Nghiên cứu công nghệ thiết kế và chế tạo máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng

Mặc dù hiệu suất của các MBA hiện hữu rất cao98-99%,nhưng do lượng công suất truyền tải và phân phối rất lớn nên tổng tổn hao trong hệ thống điện rất đáng kể, ví dụ theo báo cáo của EVN

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

ĐỖ MẠNH TUÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP MẠCH TỪ CUỘN DẠNG PHẲNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện hướng thiết bị điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG THIẾT BỊ ĐIỆN

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Trang 2

L ỜI CAM ĐOAN

Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu bản luận văn đã được hoàn thành

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và các kết quả tính toán là đúng sự thật Tôi xin

chịu trách nhiệm về các nội dung nghiên cứu và các kết quả tính toán của mình

Tác giả luận văn

Đỗ Mạnh Tuân

Formatted: Different first page header Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Heading 1, Justified, Indent: First line: 0",

Space After: 0 pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: single

Formatted: Font: Not Italic Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font: Bold

Formatted: Tab stops: 5.02", Decimal aligned

Formatted: Indent: First line: 0", Space After: 10 pt, Add

space between paragraphs of the same style, Line spacing: Multiple 1.15 li, Tab stops: 3.15", Centered

Trang 3

Formatted: Tab stops: 4.39", Left + Not at 0.75"

MỤC LỤC

Trang

TRANG BÌA PH Ụ 1

L ỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 11

DANH M ỤC CÁC BẢNG, BIỂU 14

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 15

M Ở ĐẦU 21

1 Tính cấp thiết của đề tài 21

2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 22

3 Mục đích của đề tài 22

4 Nội dung của đề tài 22

5 Phương pháp nghiên cứu đề tài 22

Chương 1 GI ỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP MẠCH TỪ CUỘN D ẠNG PHẲNG 24

1 1 Giới thiệu 24

1 2 Cấu tạo: 24

1 3 Ưu điểm của máy biến áp mạch từ dạng cuộn 26

1 4 Mô hình dòng từ hoá và tổn hao sắt từ cho máy biến áp mạch từ dạng cuộn[13] 27

1.4.1 Giới thiệu 27

Formatted: Heading 1, Indent: First line: 0", Space After:

0 pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: single

Formatted: Heading 1 Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: 6.2", Right Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: 6.3", Right

Trang 4

1.4.2 Cấu trúc mạch từ cuộn và các thông số liên quan 27

1.4.3 Mô hình 28

1.4.4 Kết quả 35

1 5 Tổn hao và giảm tổn hao máy biến áp 39

1.5.1 Tổn hao máy biến áp 39

1.5.2 Giảm tổn hao máy biến áp 40

1.5.3 Tính toán tổn hao sắt từ máy biến áp mạch từ dạng cuộn 41

Chương 2 TÍNH TOÁN THI ẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP MẠCH TỪ CUỘN D ẠNG PHẲNG 55

2.1 Tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp 55

2.1.1 Tính các đại lượng cơ bản 55

2.1.2 Thiết kế sơ bộ lõi sắt và tính các kích thước chủ yếu của máy biến áp 57

2.1.2.1 Thiết kế sơ bộ lõi sắt: 57

2.1.2.2 Tính toán lựa chọn phương án thiết kế: 57

2.2 Tính toán dây quấn 68

2.2.1 Tính toán dây quấn hạ áp 68

2.2.2 Tính toán dây quấn Cao áp 70

2.3 Tính toán ngắn mạch 72

2.3.1 Tính tổn hao ngắn mạch 72

2.3.2 Tính điện áp ngắn mạch 75

2.3.3 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch của dây quấn 76

2.4 Tính toán hệ thống mạch từ và các tham số không tải 78

2.4.1 Tính toán kích thước lõi sắt 78

2.4.2 Tính tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất 81

2.5 Tính toán nhiệt của máy biến áp 84

Trang 5

2.5.1 Tính toán nhiệt của dây quấn 84

2.5.2 Tính toán nhiệt của thùng dầu 87

2.5.3 Tính toán cuối cùng về nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu 91

2.5.4 Xác định sơ bộ khối lượng ruột máy, dầu và bình giãn dầu 92

2.5.5 Kết cấu máy 93

2.6 So sánh máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng và máy biến áp thông thường cùng công suất 103

2.6.1 Chọn các số liệu xuất phát: 103

2.6.1.1 Chọn các khoảng cách cách điện: 103

2.6.1.2 Chọn các hệ số: 103

2.6.2 Chọn vật liệu: 103

2.6.3 Tính các kích thước cơ bản: 104

2.6.4 Tính toán dây quấn máy biến áp 108

2.6.4.1 Dây quấn hạ áp 108

2.6.4.2 Tính toán ngắn mạch: 110

2.6.4.3 Tính toán cuối cùng mạch từ về khối lượng lõi sắt, tổn hao không tải và dòng điện không tải: 111

2.6.5 Lập bảng so sánh các máy biến áp với các dạng mạch từ khác nhau 114

Chương 3 QUY TRÌNH CÔNG NGH Ệ CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP MẠCH T Ừ CUỘN DẠNG PHẲNG 118

3 1 Tóm tắt công đoạn chế tạo máy biến áp mạch từ dạng cuộn phẳng 118

3 2 Công nghệ chế tạo mạch từ cuộn dạng phẳng 120

3 3 Công nghệ chế tạo mạch từ cuộn dạng phẳng bát cạnh 122

3 4 Công nghệ quấn dây 127

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 131

Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Sau mAM ĐOANc367256588 \h ch tcạnhg phẳngẠCH TỪ

CUỘN DẠNG PHẲNGp trong MBA bau mAM ĐOAvau mAM

ĐOANc367256588Chương 1 MÁY BI1 ÁP MBI1.TÁP

MBI1.TÁP MBI1.P

1 1 Gi1 thi.u

1 2 C 2.tCo:

Chương 2 CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH ĐI

TRÌNH ĐI TRÌNH ĐIong MBA tng MBA tBA 3 pha i

2.1 Các mô hình tính toán

Chương 3 TÍNH TOÁN THINH KINH TOÁN p

3.2 Tính toán dây quyn 3.3 Tính toán ngn ngnch

3.5 Tính toán nhi nhiha MBA

ĐIong MB trong MBA

Chương 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHQUY TRÌNip gi thưTR

0 pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: Not at 0.39"

Formatted: Heading 6, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Heading 6, Indent: Left: 0", Line spacing: 1.5

Trang 7

4 2 Công nghg nghTRÌo MTCDP

4 5 Công nghg nghn dây Tóm tắóm tng đoạg đoếg đo MTCDP

4 2 Công nghg nghg no MTCDP

4 3 Công nghg nghn dây

Tôi xin cam đoan toàn bs).ưTRthưTRI TRÌNH ĐÌNH ĐNH

ĐIong MBA tng MBA tBA 3 pha in chpha iạng liền cuộncác nội

dung nghiên cứu và các kchà đúng s toàn bs) mình

lines, Tab stops: Not at 0.5" + 1" + 1.5" + 2" + 2.5" + 3" + 3.5" + 4" + 4.96"

lines

Formatted: Heading 6, Line spacing: 1.5 lines

0 pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines

Trang 8

MỞ ĐẦU

Từ khi Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng dòng điện tạo ra từ trường và

ngược lại, sự biến thiên từ trường cũng tạo ra dòng điện vào năm 1831 làm tiền đề

cho sự ra đời MBA đầu tiên được sáng chế ra bởi Károly Zipernowsky, Miksa Déri

và Ottó Titusz Bláthyvào năm 1884, hai năm sau - năm 1886MBA cho điện xoay

chiều lần đầu tiên được đưa vào sử dụng tại Massachusetts, Hoa Kỳ Năm 1889

Mikhail Dolivo-Dobrovolsky chế tạo ra MBA 3 pha đầu tiên Từ thời kỳ đó MBA

đã liên tục được chế tạo và cải tiến không ngừng trên thế giới

Hiện nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, nhiều ngành kỹ thuật

mới ra đờinhư công nghệ thông tin, công nghệ Nano, tế bào gốc…tiếp tục phát triển

và hoàn thiện Cùng trong xu thế đó, công tác nghiên cứu công nghệ thiết kế và chế

tạo MBA trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng cũng phát triển mạnh

mẽ

Trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng bắt buộc phải nâng áp và hạ áp

qua nhiều cấp đồng nghĩa với phải sử dụng rất nhiều MBA Mặc dù hiệu suất của

các MBA hiện hữu rất cao98-99%,nhưng do lượng công suất truyền tải và phân

phối rất lớn nên tổng tổn hao trong hệ thống điện rất đáng kể, ví dụ theo báo cáo của

EVN năm 2012 sản lượng điện truyền tải ước đạt 103,58 tỷ kWh, tổn thất điện năng

do truyền tải xấp xỉ 2,33%, (khoảng 2,4 tỷ kWh, trị giá xấp xỉ 3.600 tỷ đồng) vì thế

phải chú ý đến việc giảm tổn hao,nhất là tổn hao không tải trong MBA tức là giảm

tổn hao sắt.Để giải quyết vấn đề này,ngay đầu thập niên 1990, các mạch từ dạng

cuộn được chế tạo từ các lá thép vô định hình đã được sử dụng trong các MBA

truyền tải nhỏ, giảm thêm được từ 20% tới 30% tổn hao của MBA thường Mặt cắt

lõi mạch từ này phổ biến ở dạng tròn (xuyến), các trụ có thể bố trí trên cùng mặt

phẳng (MBA mạch từ cuộn dạng phẳng) hoặc bố trí tại các mặt phẳng khác nhau

(MBA mạch từ dạng không gian)

Formatted: Normal, Indent: First line: 0.1", Space After: 6

pt, Don't add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Normal, Indent: First line: 0.1", Space After: 6

Trang 9

a MBA mạch từ cuộn dạng phẳng MBA mạch từ cuộn dạng

không gian Hình 0.1 M ạch từ cuộn

MBA mạch từ cuộn với ưu điểm nổi trội về tổn hao không tải thấp, độ ồn thấp, kết

cấu vững chắc, giảm trọng lượng,không phát sinh từ thông tản, nhiễu điện từ tới các

linh kiện điện tử bố trí gần đang được chế tạo và sử dụng rất nhiều, không chỉ trong

truyền tài và phân phối điện năng mà còn trong nhiều lĩnh vực khác nhưbiến áp tự

động ổn áp, biến áp tự ngẫu,biến áp nguồn…Hiện nay ở Việt Nam,đã có một số nhà

máy,cơ sở sản xuất tiến hành nghiên cứu,ứng dụng và sản xuất loại MBA này,như

Công ty chế tạo biến thế và thiết bị điện Hà Nội,Lioa,Trung tâm thí nghiệm điện-TP

Hồ Chí Minh,Công ty TNHH Chế tạo MBA MiBa-Hưng Yên,…

Kết thúc khóa học,được sự cho phép của Nhà trường, Viện Điện và bộ môn Thiết

bị điện – điện tử em đã được nhận đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu công nghệ thiết kế

và chế tạo MBA mạch từ cuộn dạng phẳng (Study on designing and fabricating the

flat-type coiled core transformers)’’ dưới sự hướng dẫncủa Thầy Triệu Việt

Linh.Em xin cám ơn Trường ĐHBK Hà Nội, Viện Điện và Bộ môn Thiết bị điện –

điện tử và đặc biệt là trong quá trình thực hiện luận án tốt nghiệp, Thầy Triệu Việt

Linh đã tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu,cung cấp và chỉ dẫn cách tìm

Formatted: Normal, Indent: First line: 0.1", Space After: 6

Trang 10

kiếm nguồn tài liệu, phương pháp tiếp cận, giải quyết đề tài một cách khoa học

đểem đã hoàn thành đồ án này.Em xin chân thành cảm ơn Thầy!

Vũng Tàu,ngày … tháng … năm 2013

Học viên thực hiện

Đỗ Mạnh Tuân

Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: Not at

Trang 11

Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo MBA mạch từ cuộn dạng phẳng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

N ội dung Ký hi ệu, chữ viết tắt

Đường kính trung bình giữa cuộn cao áp và hạ áp d12

Tỷ số kích thước cơ bản của máy biến áp β

Trang 12

Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo MBA mạch từ cuộn dạng phẳng

12

Khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn hạ áp a01

Khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp a12

Khoảng cách cách điện giữa 2 dây quấn của 2 trụ cạnh

nhau

a22 Khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và gông l0

Bề dày ống cách điện giữa cao áp và hạ áp δ12

Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp w1

Số lá thép trên một bước quấn của mạch từ cuộn (number

Trang 13

Trang 14

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Trang

Bảng 1-1 Các tham số kết cấu mạch từ cho MBA 1 pha 25 kVA và MBA 3 pha

750 kVA .……… 24

Bảng 1-2 Tổn hao sắt từ và dòng điện từ hóa cho MBA 1 pha 25 kVA và MBA 3 pha 750 kVA ……… ….26

Bảng 2-1 Tính toán sơ bộ MBA 64

Bảng 2-2 Kích thước và tiết diện từng bậc thang 79

Bảng 2-3 Thứ tự bậc và kích thước lá thép 80

Bảng 2-4 Bảng tính toán sơ bộ 107

Bảng 2-5 Kích thước các tập lá thép, tiết diện từng bậc thang của trụ 112

Bảng 2-6 Kích thước các tập lá thép, tiết diện từng bậc thang của gông 112

Bảng 2-7 Bảng so sánh các thông số kĩ thuật: 114

Bảng 2-8 Bảng so sánh các đặc tính kĩ thuật 114

Bảng 2-9 Công nghệ chế tạo: 115

Bảng 2-10 Đặc tính kinh tế: 117

Trang 15

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1-2 Các bộ phận của MBA MTCDP 25

Hình 1-3 Dây quấn CA và HA của một pha 26

Hình 1-4 Một dạng điển hình của MTCDP 26

Hình 1-5 Mẫu nghiên cứu mạch từ dạng cuộn 28

Hình 1-6 Phân bố của cảm ứng từ trong mạch từ dạng cuộn rời 29

Hình 1-7 Sự phân bố cảm ứng từ tại mặt cắt 30

Hình 1-8 Mô hình từ trở của lõi thép cho MBA mạch từ dạng cuộn 35

Hình 1-9 Sự phân bố của cảm ứng từ B 37

Hình 1-10 Sự phân bố của cảm ứng từ B trong vùng mối nối 38

Hình 1-11 So sánh các trị số đo được và tính toán của tổn hao sắt từ toàn bộ cho 10 MBA khác nhau 39

Hình 1-12 Kết quả dòng từ hóa sử dụng FEM cũng như phương trình (1-13) của mô hình khi nl thay đổi 39

Hình 1-13 MBA MTDCP 41

Hình 1-14 Tổn hao MBA và tổn hao sắt từ 42

Hình 2-2 Đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ của β và các thông số 67

Hình 2-3 Kích thước và cách bố trí dây quấn HA 69

Hình 2-4 Hình dáng và cách bố trí dây quấn CA 71

Hình 2-5 Bố trí dây quấn CA, HA và lực cơ học 77

Hình 2-6 Kết cấu lõi sắt và hình dáng, tiết diện trụ 78

Hình 2-7 Kích thước và tiết diện từng bậc thang 79

Trang 16

Hình 2-8 Kích thước mạch từ 81

Hình 2-9 Thùng dầu và cánh tản nhiệt 87

Hình 2-10 Bề mặt thùng dầu 88

Hình 2-11 Kích thước thùng dầu 89

Hình 2-12 Kích thước cánh tản nhiệt 90

Hình 2-13 Kích thước rãnh cánh tản nhiệt 91

Hình 2-16 Kích thước mạch từ 112

Hình 3-1 Chế tạo mạch từ cuộn bằng trục gá tròn 118

Hình 3-2 Quá trình ủ trong lò ủ mạch từ kiểu mẻ 119

Hình 3-3 Mô hình máy quấn tôn 120

Hình 3-4 Chế tạo MTCDP 120

Hình 3-5 Công đoạn hàn và ép chặt mạch từ 121

Hình 3-6 Công đoạn quấn mạch từ cuộn lớn 121

Hình 3-7 Công đoạn băng đai và cách điện mạch từ 122

Hình 3-8 Kết cấu mạch từ cuộn và vùng nối 123

Hình 3-9 Kết cấu mạch từ cuộn bát cạnh 123

Hình 3-10 Phân bố cảm ứng từ trong 2 mạch từ dọc theo chiều dài lõi 125

Hình 3-11 Thành phần Bx, By và tổng hợp 3 thành phần Bx, By, Bz của cuộn dạng bát cạnh và cuộn dạng thông thường Cảm ừng từ phần bố giống nhau ngoại trừ ở chỗ nối 126

Hình 3-12 Độ dốc cảm ứng từ của MBA cuộn dạng bát cạnh ≈ 1,16 so với cuộn dạng thông thường, điều này làm giảm tổn hao dòng điện xoáy trong MBA cuộn dạng bát cạnh 126

Hình 3-14 Máy quấn dây 128

Hình 3-15 Gia công đầu ra dây quấn 128

Hình 3-16 Quấn băng cách điện đầu ra 129

Trang 17

Hình 2.3 a Mặt cắt là nơi hình dáng cảm ứng từ được phân tích

b Giá trị cảm ứng từ trong 24 lá thép đầu tiên

Hình 2.6 Sự phân bố của cảm ứng từ B trong vùng mối nối 26

Hình 2.7 So sánh các trị số đo được và tính toán của tổn hao sắt từ toàn

Hình 2.8 Kết quả dòng từ hóa sử dụng FEM cũng như ptr 3-16 của mô 28

Formatted: Centered, Line spacing: 1.5 lines Formatted Table

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Italic Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Trang 18

hình khi nl thay đổi

Hình 2.9 Hình 3 8Kết quả dòng từ hóa sử dụng FEM cũng như ptr

3-16 của mô hình khi nl thay đổi

29

Hình 2.10 Minh ho ạ MBA mạch từ liền cuộn dạng phẳng 29

Hình 2.12 S ự phân bố từ thông tại các trường hợp góc mạch từ vuông và

tam giác của không khí (a) các cảm ứng từ; (b) phóng lớn cục

bộ; (c) từ thông ( ωt = π/6)

31

Hình 2.13 S ự phân bố từ thông tại các trường hợp góc mạch từ lượn góc

và tam giác của lõi thép (a) các cảm ứng từ; (b) phóng lớn

cục bộ; (c) từ thông ( ωt = π/6)

31

Hình 2.14 Sự phân bố từ thông tại các trường hợp góc mạch từ lượn góc

và tam giác của không khí (a) các cảm ứng từ; (b) phóng lớn

cục bộ; (c) từ thông ( ωt = π/6)

32

Hình 2.15 S ự phân bố từ thông tại các trường hợp góc mạch từ lượn góc

và tam giác của lõi thép (a) các cảm ứng từ; (b) phóng lớn

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Caption, Indent: First line: 0", Space After: 0

pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: 3.15", Centered + Not at 0.39"

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: Not at 0.39"

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Right, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Italic Formatted: Caption, Indent: First line: 0", Space After: 0

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Italic Formatted: Indent: First line: 0", Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Trang 19

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Indent: First line: 0", Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Italic Formatted: Indent: First line: 0", Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Trang 20

Sai số quan hệ tuyệt đối trung bình trong dự đoán tổn hao sắt

từ MBA cho môi trường 1 đối với các nhánh sản xuất khác

nhau sử dụng thuật toán gen dựa trên quá trình nhóm

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Italic Formatted: Caption, Indent: First line: 0", Space After: 0

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Italic Formatted: Indent: First line: 0", Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Numbered + Level: 1 +

Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0" + Indent at: 0.25"

Trang 21

4.1

Hình

4.2

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ khi Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng dòng điện tạo ra từ trường và

ngược lại, sự biến thiên từ trường cũng tạo ra dòng điện vào năm 1831[7] làm tiền đề

cho sự ra đời MBA đầu tiên được sáng chế ra bởi Károly Zipernowsky, Miksa Déri và

Ottó Titusz Bláthy vào năm 1884 Từ thời kỳ đó MBA đã liên tục được chế tạo và cải

tiến không ngừng trên thế giới

Hiện nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, nhiều ngành kỹ

thuật mới ra đời như công nghệ thông tin, công nghệ Nano, tế bào gốc…tiếp tục phát

triển và hoàn thiện Cùng trong xu thế đó, công tác nghiên cứu công nghệ thiết kế và

chế tạo MBA trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng cũng phát triển mạnh

mẽ

Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Numbered + Level: 1 +

Formatted: Line spacing: 1.5 lines Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Numbered + Level: 1 +

pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines, Keep with next, Tab stops: Not at 0.39"

Trang 22

Trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng bắt buộc phải nâng áp và hạ

áp qua nhiều cấp đồng nghĩa với phải sử dụng rất nhiều MBA Mặc dù hiệu suất của

các MBA hiện hữu rất cao 98-99%, nhưng do lượng công suất truyền tải và phân phối

rất lớn nên tổng tổn hao trong hệ thống điện rất đáng kể Ví dụ: theo báo cáo của EVN

năm 2012 sản lượng điện truyền tải ước đạt 103,58 tỷ kWh, tổn thất điện năng do

truyền tải xấp xỉ 2,33%, (khoảng 2,4 tỷ kWh, trị giá xấp xỉ 3.600 tỷ đồng) vì thế phải

chú ý đến việc giảm tổn hao, nhất là tổn hao không tải trong MBA tức là giảm tổn hao

sắt Để giải quyết vấn đề này, ngay đầu thập niên 1990, các mạch từ dạng cuộn được

chế tạo từ các lá thép vô định hình đã được sử dụng trong các MBA truyền tải nhỏ,

giảm thêm được từ 20% tới 30% tổn hao của MBA thường

MBA mạch từ cuộn với ưu điểm nổi trội về tổn hao không tải thấp, độ ồn thấp,

kết cấu vững chắc, giảm trọng lượng, không phát sinh từ thông tản, nhiễu điện từ tới

các linh kiện điện tử bố trí gần đang được chế tạo và sử dụng rất nhiều, không chỉ

trong truyền tài và phân phối điện năng mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như biến áp

tự động ổn áp, biến áp tự ngẫu, biến áp nguồn…

Tất cả những nội dung nêu trên chính là tính cấp thiết của luận văn “Nghiên

cứu công nghệ thiết kế và chế tạo MBA mạch từ cuộn dạng phẳng”

2 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Xây dựng phương pháp tính toán, thiết kế máy biến áp mạch từ cuộn dạng

phẳng

3 Mục đích của đề tài

- Tìm hiểu đặc điểm thiết kế máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng

- Đưa ra quy trình công nghệ chế tạo máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng

4 Nội dung của đề tài

- Thiết kế mẫu máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng

- Quy trình công nghệ chế tạo máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng

1.5 Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về công nghệ chế tạo và thiết kế

Formatted: Heading 2, Space After: 0 pt, Add space

between paragraphs of the same style, Line spacing: single, Numbered + Level: 1 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.25" + Indent at:

Formatted: Heading 2, Indent: Left: 0.25", Hanging:

0.25", Numbered + Level: 1 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.25" + Indent at: 0.5", Tab stops: Not at 0.58"

Formatted: Heading 2, Numbered + Level: 1 + Numbering

Style: 1, 2, 3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.25" + Indent at: 0.5", Tab stops: Not at 0.58"

Formatted: No Spacing, Bulleted + Level: 1 + Aligned at:

0.5" + Indent at: 0.75", Tab stops: Not at 0.58"

Trang 23

- Giới thiệu chung về máy biến áp mạch từ cuộn trên cơ sở nghiên cứu lý

thuyết

- Xây dựng phương pháp, qui trình công nghệ, thiết kế tính toán, thiết kế máy

biến áp mạch từ cuộn trên cơ sở kết hợp phương pháp lý thuyết và phương

pháp thực nghiệm

Formatted: No Spacing, Indent: First line: 0", Space After:

0 pt, Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: single

Trang 24

1 1 Giới thiệu

Máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng (MBA MTCDP) được nghiên cứu, chế

tạo với các sản phẩm đầu tiên ra đời vào những năm đầu thập kỷ 90[13], thế kỷ XX là

loại MBA có mạch từ được làm bằng thép cuộn, có các trụ thẳng hàng nhau

Phạm vi công suất cỡ nhỏ và cỡ trung bình, với công nghệ chế tạo khá đặc biệt

và sử dụng các vật liệu mới, công nghệ mới trong tính toán, thiết kế tối ưu hoá đã cho

ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe và thân thiện

với môi trường

Với MBA thông thường có nhiều loại, tuy nhiên với MBA MTCDP cũng có

khá nhiều dạng Chỉ căn cứ vào dạng mạch từ cuộn, ta có các loại sau:

- Dạng liền cuộn: được cuộn liên tục từ lá thép

- Dạng cuộn rời: mạch từ được quấn bởi nhiều băng lá thép, hoặc dạng chữ C

v.v…

- Dạng hỗn hợp: mạch từ được tạo bởi hai hay nhiều cuộn lõi thép có cấu trúc

và vật liệu từ tính khác nhau

1 2 Cấu tạo:

Hình 12.-1 (theo dưới trình bày các bộ phận của MBA MTCDP ba pha Mạch

từ bao gồm 2 lõi thép cuộn lớn và 2 lõi thép cuộn nhỏ Dây quấn hạ áp (HA) làm bằng

các lá đồng, còn dây quấn cao áp (CA) bằng dây đồng (hình 21-.2)

Trang 25

Formatted: Indent: Left: 0.1", Line spacing: 1.5 lines, No

bullets or numbering

Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.1", First line:

0", Add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: Not at 0.5"

Formatted: Centered, Tab stops: Not at 3.15" + 5.28"

Trang 26

Hình 1-3 1.3Hình 2 3 Dây qu ấn CA và HA của một pha

Hình 1-4 1.4Hình 2 4 Một dạng điển hình của MTCDP

1 3 Ưu điểm của máy biến áp mạch từ dạng cuộn

Những ưu điểm của MBA mạng từ dạng cuộn cũng chính là lí do tại sao các

nhà sản xuất lại chế tạo sản phẩm này chứ không phải các MBA thông thường, bao

gồm:

- Giảm kích thước và trọng lượng do đó giá thành cũng giảm

- Cải thiện sự phân bố từ thông so với dạng mạch từ truyền thống, bởi vì hướng

cuộn không bị cắt góc và không có các khe hở Mạch từ cuộn được chế tạo từ

dải lá thép liên tục do đó đường dẫn kín của hướng cuộn rất hữu dụng và làm

giảm độ bão hòa từ thông

- Do sự đồng đều của cảm ứng từ dọc theo lá thép và do trọng lượng được giảm

thiểu nên tổn hao dòng điện xoáy và dòng từ hóa cũng giảm

- Tăng hiệu quả làm việc MBA và tăng hiệu suất

Formatted: Centered, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: No Spacing, Indent: Left: 0.25", Space After:

0 pt, Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.75" + Indent at: 1"

Trang 27

CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ, CÁC PHƯƠNG

PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU HOÁ MBA

1 4 Mô hình dòng từ hoá và tổn hao sắt từ cho máy biến áp mạch từ dạng

cuộn [13]

1.4.1 Giới thiệu

Để ước tính các tổn hao sắt từ trong giai đoạn thiết kế, việc mô hình hoá vấn đề

này về mặt hiệu quả và đơn giản giúp tính toán nhanh và dễ hơn trong quá trình thiết

kế MBA Ngoài ra, mô hình còn cung cấp thông tin rất quan trọng trong các vùng nối

của các lá thép Đặc biệt là nó còn cung cấp giá trị cao nhất của cảm ứng từ B cũng

như vị trí của nó trong các lá thép Mô hình còn xét đến số các lá thép trên một bước,

mà là tham số thiết kế ảnh hưởng cảm ứng từ và dòng từ hoá trong lõi Để đạt được

các tiến bộ đã đề cập, cần phải áp dụng mô hình Gauss (GM) cho sự phân bố từ thông

bằng cách áp dụng phương pháp cảm ứng sử dụng các phép mô phỏng theo phương

pháp phần tử hữu hạn (FEM) thực hiện ở dạng phẳng (2D) và dạng không gian (3D)

Các kết quả thu được với mô hình đề xuất được so sánh với các kết quả thu được từ

FEM cũng như từ thử nghiệm không tải

1.4.2 Cấu trúc mạch từ cuộn và các thông số liên quan

Xét một mạch từ cuộn thông thường của một MBA một pha Hình 1-523.1 a)

trình bày mô hình hình học cho các lá thép và số các lá thép trên một bước nl (number

of laminations) Hình 3Hình 1-52.1 b) trình bày các tham số thiết kế cần xét, như độ

dài chồng lấn s, chiều dài khe hở g và bề dày lá thép d, chiều rộng lá w, chiều cao cửa

sổ h và chiều rộng cửa sổ u

Để thu được các tổn hao dòng điện xoáy trong các lá thép cuộn, thí nghiệm

không tải được mô phỏng bằng mô phỏng trường thời gian - sử dụng FEM Mô phỏng

FEM 2D được thực hiện cho tất cả các lá thép của mạch từ cuộn sử dụng mô hình hình

học 2D cho mỗi lá thép cuộn Nói cách khác mô phỏng FEM 3D được thực hiện cho

các nhóm không quá 20 lá thép cuộn Trong mô hình là 4 tấm lá thép si-líc hạt định

Formatted: Numbered + Level: 1 + Numbering Style: 1, 2,

3, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0" + Indent at: 0.25"

Formatted: Heading 3

Trang 28

hướng (GOSS) được sử dụng để mô phỏng và tính toán các tổn hao M4 (0,28mm), M5

(0,30mm), M6 (0,35mm) và M5-H2 (0,30mm)

Hình 1-5 Hình 2 1 Hình 3 1 Mẫu nghiên cứu mạch từ dạng cuộn

a ) Các lá thép/bước của MBA dạng cuộn b ) Các tham số thiết kế cần xét

1.4.3 Mô hình

a c1 Mô hình phân bố cảm ứng từ

Mô hình đề xuất xác định tổn hao mạch từ trong mỗi một lá cuộn của mạch từ;

Đó là lí do tại sao lại cần phải có mô hình về sự phân bố cảm ứng từ thông thường B

Sự phân bố của B trong mạch từ cuộn được trình bày trong hình 3hình 1-62-a), các giá

trị của B trong mặt phẳng xy trong lớp lá thép được chọn ngẫu nhiên và đã vẽ trong

hình 3hình 1-6b2b, thực tế, đối với các lá thép cuộn khác hình dáng của B dọc theo lá

thép là giống nhau Từ phân tích hình dáng của B trong hình 3hình 1-62b, 2 vùng được

xét tới là: (i) vùng B phân bố không đều (vùng mối nối, λ); (ii) vùng nơi B ổn định hay

đồng đều (vùng ℓ)

Ta cần phải tìm mô hình phù hợp với đường dẫn cảm ứng từ (hình 3hình

1-62.2c), đó là phù hợp với mô hình Gauss

Formatted: Indent: First line: 0", Space After: 10 pt, Add

space between paragraphs of the same style, Line spacing: Multiple 1.15 li

Formatted: Heading 3 Formatted: Numbered + Level: 1 + Numbering Style: a, b,

c, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

Trang 29

a) Mạch từ cuộn dạng rời

b) C ảm ứng từ trong lõi thép

c) Đường dẫn

a) H

ình 1-6 Phân bố của cảm ứng từ trong mạch từ dạng cuộn rời

Đối với vùng phân bố đều, cần phải xét các giá trị của B trong mặt phẳng yz,

tức là mặt cắt (hình 3hình 1-72.3a) Sự phân bố của B trên mặt phẳng yz này được

trình bày trong hình 3hình 1-2b7b, là nơi mà các lá thép gần cửa sổ mạch từ có giá trị

cảm ứng từ B cao hơn các lá thép ngoài Do vậy, để tính trung bình cảm ứng từ B0k

trong mỗi lá thép, ta cần tìm mô hình phù hợp với hình 3hình 1-7c2.3c; đó là ta phải

giả thiết rằng B0k trong mặt phẳng yz (mặt cắt mạch từ) thay đổi khi hàm mũ của biến

độc lập τ biểu diễn cự ly từ độ rộng mạch từ 0 tới độ rộng mạch từ E (hình 3hình

1-72.3c), do vậy:

Formatted: Caption, Space After: 0 pt, Line spacing:

single, No bullets or numbering

Trang 30

a) Phân tích cảm ứng từ tại mặt cắt lõi thép cuộn

b) Giá trị của cảm ứng từ trong 24 lá thép đầu tiên

Trong đó Bi là cảm ứng từ trong lá thép bên trong nơi mà τ = 0 và Be là cảm

ứng từ của lá thép ngoài, trong đó τ= E Hằng số M được tính:

Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: 6.3", Right

+ Not at 5.5"

Trang 31

0 ( )

1 (B k E ) 1 ( )Be 1 ( )i

Kết quả cuối cùng của Ptr.3Ptr.phương trình (1-2) thu được với điều kiện xét tới

sự sụt giảm của B là do các lá thép bên trong có từ trở nhỏ hơn các lá thép ngoài bởi vì

e i

mmf mmf e

e B A A

e e s r s

(ptr.3ptr.21-3b)

Trong đó mmf là sức từ động; Φ i và Φ e là từ thông trong lá thép trong và ngoài,

Bi và Be là cảm ứng từ trong các lá thép trong và ngoài; ℓi và ℓe là chiều dài các lá thép

trong và ngoài; As là tiết diện ngang của lá thép và μr là độ từ thẩm tương đối

Coi sức từ động mmf là như nhau (do các ampe-vòng của nguồn kích từ là như

nhau), sử dụng các phương trình (ptr.3ptr.21-3a) và (1-3b), ta có mối quan hệ sau:

Â

ll

Do vậy tỉ số từ trở (ℜi/ℜe) bằng tỉ số chiều dài (ℓi/ℓe) của lá thép

Trong giai đoạn thiết kế MBA mạch từ cuộn, đều xét đến giá trị trung bình của

tiết diện mạch từ B; ta coi giá trị này là cảm ứng từ thiết kế và gán nó là B0 Tính B0

Formatted: No Spacing, Indent: Left: 0"

Trang 32

Ta cần phải xét thông số tiếp theo là số lá thép/bước nl, là thông số ảnh hưởng

tới sự phân bố của B Ảnh hưởng này được tính như sau:

t t

l0

Biểu thức (1 + 1/nl) có được sau khi quá trình làm khớp số với tất cả kết quả

thu được từ chạy các mô phỏng

b c2 Mô hình tính tổn hao mạch từ

Tính toán tổng hao mạch từ trong MBA MTDCP liên quan tới tính toán 3 thành

phần: tổn hao do từ trễ, Ph (W); tổn hao do dòng điện xoáy truyền thống, Pe (W) và tổn

hao từ dư Pexc (W) Tổn hao do trễ được tính trong mỗi một lá thép bằng cách áp dụng

hệ số nhà sản xuất, kh; ví dụ: đối với M4, kh = 0,3161 W/kg tại 1,50 T và 60 Hz Lưu ý

kh không phải là một hằng số, nó tuỳ thuộc vào tần số hoạt động (f) và cảm ứng từ B

tại đó các lá thép mạch từ đang làm việc, nó là một hàm số: kh (f,B) Trong trường hợp

này, các nhà sản xuất GOSS cung cấp hệ số kh chỉ cho các tần số làm việc của MBA

tiêu biểu và các biên độ B (1,5 & 1,7 T) cho các thép chất lượng khác nhau Tổn hao

do trễ đối với lá thép thứ k như sau:

Trong đó: d là chiều dày lá thép (m), w là chiều rộng lá (m) và lk là chiều dài lá

(m) đối với lá thép thứ k; ρs = 7650 kg/m3 là trọng lượng riêng của GOSS

Công thức giả thiết cho tính toán tổn hao do trễ như sau:

=

= å ( ) 1

nk k

e

Hệ số độ sâu F(δ) như sau:

d d d

Trang 33

Trong đó δ được cho bởi:

F(δ) = 0,9983 tại 60 Hz Cuối cùng, F(δ) ≈ 1, đối với trường hợp tần số thấp (tức là 50

Hz hoặc 60 Hz), trong khi MBA làm việc Đó là tại sao hệ số độ sâu F(δ) xuất hiện

trong ptr.3ptr.21.10a bị loại bỏ trong phần này

Để tính toán các tổn hao dòng xoáy truyền thống trong hệ thống lá thép cạnh lá

thép, như đã giả thiết, ptr.3ptr.21-10a phải được sửa lại như sau:

k

Trong đó Pe(k) là các tổn hao dòng xoáy truyền thống (W) trong lá thép thứ k

trong vùng đồng đều l, σ là điện dẫn của lá thép (S/m), f là tần số hoạt động (Hz), d

chiều dày lá thép (m), w là độ rộng lá thép (m), lk là chiều dài (m) trong lá thép thứ k,

B ok là giá trị trung bình của cảm ứng từ trong lá thép thứ k (T) Các tổn hao dòng điện

xoáy trong vùng nối được ước tính như sau:

nj k

Trong đó α1,i, α2,i là các hệ số liên quan tới đỉnh của B; β1,i , β2,i là các hệ số liên

quan tới vị trí đỉnh của B và γ1,i, γ2,i liên quan đến độ rộng của đỉnh của B i đại diện

cho số thứ tự (từ 1 tới 5) mà ta đã chia vùng kết nối

j trong ptr.3ptr.phương trình 1-12 đại diện cho số các phần Δλ của chiều dài

vùng nối (λ), nj là tổng số các phần và k biểu thị lá thép thứ k

Công thức tính các tổn hao dòng xoáy như sau:

Trang 34

=

= å ( )+ ( ) 1

Trong đó Wexc là các tổn hao dư (W/m3), σ là điện dẫn của lá thép (S/m), G và

V0 là các hằng số liên quan tới chất lượng lá thép (G = 0,1356 và V0 = 0,0110 đối với

vật liệu từ M4 tại 1,50 T và 60 Hz, V0 là thông số làm khớp, bởi vì cần phải làm khớp

cho mỗi một cảm ứng từ) và S là tiết diện ngang của lá thép

Tính tổn hao dư trong mỗi lá thép như sau:

P = × s× ×G V × ×S B ×f × × × d w l (ptr.1-15) Trong đó Pexc(k) là tổn hao dư (W) cho lá thép thứ k với độ dài lá thép lk (m)

Công thức tính tổn hao dư toàn bộ như sau:

( ) 1[ ]

nk k

Ước tính dòng điện từ hóa thu được sau khi tính từ trở lá thép Mạch từ cho lõi

thép cuộn được trình bày trong hình 3hình 1-8: 2 từ trở được tính trong mỗi lá thép

theo 2 vùng mà ta đã giả thiết: (i) trở kháng ℜλ trong vùng λ là nơi cảm ứng từ φλ

không đều, (ii) trở kháng ℜℓ trong vùng ℓ là nơi cảm ứng từ φℓ là hằng số

Đối với vùng ℓ tại vùng từ trường không đổi, từ trở được tính bởi:

m m

× ×l

l( )( )

0

k k

+ Not at 5.5"

Formatted: No Spacing, Numbered + Level: 1 + Numbering

Style: a, b, c, … + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

Formatted: Font: Bold, Italic Formatted: Font: Italic

Formatted: Left, Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: 6.3",

Right + Not at 5.5"

Trang 35

Trong đó ℜλ (k) là từ trở trong lá thép thứ k với chiều dài ℓ(k), tiết diện As, còn độ

từ thẩm tương đối μr nhà sản xuất cung cấp theo hướng cuộn Đối với vùng đầu nối nơi

mà từ trường không đều, từ trở được tính bằng cách áp dụng độ từ thẩm trong vùng

đầu nối μ(λ), như vậy:

Hình 1-8 Hình 3 4 Mô hình t ừ trở của lõi thép cho MBA mạch từ dạng cuộn

( ) 0

1 ( )

1.4.2.1.4.4 Kết quả thu được

Phần này trình bày áp dụng của mô hình đề xuất cho tính toán các tổn hao sắt từ

và dòng từ hóa, sử dụng các ví dụ MBA một pha 25kVA cũng như MBA truyền tải

750kVA 3 pha Cả 2 MBA đều có lõi sắt cuộn kiểu trụ bọc MBA một pha có 2 lõi sắt

Trang 36

giống nhau cấu thành từ 3 trụ MBA 3 pha có 2 lõi giữa và 2 lõi bên cấu thành từ 5 trụ

Các lõi giữa và lõi rìa là tương tự nhau ngoại trừ độ rộng cửa sổ giữa là gấp đôi độ

rộng cửa sổ rìa Bảng 1.1 bao gồm các kích thước lõi thép và các tham số kết cấu cho

cả 2 MBA này

Từ mô phỏng phương pháp phần tử hữu hạn, hình 3hình 1-9a trình bày sự phân

bố của B trên lõi thép MBA khi thực hiện mô phỏng thí nghiệm không tải; các giá trị

của B được tính trên hai kênh khác nhau với đích là đánh giá sự phân bố của B: (i) trụ

phía phải; (ii) trụ giữa Hình 1-9b chỉ ra B nơi có độ dốc giảm: là các lá thép gần với

cửa sổ lõi thép có các trị số B cao nhất Hình 3Hình 1-9c chỉ ra các trị số B trên trụ

giữa: giá trị trung bình của B trong mặt cắt ngang lõi sắt là 1,5 T, bởi vì B0 = 1,5 T

Hình 3Hình 1-10 chỉ ra sự phân bố của B trong vùng kết nối

Thí nghiệm không tải được thực hiện trên 2 MBA này và các tổn hao sắt từ toàn

bộ cũng như dòng điện từ hóa được đúc rút từ thí nghiệm này Bảng 1.2 bao gồm tổng

kết của các tổn hao sắt từ và dòng điện từ hóa đo được Các lõi thép cuộn thiết kế có 6

và 12 lớp lá thép/bước (nl = 6 và nl = 12); GOSSS M4 được sử dụng; thiết kế được

xây dựng để hoạt động tại B0 = 1,50 T và 60 Hz

Các tổn hao từ trễ Ph là không đổi đối với nl = 6 và nl = 12 (bảng 1.2) bởi vì ta

sử dụng chỉ một hệ số đã cho từ nhà sản xuất (kh = 0,3161 tại 1,5T và 60Hz) theo

FEM và sự chênh lệch với các tổn hao dòng điện xoáy Pe

Bảng 1-1 Các tham số kết cấu mạch từ cho MBA 1 pha 25 kVA và MBA 3 pha 750

U Chiều rộng cửa sổ của lõi bên 85,00 82,80

Trang 37

a) Sự phân bố cảm ứng từ B trong lõi thép cuộn trong thí nghiệm không tải

b) Các trị số của B trên đường dẫn song song với trục y trên trụ phải

c) Các trị số của B trên đường dẫn song song với trục y trên trụ giữa

Hình 1-9 ự phân bố của cảm ứng từ B

Trang 38

Hình 1-10 Hình 3 6 S ự phân bố của cảm ứng từ B trong vùng mối nối

Bảng 1-2 Tổn hao sắt từ và dòng điện từ hóa cho MBA 1 pha 25 kVA và MBA 3 pha

Iexc,test Dòng điện từ hóa (A) từ thí nghiệm 0,0157 0,0144 1,36

Iexc Dòng điện từ hóa (A) từ ptr.3ptr.2phương trình

1-21

0,0172 0,0156 1,43

Formatted: Line spacing: 1.5 lines, Tab stops: Not at 5.5"

Formatted: Centered, Line spacing: At least 12 pt Formatted: Centered, Indent: First line: 0", Line spacing:

At least 12 pt

Formatted: Centered, Line spacing: At least 12 pt

Trang 39

Mô hình này được dùng để tính toán các tổn hao sắt từ và dòng điện từ hóa rất

hữu ích trong giai đoạn thiết kế ban đầu MBA một pha và ba pha Nó còn cung cấp

thông tin quan trọng về những ảnh hưởng của vùng mối nối hoặc những tác động của

các lá thép/bước lên tổn hao sắt từ Cuối cùng phần này rất hưũ ích cho thiết kế và chế

tạo các MBA truyền tải

Hình 1-11 Hình 3 7 So sánh các tr ị số đo được và tính toán của tổn hao sắt từ toàn bộ

cho 10 MBA khác nhau

Hình 1-12 Hình 3 8 Kết quả dòng từ hóa sử dụng FEM cũng như phương trình (

ptr.1-13) của mô hình khi nl thay đổi

1 5 Tổn hao và giảm tổn hao máy biến áp

1.5.1 Tổn hao máy biến áp

Tổn hao MBA bao gồm tổn hao không tải (hoặc tổn hao sắt từ) và tổn hao có

tải Tổn hao sắt từ bao gồm các tổn hao do dòng điện không tải, các tổn hao từ trễ và

dòng điện xoáy trong lá thép, tổn hao do dòng điện xoáy trong các kẹp và lu lông,

Trang 40

trong chất điện môi Tổn hao có tải bao gồm tổn hao do dòng điện tải, tổn hao do dòng

điện cấp và các tổn hao dòng điện xoáy trong các vật dẫn điện do từ trường tản

1.5.2 Gi ảm tổn hao máy biến áp

Để chế tạo MBA hiệu suất cao, tất cả các tổn hao phải giảm xuống thấp nhất

Để đạt được mục tiêu này, có những phương pháp sau:

- Sử dụng vật liệu sắt từ tổn hao thấp

- Giảm cảm ứng từ trong lõi sắt

- Giảm chiều dài đường dẫn từ thông

Nói chung, các phương pháp này đều chưa hiệu quả, làm tăng chi phí và tổn

hao có tải Thay vào đó, nhà thiết kế có thể giảm tổn hao có tải bằng các phương pháp

sau:

- Sử dụng vật liệu dẫn điện tổn hao thấp hoặc phương pháp quấn dây

- Giảm mật độ dòng điện

- Giảm đường dẫn dòng điện

Các cách này lại làm tăng tổn hao sắt từ và chi phí Các cách trên có xu hướng

giảm tổn hao sắt từ lại làm tăng tổn hao có tải hoặc ngược lại Quyết định thiết kế tốt

nhất dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật làm việc và các chỉ tiêu khác mỗi một ứng dụng

MBA riêng Trong hầu hết các trường hợp, đòi hỏi MBA phải được thiết kế với tổn

hao sắt từ tối thiểu

Tổn hao qui định bởi khách hàng được gọi là tổn hao bảo hành Kỹ sư thiết kế

MBA để đạt được tổn hao có tải và sắt từ càng gần tổn hao bảo hành càng tốt Ngoài

ra, tổn hao phải nằm trong dung sai đã xác định bởi các tiêu chuẩn quốc tế (ANSI,

IEC, ) để tránh bị phạt

Tổn hao được tính toán trong pha thiết kế được gọi là tổn hao thiết kế, do đó

trong mỗi một nghiên cứu MBA, tổn hao sắt từ thiết kế và tổn hao có tải thiết kế đều

được tính trước

Tại giai đoạn cuối cùng của chế tạo MBA, tổn hao đo từ MBA Tổn hao này

được gọi là tổn hao thực tế Đường dưới cùng là tổn hao sắt từ và tổn hao có tải thực tế

cần tuân theo yêu cầu khách hàng và các tiêu chuẩn quốc tế

Formatted: Indent: Left: 0", First line: 0.1", Space After:

0 pt, Don't add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Indent: Left: 0", First line: 0.1", Space After:

0 pt, Don't add space between paragraphs of the same style, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: No Spacing

Tiêu đề	Nghiên Cứu Công Nghệ Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Biến Áp Mạch Từ Cuộn Dạng Phẳng
Tác giả	Đỗ Mạnh Tuân
Người hướng dẫn	TS. Triệu Việt Linh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Hướng Thiết Bị Điện
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	132
Dung lượng	3,36 MB

Nghiên cứu công nghệ thiết kế và chế tạo máy biến áp mạch từ cuộn dạng phẳng

Mơ hình máy quấn tôn

Quấn băng cách điện đầu ra