Thiết kế máy biến áp trường cho phin lọc bụi

vấn đề thu gom và sử lý chất thải phải luôn được đi đôi với sự phát triển về công nghiệp . Bụi là một dạng phổ biến trong chất thải, đặc biệt nó được sinh ra từ các nhà máy sản xuất . Để thu hồi bụi lẫn trong khí thải làm sạch môi trường đòi hỏi ta phải sử dụng các thiết bị có tính năng và cấu trúc hợp lí để khả năng thu bụi đạt hiệu quả cao nhất . Tuỳ theo tính chất lý hoá của từng loại bụi mà trên thế giới hiện nay có nhiều loại thiết bị để thu lại, phổ biến như thiết bị lọc dùng phương pháp điện trường , thiết bị thu bụi bằng chất lỏng , thiết bị lọc túi vải . Việc tính toán phải được dựa trên dữ liệu thực tế. Những công trình nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm khoa học kỹ thuật chính là cơ sở để thiết kế các thiết bị thu bụi. Như thiết bị thu bụi bằng phương pháp điện trường là thiết bị lọc có hiệu quả cao được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất. Đặc biệt trong các nhà máy sản xuất xi măng ,nhà máy nhiệt điện, các lò luyện kim . Với đề tài Thiết kế máy biến áp trường cho phin lọc bụi mà em được nhận thì nhiệm vụ chính là: - Thiết kế máy biến áp . - Tính chọn mạch chỉnh lưu . - Chọn phương án điều chỉnh điện áp . Chương I Tìm hiểu về quá trình lọc bụi I . Một số phương pháp lọc bụi. Bụi tồn tại ở rất nhiều dạng khác nhau, tuỳ theo tính chất lý hoá của từng loại bụi mà ta sử dụng các thiết bị lọc bụi khác nhau để phù hợp với nó và làm việc có hiệu quả cao. Dưới đây là một số phương pháp thu bụi . 1. Thu bụi theo phương pháp trọng lực. Bất kỳ một hạt bụi nào cũng đều có trọng lượng, dưới lực hút của trọng lực các hạt bụi luôn có xu hướng rơi từ trên xuống dưới.Tuy nhiên bản thân các hạt bụi còn bị tác dụng bởi lực chuyển động của các dòng khí , lực cản do ma sát của không khí. Do vậy các hạt bụi có trọng lượng nhỏ vẫn bay lơ lửng trong không khí mà không thể lắng xuống dưới được. Với phương pháp thu bụi này ta chỉ áp dụng được cho các hạt bụi có kích thước và trọng lượng lớn còn các hạt bụi mà có trọng lượng nhỏ hơn lực cản của không khí thì không thể thu được và do tính chất thu bụi một cách tự nhiên nên phương pháp này có hiệu quả không cao. 2. Thu bụi theo phương pháp ly tâm - lọc bụi theo quán tính. Khi các hạt bụi bay lơ lửng trong dòng khí chuyển động, nên khi dòng khí bị đổi hướng hay chuyển động theo đường cong còn các hạt bụi ngoài tác dụng của trọng lực nó còn có lực quán tính theo chiều chuyển động của dòng khí. lực quán tính lớn hơn rất nhiều lần so với trọng lực và cũng do lực quán tính mà các hạt bụi luôn có xu hướng chuyển động thẳng nên được tách ra khỏi dòng khí và ta lấy được bụi từ trong dòng khí. Tuy nhiên phương pháp lọc bụi này cũng chỉ áp dụng được với các hạt bụi có kích thước và khối lượng tương đối lớn còn các hạt bụi nhỏ thì lực quán tính cũng không thắng nổi dòng xoáy của khí nên nó vẫn bay theo dòng khí chuyển động. Nên với biện pháp này thì hiệu quả cũng không cao. 3 . Thu bụi bằng màng lọc. Trước khi khí lẫn bụi được thải ra ngoài nó được qua màng chắn bằng vải hay vật liệu nào đó, các hạt bụi sẽ bị giữ lại chỉ cho không khí được qua. Tuy nhiên phương pháp lọc này đơn giản nhưng có hiệu xuất không cao vì các hạt bụi có kích thước nhỏ vẫn có thể thẩm thấu qua màng chắn. 4. Thu bụi theo phương pháp ẩm. Khi cho dòng khí có lẫn bụi chuyển động tiếp xúc với các dịch thể lỏng hoặc phun các dịch thể lỏng vào dòng khí đang được thải, các hạt bụi tiếp xúc với bề mặt dịch thể sẽ bị các dịch thể giữ lại với phương pháp lọc bụi này chỉ có các hạt bụi trực tiếp được tiếp xúc với dịch thể mới được giữ lại còn các hạt bụi không được tiếp xúc thì cũng theo chuyển động của dòng khí mà bay đi. Do vậy phương pháp lọc bụi này có hiệu quả cũng không cao. 5. Thu bụi theo phương pháp điện trường. Khi dòng khí có lẫn bụi được dẫn qua giữa hai bản cực có điện trường lớn. Dưới tác dụng của điện trường các hạt bụi bị ion hoá thành các điện tích dương và các điện tích âm. Các điện tích dương sẽ bị hút về phía bản cực âm, các điện tích âm sẽ bị hút về phía bản cực dương. Các hạt bụi sẽ tích tụ trên các bản cực đồng thời dưới tác dụng của các bộ tạo rung lên các bản cực làm các bản cực rung để các hạt bụi rơi xuống và được đưa ra ngoài. Phương pháp lọc bụi này ta thấy rằng với tất cả các loại bụi có kích thước, khối lượng to nhỏ khác nhau đều bị điện trường có lực hút về các bản cực. Nên kiểu lọc bụi này được áp dụng cho nhiều loại bụi và nó làm việc với hiệu quả rất cao có thể lọc đạt 98% bụi có trong không khí do vậy được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất có chất thải chứa bụi lớn như nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy nhiệt điện, các lò luyện kim... Qua sơ bộ xét một vài phương pháp lọc bụi ta thấy rằng lọc bụi theo điện trường là một biện pháp lọc có thể được áp dụng nhiều nhất trong tất cả các ngành sản xuất và với ưu điểm có hiệu xuất lọc cao nên nó ngày càng được sử dụng một cách phổ biển mặc dù giá thành thiết bị lọc có thể tương đối cao so với các phương pháp lọc khác. II . khái quáT công nghệ lọc bụi bằng phương pháp điện trường. 1. Cấu tạo hệ thống. Hệ thống lọc bụi bằng điện trường gồm 3 phần chính. Buồng lọc tĩnh điện, phần gắn điện áp cao và phần điện áp thấp . a . Buồng lọc tĩnh điện: Là vỏ buồng lọc làm bằng thép ghép với nhau, bằng gạch và các vật liệu khác. Bên trong vỏ đặt hệ thống các điện cực gồm các cực lắng và cực phóng. Các điện cực được treo trên các khung có giá đỡ rồi được gắn chặt vào vỏ. Cửa buồng lọc có đậ hệ thống phân phối khí để đảm bảo tốc độ khí vào đều theo tiết diện ngang của buồng lọc. Buồng lọc khi làm việc nhiệt độ của nó có thể lên tới 200oC. Gắn vào khung và các giá đỡ điện cực là hệ thống chuyển động tạo động tác gõ vào điện cực làm điện cực rung. Buồng lọc có dạng hình khối chữ nhật mỗi trường lọc có hai đáy hình tứ diện. Đáy là nơi hứng các hạt bụi rơi từ các điện cực xuống. Tại mỗi đáy có đặt một động cơ tạo rung cho các hạt bụi rơi xuống đường ống có nước chảy để đưa bụi ra ngoài. Phía trên buồng lọc là nơi đặt máy biến áp để tạo cao áp có qua chỉnh lưu tạo nguồn một chiều cấp cho các điện cực. Mỗi trường lọc được cấp bởi một máy biến áp tạo cao áp ngoài ra còn có các động cơ được cấp điện hạ áp để tạo rung qua bộ truền động tới hệ thống khung của các điện cực. b . Phần điện áp cao: Điện áp lưới được đưa qua máy biến áp tạo điện áp cao 55KV cấp cho các điện cực.Điện áp này có thể thay đổi được để phù hợp với công suất tiêu thụ của buồng lọc khoảng cánh giữa các điện cực trong trong buồng lọc .Thay đổi điện áp bằng cách thay đổi điện áp sơ cấp nhờ điều chỉnh góc mở của 2 thyristor đấu song song ngược ở nguồn vào. Hệ thống điện cực gồm các điện cực lắng nối với cực dương và điện cực phóng nối với cực âm các điện cực này phải chịu được nhiệt độ cao nên nó phải được chế tạo từ hợp kim có khả năng chịu nhiệt. + Điện cực lắng có dạng phiến ,thực tế điện cực lắng được chế tạo dưới dạng phiến có gân nhỏ để chịu được lực.Trong môi trường lọc các điện cực được đặt song song với nhau cũng được ghép trên một bộ khung và giá đỡ và được gắn vào vỏ trường lọc. + Điện cực phóng : Điện cực phóng có nhiều loại được sử dụng ,vật liệu chế tạo cực phóng phụ thuộc vào sự tác động hoá học của khí đến điện cực,nó thường được chế tạo từ thép các bon hoặc thép hợp kim. Cực phóng có dạng thanh hay còn gọi là thanh gai tuỳ theo hàm lượng bụi có trong khí lọc mà nhiều hay ít gai. Các điện cực phóng cũng được đặt trên một bộ khung và giá đỡ. Thường là những thanh giá được liên kết với nhau qua bộ khung và khung được treo 2 sứ Cao áp và được treo thành dãy thẳng đứng nằm gi]ã các điện cực lắng khoảng cách giữa cực lắng và cực phóng khoảng 15 cm. Các khung và giá đỡ được lắp ghép vào vỏ của trường lọc. c . Phần điện áp thấp : Gồm các động cơ cấp cho bộ gõ cực phóng ,cực lắng và bộ tạo rung đáy .Khi trường lọc làm việc các hạt bụi sẽ tích tụ trên các điện cực ,lớp bụi càng dày thì khoảng cách giữa các điện cực càng giảm .Tới một khoảng cách nào đó nó có thể gây ra hiện tượng phóng điện giữa các điện cực hoặc gây chập trường nếu lớp bụi quá dày . Do vậy các động cơ tạo gõ sẽ thông qua bộ truyền động tạo nên sự va đập của dàn búa lên khung của hệ thống điện cực,khi các điện cực bị rung các hạt bụi sẽ bị rơi xuống đáy của buồng lọc.Động cơ tạo rung sẽ rung đáy cho bụi rơi xuống ống nước có áp lực để đưa ra ngoài.Tất cả các động cơ này được cấp nguồn từ lưới riêng so với máy biến áp cung cấp cao áp cho điện cực .Ngoài các động cơ còn có các thiết bị tự động điều khiển động cơ, các thiết bị bảo vệ các mạch điều khiển chế độ làm việc động cơ. Mạch liên động các động cơ thiết kế sao cho một động cơ vì một lý do nào đấy không làm việc khi vẫn có nguồn cao áp cấp và trường lọc vẫn làm việc thì mạch sẽ tác động để cắt nguồn cung cấp cho trường lọc nếu không sẽ gây ra chập trường lọc hoặc phóng điện do lớp bụi bám trên điện cực quá dày. 2. Hoạt động của hệ thống lọc bụi: Bộ lọc tĩnh điện sủ dụng điện trường để tách các hạt bụi có trong luồng khí thải . Khi luồng không khí đi qua điện trường các hạt bụi sẽ bị ion hoá .Nếu nó nhận điện tử sẽ trở thành ion âm và nếu nó mất điện tử sẽ trở thành ion dương sẽ bị hút về cực âm, các hạt bụi mang điện tích âm bị hút về điện cực dương .Do vậy luồng khí sau khi qua điện trường sẽ được lọc sạch bụi. Dựa trên nguyên lý đó hoạt động của hệ thống lọc bụi diễn ra như sau: Luồng khí có lẫn bụi được đưa vào buồng lọc qua một tấm lưới chắn để phân phối khí vào đều trong tiết diện ngang của buồng lọc . Dòng khí này được qua một thiết bị điều chỉnh để khống chế và có thể điều chỉnh được tốc độ của nó cho phù hợp với điều kiện làm việc . Các điện cực của buồng lọc được cấp nguồn điện một chiều có điện áp cao lấy từ máy biến áp có qua bộ chỉnh lưu . Điện áp cấp cho điện cực cỡ 55 KV . Điện áp này có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi điện áp sơ cấp nhờ sự điều chỉnh góc mở của 2 thyristor đấu song song ngược. Dưới tác dụng của điện trường các hạt bụi có trong luồng khí sẽ bị ion hoá và bị hút về các điện cực của buồng lọc. Đồng thời với sự làm việc của buồng lọc cũng là sự làm việc của các động cơ. Các động cơ được cấp nguồn 3 pha để hoạt động , qua bộ truyền động sẽ tạo ra các tác động va đập của các dàn búa vào các điện cực làm các điện cực rung lên và các hạt bụi sẽ rơi xuống đáy buồng lọc. Các động cơ này làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại,thời gian làm việc của động cơ phụ thuộc vào lượng bụi được hút vào các điện cực. Đáy buồng lọc có dạng tứ diện cũng được rung nhờ động cơ thông qua bộ truyền động .Do vậy các hạt bụi trên đáy sẽ bị rơi xuống đường ống nước có áp lực cao để xả ra ngoài. Với phương pháp lọc bụi này có thể thu được tới 98% lượng bụi có trong khí thải. Khí sau khi lọc bụi được thải ra ngoài qua ống khói . Để thiết bị làm việc có khả năng lọc bụi tốt nhất ta phải có sự điều chỉnh để phối hợp sự làm việc của từng phần một cách hợp lý để phù hợp với từng loại bụi ,từng hàm lượng bụi có trong không khí .Nếu hàm lượng bụi có lẫn trong không khí lớn và hàm lượng bụi nhiều ta phải tăng thời gian rung điện cực để cho bụi rơi hết khỏi điện cực. Ngoài ra mức độ thu bụi của hệ thống còn phụ thuộc vào cấu tạo của máy như chiều cao của cực lắng và cực phóng. Trong thực tế hiệu quả của thiết bị lọc còn phụ thuộc vào tính chất của khí cần lọc như thành phần hoá học.tính dẫn điện, nhiệt độ ,độ ẩm áp suất khí ,hàm lượng bụi có trong khí ,độ dày của lớp bụi trên cực lắng cực phóng ... chương II. thiết kế máy biến áp. Đ1. nhiệm vụ thiết kế máy biến áp. Điện áp vào U vào = 380 V Điện áp ra U ra = 55 KV 5 Dòng điện ra I max =1600 mA một chiều Đ 2. khái niệm và chọn phương án thiết kế. Máy biến áp là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện, điện năng muốn truyền tải đi xa thì phải qua nhiều lần tăng áp và muốn phân phối tới các hộ tiêu thụ lại phải được qua máy biến áp để giảm điện áp xuống tới cấp điện áp mà thiết bị đó cần cấp. Máy biến áp lò điện dùng trong hầm mỏ ,máy biến điện áp dùng trong đo lường ,thí nghiệm ,máy biến áp công suất nhỏ dùng trong các thiết bị điện tử, máy biến áp hàn , mạ điện tuỳ theo sự đòi hỏi của từng thiết bị mà ta phải thiết kế máy biến áp cho phù hợp với thiết bị đó ...tuy nhiên vẫn phải tuân theo những quy tắc chung đó là đơn giản trong gia công ,dễ chế tạo ,tổn hao thấp ,giá thành rẻ ,tuổi thọ cao ,bền chắc về điện - cơ- nhiệt và bảo quản sửa chữa dễ dàng. Thực tế thiết kế máy biến áp với cùng một số liệu đã cho ban đầu ta có thể có được những quan hệ khác nhau của chính máy biến áp như mạch từ ,dây quấn ,trọng lượng ,giá thành . Do có nhiều phương án chọn máy biến áp khác nhau nên ta phải thiết kế và chọn lấy một phương án tối ưu để thoả mãn các yêu cầu đã cho. 1. Phương án chọn máy biến áp 1 pha hay 3 pha : Với đòi hỏi nhiệm vụ thiết kế ta thấy nguồn ra cao áp là điện áp một chiều do không đòi hỏi nguồn ra là 3 pha xoay chiều nên ta có thể chọn phương án thiết kế máy biến áp một pha nhằm mục đích đơn giản cho việc chế tạo ,hạ giá thành . Điện áp ra cần phải thay đổi được cho phù hợp với công suất tiêu thụ nên nếu chọn phương án thiết kế máy biến áp 1 pha thì cũng đơn giản cho việc điều khiển điện áp ,vì điện áp ra rất lớn nên ta điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp vào . Thực tế với điện áp cao như yêu cầu của trường lọc thì gặp rất nhiều vấn đề phức tạp khi thiết kế cũng như khi chế tạo ,đặc biệt là vấn đề cách điện .Do vậy nếu dùng máy biến áp ba pha thì sẽ gặp nhiều khó khăn hơn khi sản xuất so với may biến áp 1 pha và độ tin cậy không thể bằng máy biến áp 1 pha và giá thành sản xuát cũng có thể tăng lên rất nhiêu so với máy biến áp 1 pha .Để đảm bảo cách điện thì cần phải có các khoảng cách cách điện cần thiết nên với cùng trị số về dung lượng và điện áp ra thì chắc chắn máy biến áp 3 pha sẽ chiếm thể tích và cồng kềnh hơn máy biến áp 1 pha dẫn đến gặp khó khăn trong ván đề vận chuyển và lắp đặt cũng như lãng phí nguyên vật liệu ... Do vậy với nhiệm vụ thiết kế này ta chọn phương án dùng máy biến áp 1 pha. 2. Thiết kế mạch từ : Do lõi sắt làm mạch dẫn từ trong máy biến áp ,đồng thời làm khung để quấn dây. Lõi sắt gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép laị làm mạch từ.Do công nghệ ngày càng cao nên lõi sắt hiện nay được làm từ tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng,nên xuất tổn hao được giảm xuông một cách đáng kể. Tổn hao của mạch từ còn phụ thuộc vào hệ số lợi dụng K1,nếu K1 càng lớn thì tổn hao càng nhỏ ,hệ số lợi dụng K1 phụ thuộc vào hệ số ép chặt và hệ số lấp đầy của lõi sắt .Do vậy để đảm baortoonr hao nhỏ và đơn giản cho việc gia công ta sử dụng tôn cán lạnh 330A có độ dày 0,35 mm của Nga để chế tạo mạch từ.Hai trụ của lõi thép ta làm trụ tròn để dễ dàng cho việc quấn dây và tránh hiện tượng tróc sơn cách điện của dây quấn khi quấn với góc vuông . Với dung lượng máy biến áp không lớn lắm ta ép trụ bằng các que nêm với khung của dây quấn sát với nó ,các que nêm có thể làm bằng gỗ hoặc làm bằng các chất dẻo cách điện đồng thời tránh dùng nhiều bu lông ép các lá tôn,dập lỗ làm tăng từ trở và tổn hao không tải. Để đơn giản cho việc gia công và hạ giá thành mạch từ thì ta chế tạo gông có tiết diện chữ nhật , các lá tôn của trụ và gông được đập hình I để tiết kiệm vật liệu . ép gông ta dùng các thanh xà và bu lông để đảm bảo độ bền cơ học và lấy chỗ gá máy biến áp cho khung .Kết cấu của mạch từ ta có thể chế tạo mạch từ kiểu trụ hoặc kiểu vỏ bọc .Do biến áp này có điện áp cao nên để nâng cao độ tin cậy ta quấn riêng cuộn cao áp trên một trụ còn cuộn hạ áp được quấn riêng trên một trụ nên kết cấu mạch từ phải được chế tạo kiểu trụ . Để giảm tổn hao từ trên lõi thép ở các mối nối giữa trụ và gông nên ở các mối nối ta dùng các mối nghiêng. 3. Dây quấn máy biến áp : Máy biến áp làm việc dưới dạng cảm ứng điện từ nên dây quấn có nhiệm vụ phát và thu năng lượng. Dây quấn có thể dùng dây đồng hoặc dây nhôm,tuy mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm của nó . Dây đồng có điện trở suất nhỏ,độ bền cơ cao nhưng trọng lượng lớn ,giá thành cũng cao. Còn dây nhôm rẻ trọng lượng nhẹ nhưng điện trở xuất lại cao ,độ bền cơ kém và đặc biệt khó khăn trong việc hàn nối. Thế nhưng hầu hết dây quấn của máy biến áp đều được làm bằng dây đồng để giảm tổn hao ngắn mạch và máy biến áp cũng có kết cấu gọn nhẹ hơn . Do chọn phương án dùng máy biến áp 1 pha và điện áp ra lớn nên ta bố trí dây quấn cao áp trên một trụ còn dây quấn hạ áp được quấn trên một trụ để đơn giản cho việc chế tạo và đặc biệt an toàn cách điện hơn là quấn cả cao áp và hạ áp trên cùng một trụ. Về phương án quấn dây ta có một số kiểu quấn như dây quấn hình ống một lớp hoặc nhiều lớp ; dây quấn hình xoắn và dây quấn hình xoắn ốc liên tục. + Dây quấn hình ống là dây quấn được quấn thành hình trụ , với dây quấn có tiết diện lớn thường chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật và chập nhiều sợi lại để dễ quấn . Lúc chập nhiều sợi không nên chập theo hướng kính mà chập theo chiều trục để từ thông trong các sợi dây giống nhau và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau,đồng thời về mặt cơ tính cũng giống nhau. Nếu số lớp quá nhiều thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn như vậy cần phải có các rãnh dầu dọc trục để tăng cường tản nhiệt cho dây quấn. Kiểu dây quấn này có kết cấu đơn giản trong quá trình sản xuất .Tuy vậy cường độ cơ giới kém và tản nhiệt hơi khó khăn. + Dây quấn hình xoắn : Dây quấn hình xoắn gồm nhiều sợi dây bẹt chập lại quấn theo chiều trục như đường ren ốc .Các sợi dây chập lại thường được xếp theo hướng kính ,phương án này có ưu điểm là độ bền cơ học tốt ,tản nhiệt tốt nhưng nhược điểm là chiều dài các sợi dây không bằng nhau .Mặt khác dòng phân bô không đều làm tăng tổn hao phụ vì vậy các sợi chập cần được hoán vị. + Dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục: Kiểu dây quấn này dùng dây quấn hình chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh .Như vậy chiều cao các bánh dây vừa bằng chiều cao sợi dây , giữa các bánh hay vài bánh dây có rãnh dầu ngang trong từng bánh thì dây quấn theo hình xoắn ốc phẳng một cuộn dây không có mối hàn nào . Dây quấn này có ưu điểm là cường độ cơ học tốt ,làm lạnh tốt và không có mối hàn nào . Nhưng nhược điểm là quấn khó khăn vì một bánh quấn từ trong ra ngoài còn bánh tiếp theo lại phải quấn từ ngoài vào trong ,như vậy bánh này rất khó quấn . Muốn quấn được ta lại phải quấn tạm từ trong ra ngoài như trước nó sau đó vặn lại từ ngoài vào trong rồi tiếp tục quấn sang bánh khác . Trên đây là một số phương án quán dây và ta thấy với dung lượng máy biến áp không lớn lắm để đơn giản cho việc gia công ta chọn phương án quấn dây “ dây quấn hình ống” cho cả cao áp và hạ áp . 4. Cách điện trong máy biến áp : Cách điện trong máy biến áp có vị trí rất quan trọng . Nếu chọn cách điện không thích hợp ;ví dụ cách điện không đủ sẽ gây hư hỏng về điện ,về nhiệt và về cơ...thế nhưng nếu chọn cách điện quá thừa sẽ gây nên giá thành cao và kích thước máy biến áp sẽ lớn hơn. Về mặt cách điện ,cách điện của máy biến áp phải thoả mãn tiêu chuẩn quy định .Tuỳ theo từng cấp điện áp mà ta chọn cấp cách điện phải chịu được những điện áp thử nghiệm nhất định . Về mặt nhiệt cách điện của máy biến áp cũng chỉ chịu được độ tăng nhiệt nhất định nên khi tính toá thiết kế phải làm sao cho độ tăng nhiệt đó không cao quá . Nếu cách điện không đảm bảo khi nhiệt độ tăng cao thì cách điện sẽ bị già hoá nhanh dẫn đến giảm tuổi thọ của máy biến áp ,nên ta phải chọn cách điện sao cho phù hợp với máy biến áp . Để đảm bảo an toàn cho máy biến áp ta cần có các khoảng cách cách điện cần thiết ,giữa các chi tiết có sự chênh lệch điện áp như đây quấn cao áp với dây quấn hạ áp , dây quấn hạ áp với trụ và gông ,cao áp với trụ và gông ; cac áp ,hạ áp với các chi tiết nối mát khác . Ngoài ra còn một số dạng cách điện khác như sứ trong máy biến áp dầu để xuyên dây dẫn vào và ra ,các doăng cách điện cho bu lông ép mạch từ. 5. Hệ thống làm lạnh máy biến áp : Khi máy biến áp làm việc ,lỗi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho máy biến áp nóng lên . Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài thì phải giảm nhiệt độ máy biến áp xuống tức là làm lạnh máy biến áp hoặc làm lạnh tự nhiên hoặc làm lạnh bằng dầu biến áp . Vì khả năng làm lạnh và cách điện của không khí kém hơn nhiều so với dầu nên đa số các máy biến áp có công suất tương đối lớn đều dùng dầu làm mát. Dầu bao quanh dây dẫn và lõi thép khi ruột máy nóng lên sẽ làm dầu nong lên và trền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu .Nhiệt lại được truyền từ vách thùng ra không khí nhờ hiện tượng đối lưu và bức xạ . Nhờ vậy hiệu ứng làm lạnh được tăng cường. Mặt thùng đầu có thể được làm phẳng hoặc làm thành các ống để tăng diện tích bề mặt tản nhiẹt của thùng tuỳ theo công suất và tổn hao của máy biến áp. Với nhiệm vụ thiết kế máy biến áp cho thiết bị lọc này ta chọn đầu làm mát bởi dầu còn là chất cách điện tốt, nhất là với điện áp cao như với máy biến áp này. Để tăng cường bề mặt tản nhiệt của thùng dầu ta dùng hệ thống dàn ống dẫn dầu để hạn chế độ tăng nhiệt của máy biến áp . Đ3. Tính toán máy biến áp. I. Thiết kế sơ bộ máy biến áp. A. Xác định các đaị lượng cơ bản. 1. Dung lượng máy biến áp. Với Ud = 55 kV, Id = 1600 mA = 1,6A một chiều. Sau khi chỉnh lưu ra nguồn một chiều, dùng mạch chỉnh lưu cầu công suất máy biến áp giảm 1,23 lần (theo giáo trình điện tử công suất) do vậy để đảm bảo công suất tải thì dung lượng máy biến áp S = k.Pd = 1,23Ud. Id = 1,23. 55.1,6 = 108,2 kVA. Để đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ của máy biến áp ta tính toán với máy biến áp có dung lượng S=120kVA. Do chọn MBA một pha mạch từ 2 trụ cuộn CA trên 1 trụ cuộn HA trên 1 trụ nên dung lượng trụ bằng dung lượng MBA. S' = S = 120 kVA. 2. Các dòng điện định mức. I2 = 1,6A. I1 = = 315,8 A. 3. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn. Tra bảng thiết kế máy biến áp (TKMBA) ta có: UT1 = 5kV ; UT2 = 115 kV. B. Chọn các số liệu xuất phát và các kích thước chủ yếu. 1. Tiết diện trụ sắt. áp dụng công thức tính trong TKMBA. d = K cm. Với thép Э330A cán lạnh ta có K = 5,5. d = 5,5 = 5,5 = 18cm. Tiết diện trụ sắt: S = = 254,4 cm2. 2. Đường kính trung bình của cuộn dây. d12 = d + 2a0 + a1. Tra bảng TKMBA ta có: Cách điện chính giữa trụ với HA a01 = 0,5 cm. Giữa cao áp với hạ áp a12= 4,5 cm. Giữa trụ với CA a02 = 3 cm. Trị số a1 tính theo công thức gần đúng (TKMBA) a1 = kcm với k = 0,5 a1 = 5,5 = 1,8 cm. D12 = d + 2a0 + a1 = 18 + 2 . 0,5 + 1,0 = 20,8 cm. 3. Chiều cao của cuộn dây. l = chọn b = 3. l = = 22 cm. a1 a01 a12 a02 a2 d d12 Hình 1. 4. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt. TT = K1 cm2 Trong đó: K1 = KC. Kd. Bản thiết kế này chọn cấp số bậc thang trong trụ sắt nt = 3 chọn phương án ép lõi sắt bằng chêm với cuộn dây và lõi sắt. Tra bảng 5 và 9 ta có Kc =0,85, kd = 0,93, K1 = 0,85 . 0,93 = 0,8. TT = 0,8 . 5. Sức điện động của một vòng dây. UV = 4,44 . f. BT. TT. 10-8 sơ bộ ra lấy B = 16.000 GS. UV = 4,44 . 50 . 16000 . 204 . 10-8. UV = 7,2 V. Trong đó: f tính bằng Hz T tính bằng cm2 B tính bằng GS. II. Thiết kế dây quấn. Với máy biến áp dầu công suất trụ S = 120 kVA tra bảng chọn mật độ trung bình của dòng điện. Dtb = 2,5 A/mm2. A. Tính toán dây quấn HA. 1. Số vòng dây HA. W1 = = 52,7 vòng. Lấy số chẵn số vòng hạ áp là 52 vòng. 2. Điện áp thực mỗi vòng dây. UV = = 7,3 v. 3. Cường độ tự cảm thực trong trụ sắt. BT = = 16120 GS. 4. Tiết diện sơ bộ dây. T'1 = = 126,32 mm2. Với S' = 120 kVA; l1 = 315,8A; U1 = 380V; T'1 = 126,32 mm2. Ta chọn kiểu dây hình ống 4 lớp dây dẫn chữ nhật. 5. Số vòng trong một lớp. W11 = = 13 vòng. 6. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây. hv1 = = 1,57 cm. 7. Theo bảng 20 TKMBA chọn 5 dây đồng chập lại kích thước như sau: 5 x Quấn đứng theo chiều trái Td1 = 26,23 mm2. 8. Tiết diện mỗi vòng dây. T1 = 26,23 . 5 = 131,15 mm2. 9. Chiều cao thực của mỗi vòng dây: hV1 = 5 x 0,355 = 1,725 cm. 10. Mật độ dòng điện thực của dây quấn HA. D1 = = 2,4 A/mm2. 11. Chiều cao của dây quấn HA. l1 = hv1 (W1l + 1) + 1 = 1,725 (13 + 1) + 1 = 25 cm. 12. Để cách điện cuộn dây với trụ sắt khi lắp ghép lên trụ sắt ta cuốn 1 lớp bìa cách điện dầy 0,5 cm. Chia cuộn HA làm 2 cuộn đồng tâm, cuộn trong có 2 lớp và cuộn ngoài có 2 lớp. Giữa 2 lớp cuộn dây đặt rãnh dầu dọc trục 0,5cm. a1 = 4 . 0,9 + 0,5 = 4,1 cm. 13. Đường kính trong của dây quấn HA. D'1 = d + 2a01 D'1 = 18 + 20,5 = 19 cm. 14. Đường kính ngoài của dây quấn. D"1 =D'1 + 2a1 D"1 = 19 + 2. 4,1 D"1 = 27,2 cm. 9 2,45 250 5 41 f190 f225,5 f230,5 f272 Hình 2: Kích thước chính của dây quấn hạ áp 15. Trọng lượng đồng của dây quấn HA. Theo công thức TKMBA. GCu1= C . W1. p. kg (v,cm, mm2, T/m3) = 28. C. . W1. T1 . 10-5. C số trụ có dây quấn. GCu1 = 28 . 2 . . 137,15 . 10-5 = 44kg. Khi tính cả cách điện trọng lượng dây dẫn tăng lên. 1,5 x 1,7 =2,55%. Trọng lượng dây dẫn (tính cả cách điện). Gdd1 = 44. 1,0255 = 45kg. B. Tính toán dây quấn cao áp. 1. Số vòng dây quấn cao áp. W1 = W2 . = 7526 vòng. 2. Mật độ dòng điện sơ bộ tính theo D2 = 2Dtb - D1 = 2. 2,5 - 2,4 = 26 A/mm2. 3. Sơ bộ tính tiết diện dây dẫn. T'2 = = 0,615 mm2. 4. Theo bảng tra với U2 = 55kV, S' = 120kVA. I2 = 1,6A; T'2 = 0,615mm2. Ta chọn kiểu dây quấn hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn: ПЭЛБО ; Td2 = 0,636 mm2. 5. Tiết diện toàn phần một vòng dây. T2 = Td2 = 0,636 mm2. 6. mật độ dòng điện thực. D2 = = 2,5A/mm2. 7. Số vòng dây trong 1 lớp là: Wl2 = - 1 = 210 vòng. 8. Số lớp dây của cuộn CA. n1 = = 35,8 lớp. Ta lấy số nguyên lớn hơn n12 như vậy n12 = 36 lớp Như vậy số vòng dây trong các lớp được phân bổ như sau: 35 lớp x 210 vòng = 7350 vòng. 1 lớp 7526 - 7350 = 176 vòng Tổng số vòng là 7526 vòng 9. Chia cuộn cao áp làm 2 lớp đồng tâm, cuộn lớp trong có 18 lớp, cuộn lớp ngoài có 18 lớp, rãnh dầu dọc trục giữa 2 lớp có rãnh hở a22 = 0,5cm. Cuộn dây quấn tròn các thanh nêm đặt trên 1 ống cách điện hình trụ. 10. Điện áp làm việc giưã 2 lớp kề nhau. U12 = 2. W12. UV = 2 . 210 . 7,2 = 3024V. 11. Với điện áp làm việc giữa 2 lớp kề nhau U12 = 3024 V. Tra bảng (TKMBA) ta được chiều dày cách điện giữa các lớp dùng giấy cáp d12 = 5 . 0,12 = 0,6 mm. Đầu thừa cách điện trên các cuộn dây ld2 = 1,6cm. 12. Với UT2 = 115kV. Tra bảng (TKMBA) ta được chiều dày cách điện của cuộn CA với trụ a02 = 3cm. Các kích thước khác a12 = 5,5cm; l02 = 5cm. 13. Chiều dày quấn CA: a2 = d'2 . 36 + dl2 . 35 + a22 a2 = 0,118 . 36 + 0,06 . 35 + 0,5 a2 = 6,85 cm. 14. Đường kính trong của cuộn dây cao áp. D'2 = d' = 2a02 = 18 +2 . 3 = 24cm. 15. Đường kính ngoài: D"2 = D'2 + 2a2 = 24 + 2. 6,85 = 37,7 cm. 16. Khoảng cách giữa 2 trụ cách nhau. 250 68,5 f240 f303 f313 f377 Kết cấu cách điện dầu và cách điện lớp dây quấn CA Kích thước chính dây quấn CA C = + 4,5 = 37 cm. 17. Trọng lượng đồng: G2 = C. W2. TL. . T2. gCu. 10-5. = C.28. W2. . T2. 10-5 (v, cm, mm2). G = 1.28. 7526 . . 0,636 . 10-5 = 41,4 kg. Khi có cách điện dây trọng lượng dây dẫn tăng 6% (tra bảng TKMBA) Trọng lượng dây dẫn cao áp. Gdd2 = 41,4 . 1.06 = 44kg. Toàn bộ trọng lượng đồng của dây quấn CA và HA. GCu = 44 + 41,4 = 85,4 kg. Toàn bộ trọng lượng dây dẫn: Gdd = 45 + 44 = 89 kg. Hình 5: Kích thước chính của dây quấn. III. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ. 1. Ta chọn kết cấu lõi thép 2 trụ bằng tôn cán lạnh Э330A có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc. Trụ ép bằng que nêm với dây quấn. Ta chọn tiết diện trụ có 3 bậc thang - gông tiết diện chữ nhật. Kích thước và cách xắp xếp các lá tôn của trụ ta có như hình vẽ: 155 120 65 Hình 6: Tiết diện trụ Hình 7: Tiết diện gông 2. Diện tích bậc thang của nửa tiết diện trụ. 15,5 . 46 + 12 . 2,1 + 6,5 . 1,7 = 108cm2 3. Tổng chiều dày các lá thép của nửa tiết diện trụ. 4,6 + 2,1 + 1,7 = 8,4 cm. 4. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Tbt = 108 . 2 = 216 cm2. 5. Diện tích hữu hiệu của trụ. TT = Tbt. Kd = 216 . 0,93 = 201 cm2. 6. Diện tích của gông. 18 x 18 = 324 cm2. 7. Tiết diện hữu hiệu gông. TG = 0,93 . 324 = 301 cm2. 8. Chiều dài của trụ. lt = 25 + 2.5 = 35 cm 9. Khoảng cách tâm trục của 2 trụ. C = +5 = 37,95 cm. Ta lấy tròn C = 38 cm. 180 180 710 200 560 Hình 8: Các kích thước chính của lõi sắt. 10. Số lá thép trong từng cấp trụ sắt. nl = Do chọn thép ' 330 A cán nguội phủ lớp sơn chịu nhiệt và cách điện dt = 0,35 mm. n1 = = 26,5 . bn n11 = 1,7 . 26,5 = 45 lá n12 = 2,1 . 26,5 = 56 lá n13 = 4,6 . 26,5 = 122 lá 11. Số lá thép của gông. nG = = 478 lá. 12. Trọng lượng thép. + Trọng lượng gông. G'= 2 (t - 1) lG. TG. gF. 10-6 (cm, cm2, kg/m3) G' = 2 . 1. 20 . 301 . 7650 . 10-6 = 92 kg. 2Gg = 2TG . d . gF .10-6. 2Gg = 2 . 301 . 18 . 7650 . 10-6 = 83 kg. GT = G'G + 2Gg = 92 + 83 = 175 kg. Trọng lượng trụ. G'T = TT. lT. g . 10-6. G'T = 2. 201 . 35 . 7650 . 10-6 =107,6 kg. G'T = 2.TF. hG. g . 10-6. G'T = 2. 201 . 18 . 7650 . 10-6 = 55,4 kg. Trọng lượng toàn bộ trụ. GT = G'T + G"T. GT = 107,6 + 55,4 = 163 kg. Trọng lượng toàn bộ lõi thép. G = GT + GG = 163 + 175 = 338 kg. 13. Cách ghép các lá tôn và cách ép mạch từ. Theo thiết kế dùng tôn cán lạnh '330A có tính dẫn từ định hướng nên suất tổn hao nhỏ, độ từ thẩm lớn theo hướng cán. Để giảm tổn hao ta dùng mối nối nghiêng. Các lá tôn của trụ và gông được cắt chéo 450 ở 2 đầu. Cách xếp các lá tôn thể hiện trên hình vẽ. 450 Hình 9: Cách ghép các lá tôn Khi công việc ghép mạch từ đã xong ta tiến hành công việc ép mạch từ. ép các thếp lá tôn trụ bằng các bản và thanh bằng gỗ vào không gian giữa trụ và ống cách điện trên có dây quấn CA và HA như hình vẽ. Hình 10: ép trụ bằng thanh gỗ. ép gông bằng các xà làm bằng sắt góc L có các kích thước 20 x 10cm dày 1cm dài 64cm. Số lượng xà ép là 4 thanh mặt 20cm khoan mỗi thanh 2 lỗ f15 mm để bắt bu lông ép f12mm dài 21 cm. Mặt 10 cm khoan 3 lỗ f15 2 lỗ ngoài cách đầu thanh 13 cm để gắn máy biến áp vào khung và bảng đấu điện bằng Bakelit lên phía trên MBA. Lỗ giữ bắt bu lông f8mm giằng ép trên và ép dưới. 27 80 40 130 100 200 Hình 11: Kích thước xà ép Để tránh bị ngắn mạch từ 2 đầu của bulông giằng trên với xà dưới cần có long đen cách từ. Hình 12: Long đen cách từ 10 20 6 3 Hình 13: Cách ghép mạch từ IV. Tín._.