Quy trình chế tạo máy biến áp 3 pha

Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 1 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1.Giới thiệu chung. Trong hệ thống cung cấp điện để dẫn điện từ đường dây tải điện đến hộ tiêu thụ thì cần phải có đường dây tải điện. Nhưng một vấn đề đặt ra là hao tổn trên đường dây như thế nào cho kinh tế và phù hợp nhất. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ lớn thì hao tổn trên đường dây sẽ tăng lên và ngược lại. Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp 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 dẫn sẽ nhỏ xuống, đồng thời hao tổn năng lượng trên đường dây sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dung điện áp cao, thường là 35 kv, 110 kv, 220 kv, 500 kv, …Như vậy phải có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường dùng điện áp thấp , từ 0,4 đến 0,6 kv, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dung để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện tức là đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp khi tới các hộ tiêu thụ tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là các máy biến áp (MBA). Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 2 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 1.2. Khái niệm máy biến áp. - Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, 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. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay MBA công suất. Như vậy MBA làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng. Máy biến áp có hai cuộn dây gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây quấn nối với nguồn để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp, dây quấn nối với tải để đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dây quấn có điện áp cao gọi là cuộn cao áp (CA), dây quấn có điện áp thấp gọi là hạ áp (HA). Ở MBA ba cuộn dây ngoài dây sơ cấp và thứ cấp còn cuộn trung áp (TA). MBA biến đổi dòng xoay chiều một pha gọi là máy biến áp 1 pha, MBA biến đổi dòng xoay chiều 3 pha gọi là MBA 3 pha, MBA ngâm trong dầu gọi là MBA dầu,… 1.3.Các đại lượng định mức Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn máy. - Dung lượng hay công suất định mức (S dm ) là công suất toàn phần( biểu kiến ) đưa ra ở dây quấn thứ cấp, tính bằng kilôvôn_ampe (kVA) hay (VA). - Điện áp dây sơ cấp định mức U1 là điện áp cuộn sơ cấp ( kV hay V ). Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 3 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang - Điện áp dây thứ cấp định mức U 2 là điện áp thứ cấp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức( kV hay V ). - Dòng điện cuộn sơ cấp định mức I dm1 và cuộn thứ cấp I dm2 ứng với công suất và điện áp định mức ( kA hay A ). Đối với MBA 1 pha : ñm1 ñm ñm1 U SI = và ñm2 ñm ñm2 U SI = Đối với MBA 3 pha : I ñm1 = ñm1 ñm U3 S và I ñm2 = ñm2 ñm U3 S Ở đây ta chỉ xét đến MBA 1 pha. - Tần số định mức f ñm tính bằng Hz. Thường các MBA điện lực có tần số công nghiệp là 50 Hz.Ngoài ra còn một số các thông số khác như số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch u n % , chế độ làm việc ( dài hạn hay ngắn hạn ), phương pháp làm lạnh,… 1.4. Nguyên lý làm việc của MBA. Xét sơ đồ nguyên lý của MBA như hình dưới là MBA một pha hai dây quấn: Cuộn sơ cấp có w1 vòng dây, cuộn thứ cấp có w2 vòng dây được quấn trên lõi thép. Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện I1 , Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 4 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với dây quấn sơ và thứ cấp sinh ra sức điện động e1 và e 2 . Dây quấn thứ cấp sẽ sinh ra dòng điện I 2 đưa ra tải với điện áp là U 2 . Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ sang dây quấn thứ. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin, thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin: φ = mφ .sin tω Do đó theo định luật cảm ứng điện từ s đ .đ cảm ứng trong các dây quấn sơ và thứ sẽ là: ) 2 tsin(E2tcos.w.w dt tsind.w dt d.we 1m1m111 π−ω=ωφ−=ωφ−=φ−= ) 2 tsin(2tcos..w.w dt tsind.w dt d.we m2m222 π−ω=ωφ−=ωφ−=φ−= Trong đó m1 m1m1 1 fw44,42 fw2 2 wwE φ=φπ=φ= m2m2m22 fw44,42 fw2 2 wwE φ=φπ=φ= Là các giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn sơ và dây quấn thứ. Từ các biểu thức trên ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha với từ thông sinh ra nó một góc 2 π .Cũng từ các biểu thức trên ta có tỷ số biến đổi của MBA như sau: k = 2 1 E E = 2 1 w w Nếu coi U1 = E1 và U 2 = E 2 (điện áp rơi trên các dây quấn là không đáng kể) thì k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn sơ và thứ cấp : k = 2 1 U U . Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 5 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 1.5. Các loại MBA chính. Theo công dụng MBA có thể gồm những loại chính sau đây: Máy BA điện lực dùng để truyền tải, phân phối công suất trong hệ thống điện lực. MBA chuyên dụng dùng cho các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn điện,… MBA tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, dung để mở máy các động cơ điện xoay chiều. MBA đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các đồng hồ đo. Máy BA thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao. MBA có rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. 1.6. Cấu tạo MBA MBA bao gồm các bộ phận chính sau đây : lõi thép, dây quấn và vỏ máy. 1.6.1. Lõi thép Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn.Theo hình dáng lõi thép ta chia ra làm các loại sau: - Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ(Hình 1 – 3):Dây quấn bao quanh trụ thép.Loại này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha có dung lượng nhỏ và trung bình. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 6 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Hình 1-3a:MBA kiểu lõi 1 pha Hình 1-3b: MBA kiểu lõi 3 pha - Máy biến áp kiểu bọc (Hình 1 – 4) :Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy một phần dây quấn. Loại này thường chỉ dùng trong một vài nghành chuyên môn đặc biệt như máy biến áp dùng trong lò điện luyện kim hay máy biến áp một pha công suất nhỏ trong kỹ thuật vô tuyến điện, truyền thanh..v.v Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 7 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Hình 1 - 4:Máy biến áp kiểu bọc Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 ÷100 MVA trên một pha), điện áp thật cao (220÷400kVA), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vùa kiểu bọc, gọi là máy biến áp trụ - bọc ( Hình 1 – 5) . b) a) HÌnh 1 – 5:Máy biến áp kiểu trụ bọc : a) Một pha b) Ba pha Lõi thép máy biến áp gồm có hai phần : phần trụ - kí hiệu chữ T và phần gông – kí hiệu bằng chữ G. Trụ là phần lõi thép có quấn dây quấn; gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn. Đối với máy biến áp kiểu bọc và kiẻu trụ - bọc hai trụ thép phía ngoài cũng đều thuộc về gông. Để giảm tổn Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 8 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang hao do dòng điện xoáy gây ra, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt. Trụ và gông có thẻ ghép nối với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng sau đó dùng xà ép và bulon vít chặt lại. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lớp lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình tự a , b như dưới đây.Sau khi ghép, lõi thép cũng được vít chặt bằng xà ép và bulon. Phương pháp sau tuy phức tạp nhưng giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây ra và rất bền về phương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này. Hình 1- 6 : Ghép rời lõi thép máy biến áp Do dây quấn thường quấn hình tròn nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn. Gông từ vì không quấn dây nên để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản : hình vuông, hình chữ thập hoặc chữ T. Tuy nhiên, hiện nay hâu hết các máy biến áp điện lực, người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc thang gần bằng số bậc của tiết diện trụ. Hình 1-7: Ghép xen kẽ lõi thép MBA 3 pha Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 9 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Vì lý do an toàn, toàn bộ lõi thép được nối với vỏ máy và vỏ máy được nối đất. Đối với tôn silic nguội dị hướng, để từ thông luôn đi theo chiều cán là chiều có từ dẫn lớn, lá thép được ghép từ các lá tôn có cắt chéo một góc nhất định, thí dụ như ở hình 1- 10. Cách ghép lõi thép bằng các lá tôn như trên hình 1 – 7 và 1 – 10 được sử dụng khi chiều dài lá tôn trong khoảng từ 0,2 ÷ 0,35 mm. Khi chiều dài lá tôn nhỏ hơn 0,2 mm, người ta dùng công nghệ mạch từ quấn lá tôn vô định hình dày 0,1 mm. Việc quấn các dải lá tôn có bề rộng khác nhau với những độ dày thích đáng vẫn cho phép thực hiện mạch từ có tiết diện ngang có nhiều bậc nội tiếp trong vòng tròn. Khi công suất nhỏ và trung bình số bậc từ 5 ÷ 9; còn với công suất lớn số bậc từ 10÷13 (hình 1 – 11). Hình 1-10 Hình 1-11 1.6.2.Dây quấn. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 10 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 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 nhưng không phổ biến. Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. 1.6.2.1.Dây quấn đồng tâm: Ở dây quấn đồng tâm, tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây quấn HA thường quấn phía trong gần trụ thép còn dây quấn CA thường quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn HA (Hình 1 – 3). Với cách quấn này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện của dây quấn CA (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dây quấn CA), bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện bản thân của dây quấn HA. Hình 1-3 Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm : - Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp (Hình 1 – 12b). Nếu tiết diện lớn thì dùng dây dẹt và quấn thành hai lớp (Hình 1 – 12a). Dây quấn hình trụ dây tròn thường làm dây quấn cao áp điện áp tới 35kV; dây quấn hình trụ , dẹt thường làm dây quán hạ áp với điện áp từ 6kV trở xuống. Nói chung dây quấn hình trụ thường dùng cho máy biến áp dung lượng 630kVA trở xuống. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 11 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang - Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây dẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở (Hình 1 – 13). Kiểu này thường dùng cho dây quấn hạ áp của các máy biến áp có dung lượng trung bình và lớn. Hình 1-13: Dây quấn hình xoắn - Dây quấn xoắn ốc liên tục: Làm bằng dây dẹt khác với dây quấn hình xoắn ở chỗ dây quấn này được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở (Hình 1 – 14). Bằng cách hoán vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nối tiếp một cách liên tục mà không cần mối hàn giữa chúng, cũng vì thế mà được gọi là dây quấn xoắn ốc liên tục. Hình 1-12a Hình 1-12b Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 12 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Dây quấn này chủ yếu dùng làm cuộn cao áp, điện áp 35kV trở lên và dung lượng lớn. Hình 1-14:Dây quấn xoáy ốc liên tục 1.6.2.2.Dây quấn xen kẽ Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép (Hình 1 – 15). Cần chú ý rằng để cách điện dễ dàng, các bánh dây sát gông thường thuộc dây quấn hạ áp. Kiểu dây quấn này hay dùng cho các máy biến áp kỉểu bọc. Vì chế tạo và cách điện khó khăn, kém vững chắc về cơ học nên các máy biến áp kiểu trụ hầu như không dùng kiểu dây quấn xen kẽ. Hình 1 - 15 1.6.3.Vỏ máy. Vỏ máy gồm hai bộ phận : thùng và nắp thùng. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 13 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 1.6.3.1.Thùng máy biến áp. Thùng máy biến áp làm bằng thép thường là hình bầu dục. Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao phát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác, làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên. Do đó giữa máy biến áp và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh đó quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với máy biến áp. Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (thường là 15 ÷ 20 năm) và không bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh máy biến áp trong thùng dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu, rồi từ đó qua vách thùng và ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng sẽ chuyển động xuống phía dưới lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các bộ phận trong máy biến áp. Mặt khác, dầu máy biến áp còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện. Tuỳ theo dung lượng máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng dầu có khác nhau. Loại thùng đơn giản nhất là loại phẳng thường dùng cho các máy biến áp dung lượng từ 30kVA trở xuống. Với các máy biến áp cỡ trung bình và lớn người ta hay dùng loại thùng dầu có ống (Hình 1–16) hoặc loại thùng có bộ tản nhiệt (Hình 1 -17). Ở những máy biến áp dung lượng đến 10000kVA, người ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm lạnh (Hình 1 – 18). Ở các máy biến áp dùng trong trạm thuỷ điện, dầu được bơm qua hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 14 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Hình 1 – 16 Hình 1 – 17 Hình 1 -18 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 15 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 1.6.3.2.Nắp thùng. Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như : - Các sứ ra của dây quấn CA và HA: có nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn với vỏ máy. Tuỳ theo điện áp của máy biến áp mà người ta dùng sứ cách điện thường hoặc có dầu. Hình 1 – 19 vẽ một sứ ra 35kV có chứa dầu. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn. Hình 1- 19 - Bình giãn dầu:Là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để đảm bảo dầu trong thùng luôn đầy phải duy trì dầu ở một mức nhất định. Dầu trong thùng máy biến áp thông qua bình dãn dầu giãn nở tự do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức dầu bên trong. - Ống bảo hiểm:Làm bằng thép thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh. Nếu vì một lý do nào đó áp suất trong thùng tăng Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 16 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang lên đột ngột đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thoát ra ngoài để máy biến áp không bị hư hỏng. Ngoài ra trên nắp còn đặt một bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp. PHẦN 2:GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP HÀN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP HÀN CẢM ỨNG 2.1. Máy Biến Áp Hàn Về cấu tạo và nguyên lý làm việc thì máy biến áp hàn chính tương tự máy biến áp thường nhưng giữa biến áp thường và máy biến áp hàn có điểm khác nhau cơ bản đó là biến áp thường được chế tạo để làm việc ở chế độ liên tục còn biến áp hàn chỉ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nhưng phải thoả mãn được sự thay đổi đột ngột từ trạng thái này sang trạng thái khác.Tham số quan trọng của máy biến áp hàn là dòng điện mà không phải là điện áp như trong máy biến áp thường. 2.1.1.Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp hàn Máy biến áp hàn có các chỉ tiêu sau đây: - Điện áp không tải U 20 của biến áp hàn phải cao hơn điện áp hàn(U h ) - Trong máy biến áp hàn phải có bộ phận có thể điều chỉnh được dòng điện hàn cho phù hợp với từng loại que hàn , độ dày vật hàn và cách hàn. - Trong máy biến áp hàn, dòng ngắn mạch thường lớn gấp 15 đến 20 lần dòng định mức do đó làm nóng chảy nhanh que hàn và nguy hiểm cho máy biến áp và không khống chế được dòng điện hàn. Do vậy trong biến áp hàn dòng điện ngắn mạch không được quá lớn, nó chỉ được phép nằm trong giới hạn từ 1,3 ÷ 1,5 dòng hàn. - Điện áp của máy biến áp hàn phải biến đổi phù hợp linh hoạt . Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 17 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang - Khi điện áp thay đổi phụ thuộc vào vật hàn(vật liệu, điện trở…) thì dòng điện hàn không được thay đổi quá nhiều( hầu như không đổi) Các máy biến áp hàn đều có dòng điện hàn rất lớn để đảm bảo dòng hàn có thể hàn nóng chảy kim loại (ví dụ máy biến áp hàn hồ quang có dòng hàn từ 80A đến 140A,…) Máy biến áp hàn là một loại máy biến áp đặc biệt . Sau đây ta sẽ đi vào tính toán và thiết kế máy biến áp hàn loại nhỏ. 2.1.2. Nguyên tắc hàn - Nối đầu mát với vật cần hàn sau đó đưa đầu ra của biến áp với vật hàn để tạo dòng ngắn mạch, khi có dòng ngắn mạch chạy qua chỗ tiếp xúc sẽ phát sinh nhiệt làm nóng chảy vật cần hàn và hàn chúng lại với nhau. 2.2. Tính toán và thiết kế. Yêu cầu: Tính toán và sửa chữa Máy biến áp hàn đầu dây dùng trong sửa chữa máy điện với 2 đầu ra có dòng hàn la 10A và 20A. 2.2.1. Các thông số đã cho và lựa chọn ban đầu - Điện áp đầu vào : U1 = 220V - Hai đầu dây ra thứ cấp có dòng làm việc là 10A và 20A. - Chọn hiệu suất máy là η = 90% và công suất đầu ra thứ cấp S2= 200VA. - Chọn điện áp không tải đầu ra phía thứ cấp tương ứng với dòng 20A là 10V và điện áp không tải phía thứ cấp tương ứng với dòng 10 A là 20V U 21 = 20 V ; I 21 = 10A U 22 = 10 V ; I 22 = 20A - Chọn mật độ dòng điện chạy trong dây dẫn là J = 5 A/mm 2 . - Mật độ từ thông của lõi thép là B = 1,2 T. - Hệ số lấp đầy cửa sổ là K lñ = 0,4 - Hệ số ép chặt lõi thép là K e= 0,8 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 18 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 2.2.2 Tính toán và lựa chọn Các kích thước cơ bản của lõi thép Ta sử dụng lõi thép chuẩn hình chữ E, I với các thông số cơ bản như hình vẽ trên. Trong đó: a : Bề rộng trụ giữa lõi thép. b : Bề dày lõi thép máy biến áp c: Bề rộng cửa sổ lõi thép ( 2 ac = ). h : Chiều cao cửa sổ lõi thép ( 2 a3h = ). Các kích thước trên tính theo mm hoặc cm. - Tiết diện trụ giữa lõi thép A t = a.b (mm 2 ) = a.b.10 2− (cm 2 ). - Số vòng để tạo ra 1V sức điện động cảm ứng là n v = tA.B 45 = 210.b.a.2,1 45 − = b.a 3750 (vòng/vôn) - Số vòng dây phía sơ cấp máy biến áp: n1= n v .220 = ab 825000 (vòng) - Số vòng dây phía thứ cấp 10A: Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 19 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang n 21 = n v .U 21 = ab 75000 ab 20.3750 = (vòng) n 22 = n v .U 22 = ab 10.3750 = ab 37500 (vòng) - Công suất đầu ra của máy biến áp là S 2 = 200 VA - Công suất đầu vào máy la S1 = η 2S = 9,0 200 = 222,222(VA) - Tỉ số dòng điện qua dây quấn thứ cấp so với dòng điện qua dây quấn sơ cấp là: 1 21 I I = 21 1 U U.η = 20 220.9,0 = 9,9 1 22 I I = 22 1 U U.η = 10 220.9,0 = 19,8 - Tỉ số tiết diện dây quấn thứ cấp so với tiết diện dây quấn sơ cấp là : Từ 1 2 s s = 2 1 U U.η và do s = 4 d. 2π (d: đường kính dây quấn) nên ta có tỉ số sau: 1 22 d d = 22 1 U U.η => d 22 = 8,19 .d1 (mm) 1 21 d d = 21 1 U U.η => d 21 = 9,9 .d1 (mm) Trong đó d 21 và d 22 lần lượt là đường kính dây trần phía thứ cấp tương ứng với điện áp ra 20V và 10V. - Dòng điện định mức phía sơ cấp là: I1 = 8,19 I21 = 8,19 20 = 1,01 A - Đường kính dây quấn sơ cấp: Từ I1 = J. 4 d. 21π => d1 = J. I.4 1 π = 5. 01,1.4 π = 0.507 (mm) Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 20 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang - Đường kính dây quấn thứ cấp : d 22 = 8,19 .d1 = 8,19 .0,507 = 2,256 (mm) d 21 = 9,9 .d1 = 9,9 .0,507 = 1,595 (mm) - Đường kính dây tính cả lớp cách điện là: cñ1d = d1 + 0,05 = 0,557 (mm) cñ21d = d 21 + 0,05 = 1,645 (mm) cñ22d = d 22 + 0,05 = 2,307 (mm) - Quy chuẩn dây dẫn: Theo tiêu chuẩn Việt Nam ta lựa chọn các cỡ dây cho máy biến áp có bán trên thị trường như sau: d cñ1 = 0,55 (mm) d cñ22 = 2,5 (mm) Đối với dây cñ21d =1,645 (mm) do không có bán trên thị trường nên ta chập đôi 2 dây 1,2 (mm) lại, khi đó ta có : d tpcd = 1,2 mm => d tp21 = 1,15 (mm) 544,2)05.0645,1(d 22 cñ21 =−= (mm2) 645,215.1.2d2 22tp21 == .Ta thấy độ chênh lệch không đáng kể nên có thể đảm bảo tương đối chuẩn dòng làm việc yêu cầu. Diện tích cửa sổ lõi thép : 4 a3 2 a3. 2 ah.cS 2 cs === (mm2) Diện tích quy vuông của dây quấn sơ cấp: ab 5,24956255,0. ab 825000dnD 22cñ111 === (mm2) ab 216000)2,1.2.( ab 75000dnD 22cñ212121 === (mm2) ab 234375)5.2.( ab 37500dnD 22cñ222222 === (mm2) Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 21 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Diện tích cửa sổ cần thiết là : ab 75,1749843 k DDDS lñ 22211 mincs =++= (mm2) Như vậy lõi thép chọn sao cho thoả mãn điều kiện: mincscs SS ≥ ⇔ ab 75,1749843 4 a3 2 ≥ ⇔ 2333125ba3 ≥ - Tính chọn lõi thép: Chọn a = 36 mm thay vào phương trình trên ta được b = 50,007 mm Với là thép dày 0,35mm ta chọn bề dày lõi thép là: b = 51.1mm tương đương với 146 là thép. - Kích thước cơ bản của lõi thép a =3,6 (cm) b = 5,11 (cm) c = a/2 = 1,8 (cm) h = 3a/2 = 5,4 (cm) - Tính số vòng/vôn : n v = 11,5.6,3.2,1 45 = 2,038 (vòng/vôn) Số vòng dây sơ cấp : n1= 220.2,038 = 448,36 (vòng) ≈ 448(vòng) Số vòng dây thứ cấp : n 21 = 20.2,038 = 40,76 (vòng) ≈ 41( vòng) n 22 = 10.2,038 = 20,38 (vòng) ≈20 (vòng) Số liệu dây quấn xác định cho bộ dây quấn được tóm tắt như hình dưới: Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 22 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Số liệu tính toán cho bộ dây quấn 2.2.3. Tính toán dòng điện ra sau khi lựa chọn lõi thép và bộ dây quấn: - Dòng điện định mức sơ cấp: I1 = 4 J.d 12π = 4 5.5,0. 2π = 0,98 (A) - Dòng điện phía sơ cấp: I 22 = 4 5.45,2. 2π = 23,6 (A) I 21 = 4 2.5.15,1. 2π = 10,4 (A) 2.2.4. Tính toán số vòng dây quấn 1 lớp và số lớp dây quấn - Chọn khuôn quấn dây làm bằng giấy cứng bề dầy khuôn quấn là 0,5(mm) - Bề cao hiệu dụng của khuôn là : H hd = h – 2.0,5 = 54 – 1=53 (mm) - Số vòng dây quấn trên một lớp sơ cấp: Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 23 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang SV1 = cñ1 hd d Kq.H = 55,0 85,0.53 = 81,9 (vòng) = 82 (vòng) - Số lớp dây quấn sơ cấp : SL1= 1SV N1 = 82 448 = 5,46 (lớp) Ta quấn 5 lớp 82 vòng và một lớp 448-5*82=38 vòng. - Số vòng dây quấn 1 lớp thứ cấp và số lớp thứ cấp: SV22 = cñ22 qhd d K.H = 5,2 85,0.53 = 18.02 (vòng) SL22 = 1,118 20 = (lớp) Ta quấn 1 lớp 18 vòng và thêm 2 vòng ở lớp trên. SV21 = tp21 qhd d2 K.H = 2,1.2 85,0.53 = 18,77=19(vòng) SL21 = 15,219 41 = (lớp) Quấn 2 lớp 19 vòng và một lớp 3 vòng. - Bề dầy cuộn dây quấn khi chọn lớp cách điện có bề dày 0,1 (mm) e = SL1( cñcñ1 ed + ) + SL21( cñcñ21 ed + ) + SL22( cñcñ22 ed + ) = 5(0,55+0,1) + 2(2.1,2+0,1) + 1(2.5+0,1) = 10,85 (mm) - Kiểm tra hệ số lấp đầy theo bề dày cửa sổ lõi thép: K ldcs = c e = 602,0 18 85,10 = , Giá trị này thấp hơn khoảng cho phép, nếu cộng thêm bề dày khuôn quấn dây giá trị hệ số lấp đầy tính được có giá trị sau: K c 5,0e ldcs += = 0,63<1 nên thoả mãn yêu cầu. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 24 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 2.2.5. Tính toán khối lượng dây quấn và kích thước của bộ dây. - Bề dày cuộn sơ cấp : e1 = SL1( 1,0d cñ1 + ) = 5.(0,55+0,1) = 3,25 (mm) - Bề dày cuộn thứ cấp : e 21 = SL21(d 5,0cñ21 + ) = 2.(2.1,2+0,1) = 5 (mm) e )mm(2,5)1,05,2(2)5,0d(SL cñ222222 =+=+= Muốn ước lượng khối lượng dây ta tiến hành tính toán dựa trên các giả thiết :Các vòng dây quấn song song với các cạnh của khuôn quấn dây Khối lượng dây quấn được lấy dư 15% để dự trù các phần dây quấn sử dụng thêm nhưng không nằm trong phần tính toán và các đầu dây của đoạn ra dây của các đầu phân áp. Trong hình dưới chúng ta trình bày sự phân bố các bộ dây quấn cần thực hiện trong quá trình thi công (coi như đã hoàn chỉnh): Các kích thước của bộ dây quấn máy biến áp Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 25 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Trong đó: a’ : Bề rộng của cuộn dây khi có tính thêm bề dày của khuôn quấn dây b’ : bề dày của cuộn dây khi tính cảbề dày khuôn quấn và hệ số ép chặt. L 1tb : Bề dày trung bình của 1 vòng dây quấn sơ cấp L 21tb : Bề dày trung bình của 1 vòng dây quấn thứ cấp đối với áp ra 20 V L 22tb : Bề dày trung bình của 1 vòng dây tương ứng với áp ra 10V. Ta có: a’ = a+2.e kh = 36 + 2.0,5 = 37 (mm) b’ = b/0,8+2.e kh = 64,87 ≈65 (mm) - Bề dài trung bình của một vòng dây sơ cấp (bộ dây sơ cấp nằm sát lõi thép) L 11tb e.)'b'a.(2 π++= = 2.(37+65)+ .π 3,25 = 214,21(mm) - Khi bộ dây có đường kính 1,2 (mm) tương ứng với dòng 10 A, áp 20 V bố trí ôm bên ngoài bộ dây quấn sơ cấp ta có: L 21tb = 2.(a’+b’) + )ee.2.( 211 +π = 2.(37+65)+ )525,3.2.( +π = 240,128(mm) - Bộ dây quấn thứ cấp có đường kính 2,5 mm nằm bên ngoài cùng tương ứng với dòng 20A , áp 10 V, ta có: L 22tb = 2.(a’+b’)+ )ee.2e.2.( 22211 ++π = 2.(37+65)+ )2,55.225,3.2.( ++π = 272,17 (mm) - Tổng bề dài của dây quấn sơ cấp là : L )mm(08,9596621,214.448L.N 1tb11 === = 959,7 (dm) - Tổng bề dài của dây quấn thứ cấp: L 248,9845128,240.41L.N 21tb2121 === (mm)= 98,45 (dm) L )dm(43,54)mm(4,544317,272.20L.N 22tb2222 ==== Áp dụng quan hệ xác định khối lượng theo thể tích và theo khối lượng riêng, chúng ta xác lập các quan hệ tính toán khối lượng dây quấn, dự trù sai số giữa giá trị tính toán và giá trị thi công là 15% Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 26 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang - Khối lượng dây sơ cấp : W )kg(192,010. 4 5,0.7,959.9,8.15,110. 4 d.L.9,8.15,1 4 2 41 2 11 =π=π= −− - Khối lượng dây thứ cấp W )kg(21,010. 4 15,1..45,98.9,8.15,1)2( 4 2 21 =π= − W )kg(2626,010 4 45,2..43,54.9,8.15,1 4 2 22 =π= − Tổng khối lượng toàn bộ dây quấn là : W = W )kg(6646,02626,021,0192,0WW 22211 =++=++ 2.3. Tiến hành quấn dây. Sau khi lựa chọn được lõi thép, dây quấn và các thông số cần thiết ta tiến hành quấn dây cho máy. 2.3.1. Chuẩn bị - Bàn quấn - Khuôn quấn - Lõi thép - Dây quấn - Giấy cách điện và ống gen. 2.3.2. Tiến hành quấn dây và lắp đặt các bộ phận máy. Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 27 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang Bắt đầu quấn dây 2.3.3. Báo cáo và thử nghiệm. Hình dáng bên ngoài của Máy biến áp hàn A0 10 20 30 ON OFF V 0 10 20 30 MBA HÀN FULSE LAMP 0 20 30 10 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 28 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang MỤC LỤC PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP…………………………. 1 1.1.Giới thiệu chung.............................................................................................. 1 1.2. Khái niệm máy biến áp. ................................................................................. 2 1.3.Các đại lượng định mức .................................................................................. 2 1.4. Nguyên lý làm việc của MBA........................................................................ 3 1.5. Các loại MBA chính....................................................................................... 5 1.6. Cấu tạo MBA ................................................................................................. 5 1.6.1. Lõi thép.................................................................................................... 5 1.6.2.Dây quấn. ................................................................................................. 9 1.6.2.1.Dây quấn đồng tâm:............................................................................ 10 1.6.2.2.Dây quấn xen kẽ .................................................................................. 12 1.6.3.Vỏ máy.................................................................................................... 12 1.6.3.1.Thùng máy biến áp. ............................................................................. 13 1.6.3.2.Nắp thùng. ........................................................................................... 14 PHẦN 2:GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP HÀN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP HÀN CẢM ỨNG……………………………………………. 16 2.1. Máy Biến Áp Hàn ........................................................................................ 16 2.1.1.Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp hàn ............................................ 16 2.1.2. Nguyên tắc hàn...................................................................................... 17 2.2. Tính toán và thiết kế..................................................................................... 17 2.2.1. Các thông số đã cho và lựa chọn ban đầu........................................... 17 2.2.2 Tính toán và lựa chọn ............................................................................ 18 2.2.3. Tính toán dòng điện ra sau khi lựa chọn lõi thép và bộ dây quấn: ...... 22 2.2.4. Tính toán số vòng dây quấn 1 lớp và số lớp dây quấn ......................... 22 2.2.5. Tính toán khối lượng dây quấn và kích thước của bộ dây.................... 24 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Đồ Án Máy Điện Khoa Điện - Điện Tử Lớp ĐK2 Sinh viên thực hiện: Trang 29 Trần Văn Quân - Phạm Tiến Tạo - Nguyễn Văn Quang 2.3. Tiến hành quấn dây. ..................................................................................... 26 2.3.1. Chuẩn bị ................................................................................................ 26 2.3.2. Tiến hành quấn dây và lắp đặt các bộ phận máy. ................................ 26