Thiết kế máy biến dòng

----------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 35 Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 0,7065 180 .c os( 062,72 ) =6,185’. 2.6 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 80%. Ta có : 1 1dm I I = 80%  1I = 1dmI .80% = 300.0% = 240 (A)  2I = 1 dm I k = 240 60 = 4(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =4.0,76 + j.4.0,9293 =3,04 + j.3,72 = 4,8 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .4,8 120  =0,18. 310 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 3 3 0,18.10 3,214.10   = 0,056 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 2,4 (A.vòng/m) = 0,024 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,024 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao =. 013 Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,024.78,5 2 = 0,942 (A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 0,942 240 .sin(50,72 + 13).100 =-0,351(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 0,942 240 .cos( 050,52 + 013 ) =6,02’. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 36 2.7 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 120%. 1 1dm I I = 120%  1I = 1dmI .120% = 300.120% = 360 (A)  2I = 1 dm I k = 360 60 = 6(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =6.0,76 + j.6.0,9293 =4,56 + j.5,5758 = 7,2 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .7, 2 120  =0,27. 310 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 3 3 0,27.10 3,214.10   = 0,084 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 3,2 (A.vòng/m) = 0,032 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,032 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 013,5 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,032.78,5 2 = 1,256 (A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1, 256 360 .sin(50,72 + 13,5).100 =-0,314(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 1, 256 360 .cos( 064,02 ) =5,25’. 2.8 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 140%. 1 1dm I I = 140%  1I = 1dmI .140% = 300.140% = 420 (A) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 37  2I = 1 dm I k = 420 60 = 7(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =7.0,76 + j.7.0,9293 =5,32 + j.6,5051 = 8,4 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .8, 4 120  =3,15. 410 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 4 3 3,15.10 3,214.10   = 0,098 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 3,8(A.vòng/m) = 0,038(A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,038 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 014 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,038.78,5 2 = 1,4915(A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1,4915 420 .sin(50,72 + 14).100 =-0,321(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .cos( + α) = 3438. 1,4915 420 .cos( 064,72 )=5,21 ' 2.9 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 160%. 1 1dm I I = 160%  1I = 1dmI .160% = 300.160% = 480 (A)  2I = 1 dm I k = 480 60 = 8(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =8.0,76 + j.8.0,9293 =6,08 + j.7,43 = 9,6 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .9,6 120  =3,6. 410 (Wb) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 38 Từ cảm B : B = Ф S = 4 3 3,6.10 3,214.10   = 0,112 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 4 (A.vòng/m) = 0,04 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,04 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 015 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,04.78,5 2 = 1,57(A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1,57 480 .sin(50,72 + 15).100 =-0,298(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .cos( + α) = 3438. 1,57 480 .cos( 066,22 )=4,62 ' 2.10 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 180%. 1 1dm I I = 180%  1I = 1dmI .180% = 300.180% = 540 (A)  2I = 1 dm I k = 540 60 = 9(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =9.0,76 + j.9.0,9293 =6,84 + j.8,36 = 10,8 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .10,8 120  =4,05. 410 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 4 3 4,05.10 3,214.10   = 0,126 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 4,2 (A.vòng/m) = 0,042(A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,042(A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 015,5 . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 39 Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,042.78,5 2 = 1,65(A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1, 65 540 .sin(50,72 + 15,5).100 =-0,28(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .cos( + α) = 3438. 1, 65 540 .cos( 066,22 )=4,23' 2.11 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 200%. 1 1dm I I = 200%  1I = 1dmI .200% = 300.200% = 600 (A)  2I = 1 dm I k = 600 60 = 10(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =10.0,76 + j.10.0,9293 =7,6 + j.9,293 = 12 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .12 120  =4,5. 410 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 4 3 4,5.10 3,214.10   = 0,084 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 4,5 (A.vòng/m) = 0,045 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,045 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 016 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,045.78,5 2 = 1,766(A) Sai số về dòng điện: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 40 %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1,766 600 .sin(50,72 + 16).100 =-0,27(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 1,766 600 .cos( 066,72 ) =3,99’. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của Máy biến Dòng. Để làm rõ ảnh hưởng của các thông số tính toán kết cấu dến sai số ta phải thiết lập phương trình thể hiện quan hệ giữa chúng với nhau. Trong tính toán sai số của Máy biến Dòng thường sử dụng đoạn đầu của đường cong từ hoá từ 0,05-0,1 tesla và đoạn đường cong này có thể thực hiện bằng công thức gần đúng: H=.Bm Thực nghiệm cho thấy rằng hệ số  phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng sắt từ ,còn hệ số  hầu như không đổi với tất cả các loại tôn thông thường . =0,6 đối với tất cả các loại tôn silic thông thường. = 0,55 đối với tôn sillic thông thường loại tốt. =0,82 đối với loại trung bình. =1,1 đối với lọai xấu. Để khảo sát lấy số liệu của loại tôn trung bình với =0,82 và =0,6 Thay vào công thức trên ta được : H=0,82.Bm0,6 Theo định luật bảo toàn dòng điện: I0.W1=H.Ltb=0,82.Bm0,6 .Ltb (8.1) Mặt khác theo công thức tính từ cảm Bm 33 2 022 2 2 4,5.10 . .4,5.10 . . . dm m I ZEB W S W S    - Trong đó: 02Z là tổng trở mạch thứ cấp, 02 2tZ Z Z  . S là tiết diện mạch từ. Nhân cả tử số và mẫu số của phương trình trên cho I2đm =5 (A) và thay I2đm.W2 I1đm.W1 ta được: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 41 0 1 1dm 1 W% .sin( ).100 W II I      (8.2) Thay giá trị này vào công thức (8.1) : 0 ,60 20 1 1 1 0 ,1 1 2 5 .0 , 8 2 . ( ) . .tb d m ZI W L S I W  (8.3) Theo công thức tính sai số % về dòng điện: 0 1 1 1 W% .sin( ).100 Wdm II I      Thay thế I0W1 bằng giá trị biểu thức 8.3 ta được : 0 ,602 1 . 1 1 1 0, 82. . 0,1125.% ( ) .sin( ).100 . . tb dm dm L ZI I W S I W      Rút gọn suy ra : 0,6 02 1,6 0,6 1 1 0,221. . .sin( )% .100 ( . ) . tb dm L ZI I W S      (8.4) Cũng thay giá trị biểu thức (8.3) vào công thức tính sai số góc ta được: 0,6 02 1,6 0,6 1 1 0, 221. . .cos( ) .3438(') ( . ) . tb dm L Z I W S      (8.5) Từ công thức trên suy ra các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của BI: ▪ 1 1.d mI W - Sức từ động sơ cấp định mức. ▪ tbL - Chiều dài trung bình đường sức từ. ▪ S - Tiết diện lõi thép. ▪ 02Z - Tổng trở mạch thứ cấp. Hai công thức (8.3) và (8.4) có giá trị thực tế quan trọng trong thiết kế mạch từ của m.b.d. Sử dụng các công thức này người thiết kế dễ dàng quyết định thay đổi thông số nào với mức độ như thế nào để đạt cấp chính xác yêu cầu. Để giảm sai số có các biện pháp sau: - Tăng sức từ động sơ cấp định mức là phương pháp tăng độ chính xác ,giảm sai số của M.B.D có hiệu quả nhất, nhưng lượng tiêu hao đồng cũng tăng. Do đó khi sử dung phương pháp này phải kết hợp với mặt kinh tế cho phù hợp. - Giảm chiều dài đường sức từ Ltb, nhưng không phải lúc nào cũng làm được vì còn phải đảm bảo cho cuộn dây sơ cấp, cuộn dây thứ cấp và cách điện giữa chúng lọt cửa sổ mạch từ. Đối với M.B.D điện áp cao cần phải có khoảng cách cách điện theo yêu cầu. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 42 - Tuy phương pháp tăng tiết diện lõi thép S cho hiệu quả kém hơn nhưng là phương pháp đơn giản nhất và có tính kinh tế hơn. Cho nên trong thực tế thường áp dụng phương pháp này và đôi khi lại là phương pháp duy nhất như đối với M.B.D kiểu thanh, vì sức từ động sơ cấp không thay đổi được. II – CÁC BIỆN PHÁP HIỆU CHỈNH SAI SỐ MÁY BIẾN DÒNG. 1. Hiệu chỉnh sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp: Khi một phần hoặc toàn bộ đặc tuyến sai số dòng điện của M.B.D không nằm trong giới hạn quy định, nghĩa là M.B.D thiết kế không đạt cấp chính xác thì phải tiến hành hiệu chỉnh. Vì thường phụ tải là trở cảm nên sai số dòng điện âm, cho nên khi hiệu chỉnh thì chỉ cần thêm một lượng sai số dương bằng cách giảm bớt số vòng dây thứ cấp một số vòng để đặc tuyến sai số tịnh tiến lên trên lọt vào giới hạn của cấp chính xác cho phép. Không phải lúc nào phương pháp hiệu chỉnh này cũng thoả mãn cấp chính xác yêu cầu, mà chỉ trong trường hợp: ttt  mới đạt cấp chính xác mong muốn. - tt gọi là khoảng sai số tính toán và được xác định theo công thức: )'(' 10120 IItt  Trong đó : +I’120 - Giá trị sai số dương theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. - I’10 - Giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức. Còn đại lượng t thì mang tên khoảng sai số thực và được xác định theo : 10 120( )t I I     Trong đó: -I120 : Giá trị sai số âm ở 120% dòng điện định mức của đặc tuyến thực. -I10 : Giá trị sai số âm ở 10% dòng điện định mức ở đặc tuyến thực. - Để thiết lập phương trình tính sai số có hiệu chỉnh ta cũng sẽ dựa vào đồ thị véc tơ . Giả sử số vòng dây sau khi hiệu chỉnh là '2W . Chiếu các vectơ sức từ động lên trục OAA’ ta có phương trình: '1 2 0cos .sin ( )I I I     → '1 1 2 2 0 1W.cos W W.sin( )I I I     ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 43 Chia cả hai vế phương trình này cho I1W1: ' 0 12 2 1 1 1 1 Wcos sin( ) . I WI I W I W      (9.1) Đặt 0 1 1 1 s in ( )I W I W     phương trình (9.1) có dạng : ' 2 2 1 1 Wcos I I W    Vì góc  rất nhỏ ,nên cos1 suy ra phương trình trên trở thành: ' 2 2 1 1 W 1I I W    1 1 2 ' 2 ( 1) W I WI     (9.2) Thay giá trị phương trình (9.2) vào biểu thức tính sai số: 2 2 1 1 0 1 1 1 1 1 % .100 sin( ).100 I W I W I WI I W I W         và biến đổi ta được: 2 ' 2 ( 1) 1 W .100 1hc W I      (9.3) Trong đó : Ihc- Sai số dòng sau khi hiệu chỉnh. Nhân và chia cả hai vế phương trình trên cho (+1): 22 ' 2 ( 1) ( 1) W% .100 ( 1)hc W I            Vì giá trị  rất nhỏ nên có thể bỏ qua 2 ở tử số và  ở mẫu số: ' 2 2 2W WW    Theo điều kiện hiệu chỉnh chỉ giảm bớt một số vòng dây thứ cấp( nhỏ so với số vòng dây thứ cấp ban đầu) nên có thể thay '2W ở mẫu số bằng 2W , và đặt: ' 2 2 2W WW     2 2 100% .100 %hcI W W      Đại lượng 2 100 W gọi là gia vòng dây khi có hiệu chỉnh. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 44 Gia vòng dây có ý nghĩa biểu thị phần sai số khi thay đổi một vòng dây. Khi muốn tính cho thay đổi x vòng dây ta chỉ việc nhân thêm với gia số. Phương trình sai số dòng điện có hiệu chỉnh: 2 2 1 1 0 1 2 1 1 1 1 2 100.100 sin( ).100 .hc I W I W I WI W I W I W W           So sáng phương trình này với phương trình tính sai số dòng điện chưa hiệu chỉnh thấy rằng ở vế phải của phương trình tính sai số dòng điện có hiệu chỉnh có thêm thành phần sai số dương .Như vậy ,đặc tuyến sai số dòng điện có hiệu chỉnh sẽ tịnh tiến theo chiều dương song song với đặc tuyến chưa hiệu chỉnh. 2. Bù sai số Máy biến Dòng. Những phương pháp bù sai số ở trên không phải lúc nào cũng đạt cấp chính xác cao. Giảm sai số bằng cách tăng tiết diện lõi thép cho hiệu quả kém và nhiều trường hợp không kinh tế. Cho nên người ta đã nghiên cứu những phương pháp bù sai số đạt cấp chính xác cao mà các biện pháp khác không đạt được. Các phương pháp bù sai số có thể chia ra các nhóm: ○ Nhóm I - Bù sai số bằng biện pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá của lõi thép . ○ Nhóm II - Bù sai số bằng cách kích từ lõi thép . ○ Nhóm III - Phương pháp bù trực tiếp . ○ Nhóm IV - Bù sai số góc bằng phương pháp quay véctơ dòng điện. ○ Nhóm V - Phương pháp điều khiển dòng từ tản. ♦Bù sai số bằng biện pháp tuyến tính hóa đường cong từ hóa lõi thép. Rất dễ dàng chứng minh sai số M.B.D có quan hệ với độ từ thẩm  của lõi thép. Với mục đích này ta viết công thức sức từ hoá lõi thép dưới dạng sau: 0 1W m tb tb B l I Hl    Thay giá trị này vào công thức sai số ta có: 1 1 sin( ).100m tb dm B l I I W       (9.3) Như vậy sai số dòng điện của BI tỉ lệ nghịch với độ từ thẩm  , mà độ từ thẩm sắt từ lại thay đổi tuỳ thuộc giá trị từ cảm. Với từ cảm nhỏ thì độ từ thẩm nhỏ dẫn đến sai số M.B.D lớn, còn ở từ cảm trung bình thì độ từ thẩm lớn nên sai số M.B.D ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 45 nhỏ và ở đoạn sắp bão hoà độ từ thẩm lại nhỏ nên sai số M.B.D lại lớn. Để khắc phục điều này ta sử dụng phương pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá. Phương pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá lõi thép là tổng hợp hai phương pháp: điều chỉnh độ từ thẩm  ở từng đoạn trên đường cong này và thay đổi số vòng dây thứ cấp. Dựa vào nguyên lý này năm 1929 Vilson đã đề xuất một số sơ đồ bù sai số M.B.D. Một trong những sơ đồ đó giới thiệu trên hình 9.1. Cuộn dây thứ cấp được chia làm hai phần không bằng nhau - phần chính 2 được đặt trên cùng một trụ với cuộn dây sơ cấp, còn phần phụ bên cạnh. Trên cửa sổ lõi thép giữa hai phần của cuộn dây thứ cấp đặt sun từ 5 bằng lõi thép permalloi. Hình 3.3  Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện sơ cấp nhỏ, nghĩa là cường độ từ cảm nhỏ, thì M.B.D sẽ làm việc nhhư sau: a) Từ thông khép kín theo đường ngắn nhất qua sun từ có độ từ thẩm lớn, do đó dẫn đến giảm được sai số M.B.D. b) Ngoài ra, cuộn dây thứ cấp chỉ có phần chính 2 tác động. Như vậy là sử dụng phương pháp điều chỉnh sai số bằng cách giảm số vòng dây thứ cấp. Dòng điện sơ cấp tăng kéo theo cường độ từ cảm tăng, sun từ permalloi bão hoà rất nhanh và phần lớn từ thông chảy sang trụ bên có đặt cuộn phụ, do đó làm tăng số vòng dây thứ cấp. Khi dòng điện sơ cấp đủ lớn thì hầu hết từ thông khép kín qua trụ bên, hệ số biến đổi M.B.D làm việc như trong trường hợp không bù sai số mà sai số đa số đủ nhỏ Để thấy rõ hiệu quả của phương pháp bù sai số này só thể tham khảo hình 9.2( hình 7.21- sách Khí cụ cao áp) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 46 Hình 3.4  Nhược điểm: Song chế tạo M.B.D bù sai số bằng sun từ permalloi tương đối khó và permaloi lại là kim loại hiếm. Cho nên sơ đồ bù sai số này rất ít áp dụng trong thực tế nhưng dựa trên nguyên lý này người ta đã phát minh ra nhiều kết cấu sai số cho M.B.D. ♦Bù sai số bằng cách kích từ lõi thép. A – Kích từ bằng nguồn ngoài Như trên ta đã nói sai số M.B.D có quan hệ với độ từ thẩm  . Nêú ở vùng dòng điện nhỏ (cường độ từ cảm nhỏ) mà có thể tăng độ từ thẩm lõi thép thì nhiệm vụ bù sai số coi như được giải quyết. Để đạt được mục đích này người ta dùng phương pháp kích từ lõi thép khi dòng điện sơ cấp có giá trị nhỏ.  Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Dựa vào ý này Liovit đã đưa ra sơ đồ bù sai số M.B.D như sau : Lõi thép của M.B.D gồm có hai nửa hệ thống mạch từ hoá hoàn toàn giống nhau và quấn trên đó ba cuộn dây: sơ cấp, thứ cấp và cuộn phụ. Cuộn dây phụ chia làm hai phần, mỗi phần cuộn dây được quấn trên trụ bên của mỗi loại thép và đấu nối tiếp ngược chiều nhau rồi mắcvào cuộn xoay chiều ngoài Cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp cùng được quấn cùng chiều trên hai trụ của lõi thép. Như vậy cuộn dây phụ có nhiệm vụ đảm bảo kích từ lõi thép khi cần thiết, mà không phát sinh sức điện động cảm ứng trong các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.  Nhược điểm: Song phương pháp bù sai số bằng kích từ nguồn ngoài không đuợc sủ dụng rộng rãi, vì phải thêm nguồn năng lượng ngoài. Trong trường hợp cần thiết ví dụ M.B.D dùng trong phòng thí nghiệm cần có cấp chính xác cao cũng có thể áp dụng phương pháp này. B - Tự kích từ ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 47 Bù sai số M.B.D bằng tự kích từ lõi thép có ưu điểm là không cần nguồn năng lượng ngoài mà sử dụng ngay dòng điện chạy trong các cuộn dây để kích từ lõi thép.  Ưu và Nhược điểm: Hiệu quả bù sai số bằng tự kích từ kém hơn phương pháp kích từ bằng nguồn ngoài. Song, đặc tuyến sai số M.B.D bù bằng tự kích từ có dạng cung tròn nên cũng dễ điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp. Do phương pháp này không cần có nguồn năng lượng ngoài nên vẫn được áp dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Hiệu quả của phương pháp bù sai số này được thể hiện trong hình 9.3. Hình 3.5- Các đặc tuyến sai số M.B.D bù bằng phương pháp kích từ lõi thép. 1- kích từ bằng nguồn ngoài. 2- Tự kích từ 3. Hiệu chỉnh sai số Máy biến Dòng. Trong các phương pháp bù sai số cho M.B.D, thì phương pháp hiệu chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp là đơn giản nhất, mà vẫn đạt hiệu quả. Trong khi yêu cầu thiết kế M.B.D không cần độ chính xác quá cao. Do vậy, ta chọn phương pháp hiệu chỉnh sai số cho M.B.D cần thiết kế bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp. Kiểm tra điều kiện: ttt Trong đó t khoảng sai số thực tế ,được xác định theo : 10 120| ( ) |t I I     Theo phần tính toán ở Chương 3- Xác định sai số, ta có: 10 0.7I   120 0.314I   ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 48 | | | 0.7 0.314 | 0.386t      tt được xác định theo công thức: )'(' 10120 IItt  Với: '120 0.5I  và '10 1I   | | 0.5 1 1.5tt     Vậy ta có: ttt Sai số sau khi hiệu chỉnh số vòng dây thứ cấp là: 2 2 1 1 0 1 2 1 1 1 1 2 100.100 sin( ).100 .hc I W I W I WI W I W I W W           2 2 100 hcI I W W      (%) Với: hcI - sai số dòng điện sau khi hiệu chỉnh. I - sai số dòng trước khi hiệu chỉnh. 2W - số vòng dây thứ cấp định mức( trước khi hiệu chỉnh) 2W - số vòng dây hiệu chỉnh. Theo như đã tính toán ở Chương 3, đường đặc tuyến sai số sai lệch không quá nhiều và vẫn nắm trong giới hạn cho phép của cấp chính xác. Vì vậy ta hiệu chỉnh W2=0,5, tức là giảm số vòng dây thứ cấp đi 0.5 vòng.  Tính với 1 1 1 0 % d m I I  2 2 100 1000.7 0.5. 120 0,7 0, 4167 0, 2833(%) hcI I W W               Tính với 1 1 20% dm I I  2 2 100 0,518 0, 4167 0,1013hcI I W W           (%)  Tính với 1 1 40% dm I I  2 2 100 0,407 0,4167 0,0097hcI I W W           (%)  Tính với 1 1 60% dm I I  2 2 100 0,35 0, 4167 0,0667hcI I W W          (%) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 49  Tính với 1 1 80% dm I I  2 2 100 0,351 0, 4167 0,0657hcI I W W          (%)  Tính với 1 1 100% dm I I  2 2 100 0,323 0, 4167 0,0397hcI I W W          (%)  Tính với 1 1 120% dm I I  2 2 100 0,314 0,4167 0,1027hcI I W W          (%)  Tính tương tự với các trường hợp 1 1 140;160;180;200% dm I I  . Ta có kết quả hcI tương ứng là: 0,0957; 0,1187; 0,1367; 0,1467 %. Từ kết quả thu được ta có đường cong hiệu chỉnh như sau: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 50 4.Các thông số bội số của máy biến dòng. a. Bội số cực đại của M.B.D Đối với các loại thép sử dụng làm lõi thép của M.B.D, thông thường sẽ bị bão hòa hoàn toàn khi cường độ từ cảm đạt khoảng 2,0 tesla. Đối với loại tôn M6T35 đã chọn, giá trị này vào khoảng B∞=2,2T( dựa theo đường cong từ hóa hình 4-5, tr.24- sách Thiết kế M.b.a). Dòng điện thứ cấp xác định bởi cường độ từ cảm giới hạn gọi là dòng điện thứ cấp cực đại, còn tỷ số: dm m I In 2 max2 gọi là bội số của dòng điện thứ cấp. Giá trị cực đại của dòng điện thứ cấp xác định theo biểu thức : E2max=I2max .Z02 =4,44.f.W2.S.B (11.1) 2max2 2max 02 02 4, 44. . . . Ef w B SI Z Z    (11.2) Trong đó: E2max- s.đ.đ thứ cấp khi dòng điện thứ cấp cực đại. B - cường độ từ cảm bão hoà lấy bằng 2,2T. Z02- là tổng trở mạch thứ cấp. Thay số : S=3,214. 10-3 (m2 ) f=50Hz W2=120 (vòng). Z02 tổng trở mạch thứ cấp. Rt=0,6.0,85=0,51() ;Xt=0,6.0,527=0,316(). R2=0,25(); X2=0,6133();Zt=0,6() . 2 2 02 2 2 2 2 ( ) ( ) (0,51 0, 25) (0,6133 0,316) 1,2( ) t tZ R R X X           (11.3) E2max=4,44.50.120. 3,214. 10-3 .2,2=188,37(V). 2 max 2max 02 188,37 157 1, 2 EI Z     (A). 2 max 2 157 31, 4 5m dm In I     . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 51 Nhận xét: Giá trị trên chỉ là gần đúng vì hệ số 4,44 trong biểu thức tính s.đ.đ chỉ đúng với dòng điện hình sin, nhưng khi lõi thép đã bão hoà thì do ảnh hưởng của sóng hài bậc cao nên dòng điện thứ cấp không còn hình sin. b.Bội số 10%. Khi phụ tải thứ cấp bằng Zt cho trước, hệ số cosφ=0.85 và sai số đạt tới -10% thì tỷ số 1 1dm In I  gọi là bội số 10%. Bội số 10% được tính theo phương pháp liên tiếp gần đúng. Với bội số n10 của dòng điện sơ cấp, khi biến đổi sẽ nhận được dòng điện thứ cấp với sai số -10%. Dòng điện này tính theo công thức: I2=n10.I2đm.0,9 Tiến hành tính như thế với nhiều giá trị tải thứ cấp khác cuối cùng sẽ được quan hệ: n10=f(Z2) Vì khi sai số gần bằng 10% thì lõi thép thường gần bão hoà và phương pháp tính là gần đúng nên phải điều chỉnh : I2=n1.I2đm.0,95 Chọn n1 một giá trị bất kì, nhưng nhỏ hơn bội số dòng cực đại. n1≤ nm=31,4.  Chọn n1 =30. 2 30.5.0,95 142,5I   (A) Theo công thức (11.3) ta tính được tổng trở mạch thứ cấp Z02 =1,2Ω. 2 2 02. 142,5.1, 2 171( )E I Z V    Góc lệch pha giữa E2 và I2 là: 02 2 2 2 2 2 . . 50,72 . . t t I X I Xactg I R I R      Độ từ cảm B được tính theo công thức: 3 3 2 3 2 4,5.10 . 4,5.10 .171 1,995( ) . 120.3,214.10m EB T W S      Với B=1,995 Tesla, tra đường cong từ hoá hình 44-12, sách thiết kế máy biến áp trang 587. Vì không có giá trị B= 1,995T, mặt khác giá trị từ cảm này chưa đạt giá trị bão hòa nên ta dung phương pháp nội suy. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 52 Với B= 1,85T → H=5. 102 AV/m. B= 1,95T → H=9. 102 AV/m. B= 1,995T 2 2 2 1,995 1,99.10 (9 5).10 16,6.10 1,9 1,85 H       (AV/m) Với H=16,6. 102 (AV/m), tra hình (7-10) sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá  rất nhỏ, coi  = 0. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện: I0.W1= H.Ltb với Ltb=78,5cm. Suy ra: 0 16,6.78,5 651,55( ) 2 I A  sai số dòng điện: 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I Với I1 = n1 . I1dm.0,95 - là dòng sơ cấp tính gần đúng. 651,55 .sin(50,72).100 5,898% 30.300.0,95 I   nằm trong khoảng (5÷ 8)%. Vậy n1= n10 = 30 là bội số 10% . Trên đây mới chỉ tính bội số 10% cho Zt=0,6 theo thông số thiết kế Máy Biến Dòng có tải thứ cấp S=15VA. Để tiện cho người tính toán thiết kế mạch bảo vệ cần phải tìm sai số 10% ở nhiều vị trí Zt khác nhau tạo thành đường cong n10=f(Zt). ( ví dụ đường cong hình 7-23, tr.247,sách khí cụ cao áp) Ta thực hiện tính lần lượt với Zt=1; 2; 4() 1.Với Zt=1() Với: cos = 0,85. Rt=1.0,85=0,85() ;Xt=1.0,527=0,527() R2=0,25(); X2=0,6133(). 2 2 02 2 2( ) ( ) 1,58( )t tZ R R X X      02 2 2 2 2 2 . . 46,03 . . t t I X I Xactg I R I R       Chọn n1=27 Ta có: I2=27.5.0,95=128,25(A) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 53 E2= I2.Z02 =128,25.1,58=202,635(V) 3 3 4,5.10 .202,635 2,364( ) 120.3,214.10 B T      Với B =2,364 lõi thép đã bão hoà .  Chọn n1=23 I2=23.5.0,95=109,25(A) E2= I2.Z02 =109,25.1,58=172,615(V) 3 3 4,5.10 .172,615 2,01( ) 120.3, 214.10 B T     Tra đường cong từ hoá hình 44-12, sách thiết kế máy biến áp trang 587, nội suy ta có: 2 2 22,01 1,99.10 (9 5).10 17,8.10 1,9 1,85 H       (AV/m) Với H=17,8. 102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá nhỏ, =00. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W1=H.Ltb Suy ra: 17,8.78,5 698,65( ) 2o I A  sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 698,65 .sin(40,03 0).100 6,86% 23.0,95.300 I    Vậy n=23 là bội số 10% 2. Với Zt=2() cos()=0,85. Rt=2.0,85=1,7() ;Xt=2.0,527=1,054() R2=0,25(); X2=0,6133(). 2 2 02 2 2( ) ( ) 2,566( )t tZ R R X X       02 2 2 2 2 2 . . 40,53 . . t t I X I Xactg I R I R       Chọn n1=14. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 54 I2=14.5.0,95=66,5(A) E2= I2.Z02 =66,5.2,566=170,639(V) 3 3 4,5.10 .170,639 1,99( ) 120.3, 214.10 B T     Với B =1,99T , tra đường cong từ hoá ta được: 2 2 21,99 1,99.10 (9 5).10 16,2.10 1,9 1,85 H      (AV/m) Với H=16,2. 102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá =00. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện Suy ra: 16,2.78,5 635,85( ) 2o I A  sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 635,85 .sin(36,87).100 9,56% 14.0,95.300 I    Chọn n1=13,5. I=13,5.5.0,95=64,125(A) E2= I2.Z02 =64,125.2,566=164,54(V) 3 3 4,5.10 .164,54 1,92( ) 120.3, 214.10 B T    Tra đường cong từ hoá hình ta được H=10,5.102 (AV/m) Với H=10,5.102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá =30. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: 10,5.78,5 412,125( ) 2o I A  100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 412,125 .sin(36,87 3).100 6,87% 13,5.0,95.300 I    Vậy n=13,5 là bội số10 % ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 55 3. Với Z2=4() cos()=0,85. Rt=4.0,85=3,4() ;Xt=4.0,527=2,108() R2=0,25(); X2=0,6133(). 2 2 02 2 2( ) ( ) 4,55( )t tZ R R X X      02 2 2 2 2 2 . . 36,7 . . t t I X I Xactg I R I R       Chọn n1=7,3( đã thử các giá trị lân cận). I2=7,3.5.0,95=34,675(A) E2= I2.Z02 =34,675.4,55=157,77(V) 3 3 4,5.10 .157,77 1,84( ) 120.3, 214.10 B T     Với B =1,84T: Tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có ta được H=4,5.102 (AV/m) Với H= H=4,5.102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá =70. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện: I0.W2=H.Ltb Suy ra: 4,5.78,5 176,625( ) 2o I A  100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 176,625 .sin(36,7 7).100 5,865% 7,3.0,95.300 I    Vậy n=7,3 là bội số 10%. 5. Điện áp khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng. Khi dòng điện định mức I1 chạy trong cuộn dây cao áp nếu để hở mạch thứ cấp thì lõi thép không còn bù khử từ bằng dòng điện thứ cấp và dòng điện sơ cấp bằng dòng từ hoá : I1=I0 =300A Vì máy biến dòng mắc nối tiếp vào lưới ,khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng có thể coi là kháng điện có lõi thép . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 56 + Cường độ từ cảm xác định theo biêu thức: 1 1 0 2 300.2 764,33( / ) 78,5.10tb I WH AV m L     suy ra Bm =1,88T. Từ đó suy ra m = Bm.S=1,88.3,214. 10-3=6,042. 10-3 (Wb) Giá trị trung bình của điện áp trên hai đầu cuộn thứ cấp được tính theo biểu thức: E20tb=4.f.W2.m Giá trị thực là: E20t=E20tb.Kf Kf hệ số hình dáng đường cong điện áp. Nếu hở mạch thứ cấp mà lõi thép chưa bão hoà chọn Kf=1,11. Khi hở mạch thứ cấp lõi thép thường hay bão hoà nên hệ số hình dạng tăng và điện áp cảm ứng có dạng xung nhọn. Hơn nữa điện áp nguy hiểm không phải là giá trị hiệu dụng E20 mà là giá trị cực đại của điện áp trên hai đầu dây thứ cấp khi hở mạch. Cho nên ta cần biết hàm E20 biến thiên theo thời gian t. Cách dựng theo hình (12.1). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 57 Các giá trị tức thời của E20 sẽ bằng : dt dWE 220  Từ đồ thị ta thấy rằng E20 cực đại khi từ thông  qua trị số không .Vì đạo hàm d/dt là lớn nhất.trên đoạn nằm ngang của hình thang  đạo hàm bằng không. Sử dụng đường cong thực nghiệm Es=f(H0) cho từng loại tôn kỹ thuật điện.Trong đó Es là điện áp xuất là điện áp một vòng dây thứ cấp trên 1 cm2 tiết diện lõi thép máy biến dòng. Đồ thị hình 3.6 ( đồ thị trang 245 sách khí cụ điện cao áp). Hình 3.8 Điện áp trên hai đầu cuộn dây thứ cấp khi hở mạch cho máy biến dòng với kết cấu bất kì: E20=Es.W2.S Theo các số liệu đã tính ở trên H0 =764,33(AV/m)=7,6433(AV/cm). Tra đồ thị hình 7-32 trang 245 sách khí cụ điện cao áp được Es=0,42(V/vòng.cm2) E20=0,42.120.32,14=1619,86(V). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 58 Chương 4 MÔ HÌNH HÓA & MÔ PHỎNG ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 59 Chương 5 TÍNH TỔN HAO VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT I – TÍNH TỔN HAO. Có 3 dạng tổn hao chính:  tổn hao trong các chi tiết dẫn điện  tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ  tổn hao điện môi. 1.Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện (tổn hao đồng). a)Tổn hao trong đồng trong dây quấn sơ cấp. Năng lượng tổn hao trong day dẫn do dòng điện đi qua được tính theo công thức : PCu1=I12.R1=3002.7,16.10-4=64,44(W). b)Tổn hao đồng trong dây quấn thứ cấp. PCu2=I22.R2=52.0,25=6,25(W). 2.Tổn hao sắt từ trong lõi thép. Tổn hao trong lõi thép bao gồm tổn hao do dòng xoáy,do từ trễ và một phần tổn hao phụ do gia công lõi thép. Ở thép cán nguội, nếu không tính tổn hao phụ thì 75% tổn hao do dòng xoáy và 25% do từ trễ. Tổn hao phụ làm tăng 1,05 lần khi ép lõi thép bằng dây đai, bằng 1,2 lần khi ép lõi thép bằng bulông. Tổng tổn hao được tính theo suất tổn hao P15( theo công thức 4- 12’,tr.29, sách thiết kế m.b.a): 2 15(1,05 1, 2). . .( ) (W)15000Fe BP G P  . Trong đó : Lõi thép ghép bằng bulong nên chọn hệ số là 1,2. P15 - suất tổn hao trong thép khi cường độ từ cảm là 1,5 Tesla ở tần số 50Hz. Với loại thép M6T35 đã chọn ta có P15=1,11(W/kg)( theo sách TK m.b.a tr.573). B - cường độ từ cảm ở trong trụ và gông,Gs. 1T=104 Gs. Gs hoặc G- đơn vị Gauss trong hệ CGS(cetimetre-gram-second system). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 60 Theo chương 2, chọn B=0,07T= 0,07. 104 (Gs). G là tổng khối lượng của trụ và gông tính theo kích thước hình học của lõi thép,(Kg). G= VFe. mFe VFe - thể tích của khối mạch từ. 2 2 2 2 3 3 330 20.( ). .( ).7 2749( ) 2,749.10 ( ) 4 4 4 4Fe D dV b cm m        mFe =7,8. 103 (kg/m3). G= 2,749. 10-3.7,8. 103=21,442 (kg) 4 20,07.101,2.21,442.1,11.( ) 0,0622(W) 15000Fe P   . 3.Tổn hao trong các vật liệu cách điện. Dưới tác dụng của điện trường biến thiên ,trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi: P=C.2..f.U2.tg Trong đó P là công suất tổn hao ,W f tần số điện trường Hz. C là đại lượng đặc trưng cho sự phân cực điện môi. U điện áp. tg là góc tổn hao điện môi,phụ thuộc vào điện áp. Trong dầu máy biến áp trị số tg xác định theo công thức: 121,8.10tg = . . f    Với: ε=2,2; ρ= 1015Ω.cm; f=50Hz suy ra tg=1,64. 10-5. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 61 II – TÍNH TOÁN NHIỆT. 1.Tính độ bền nhiệt. Khả năng chịu tác động do dòng điện ngắn mạch trong khoảng thời gian xác định (thường là 1s) gọi là độ bền nhiệt . Độ bền nhiệt thường được xác định bằng bội số ngắn mạch . dm nm nm I In 1  Phương pháp tính độ bền nhiệt dựa trên cơ sở phương trình dt qIC Ri qIc dQd .. . .. 2  (*) trong đó: d -là gia số nhiệt độ của dây dẫn ; dQ -gia số nhiệt trong dây dẫn . C -tỷ nhiệt của vật liệu dây dẫn ; q –tiết diện dây dẫn. lấy tích phân phương trình trên ta có:    t t o tt dt C dt qiC Ridt iqC Rid 0 2 2 0 2 0 . .. . .. .      t t dtC0 2 0 .   (**) -mật độ dòng điện. -điện trở suất của dây dẫn. Trong phương trình (**) =f1() C=f2() Để tính toán được đơn giản người ta xây dựng các đường cong =f(2t) 2t-Hiệu ứng nhiệt trong thời gian t giây. Trong tính toán độ bền nhiệt của M.B.D: 0 –nhiệt độ cho trước thường lấy bằng 900C. t - nhiệt độ cho phép khi phát nóng ngắn hạn, tra theo bảng 5.1 dưới dây( hoặc theo bảng 7.9, sách Khí cụ CA, tr.250). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 62 Theo bảng trên với cách điện bằng dầu và giấy dầu ta được t=2000C. Với t=2000C sử dụng đường cong 3 ở hình 5.2 trên ta có: (2t)t =3,25.104(A/mm2)2.s Với t=900C tra đường cong trên ta được: (2t)0=1,85.104(A/mm2)2.s ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 63 Suy ra hiệu ứng nhiệt của dòng ngắn mạch : (2t)nm=(2t)t-(2t)0=3,25.104 - 1,85.104= 1,4. 104(A/mm2)2.s Nếu t=1 giây thì 2 4( ) 1,4.10 118,32nm nmt     (A/mm2) → Inm=nm.q=118,32.111,1=13145,4(A). Trong đó q=111,1 (mm2) - tiết diện của dây quấn sơ cấp. 1 13145,4 43,82 300 nm nm dm In I     . 2.Tính nhiệt cuộn dây sơ cấp. Để đơn giản trong việc tính toán coi cuộn dây là một khối đồng nhất được bọc bởi lớp cách điện dày δ=0,2 + 1,93 =2,13mm. Áp dụng công thức 13-110(trang 496) sách thiết kế máy điện tác giả Trần Khánh Hà và Nguyên Hồng Thanh. Độ chênh nhiệt trong lòng dây dẫn ra mặt ngoài của nó : )(10.. 040 C q cd     Trong đó :  chiều dầy cách điện ở một phía. cđ: suất dẫn nhiệt của lớp cách điện theo bảng 5.2 bên dưới. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 64 1 1 .Cu fP KJ M  mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn ,W/m2. M – Diện tích bề mặt làm nguội tương ứng với từng dây quấn,m2. Kf - Hệ số tổn hao phụ Theo công thức 13-78b trang 480 sách thiết kế máy điện tác giả Trần Khánh Hà và Nguyên Hồng Thanh. Kf =1+0,95.2.a4.( n2 -2). ở đây RKl mb .. Với dây dẫn hình chữ nhật:  Kr hệ số Rogowski thường lấy 0,95.  n số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản.  m số thanh dẫn song song với từ trường tản . a,b - kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc và song song với từ trường. Hình 5.3 Chiều cao toàn bộ dây dẫn so với mạch từ là: l = 12,26.2=24,52(mm) a= 12,26mm; b=22,12 mm. . 22,12.1. .0,95 0,86 24,52R b m K l     Kf=1+0,95.2.a4.n=1+0,95.108.(12,26.10-3.)4.(22 -2).0,862=1,603. Diện tích toả nhiệt của bề mặt cuộn dây được tính: M= 2.( M1+ M2 + M3 ). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 65 Dựa vào hình vẽ ta có: 2 2 21 29,724 25,3 243, 426( )M cm   22 2, 452.29,724 72,88( )M cm  23 2,452.27,724 67,98( )M cm  Suy ra: M = 2.(243,426 + 72,88 + 67,98) = 768,572 (cm2 ). =7,68572. 10-2 (m2 ). Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: 1 2 1 2 . 64, 44.1,603 1344,016( / ) 7,686.10 Cu fP KJ W m M     Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: 41 0 . .10 cd J     Chọn 00,0017(W. . )cd cm C  do vật liệu làm từ bìa cách điện. 3 4 0 0 2 1344,016.2,13.10 .10 16,84( ) 0,0017.10 C      .  Độ chênh nhiệt giữa mặt ngoài dây quấn với dầu ( 0d ). Dây quấn sơ cấp tiết diện hình chữ nhật, dạng ống không có rãnh dầu ngang. Theo công thức 13-115, sách thiết kế máy điện tác giả Nguyễn Hồng Thanh và Trấn Khánh Hà. 0,6 0 1.d k J  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 66 ở đây lấy k=0,285. 0 ,6 0 ,6 0 0 1. 0 , 285.1344, 016 21, 5d k J C    . Độ chênh lệch nhiệt độ giữa dầu và thành vỏ cd có thể chọn sơ bộ trong khoảng (6 ÷ 8) 0C, không cần chính xác. Ta có thể chọn 06cd C  . → Độ chênh lệch nhiệt giữa dây quấn sơ cấp và thành ngoài sứ là: 00 0 16,84 21,5 6 44,31( )cl cd d C          Vậy độ chênh nhiệt giữa cuộn dây sơ cấp và thành ngoài của sứ <[600C]. 3) Tính nhiệt cuộn dây thứ cấp. Coi cuộn dây thứ cấp là một khối đồng nhất. Theo thông số đã thiết kế ở chương 2: Dây thứ cấp được quấn rải 1 lớp, được bọc lại bằng 1 lớp cách điện bên ngoài. Tiết diện dây quấn thứ cấp: Φ = 1,81mm. Cách điện 2 phía: 2δ=0,4mm; Lớp cách điện ngoài cùng dày 2mm. → Chiều cao toàn bộ dây dẫn thứ cấp so với mạch từ là: L=2.( Φ + 2δ.2 + 2)=2(1,81 + 0,4.2 + 2) = 9,22(mm) = 9,22.10-3 m. Đường kính dây dẫn thứ cấp tính cả cách điện: d = Φ + 2. 2δ = 1,81+ 2.0,4 = 2,61(mm). Với m-1 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ trường tản. Áp dụng công thức 13 – 78c với dây dẫn tròn trong sách thiết kế máy điện, ta có: 3 3 . 2, 61.10 .1. .0, 95 0, 27. 9, 22.10R d m K l        Áp dụng công thức 13- 78a sách thiết kế máy điện, ta có hệ số tổn hao phụ: Kf = 1+ 0,095.2.a4.(n2 – 0,2). Với n là số thanh dẫn của dây quấn thứ cấp thẳng góc với từ trường tản, n=1<2. a là bề rộng 1 vòng dây quấn thứ cấp chiếm trên mạch từ. a = d =2,61. 10-3 (m). → Hệ số tổn hao phụ: Kf = 1+ 0,095.0,272.( 2,61. 10-3 )4.(12 – 0,2). 108 =1,01.  Diện tích toả nhiệt của cuộn dây thứ cấp: M=П.(Ф + 2δ + 2) . Ltb Với : L2tb = 0,24694m là chiều dài trung bình 1 vòng dây thứ cấp. → M = (2.0,4+ 1,81 + 2). П. 10-3 .0,24694 = 0,0036(m2 ). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 67 Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: 2 2 2 . 6,25.1,01 1753,5( / ) 0,0036 Cu fP KJ W m M    Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: 2 4 4 02 0 3 . 1753,5.(0, 4 2).10.10 .10 24,84( ) 0,17.10cd J C          Độ chênh nhiệt giữa mặt ngoài dây quấn với dầu .Theo công thức 13-115 sách thiết kế máy điện tác giả Nguyễn Hồng Thanh và Trấn Khánh Hà. 0,6 0 2.d k J  ở đây lấy k=0,285. 0 ,6 0 ,6 00 2. 0 , 285 .1753, 5 25,19d k J C    Chênh nhiệt giữa dầu và thành sứ lấy khoảng 30C. Vậy độ chênh nhiệt giữa cuộn dây thứ cấp và thành ngoài của sứ: 0 0 0 24,84 25,19 3 53,04( )cl cd d C          <[600C]. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 68 Chương 6 TÍNH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU I – KẾT CẤU MẠCH TỪ. Mạch từ hình chữ nhật được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện ,thép cán nguội M6T35, hãng Terni societa per L’industria et L’electricta theo sáng chế của hãng Armoco, có suất tổn hao P15=1,11W/kg, dầy 0,35mm cách điện bằng Carlite. Kích thước mạch từ Hình 6.1 – Kích thước mạch từ. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 69 Mạch từ được quấn từ những dải băng, làm từ thép cán nguội. Sau khi quấn thành mạch từ hình xuyến ta sẽ cố địng bằng Bulông. Theo phương pháp ghép này, mạch từ sẽ giảm được khe hở không khí qua đó giảm tổn hao. Các lá tôn cần đột lỗ để sau khi ghép lõi sắt có các lỗ bắt bulông xuyên qua. Dùng bulông để cố định phải đảm bảo bulông không làm ngắn mạch các lá tôn, tức là phải có cách điện giữa bulông và lõi sắt.Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và chắc chắn. II – KẾT CẤU VỎ. Vỏ Máy biến Dòng làm bằng sứ cách điện, Việc chọn sứ phải đảm bảo được điện áp phóng điện bề mặt.Chọn sứ có các kích thước như hình vẽ. Hình 6.2 – Kích thước sứ.  Xác định trọng lượng ruột máy và trọng lượng dầu của máy biến dòng: Trọng lượng ruột máy xác định gần đúng theo công thức: M=1,2.(MFe+ Mcu1+ MCU2) Trong đó: 1,2 là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy có thêm phần kết cấu cách điện và các kết cấu khác(như bulông,giá đỡ) . Trọng lượng sắt làm mạch từ: MFe=7,8.2,749=21,422(kg) Trọng lượng đồng dây quấn sơ cấp: Mcu1 = 8900.111,4.10-6.(1,59 + 2,083) = 3,64 (kg). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 70 Trọng lượng đồng dâu quấn thứ cấp : Mcu2=VCu2.mCu=8900.76,16. 10-6=6,78 (Kg). → M=1,2.(MFe+ Mcu1+ Mcu2)= 21,422 + 3,64 + 6,78 = 31,842 (Kg). Vậy ruột máy có trọng lượng M = 31,842(kg). Trọng lượng dầu biến áp: Gdầu=Vdầu. dầu. Trong đó:Vdầu =Vt-Vr Vt thể tích bên trong của sứ. Vr thể tích ruột máy. Thể tích ruột máy được tính gầm đúng: 3 33 31,842 5,79.10 ( ) 5,5.10 R R r GV m     Thể tích bên trong Sứ cách điện: Vt=(36,8/2)2.3,14.74+(36/2)2.3,14.57=136,65(dm3) Trọng lượng dầu m..b.d : Gdầu =(Vt-VR).dầu=(136,65-8,57).0,9=115,27(Kg) III – KẾT CẤU TRỤC VÍT, GIÁ ĐỠ.