Đồ án Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12

MỤC LỤC PHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I)Xác định các đại lượng cơ bản II)Chọn các số liệu và tính các kích thước chủ yếu PHẦN II): TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I)Tính toán dây quấn hạ áp II)Tính toán dây quấn cao áp PHẦN III): TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH I)Tổn hao ngắn mạch II)Điện áp ngắn mạch III)Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch PHẦN IV): TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ PHẦN V): TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI PHẦN VI): TÍNH TOÁN NHIỆT I)Tính toán nhiệt của dây quấn II)Tính toán nhiệt của thùng III)Tính toán cuối cùng nhiệt chênh của dây quấn và dầu : IV)Trọng lượng ruột máy,dầu và bình giãn dầu: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Mba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện cần phải có rất nhiều lấn tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt của các Mba lớn hơn nhiều lần so với công suất máy phát. Tuy hiệu suất của Mba thường rất lớn ( 98-99% ) Nhưng do số lượng Mba nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế vấn đề đặt ra trong thiết kế Mba vẫn là giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba . Vấn đề phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện nay là tăng được giới hạn về công suất, về điện áp, ngoài ra còn mở rộng thang công suất của Mba thành nhiều dãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành Mba. Để làm được điều đó trong thiết kế, chế tạo Mba ta phải không ngừng cải tiến, tìm ra những vật liệu mới tốt hơn, thay đổi kết cấu mạch từ hợp lý, tăng trình độ công nghệ... Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế các loại máy biến áp điện lực là hết sức cần thiết. Ngày nay, các máy biến áp điện lực của nước ta cũng như của nhiều nước trên thế giới đã được chế tạo theo những tiêu chuẩn thích hợp hơn, có những thông số kỹ thật cao hơn trước đây rất nhiều. Qua đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc thiết kế Mba nói riêng và máy điện nói chung. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thiết kế nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em mong các thầy, cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội: Ngày 22/01/2007 Sinh viên Bùi Văn Lục PHẦN I : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I) Các đại lượng điện cơ bản của MBA 1. Công suất mỗi pha của mba: S===133 (kVA) 2. Công suất mỗi trụ: S’===133 (kVA) 3. Dòng điện dây định mức: -Phía CA: = -Phía HA: = 4. Dòng điện pha định mức: -Phía CA: đấu Y (A) -Phía HA: đấu Y If1=I1= 577.36 (A) 5. Điện áp pha: - Phía CA đấu Y: = - Phía HA đấu Y: 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch: Thành phần tác dụng: Thành phần phản kháng: 7. Điện áp thử của các dây quấn: Phía CA: (kV) Phía HA: (kV) ( Bảng 2) II) Chọn các số liệu xuất phát và thiết kế sơ bộ lõi thép: a. Lõi sắt: 1.Chọn lõi sắt kiểu trụ, dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đường kính d Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 7 Vật liệu lõi sắt: dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng 8. Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ áp Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông Xà ép gông trên và dưới được liên kết với nhau bằng những bulông thẳng đứng chạy dọc cửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn dây. giữa xà ép với gông phải lót đệm cacton cách điện để hệ thống xà sắt không tạo thành mạch từ kín. 2. Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ Chọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm Theo Bảng 11 ta chọn BT=1,66T 3. Các hệ số và suất tổn hao, suất từ hoá trong trụ và gông. - Hệ số dầy: Tra Bảng 10: kđ = 0,97 - Hệ số chêm kín Bảng 4: kc=0,92 - Hệ số lợi dụng lõi thép: kld=kc.kđ = 0,92.0,97=0,89 - Hệ số tăng cường tiết diện gông: ( Bảng 6) kg=Tg/Tt=1,015 - Từ cảm trong gông BG=BT/kg=1,66/1,015=1,64 - Hệ số quy đổi từ trường tản: kR=0,95 - Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông: ghép chéo= - Suất tổn hao thép (Bảng 45 ) Trong trụ pT= 1,47 (W/kg) Trong gông p=1,41 (W/kg) - Suất từ hoá ( Bảng50) Trong trụ q=2,56 (W/Kg) Trong gông q=2,13 (W/Kg) - Suất từ hoá khe hở không khí: Nối thẳng p''k=28600 VA/mm2 Nối chéo p'k = 3900 VA/mm2 4. Chọn cách điện : ( Bảng 18,19) - Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a01= 5 (mm) - Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a12=10 (mm) - Cách điện giữa dây quấn CA và CA: a22=10 (mm) - Cách điện giữa dây quấn CA đến gông: l02=30(mm) - Bề dầy ống cách điện CA và HA : d12=3 (mm) - Tấm chắn giữ các pha : d22=2 (mm) - Đầu thừa ống cách điện: lđ2=15 (mm) 5.a. Chiều rộng quy đổi từ trường tản: aR=a12+1/3(a1+a2) trong đó (Bảng 12) k=0,53 (m) aR=0,01+0,02=0,03 (m) b. Xác định kích thước chủ yếu của MBA: MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4) Các kích thước chủ yếu của MBA là: Đường kính trụ sắt: d Chiều cao dây quấn: l Đường kính trung bình giữa hai dây quấn: d12 1.Tính hệ số kích thước cơ bản b: Hệ số b biểu diễn quan hệ giữa đường kính trung bình d12 với chiều cao dây quấn l. Để chi phí chế tạo MBA là nhỏ nhất, mặt khác vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ta cần phải tìm được giá trị b tối ưu. Công suất trên một trụ: S’=U.I Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch: Trong đó : . I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây CA hoặc HA . f =50Hz tần số lưới điện .kr=0,95 hệ số Rogovski .aR=0,03 m chiều rộng quy đổi từ trường tản .uv=4,44.f.BT.TT Điện áp trên một vòng dây .TT=klđpd2/4 Tiết diện trụ Rút ra: Trong biểu thức trên chỉ có b thay đổi trong một phạm vi rộng quyết định tới sự thay đổi đường kính d Đặt A= Để tìm được b tối ưu, trước hết ta xác định trọng lượng tác dụng của MBA Trong đó : Thay số : Thay số : . Trọng lượng dây quấn đồng : (2-53) Trong đó: K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của dâyquấn: K=2,4.10-12 +mật độ dòng điện : +kf : hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong vách. Chọn kf=0,95 (Bảng 15) Thay d12=a.A.X, uv=4,447.BT.TT ; TT= vào ( 2-53) : . Trong đó: Với tần số f=50Hz: với dây đồng: Kdq=2,46.10-2 Theo công thức 2-76 M= Trong đó: ) = =38,29 =11,04 MPa - Trọng lượng tôn Silic của một "góc", tiết diện gông chữ nhật. Theo 2-66b với máy công suất 400 kVA = 0,492.104.1,015. 0,89.0,15613.x3 = 16.9 x3 Kg - Tiết diện trụ lõi sắt: Theo 2-68a = 0,785.0,89.0,15612.x2 = 0,01702 .x2 (m2) - Tiết diện khe hở vuông góc: S'K= ST = 0,01702 x2 - Tiết diện khe hở chéo:Theo 2-68b - Tổn hao không tải, trong tính toán sơ bộ dùng trong công thức 5-23: Trong đó: . kpf là ảnh hưởng của tổn hao phụ, tra bảng 48, với dung lượng máy 400 kVA, tôn cán lạnh 3404, lá tôn có ủ ta chọn kpf = 1,13 . kpo là hệ số kể đến tổn hao phụ trong các góc nối của mạch từ, tra bảng 47 ta được kpo= 9,38 N là số lượng góc nối mạch từ cần phải tính đến tổn hao của sắt, với máy biến áp ba pha N=4 Thay vào công thức ta được: = 1,661.GT + 4,633.Go+ 2,406.GG (W) - Công suất từ hóa, trong tính toán sơ bộ, có thể dùng biểu thức công suất từ hoá không tải đơn giản bớt các hệ số trên như sau: Trong đó + k hệ số xét đến tổn hao phụ trong sắt, với tôn cán lạnh 3404, có ủ lại sau khi cắt dập k= 1,2 + k đối với gông có tiết diện nhiều bậc lá thép có ủ, máy biến áp công suất S=400 kVA lấy k= 1,07 + kio hệ số gia tăng dòng không tải, tra bảng 53, với tôn cán lạnh 3404, dày 0,35 mm, mật độ từ thông trong gông Bg = 1.64 T, mạch từ 3 pha 3 trụ ta được kio=27,95 + kig là hệ số kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phối hợp khác nhau về số lượng mối nối nghiêng và thẳng, kig=27,95 + kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ, tra bảng 52b với Bg =1,64T ta được kir=1,27 Thay các hệ số vào biểu thức trên: =3.287.GT + 2,734.GG +78,067Go +3546.7 x2 2. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải Với Q là công suất từ hoá, gần đúng tính bởi công thức: Trong đó: +: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn lấy +Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông: Qc=qt.Gt+ qg.Gg (VA) (2-64) qt ;qg là suất tổn hao của trụ và gông: Bảng 50 qt=2,56 (VA/kg) qg=2,13 (VA/kg) +Qf: công suất từ hoá phụ đối với “góc” Qf = 40 qt.G0 =(VA) 40 .2,56. G0 =102,4. G0 G0 là trọng lượng của một góc +: công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép (VA) =3,2 .28600 Tt (2-67) + : suất từ hoá khe hở: bảng 50 Tiết diện tác dụng của của trụ: Tt = Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điện không tải i0=i0x 3. Mật độ dòng điện trong dây quấn: Trong đó : + +K=2,4.10-12 +kf=0,95 Đối với MBA dầu (A/m2) 4. Lực cơ học: Lực hướng kính tác dụng lên một trong hai dây quấn: ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn: Trong đó: Điều kiện: ) Lập bảng các đại lượng: 1,2 1,4 1,6 1,8 1,88 1.0470 1.0880 1.125 1.158 1.171 1.0960 1.1840 1.2660 1.3410 1.3710 1.1480 1.2880 1.424 1.553 1.606 275.36 264.98 256.27 248.96 246.20 27.499 29.707 31.764 33.646 34.398 231.529 259.764 287.192 313.209 323.898 12.505 13.509 14.445 15.301 15.643 302.857 294.689 288.031 282.610 280.598 244.034 273.273 301.637 328.510 339.541 546.891 567.962 589.668 611.120 620.139 21.38 23.98 26.51 28.92 29.90 402.482 372.568 348.436 328.949 321.751 1,03.1,03.Gdq 426.993 395.257 369.656 348.982 341.346 kdqFe.Gdd 1007.703 932.807 872.388 823.598 805.577 1554.594 1500.769 1462.056 1434.718 1425.716 503.046 489.478 478.419 469.415 466.073 587.146 657.495 725.739 790.395 816.936 99.034 111.111 122.843 133.972 138.544 Po 1189.225 1258.084 1327.001 1393.782 1421.553 0.0033 0.0036 0.0038 0.0040 0.0041 995.5 968.6 946.8 928.9 922.3 667.19 747.13 824.68 898.15 928.31 1668.74 1872.25 2069.94 2257.45 2334.49 3887.1832 4199.2928 4490.1222 4756.1247 4862.5257 7218.61 7787.31 8331.49 8840.66 9047.65 1.146 1.236 1.322 1.403 1.436 2.676 2.781 2.876 2.960 2.993 0.169 0.175 0.181 0.187 0.189 0.230 0.239 0.247 0.254 0.257 0.601 0.515 0.450 0.400 0.383 C=d12+a12+2.a2+a22 0.385 0.394 0.402 0.409 0.412 +Với giới hạn P0=1420 W +Với giới hạn i0=2,0% +Trị số b =1,88 ứng với C’tdmin Ta chọn giá trị b=1,88 thoả mãn tất cả các tiêu chuẩn đặt ra. c) Các kích thước chủ yếu: 1. Đường kính trụ sắt: Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất: dđm=0,18 (Bảng 7) Tính lại trị số bđm: 2. Đường kính trung bình của rãnh d ầu giữa hai dây quấn: (2-77) + ; Trong đó : k1=1.2 và + a01=0,5 cm + a12=1 cm 3. Chiều cao dây quấn: Tiết diện thuần sắt của trụ: Điện áp một vòng dây: PHẦN II. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN. I) Tính dây quấn HA. 1.Số vòng dây một pha của dây quấn HA: W1 = Trong đó: +Ut1 là điện áp trên một trụ của dây HA: Ut1 = Uf1 = 230,94 (V) +Uv = 8,107 (V) - Điện áp một vòng dây. Þ W1 = =28,5 » 28(vòng) Tính lại điện áp một vòng dây Uv = = 8,24 (V) Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt là : Bt = = = 1,68 (T) 2. Mật độ dòng điện trung bình. Sơ bộ tính theo công thức: Dtb = 0,746.kg. 104 ( A/m2) Dtb = 0,746 . 0,93 . .104 = 2,43 .106 ( A/m2) 3. Tiết diện vòng dây sơ bộ: T = = = = 374.10-6 (m2) = 374 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn, dựa theo Bảng 38: Với S = 400 KVA ; It = 909,3 (A) ; U1 = 0,4 ( KV) T = 374 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn mạch đơn dây dẫn bẹt. ( H.5) . Với ưu điểm là độ bền cơ cao, cách điện bảo đảm, làm lạnh tốt. HÌNH 5. 4. Chiều cao sơ bộ mỗi vòng dây: hv1 = - hr1 Trong đó: + hr1 là kích thước hướng trục của rãnh dầu giữa các bánh dây: Bảng 54a: Lấy hr1 = 4(mm) + l1: Chiều cao dq HA: l1 = 44,2 cm = 0,44 (m) + W1 = 28 (vòng) hv1 = - 0,004 = 0,0097m = 9,7 (mm) Þ hv1 < 16,5mm, do đó dùng dây quấn hình xoắn mạch đơn. 5. Căn cứ vào hv1 và T chọn dây dẫn theo Bảng 21: - Chọn số sợi chập song song là : nv1 = 6 - Tiết diện sợi dây: 52,1(mm2) - Kích thước dây dẫn: Pb.6. .52,1 6. Tiết diện mỗi vòng dây: T1 = n.v1. Td1 . 10-6 = 6 . 52,1 . 10-6 = 312,6 . 10-6 (m2) 7. Mật độ dòng điện thực: D1 = = = 2,91 . 106 ( A/m2) = 2,91 (MA/m2) 8. Chiều cao dây quấn: b’ Dây dẫn hình xoắn mạch đơn hoán vị ba chỗ, giữa các bánh dây đều có rãnh dầu a' hv hr hv l1 = b’ . 10-3. (W1 + 4 ) + k. hr1 ( W1 + 3 ) . 10-3 l1 = 11. 10-3 ( 28 + 4 ) + 0,95 . 5 ( 28 + 3 ) 10-3 = 0,5 (m) Trong đó: + b’ = 11(mm) + W1 = 28 (vòng) + hhr = 5 (mm) + k = 0,95: hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây. 9. Bề dầy của dây quấn: a1 =a’ . 10-3 = . 5,5 . 10-3 =33,0.10-3 = 0,033(m) Với dây quấn hình xoắn mạch đơn: n =1. 10. Đường kính trong của dây quấn HA: D = d + 2a01 = 0,18 + 2. 0,005 = 0,19 (m) 11. Đường kính ngoài của dây quấn: D = D + 2a1 = 0,19 + 2. 0,033 = 0,256 (m) 12. Bề mặt làm lạnh của dây quấn: M1 = 2.t .k .p. (D + a1 ) ( a1 + b’. 10-3) .W1 (m2) + k : Hệ số kể đến bề mặt dây quấn bị tấm dệm che khuất lấy k = 0,75 + t : Số trụ tác dụng: t =3 M1 = 2.3.0,75.3,14.( 0,19 + 0,033) ( 0,033 + 11 .10-3) = 0,0347 (m2) 13. Trọng lượng đồng dây quấn HA: Gcu1 =tp . W1 .T1 gcu = 28 t . W1 .T1 . 103 =28 . 3. .28.312,6.10-6.103 = 163,9 (Kg) II) Tính dây quấn CA. 1.Chọn sơ đồ điều khiển điện áp: Đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn. (H.7 ) . Chú ý rằng hai nhóm của đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với dây quấn chính. %Uđm Đáp (V) Đấu dây +5 10500 A X1 +2,5 10250 A X2 0 10000 A X3 -2,5 9750 A X4 -5 9500 A X5 2. Số vòng dây của cuộn CA ứng với đáp đm: W2 = W1. = 28 . = 1542 (vòng ) 3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh đáp: Wđc = 0,025. W2đm = 0,025 . 1542 = 38 (vòng ) 4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân áp: + Cấp [+5%Uđm]: 10500 (V) : W2 = W2đm+2. Wđc = 1542 + 2.38 = 1618(vòng) + Cấp [+2,5%Uđm]: 10250(V) : W2 = W2đm + Wđc = 1542 + 38 = 1580 (vòng) + Cấp Uđm: 10000(V) : W2 = W2đm = 1542 + Cấp [-2,5%Uđm]:9750(V)W2 = W2đm - Wđc = 1542 – 38 = 1504(vòng) + Cấp [+5%Uđm]: 9500 (V) : W2 = W2đm+2. Wđc = 1542 - 2.38 = 1466(vòng) 5. Mật độ dòng điện sơ bộ: D2 = 2Dtb - D1 = 2 . 2,43 . 106 - 2,91 . 106 = 1,95 . 106 (A/m2) 6. Tiết diện dây dẫn sơ bộ: T = = = 5,4.10-6m2 = 5,4 (mm2) 7. Chọn kiểu dây quấn: Theo bảng 38: Với S = 400 (kVA) ; It2 = 10,49(A) ; U2 = 0,4(kV) + T = 12,41(mm2) Chọn kết cấu dây quấn kiểu: hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn. Ưu điểm: Công nghệ chế tạo đơn giản , nhược: Tản nhiệt kém, độ bền cơ không cao. 8. Chọn dây dẫn:Bảng 20: Chọn dây Õb 1 . . 12,55 9. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây: T2 = nv2.Td2.10-6 = 1.12,55.10-6= 12,55.10-6 (m2) 10. Mật độ dòng điện thực: D2 = = = 0,83.106 (A/m2) = 0,83 (MA/m2) 11. Số vòng dây trong một lớp: W12 = - 1 = - 1 = 102 (vòng) Trong đó lấy l2 = l1 = 0,45(m) 12. Số lớp của dây quấn: n12 = = = 7 (lớp) 13. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau: U12 = 2W12. Uv = 2. 102 . 9,24 = 1884.9 (V) 14. Chiều dày cách điện giữa các lớp: Bảng 26: + Số lớp giấy cáp: 3 lớp + Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm) Chiều dày cách điện giữa các lớp: d12 = 3. 0,12 = 0,36mm 15. Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp: + Do số lớp của dây quấn được làm tròn n12 = 7 (lớp) nên số vòng dây trong mỗi lớp không đúng bằng w12 ( 102 vòng). Ta phân phối 6 lớp trong có số vòng dây là W12 = 102 vòng còn 1 lớp ngoài cũng có số vòng dây ít hơn: w’12 = 625 - 6. 102 = 13 (vòng) + Để tăng điều kiện làm mát, phần dây quấn CA thành hai tổ lớp giữa hai tổ có rãnh dầu dọc trục a’22 Tổ lớp trong : Có số lớp n =3 lớp Tổ lớp ngoài: Có số lớp m = n12 - n = 7 - 3 = 4 (lớp) Kích thước rãnh dầy: Bảng 54 : a’22 = 5(mm) 16. Chiều dày dây quấn CA: a2 = .10-3 Trong đó: + d = 4,4 mm , m = 4 , n =3 + d12 = 3.0,12 = 0,36(m) , a = 5(mm) a2 = = 37,6.10-3 (m) + dc = 0,5mm + d1 = d12 = 0,36(mm) Đây chỉ là kích thước hình học cuộn dây, còn khi tính sđđ tản thì lấy giá trị a2 = 37,6. 10-3(m) và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên: a = ( a12 + dc + 2d1). 10-3 = ( 10+ 0,5 + 2. 0,36) 10-3 = 11,22. 10-3(m) 17. Đường kính trong của dây quấn CA : 18. Đường kính ngoài của dây quấn CA : 19. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: 20..Bề mặt làm lạnh của dây quấn : Trong đó k= 0,88: hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết cách điện che khuất 21.Trọng lượng đồng của dây quấn CA: Hai cuộn dây điều chỉnh có trọng lượng: PHẦN III: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH I) Tổn hao ngắn mạch: Tổn hao ngắn mạch của Mba hai dây quấn là tổn hao khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điều áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức. 1.Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn: Pcu = I2.R = = D2 (T.l)..10-6 ÛPcu = D2(T.l.gd). , 10-6 = 2,4 10-12 . D2. Gcu (4-3) Trong đó: + D : Mật độ dòng điện (A/m2) + D1 = 2,91 (MA/m2) +D2 = 2,89 (M/m2) + T tiết diện dây đồng: (m2) + l chiều cao dây dẫn (m) + gd: Tỉ trọng dây dẫn gd = 8900kg/m3 + : Điện trở suất của dây dẫn ở 750C = 0,02135 mWm + Gcu : Trọng lượng đồng dây quấn: + Dây quấn HA: Gcu = 152,9(kg) Þ Pcu = 2,4 . 10-12. 2,912 . 152,9 = 3107 (W) - Dây quấn CA: Gcu2 = 212 (Kg) Þ Pcu2 = 2,4 . 10-12. 2,892 .212 = 4249 (W) Vậy tổn hao đồng: Pcu= Pcu1 + Pcu2 = 3107 + 4249 = 7356 (W) 2. Tổn hao phụ trong dây quấn: Tổn hao phụ thường đựơc ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào tổn hao chính: Pcu + Pf = Pcu. kf. Trong đó kf phụ thuộc vào kích thước hình học của dây dẫn và sự sắp xếp của dây dẫn trong tổn thất tản. - Trong đó dây quấn HA: + Số thành dẫn song song với từ thông tản: m = 24 kf1 = 1 + 0,095 . 108 .b2a4.n2 Trong đó: + b = kr = = 0,55 + b = 10,5(mm) + a = 5,0(mm) kf1 = 1 + 0,095.108 ( 0,55)2 . ( 5,0)4. 10-12 . 32 = 1,02 Trong dây quấn CA. kf2 = 1 + 0,095. 108 b2.d4.n2 Với : n = 1 d = 4 (mm) m = 96 b = .kr = = 0,85 kf2 = 1 + 0,095. 1080,852 . 42.10-12.12 = 1,00 3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra: Pr = 2,4. 10-12.D2.Gr . Đối với dây quấn HA: - Chiều dài dây dẫn ra HA: lr1 = 7,5l = 7,5. 0,43 = 3,22(m) Trọng lượng đồng dây dẫn ra HA: Gr1 = lr1.Tr1.g = 3,22 . 312,6. 10-6. 8900 =8,95 (kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra HA: Pr1 = 2,4 . 10-12. 2,912. 1012 . 8,95 = 181,8(W) . Đối với dây quấn CA: - Chiều dài dây dẫn ra CA lr2 = 7,5.l = 7,5. 0,43 = 3,22 (m) - Trọng lượng đồng dây dẫn ra CA: Gr2 = lr2.Tr2. gcu = 3,22 . 12,55.10-6. 8900 = 0,35(kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra CA: Pr2 = 2,4 . 10-12. ( 2,89)2 . 1012. 0,35 = 7,015 (W) 4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác: Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bulông...., nên phát sinh tổn hao trong các bộ phận này. Pt = 10.k.S Trong đó hệ số k tra theo bảng 40a: k = 0,015 Pt = 10 . 0,015 . 630 = 94,5 (W) 5. Như vậy ta có tổn hao ngắn mạch của mba là: Pn = Pcukf1 + Pcu2kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt = 3107.1,02+4249.1,00+ 181,8+7,015+94,5= 7701 (W) So sánh với số liệu đã cho : .100 = 104,06% II) Xác định điện áp ngắn mạch: 1. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng. Unr = .100 = .100 = .100= 100 Þ Unr = = = 1,22 (%) 2. Tính thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng: unx = .100 = .10 –1 % Trong đó : +b = +d12 = đm + 2a01 + 2a1 + a12 = 0,20 + 2.0,005 + 2.0,022 + 0,01 = 0,264 (m) +b = 3,142 . = 2,023 +ar = a12 + 1/3(a1 + a2) = 0,01 + 1/3 ( 0,022 + 38,8 . 10-3) = 0,03(m) +kr = 1 - d( 1 – e1/6) +d = = 0,055 +kr = 1 – 0,055 ( 1 – e-1/0,055) = 0,945 Unx = . 10-1 = 5,137% 3. Điện áp ngắn mạch toàn phần: Un = = 5,3% Sai lệch lớn hơn so với tiêu chuẩn : .100 = -3,6% Như vậy sai số nằm trong phạm vi ±5% đạt yêu cầu. 4. Lực cơ học của dây quấn: Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn, nó không những làm tăng nhiệt độ máy mà còn gây lực cơ học lớn nguy hiểm đối với dây quấn mba. III). Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch: 1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập: In = 100 = .100 = 670,2 (A) 2. Trị số cực đại ( xung kích) của dòng điện ngắn mạch: 3. Tính lực cơ học khi ngắn mạch: Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản. - Lực hướng kính: Do từ trường tản dọc tác dụng với dòng điện gây nên Fr = Btbimax. W. lv = 0 ,628 (imax.W)2 b. k r . 10-6 ( 4- 34) Fr = 0,628. ( 1398,2 . 600)2. 2,1. 0,95. 10-6 = 881746 N Lực Fn đối với hai dây quấn là trực đối nhau ( H.9 ) có tác dụng ép ( hay nén) dây quấn trong và có tác dụng trương ( bung) đối với dây quấn ngoài. - Lực chiều trục F’t do từ trường tản ngang tác dụng với dòng điện sinh ra. F’t = Fr . = 890481 . = 32578 (N) Lực F’t có tác dụng nén cả hai dấy quấn theo chiều trục và F’t sẽ đạt giá trị lớn nhất ở giữa dây quấn. 4. Tính toán ứng suất của dây quấn: . Ứng suất do lực hướng kính gây nên: Ứng suất nén trong dây quấn HA: Do lực nén Fnr gây nên Fnr = Þ dnr1 = == = 18,7 (MPa) - Ứng suất nén hoặc kéo trong dây quấn CA: dnr2 = = 18,6 (MPa) = 62 % ứng suất nén cho phép. . Ứng suất do lực chiều trục gây nên: Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách điện giữa các vòng dây. Fn = F’t = 32578 N dn = = = 3,18 MPa Trong đó: +n : Số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=10 (Bảng 30) +a, b:kích thước miếng đệm Chọn + Bề rộng tấm đệm b = 40 (mm) + Bề rộng tấm đệm a = 32(mm) PHẦN IV: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA M.B.A I).Tính toán kích thước lõi sắt: 1. Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha, 3 trụ, lá thép ghép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dầy 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc. Ép trụ dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy bakêlit với trụ. Gông ép bằng xà ép với bu lông siết ra ngoài gông.Số bậc, chiều dầy các tập lá thép và kích thước các tập lá thép tra theo Bảng 41b: với d = 0,19 m Thứ tự tập Trụ (mm) Gông ( Trong 1/2 Tt ) 1 180x30 180x30 2 165x17 165x17 3 145x14 145x14 4 130x8 130x8 5 115x7 115x7 6 100x5 100x5 7 75x7 75x7 - Số bậc thang trong trụ nT = 7 - Số bậc thang trong gông nG = 5 - Chiều rộng tập lá thép gông ngoài cùng aG = 100 mm - Hệ số chêm kín hình tròn của bậc thang trụ kc = 0,89 - Diện tích tiết diện ngang các bậc thang của trụ và gông ( Bảng 42b ) - Thể tích góc mạch từ : V0 = 4118 cm3 2. Xác định tiết diện tổng các bậc thang trong trụ: =0,02628 m2 3. Tiết diện tác dụng của trụ sắt: Trong đó kđ là hệ số điền đầy kđ = 0,92 ( Bảng 10 ) 4. Tiết diện tổng các bậc thang của gông : =267,3 cm2= 0,02673 m2 5. Chiều dầy gông: = 0,176 m 6. Tiết diện tác dụng của gông: 7. Chiều cao trụ sắt: Trong đó: l0' và l0'' là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới và bằng 0,03 m. 8. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: 9. Trọng lượng sắt của trụ và gông: - Trọng lượng sắt 1 góc của mạch từ: là phần chung nhau của trụ và gông, giới hạn bởi hai mặt trục vuông góc nhau. Trong đó: V0 là thể tích góc mạch từ = 7650 ( Kg/m3 ): Là tỉ trọng thép Trọng lượng sắt gông: Gồm hai phần : Phần giữa hai trụ biên: Phần gông ở giữa các góc : Trọng lượng sắt toàn phần của gông: Trọng lượng sắt trụ: Gồm hai phần: Phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ: Phần trụ nối với gông: Trong đó a1G = 180mm ® Trọng lượng sắt trụ: Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ và gông: II) Tính toán tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất mba Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và thứ cấp để hở mạch, gọi là chế độ không tải. 1. Tổn hao không tải: Chủ yếu là tổn hao trong lá thép silic. Trong đó: suất tổn hao pT , pG phụ thuộc vào từ cảm BT , BG , mã hiệu và chiều dầy lá thép : Tiết diện khe hở không khí ở mối nối nghiêng: Tra bảng 45: Với BT = 1,72 T ® pT = 1,672 (W/Kg) ; pKt = 741 (W/m2) Với BG = 1,64 T ® pG = 1,411 ( W/Kg) ; pKg = 677 (W/m2) Với Bkn = 1,21 T® pKN = 381 (W/m2) Đối với mạch từ phẳng, nối nghiêng ở 4 góc, trụ giữa nối thẳng, lõi sắt không đột lỗ, tôn có ủ sau khi cắt và có khử bavia: Trong đó : + N: Số lượng góc nối của mạch từ N = 4 + kp0 = 10,18 là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối mạch từ. ( Bảng 47 ) + kPG = 1 là hệ số tổn hao phụ ở gông + kPT = 1,05 là hệ số tổn hao do tháo lắp gông trên ( Để lồng dây) + kPE = 1,03 là hệ số tổn hao do ép trụ để đai + kPC = 1,05 là hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn + kPB = 1 là hệ số kể đến tổn hao gấp mép hoặc khử bavia + nK : Số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ. Thay số: Sai lệch so với tiêu chuấn: 2. Dòng điện không tải: Thành phần tác dụng của dòng điện không tải: Theo Bảng 50, ta tìm được suất từ hoá: Với BT = 1,72 T , qT = 3,48 ( VA/Kg) , qKT =33000 (VA/m2) Với BG = 1,64 T , qG = 2,131 (VA/Kg) , qKG = 26700 (VA/m2) Với Bkn = 1,21 T , qKN =4340 (VA/m2) Với lõi sắt kiểu trụ phẳng, làm bằng thép cán lạnh có ép trụ và gông bằng đai, không có bulông xuyên lõi: (VA) Trong đó : N=4 TK = với mối ghép nghiêng ( Gông ) Với mối ghép thẳng ở trụ +kib = 1 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia +kic = 1,18 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá thép +kir = 1,4