Đồ án Thiết kế máy biến áp lò hồ quang luyên thép 5Tấn / mẻ

LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống ngày nay, điện năng đóng vai trò hết sức quan trọng , có mặt hầu như khắp mọi nơi và trong tất cả mọi lĩnh vực. Điện có thể dùng trong công nghiệp, nông nghiệp, y học, giao thông vận tải….Trước tình hình khoa học kỹ thuật, kinh tế phát triển mạnh mẽ dẫn tới những yêu cầu về điện năng càng cao, do đó nhà nước ta đã và đang đầu tư xây dựng những công trình cung cấp điện như thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân….để đáp ứng được nhu cầu của sự phát triển đó. Trong quá trình khai thác, sử dụng tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh tế không thể không nói tới sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Các máy thực hiện sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại được gọi là các máy điện, các máy điện biến cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát điện và các máy điện dùng để biến đổi ngược lại gọi là động cơ điện. Máy điện là một hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí còn mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Máy điện có nhiều loại, có thể phân loại như sau : - Máy đứng yên : máy biến áp. - Máy điện quay : tùy theo lưới điện có thể chia làm hai loại : máy điện xoay chiều và máy điện một chiều. Trong đó, máy điện xoay chiều có thể phân thành máy điện đồng bộ, máy điện không đồng bộ và máy điện xoay chiều có vành góp. Máy biến áp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như : - Dùng trong truyền tải và phân phối điện năng. - Dùng trong phòng thí nghiệm. - Dùng trong các thiết bị điện. - Dùng làm nguồn trong lò hồ quang. Trong đồ án này sẽ nói tới máy biến áp dùng làm nguồn trong lò hồ quang, lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và nấu thép hợp kim chất lượng cao nhưng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu máy biến áp lò trong lò hồ quang luyện thép. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP 1.Đầu đề thiết kề tốt nghiệp: Thiết kế máy biến áp lò hồ quang luyên thép 5Tấn / mẻ 2.Các số liệu ban đầu: Dung lượng lò 5Tấn / mẻ. Nguồn ba pha điện áp 22kV. Các thông số P0, Pn, i0, un lấy theo TCVN hiện hành. 3.Nội dung các thuyết minh và tính toán : a. Tìm hiểu về máy biến áp lò luyện thép, xác định Công suất MBA lò, các thông số P0, Pn, i0, un và kháng điện. b. Tính điện áp làm việc, chọn sơ đồ nối dây và điều chỉnh điện áp. c. Tính toán thiết kế máy biến áp. d. Tính toán thiết kế điện kháng. e. Tính toán lực điện từ, tính toán nhiệt. f. Chuyên đề: Tìm hiểu về nâng hạ điện cực 4.Các bản vẽ và đồ thị: 3 - 4 bản vẽ khổ A0 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Chương 1. TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP LÒ I. Khái niệm chung về máy biến áp 6 II. Giới thiệu về lò hồ quang 10 III. Điện kháng trong máy biến áp 13 Chương 2. TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP I. Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp 18 II. Các số liệu ban đầu 18 III. Tính các đại lượng cơ bản 18 IV. Tính các kích thước chủ yếu của máy biến áp 21 Chương 3. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I. Yêu cầu chung đối với dây quấn 24 II. Tính toán dây quấn hạ áp 24 III. Tính toán dây quấn cao áp 28 IV. Sắp xếp và tính toán đường kính dây quấn 30 Chương 4. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH I. Tổn hao 33 II. Điện áp ngắn mạch 36 III. Tính lực cơ học khi ngắn mạch 37 Chương 5. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG MẠCH TỪ Chương 6. TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI Chương 7. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP I. Đại cương 47 II. Tính nhiệt độ chênh qua từng phần 48 III. Tính toán nhiệt độ và thiết kế thùng dầu 50 IV. Tính toán kiểm tra lại 55 Chương 8. THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG I. Tham số cơ bản 57 II. Thiết kế lõi sắt 57 III. Thiết kế dây quấn 58 IV. Tính tổn hao cuộn kháng 61 Chương 9. CHUYÊN ĐỀ : TÌM HIỂU VỀ NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC I. Khái quát chung 63 II. Cấu tạo và nguyên lý làm việc 65 KẾT LUẬN 71 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP LÒ I. Khái niệm chung về máy biến áp : 1. Khái niệm chung : Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên 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. 2. Cấu tạo : Máy biến áp có các bộ phận chính sau : lõi thép, dây quấn và vỏ máy. a. Lõi thép : Dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn. Theo hình dáng lõi thép người ta chia máy biến áp thành hai loại : - Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ (hình 1.1). Loại này thông dụng cho máy biến áp một pha và ba pha công suất nhỏ và trung bình. - Máy biến áp kiểu bọc (hình 1.2). Loại này mạch từ được phân ra hai bên và ôm lấy một phần dây quấn. Máy biến áp kiểu bọc thường chỉ dùng trong một vài ngành chuyên môn đặc biệt như m.b.a dùng trong lò luyện kim, m.b.a công suất nhỏ dùng trong kĩ thuật vô tuyến điện, âm thanh... Các máy biến áp dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷ 100 MVA/1 pha), điện áp thật cao (≥ 220 kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho vận chuyển thì mạch từ của m.b.a kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên và máy biến áp có tên là máy biến áp kiểu trụ-bọc. G T G 1 2 b F G 1 2 T a) Hình 1.1 Hình 1.2 Lõi thép gồm 2 phần: Trụ và gông - Trụ (T): phần trên đó có quấn dây, - Gông (G): nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín, trên đó không có dây quấn. Lõi thép được ghép bằng những lá thép kỹ thuật điện thường có chiều dày như 0,35; 0,3; 0,27; 0,2 và 0,18 mm có phủ sơn cách điện ở bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy. Trụ và gông có thể ghép riêng (ghép rời) sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại (hình 1.3). Hình 1.3 Hình 1.4 a b Hình 1.5 Trụ và gông cũng có thể ghép xen kẽ: các lá thép làm trụ và làm gông được ghép đồng thời, xen kẽ nhau lần lượt theo trình tự a, b như hình 1.4. Trụ là nơi đặt dây quấn nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn (hình 1.5) Gông là phần khép kín mạch từ, tiết diện ngang của gông làm đơn giản hơn: hình vuông, hình chữ thập hoặc hình chữ T. b. Dây quấn : Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, 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. Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp, dây quấn máy biến áp được chia thành hai loại chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. _ Dây quấn đồng tâm: Tiết diện ngang là những đường tròn đồng tâm. Dây quấn cao áp thường quấn phía trong gần trụ thép, dây quấn hạ áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn cao áp. Dây quấn đồng tâm có những kiểu chính sau: + Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp (hình 1.6a). Loại này thường dùng làm dây quấn cao áp, điện áp tới 35 kV. Nếu tiết diện dây lớp thì dùng dây bẹt, thường quấn thành hai lớp (hình 1.6b). Loại này chủ yếu dùng làm dây quấn hạ áp với điện áp ≤ 6 kV. Dây quấn hình trụ thường dùng cho các máy biến áp có S ≤ 560 kVA. a b c d Hình 1.6 a. dây tròn nhiều lớp; b. dây bẹt hai lớp; c. dây quấn hình xoắn; d. dây quấn xoắn ốc liên tục. + Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo hình xoắn ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở (hình 1.6c). Kiểu này thường dùng cho dây quấn hạ áp của các máy biến áp có dung lượng trung bình và lớn. + Dây quấn xoáy ốc liên tục: Loại này làm bằng dây bẹt, dây quấn được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở (hình 1.6d). Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn mà các bánh dây được nối tiếp nhau một cách liên tục không cần mối hàn giữa chúng. Dây quấn này thường dùng làm cuộn cao áp có U ≥ 35 kV và dung lượng lớn. _ Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây cao áp, hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép, trong đó các bánh dây đặt sát gông thường là dây quấn hạ áp. Kiểu dây quấn này hay dùng trong các máy biến áp kiểu bọc. Các máy biến áp kiểu trụ hầu như không dùng kiểu dây quấn này. c. Vỏ máy : Vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng _ Thùng máy biến áp :. Thùng máy làm bằng thép, hình dáng và kết cấu của thùng tuỳ thuộc vào công suất của máy. Khi máy biến áp làm việc, một phần năng lượng tiêu hao trong máy và thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác của máy. Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (15 ÷ 20 năm), không bị sự cố, cần phải tăng cường làm mát cho máy bằng cách ngâm toàn bộ lõi máy biến áp trong thùng dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt độ được truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp ra môi trường xung quanh. Ngoài ra dầu máy biến áp còn có nhiệm vụ tăng cường cách điện. Tuỳ theo dung lượng của máy biến áp mà hình dáng và kết cấu của thùng dầu có khác nhau, có loại thùng phẳng, loại có bộ tản nhiệt, loại có quạt làm mát để tăng cường làm mát cho bộ tản nhiệt _Nắp thùng. Nắp thùng dùng để đậy thùng và lắp đặt một số chi tiết quan trọng như: - Các sứ ra của dây cao áp và hạ áp - Bình dãn dầu, - Ống phòng nổ, - Bộ phận truyền động của bộ điều áp ... 3. Phân loại : Có nhiều cách phân loại máy biến áp, nhưng theo công dụng, máy biến áp được chia thành những loại chính sau: _ Máy biến áp điện lực (còn gọi là máy biến áp công suất: dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực). _ Máy biến áp chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu; máy biến áp hàn điện; ... _ Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn lắm dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều. _ Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao (thí nghiệm cao áp). Máy biến áp có rất nhiều loại, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. 4. Các đại lượng định mức : Các đại lượng định mức của máy biến áp đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy, do nhà máy chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy, bao gồm: - Dung lượng định mức của m.b.a: Sđm (tính bằng VA hay kVA), là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp máy biến áp. - Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (tính bằng V hay kV). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh. - Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V, kV) là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. - Dòng điện dây sơ cấp và thứ cấp định mức I1đm và I2đm là các dòng điện dây của sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức ( tính bằng A hay kA ). Với máy biến áp 1 pha : Với máy biến áp 3 pha : - Tần số định mức: fđm, tính bằng Hz. Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi những số liệu khác như : Số pha m; tổ nối dây; điện áp ngắn mạch un %, chế độ làm việc; phương pháp làm mát ……… II. Giới thiệu về lò hồ quang : 1. Khái niệm chung về lò hồ quang : a. Đặc điểm : Lò hồ quang là loại lò điện,lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại. Vì vậy nó được dùng nhiều trong luyện kim đặc biệt là luyện thép. Được dùng rất phổ biến ở nước ta với nhiều ưu điểm như : _ Nấu được nhiều loại nguyên vật liệu (gang, thép vụn…). _ Cháy hao kim loại ít. _ Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ nước thép. _ Nấu được nhiều loại thép, chất lượng thép tốt. Nhược điểm của lò hồ quang là tiêu thụ điện năng lớn. b. Cấu tạo : Lò hồ quang gồm các bộ phận cơ bản sau : _ Buồng lò _ Thiết bị nghiêng lò _ Thiết bị nâng hạ điện cực c. Phân loại : Dựa vào công suất lò người ta chia ra : _ Lò điện hồ quang công suất nhỏ : £ 400 kVA. _ Lò điện hồ quang công suất thường : 600 – 800 kVA. _ Lò điện hồ quang công suất cao : > 800 kVA. Dựa vào nguồn điện phân ra : _ Lò điện hồ quang xoay chiều : dùng nguồn điện xoay chiều, lò có 3 điện cực. _ Lò điện hồ quang một chiều : dùng nguồn điện một chiều, lò chỉ có 1 điện cực. 2. Các giai đoạn luyện thép trong lò hồ quang : a. Chuẩn bị liệu : Sắt thép phế được tập trung tại bãi chứa liệu. Tại đây liệu được xử lý như Nguyên liệu cho luyện thép lò điện là sắt thép phế, sắt xốp và gần đây ở một số nước như Trung Quốc, Ấn Độ và cả Việt Nam đã sử dụng một lượng gang lỏng tới 50-60%.Chúng được phân loại, cắt, băm thành các kích thước theo quy định. b. Nạp liệu : Giai đoạn này máy biến áp chưa làm việc. Sắt thép vụn cùng với chất trợ dung như vôi, dolomit được chất vào thùng chứa liệu. Khi nạp liệu, các điện cực được nâng lên cao, nắp lò được xoay sang một bên để chất liệu từ thùng chứa liệu vào lò. Thông thường lần đầu chất 50-60% liệu cho cả mẻ. Chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo là nung nóng và nấu chảy kim loại. Sau khi liệu đầu nóng chảy thì chất phần liệu còn lại vào lò. c. Giai đoạn nung nóng và nấu chảy kim loại : Sau giai đoạn nạp liệu, nắp lò đóng lại, điện cực từ từ hạ xuống tới khoảng cách 20-30 mm tới liệu thì bắt đầu đánh hồ quang. Giai đoạn này lò cần cung cấp công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm khoảng 60÷80% năng lượng toàn mẻ nấu. Khi cháy điện cực bị ăn mòn dần làm cho khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng lên do đó để duy trì hồ quang, điện cực được điều chỉnh vào gần kim loại. Lúc đó dễ xảy ra hiện tượng ngắn mạch, đó là đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế máy biến áp lò. Khi bắt đầu qúa trình nấu chảy cần lưu ý sử để phòng ngừa sự phá hủy tường lò và nắp lò do bức xạ nhiệt. Khi hồ quang bị bao che bởi sắt thép phế xung quanh thì có thể nâng công suất điện cho đến khi nấu chảy hoàn toàn. Ngoài điện, quá trình nấu chảy còn sử dụng nhiên liệu là khí thiên nhiên và dầu nhằm rút ngắn quá trình nấu luyện. Oxi trong luyện thép lò điện hồ quang được sử dụng ngày càng nhiều, có thể được phun vào thép lỏng bằng những vòi phun đặc biệt ở dưới hoặc từ hông lò. Giai đoạn này cũng chính là giai đoạn máy biến áp làm việc ở chế độ nặng nề nhất. d. Giai đoạn hoàn nguyên : Khi thép lỏng đạt yêu cầu thì cần tháo xỉ trước khi rót thép vào sang lò tinh luyện. Lò được nghiêng về phía cửa tháo xỉ để xỉ chảy vào thùng xỉ. Xỉ cần được vớt ra trong quá trình nóng chảy và oxi hóa ở cuối mẻ luyện, trước khi ra thép. Lò nên duy trì nhiệt độ để thực hiện các phản ứng, khi đó công suất máy biến áp ổn định hơn ta có thể giảm công suất và không cần cuộn kháng. e. Giai đoạn tháo ra lò : Thép sau khi hoàn nguyên ta tháo ra lò và thực hiện các khâu tiếp theo. 3. Đặc điểm của máy biến áp lò hồ quang : Sau khi phân tích quá trình luyện thép trong lò hồ quang ta rút ra một số đặc điểm của máy biến áp lò ( nguồn lò hồ quang ) : _ Máy biến áp lò hồ quang phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt nặng nề về điện ( hay xảy ra ngắn mạch…), môi trường làm việc bụi bẩn và gần lò nóng do đó yêu cầu phải chắc chắn, độ bền cơ cao và làm mát tốt. _ Máy biến áp lò thường thay đổi điện áp trong từng giai đoạn nấu nên ta cần phải có các cấp điều chỉnh điện áp khác nhau. Ta sẽ dùng bốn cấp điện áp và phía sơ cấp dùng đổi nối Υ-Δ còn bên thứ cấp nối Δ. _ Máy biến áp lò phải đảm bảo chống dòng ngắn mạch thường xuyên xảy ra, do đó để hạn chế dòng điện ngắn mạch làm việc của máy biến áp phải nằm trong khoảng (2,5÷4)Iđm. _ Máy biến áp lò điều chỉnh điện áp theo kiểu không điện tức là cắt điện rồi điều chỉnh điện áp sau đó lại đóng điện trở lại, khi đó vẫ duy trì được nhiệt độ cung cấp cho lò mà sử dụng biện pháp điều chỉnh dưới tải thì rất tốn kém. _ Phía thứ cấp máy biến áp lò thường được nối tam giác (Δ), khi đó ngọn hồ quang sẽ đối xứng hơn ngoài ra điện áp U2 nhỏ nên ta chọn cách nối tam giác. _ Máy biến áp có công suất nhỏ thường điều chỉnh bằng tay không được chính xác nên thường chọn công suất máy biến áp tăng lên một chút. Bảng 1.1 giới thiệu quan hệ giữa dung tích lò luyện thép với công suất và điện áp làm việc của máy biến áp lò theo GOST7206-54 và 7207-54: Bảng 1.1. Quan hệ giữa dung tích lò luyện thép, công suất và điện áp làm việc của máy biến áp lò GOST7206-54 và 7207-54. Dung tích lò (tấn) Công suất máy biến áp (kVA) U1 (kV) U2 (V) Số cấp điện áp 0,5 1,5 3,0 5,0 10,0 20,0 40,0 80,0 400 1000 1800 2800 5000 9000 15000 25000 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 6-10 35 35 110-212 116-224 121-245 116-260 116-280 116-320 127-360 133-420 4 4 4 6 8 8 ≥12 ≥12 Qua đó, ta nhận thấy đối với máy biến áp lò có công suất 5 tấn/ mẻ thì ta có công suất của máy biến áp là S = 2800 (kVA), điện áp phía sơ cấp là 22 kV. Theo bảng 1.1 ta làm có 4 cấp điều chỉnh điện áp từ 116V ÷ 260V. III. Điện kháng trong máy biến áp : Máy biến áp lò phải đảm bảo chống dòng ngắn mạch thường xuyên xảy ra, do đó để hạn chế dòng điện ngắn mạch làm việc của máy biến áp nhỏ hơn (2,5÷4)Iđm. Tức là tổng giá trị Σun = ( 25 ÷ 40) %. Khi thiết kế máy biến áp người ta thấy điện áp ngắn mạch của nó nằm trong khoảng 7÷10% là thuận lợi cho việc thiết kế nhất. Theo tài liệu 1 ( TL1) dưới đây là bảng điện áp ngắn mạch xét dựa theo công suất của máy biến áp : Bảng 1.2 Dung lượng kVA Điện ngắn mạch 400 1000 1800 2800 5000 9000 12000 20000 Un%(máy biến áp) Un%(mạng) Un% (cuộn kháng) 7~10 5 25~28 7~10 7 25 7~10 10 18 6~8 12 15 >8~10 16 10 8~10 25 5 8~10 30 _ 8~10 32,5 _ Theo bảng 1.2 ta chọn máy biến áp có un%(máy biến áp) = 7% un%(mạng) = 12% un%(cuộn kháng) = 15% Vậy ta tính được : Σun = 7 + 12 + 15 = 34 %. Ta chọn sơ đồ đấu dây của máy biến áp như hình 1.7 : Phía cao áp của máy biến áp có sự đổi nối Ү-Δ, sơ đồ có 4 nấc điều chỉnh điện áp. Để làm được như vậy, em tính dây quấn như sau : Tính W1 và W2 theo chế độ Δ/Δ – 22/ 0,26 kV sau đó tính được Wđc theo chế độ Δ/Δ – 22/ 0,26 kV theo công thức : = V Khi đổi nối sơ cấp em tính được các vòng dây còn lại. Ta có bảng các nấc điều chỉnh điện áp 1.3 ở phía dưới và các giá trị W1, Wđc, W2 được tính ở chương sau trong phần tính toán dây quấn. : Bảng 1.3 : Các nấc điều chỉnh điện áp. Các nấc điều chỉnh Đấu dây Đầu nối U1(V) U2(V) 1 Υ 4-1 22000 115 2 Υ 4-3 22000 150 3 Δ 2-1 22000 200 4 Δ 2-3 22000 260 SB SA SC Hình 1.7 Sơ đồ điều chỉnh điện áp 4 3 2 5 6 7 5 5 6 6 7 7 1 1 2 3 4 1 4 3 2 A B C X1 X2 Y1 Y2 Z2 Z1 W1 Wđc Wđc Wđc W1 W1 Để điều chỉnh điện áp của máy biến áp lò hồ quang ta phải thay đổi điện áp thứ cấp của máy biến áp cho phù hợp từng giai đoạn nấu. Ở hình 1.7 ta dùng 2 phương pháp để điều chỉnh điện áp thứ cấp đó là đổi nối Δ-Ү và thay đổi số vòng dây của cuộn sơ cấp. b c a Hình 1.8 Phía hạ áp của máy biến áp ( đấu Δ ) x y z CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP I. Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp : 1. Đầu đề thiết kề tốt nghiệp: Thiết kế máy biến áp lò hồ quang luyện thép 5 tấn/ mẻ. 2. Nội dung các thuyết minh và tính toán : a. Tìm hiểu về máy biến áp lò luyện thép, xác định Công suất MBA lò, các thông số P0, Pn, i0, un và kháng điện. b. Tính điện áp làm việc, chọn sơ đồ nối dây và điều chỉnh điện áp. c. Tính toán thiết kế máy biến áp. d. Tính toán thiết kế điện kháng. e. Tính toán lực điện từ, tính toán nhiệt. f. Chuyên đề: Tìm hiểu về nâng hạ điện cực II. Các số liệu ban đầu : Dung lượng lò là 5 tấn/mẻ, nguồn ba pha điện áp 22 kV. Thông qua bảng 1.1 ta tìm được công suất của máy biến áp S = 2800 kVA, điện áp phía cao áp U = 22 kV, điện áp phía hạ áp U= 260V, có 4 nấc điều chỉnh Chọn các số liệu ban đầu theo TCVN, dựa vào bảng 42-14 trang 567 TL1) ta tra được các số liệu sau : Tổn hao không tải P0 = 3700 W Tổn hao có tải Pn = 26000 W Dòng điện không tải i0 = 0,8 % Điện áp ngắn mạch un = 7,0 % III. Tính các đại lượng cơ bản : 1. Dung lượng một pha : Sf = = = 933,3 kVA Dung lượng trên mỗi trụ : S’ = Sf = 933,3 kVA 2. Dòng điện dây định mức : - Phía cao áp : I1 = = = 127,27 A - Phía hạ áp : I2 = = = 6217,62 A 3. Dòng điện pha định mức : - Phía cao áp : I1f = = = 42,423 A - Phía hạ áp : I2f = = = 3589,74 A 4. Điện áp pha định mức : - Phía cao áp đấu Δ nên : U1f = U1 = 22kV = 22000 V - Phía hạ áp đấu Δ nên : U2f = U2 = 260V 5. Điện áp thử của các dây quấn : Theo bảng 14-5 trang 105 sách TKMBA ta có : - Phía sơ cấp : U1 = 22 kV suy ra U1t = 50 kV -Phía thứ cấp : U2 = 260 V suy ra U2t = 3 kV 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch : unr% = = = 0,928 % unx% = = = 6,94 % 7. Các khoảng cách cách điện : Ta chọn dây quấn hình ống, xoắn ốc liên tục. Đẻ tiện dấu nối ta đặt dây quấn cao áp bên trong và dây quấn hạ áp bên ngoài. Dựa theo ký hiệu trên hình vẽ 2.1 và bảng 14-2 trang 104 TL1 ta có các khoảng cách cách điện là : Hình 2.1 Các khoảng cách cách điện Δ ld C e l d - Khoảng cách từ trụ tới cuộn cao áp là e = 31 mm và có 1 tấm cách điện bakelit để tăng cường cách điện. - Khoảng cách từ cuộn cao áp tới cuộn hạ áp là Δ = 30 mm và có 1 tấm cách điện bakelit để tăng cường cách điện. - Khoảng cách cách điện từ cuộn hạ áp tới cuộn hạ áp là c = 22 mm. - Khoảng cách cách điện từ cuộn cao áp tới gông là d = 45 mm. - Chiều cao ống bakelit cách điện cao hơn dây quấn là ld = 30 mm và có chiều dày là 4mm. - Ta chọn dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp là xoắn ốc liên tục và ta chọn khoảng cách giữa các bánh dây là a = 5 mm. IV. Tính các kích thước chủ yếu của máy biến áp : Chọn máy biến áp ba pha hai dây quấn kiểu trụ phẳng, dây quấn đồng tâm. Các kích thước chủ yếu của máy biến áp : - Đường kính trụ sắt d. - Chiều cao dây quấn l ( thường thì hai dây quấn có chiều cao bằng nhau, nếu khác nhau thì lấy giá trị trung bình ). - Đường kính trung bình giữa hai dây quấn hay của rãnh dầu giữa hai dây quấn Ds. Khi các kích thước này đã được xác định thì hình dáng, thể tích, và các kích thước khác như chiều cao trụ sắt, khoảng cách giữa hai trụ, ….cũng được xác định. Trong thiết kế máy biến áp thường dùng trị số β để chỉ quan hệ giữa đường kính trung bình của các dây quấn với chiều cao của dây quấn, được gọi là tỉ số kích thước cơ bản ( cũng là quan hệ về chiều rộng và chiều cao máy ). β = Trị số β thường biến thiên trong một phạm vi rất rộng từ 1,0 tới 3,5 và nó ảnh hưởng rất rõ rệt tới đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp. Việc chọn β thích hợp không chỉ ảnh hưởng tới kích thước mà còn ảnh hưởng đến vật liệu tác dụng chế tạo máy biến áp, đến các vật liệu khác và ảnh hưởng tới giá thành của nó. Khi β thay đổi thì các thông số của máy biến áp cũng thay đổi. - Nếu β lớn thì máy biến áp béo và thấp. - Nếu β nhỏ thì máy cao và gầy. Với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt và đồng trong máy biến áp cũng khác nhau : β nhỏ thì lượng sắt ít lượng đồng nhiều còn nếu tăng β lên thì lượng sắt tăng lên và đồng lại giảm đi. Ngoài rat hay đổi β cũng ảnh hưởng đến các tham số kỹ thuật của máy biến áp như tổn hao và dòng điện không tải,độ bền cơ, sự phát nóng của dây quấn, kích thước chung của cả máy. Do đó để chọn được hệ số β tối ưu người ta thường lập quan hệ Ctd ( β ); i0 (β ); p0 (β )…. Đối với máy biến áp thường thì trị số β thường trong khoảng 0,9÷2,1. Đối với máy biến áp lò theo TL1 trang 202 người ta đã tính được trị số β = 1,8 và tương ứng tiết diện tác dụng được tính theo công thức sau : 1. Tiết diện tác dụng của trụ : St = (4÷6). Từ công thức kinh nghiệm trên ta tính được tiết diện tác dụng của trụ. St = (4÷6). = 546,5÷819,756 cm2 Trong đó : S là công suất máy biến áp. f = 50 Hz là tần số của lưới điện. Chọn tiết diện St = 770 cm2 Theo bảng 10-1 trang 77 sách TKMBA, ta chọn trụ có 8 cấp và hệ số sử dụng kp = 0,976. Hệ số ko để tính bán kính vòng tròn bao tiết diện : k0 = = = 1,142 Đường kính vòng tròn bao tiết diện trụ ( hình 2.2 ) : Dt = k0. = 1,142. = 31,689 cm Ta chọn trụ có đường kính là Dt = 32 cm. Cấp thứ Kích thước Dày Số lá thép 1 310 40 114 2 295 22 63 3 270 24 69 4 250 14 40 5 230 11 32 6 215 7 20 7 195 8 23 8 155 12 34 9 135 5 15 2. Đường kính trung bình của rãnh dầu giữa hai dây quấn : Theo công thức 2-41 trang 45 TL2 ta có : Ds = a.Dt = 1,4.32 = 44,8 cm Trong đó a = 1,4 chọn theo bảng 13 trang 195 TL2. 3. Chiều cao của cuộn dây tính theo sơ bộ là : Ta có : β = => lsb = = = 78,19 cm Ta chọn lsb = 78 cm. 4. Diện tích hình học : Lá thép cách điện bằng vật liệu gốm kerizol, chịu được nhiệt độ 8000C. Hệ số ép chặt kt = 0,95. S’t = = = 810,526 cm2 5. Diện tích tiết diện gông : Ss = 1,08.St = 1,08.770 = 831,6 cm2. 6. Điện áp trên một vòng dây : Cường độ từ cảm có thể chọn trong khoảng từ 1,6÷1,7T. Ta chọn Bt = 1,68T. uv = 4,44.Bt.St.f = 4,44.1,68.0,077.50 = 28,717 V 7. Cường độ từ cảm gông : Bs = Bt. = 1,68. = 1,55 T CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I. Yêu cầu chung đối với dây quấn : 1. Yêu cầu về vận hành : Ta có thể chia thành các yêu cầu về mặt điện, mặt cơ và mặt nhiệt. a. Về mặt điện : Khi vận hành dây quấn máy biến áp phải chịu được điện áp và dòng điện định mức, cách điện máy biến áp phải đủ tốt để không bị đánh thủng do hiện tượng quá điện áp của lưới điện. Dây quấn cũng phải chịu được dòng ngắn mạch thường xuyên xảy ra trong giai đoạn nấu chảy. b. Về mặt cơ học : Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. c. Về mặt nhiệt : Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không đ