khả năng tính toán chính xác các thông số.
Để thiết kế ra một máy biến áp đạt chuẩn thường phải trải qua ba giai đoạn: Xác định rõ yêu cầu thiết kế, tính toán lựa chọn kích thước dựa trên thông số yêu cầu, thiết kế và thi công. Nhiệm vụ của người thiết kế MBA là tính toán thiết kế ra một MBA đảm bảo tính năng kỹ thuật của sản phẩm và đáp ứng theo tiêu chuẩn của nhà nước đề ra và thỏa mãn nhu cầu của khách hàng. Công việc thiết kế máy biến áp thường qua 3 giai đoạn a. Nhiệm vụ kỹ thuật 11 Xác định rõ công dụng của sản phẩm, phạm vi sử dụng, hình dáng của MBA như kết cấu, phương pháp làm mát.
Tính toán Thường qua các khâu chính sau đây: TÍnh các kích thước chủ yếu Thiết kế cuộn dây, kết cấu cách điện của chúng Tính toán và kiểm nghiệm các đặc tính về điện, cơ Tính toán cụ thể lõi thép Tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máy c. Thiết kế thi công Tính toán các thông số và vẽ đầy đủ các chi tiết kết cấu toàn bộ máy. Tính toán kinh tế về chế tạo sản phẩm. Để đảm bảo cho việc tính toán hợp lý, tốn ít thời gian, việc thiết kế MBA sẽ lần lượt được tiến hành theo một trình tự nhất định.