XÂY DỤNG mô HÌNH GIẢI TÍGH gág KIỂU dây QUẤN điện dung nối tiếp dây quấn xoắn ốc sử dụng vòng tĩnh điện giữa các bánh dây SR

Nhu các đuởng phân bố điện áp ban đầu trên dây quấn đã nêu ở trên ta thấy, để điện áp phân bố đều trên các bánh dây, cần giảm độ lớn của hệ số a, để giảm hệ số này ta có thể tăng điện du

MỤG LỤG 1.

1.1.1

2 KẾT LUẬN

3 1 DÂY QUẤN

4 Khi dây quấn làm việc phải chịu đuợc quá điện áp thao tác hay quá điện áp

do xung sét, các dạng quá điện áp này thuờng xảy ra trong khoảng thời gian tuongđối ngắn và phân bố không đều trên cuộn dây Khi đó vài bánh dây đầy có thể phảichịu đến hon 50% giá trị điện áp cả cuộn dây, trong khi điện áp đặt trên nhữngbánh dây còn lại không đáng kế, gây ra quá áp đánh thủng cách điện những bánhdây đầu Để tính toán đuợc kích thuớc cách điện cần biết rõ dạng phân bố điện ápban đầu trên cuộn dây Từ đó tìm cách cải thiện dạng phân bố điện áp ban đầu đótrở lên tuyến tính Muốn tăng khả năng chịu quá áp trên các bánh dây hay cuộncây, cần làm cho phân bố điện áp ban đầu tiến sát với đuờng phân bố điện áp xáclập Để xây dựng đuờng cong phân bố điện áp ban đầu trên dây quấn, dựa vào so

đồ mạch điện dung nhu hình duới:

5.

6.

7. Hình 9: sơ đồ mạch điện thay thế dây quấn

8. Điện áp ux của phần tử dx tính qua điện dung Css và điện tích dqx9

12. du V G

d x G nt

2 Với dây quấn có trung tỉnh cách điện với đất

Tại x = 0 có qx = 0 -> ~T^ = < từ (3-2) ta có aAe ữx — aBe zx| x — 0 —0 -* A — B

e «x +e zx

e a + e — a

— U chax cha (3-4)

3.1 GÁG KIỂU DÂY QUẤN GAO ÁP

1.1.1 Dây quấn xoắn ốc liên tục 9

23 Dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục chia thành các bánh dây, phân bố điện áp

xác lập trên bánh dây thưởng tuyến tính từ 0 đến Uf Nếu điện áp pha là Uif và số

bánh dây là q thì điện áp một bánh dây là Ub = Uif/q số bánh dây được chọn saocho điện áp mỗi bánh dây vào khoảng 3000V với điện áp cao áp hay lên tới trên6000V với điện áp siêu cao áp

25. Hình 12: dây quấn xoắn ốc liên tục [3]

26.

27 Với kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục này, thuởng đuợc quấn nhu sau: đầu tiên

quấn hai bánh dây giống nhau với số vòng mong muốn, nhu hình trên là từ vòng 1đến vòng 6 và từ vòng 7 đến vòng 12 Sau đó nới lỏng bánh dây thứ hai để có thểsắp xếp lại các vòng dây theo thứ tự nguợc với truớc Tiếp tục làm nhu vậy vớitừng cặp bánh dây ưu điểm của cách quấn dây này là dây liên tục, không có mốihàn, bánh dây chắc chắn, chịu ứng lực ngắn mạch tốt, chi phí rẻ

28 Để giảm bớt khoảng cách cách điện so với gông, nhiều hãng chế tạo thực

hiện dây quấn với đầu cao áp ở giữa cuộn dây, dây quấn đuợc chia làm hai nhánhsong song, một nửa quấn trái và một nửa quấn phải

29 Nhu các đuởng phân bố điện áp ban đầu trên dây quấn đã nêu ở trên ta thấy,

để điện áp phân bố đều trên các bánh dây, cần giảm độ lớn của hệ số a, để giảm hệ

số này ta có thể tăng điện dung nối tiếp trên cuộn dây bằng cách dùng vòng điệndung ( vòng tĩnh điện) phía trên đầu bánh dây hoặc giữa các bánh dây nhu hìnhduới đây:

30.

31.

32 Hình 13: vòng tĩnh điện đau bánh dây (SER)

33 Thông qua việc sử dụng bề mặt đẳng thế với bán kính cong các góc có giá

trị phù hợp, việc sử dụng vòng tĩnh điện nối với đầu vào bánh dây trên cùng sẽ làmgiảm ứng xuất tập trung trên bánh dây đầu Vòng điện dung( Static End Ring -SER) cũng cải thiện giá trị điện dung nối tiếp tại đầu vào Vòng điện dung càng đặtgần bánh dây đầu, giá trị điện dung nối tiếp càng lớn, nhở đó làm giảm ứng suấttác động lên bánh dây đầu tiên trên đuởng phân bố điện áp ban đầu trên các bánhdây

34 Gần nâng cao thêm giá trị điện dung nối tiếp có thể sử dụng vòng điện dung

đặt xen vào giữa các bánh dây:

35.

36 Hình 14: vòng tĩnh điện đặt giữa các bánh dây

37 Một kiểu dây quấn xoắn ốc nữa cũng đạt đuợc mục tiêu nâng cao giá trị điện

dung nối tiếp là sử dụng màn chắn tĩnh điện quấn cùng các vòng dây số luợngmàn chắn giảm dần trên các bánh dây từ bánh dây có đầu dây vào, để phù hợp vớiứng suất điện áp dọc chiều cao của dây quấn Kiểu dây quấn này cũng có 1 vàinhuợc điểm nhu: do quấn thêm màn chắn nên làm giảm hệ số không gian dâyquấn, cần thêm vật liệu chế tạo màn chắn, làm rối loạn cân bằng ampe - vòng trênđơn vị chiều cao dây quấn, có thêm thành phần tổn hao do dòng xoáy trên các màn

38.

39 Hình 15: màn chắn quấn cùng trong cặp bánh dây[6]

1.1.2 Dây quấn đfn xen:

40 Một giải pháp hiệu quả khác về cách thức quấn dây nhằm tăng đáng kể giá

trị điện dung nối tiếp tuơng đuơng giữa các vòng dây và bánh dây là thực hiện dâyquấn đan xen

41 Ở kiểu dây quấn đan xen, điện áp giữa 2 vòng dây liền kề vật lý với nhau

lớn hơn nhiều lần kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục Thông qua việc đan xen dâyquấn sẽ làm tăng điện áp giữa các vòng dây cạnh nhau, từ đó tăng đáng kể điệndung nối tiếp tuơng đuơng trên dây quấn, cải thiện đuỞng cong phân bố điện ápban đầu có gradient điện áp nhỏ hơn, hay phân bố điện áp ban đầu đều hơn

chắn

47 Hình 17: đan xen các vòng trên từng cặp bánh dây [7]

48 Kiểu dây quấn này thực hiện đan xen từng cặp bánh dây, khi quấn ta chập 2

sợi quấn cùng nhau nhu bánh dây kiểu xoắn ốc, hoán vị hai sợi vòng trong cùngkhi chuyển bánh Sau khi quấn xong mỗi cặp bánh dây, lấy sợi phía trong trên haibánh dây nối với nhau nhu hình mô tả

49 b: Đan xen từng bánh dây trên mỗi cặp bánh dây:

50.

51.

52 Hình 18: đan xen từng bánh dây trên môi cặp bánh dây [7]

53 Kiểu dây quấn này cũng thực hiện đan xen từng cặp bánh dây, tuy nhiên

phuơng pháp này đan xen cả bánh dây trong từng cặp

54 c: Đfn xen từng nhóm 2 cặp bánh dây:

55.

56.

57 Hình 19: đan xen từng nhỏm hai cặp bánh dây [7]

58 Kiểu dây quấn này đan xen các bánh dây trên hai cặp bánh dây Tăng điện

áp giữa các bánh dây cạnh nhau nên tăng đuợc năng luợng điện dung nối tiếp giữacác bánh Qua đó làm tăng điện dung nối tiếp tuơng đuơng

59 d: Đan xen haỉ nhóm bốn bánh dây:

60.

61.

62 Hình 20: đan xen 2 nhỏm 4 bánh dây

63 Thực hiện quấn đồng thời từng 2 dây quấn 1-21 và 2-22 trên từng lớp huớng

trục; tại buớc chuyển giữa các lớp thực hiện chuyển vị 2-3 và 22-23 để sang lớpmới, sang lớp tiếp theo thực hiện tuơng tự có 3-23 -> 4-24 Kiểu dây quấn nàythực hiện đan xen phức hợp các kiểu đan xen trên, đan xen cả các vòng dây vàbánh dây

3.2 XÂY DựNG MÔ HÌNH GIẢI TÍCH CÁC KIỂU DÂY QUẤN:

64 3.2.1 Đỉện dung nốỉ tỉếp dây quấn xoắn ốc:

65 Để tính toán điện dung nối tiếp của các kiểu dây quấn khác nhau, ta cần tính

điện dung giữa các vòng dây trên bánh dây và điện dung giữa các bánh dây

66 Điện dung giữa các vòng dây:

67. G g 0 .Ẹ p .n.D m (w + t p )

68 Trong đó:

- Dm: là đuờng kính trung bình của dây quấn

- w: là kích thuớc dây trần treo chiều huớng trục

- tp9 là chiều dày tổng của giấy cách điện bọc dây quấn ở cả 2 phía

- So: là hằng số điện môi của chân không

- Sp: là hằng số điện môi tuơng đối của giấy cách điện

- R: là chiều sâu huớng kính của dây quấn

- ts và Ss: là chiều dày và hằng số điện môi tuơng đối của nêm giữa 2 bánhdây

- Soil: là hằng số điện môi tuơng đối của dầu

- k: phần không gian cung tròn chứa dầu ( 1 -k: là phần nêm đệm giữa 2 bánhdây)

75 Khi tính điện dung nối tiếp của các kiểu dây quấn ta giả sử điện áp phân bố

tuyến tính trên các bánh dây Ta có CT là điện dung giữa các vòng dây cạnh nhau

và CD là điện dung giữa từng cặp vòng đối diện (1 vòng dây của bánh dây trên với

1 vòng dây của bánh dây duới tuơng ứng)

77 Gọi ND là số vòng dây trên 1 bánh dây, ta có số điện dung vòng G T trên mỗibánh dây là ND-1 và số điện dung GD giữa 2 bánh dây là ND-1 Điện dung nối tiếpcủa dây quấn là điện dung tổng tương đương của điện dung giữa các vòng dây vàgiữa các bánh dây Gọi điện áp đặt vào 1 cặp bánh dây là V -> điện áp trên mỗivòng dây là V/2ND Đe tính điện dung tương đương ta sử dụng giả thiết tổng nănglượng tích trữ trên các điện dung vòng trên 1 cặp bánh dây bằng năng lượng tíchtrữ trên điện dung vòng tương đương:

83 Điện áp đặt trên điện dung giữa các cặp vòng đối diện GD ( thứ 1, 2,3 ,

‘ND84.-1") trên từng cặp bánh dây tính từ trong ra thứ tự là:

93 Gánh khác, ta cũng có thể tính điện dung bánh tương đương thông qua điện

dung trên 1 đơn vị chiều sau bánh dây Như trên ta đã coi điện áp phân bố tuyếntính trên các bánh dây:

94.

95. Hình 22: phân bố điện áp trên một bánh dây

96 Điện áp tại điểm x của bánh dây trên:

104. Năng lượng tổng tích trữ trên điện dung đơn vị giữa 2 bánh dây bằng năng

lượng tích trữ trên điện dung tương đương giữa 2 bánh dây:105.

106. Điện dung nối tiếp của 1 cặp bánh dây là tổng của điện dung vòng tươngđương và điện dung bánh tương đương:

117 Hình 24: phân bố điện áp trên vòng điện dung và bánh dây

118. Vòng điện dung được nối với vòng dây đầu tiên, do vậy điện thế trên vòngđiện dung bằng điện thế đầu vào Gọi R là chiều rộng của cuộn dây, ta có điện thếtại bất kỳ điểm x nào trên vòng điện dung SER:

128. Tổng năng lượng tích trữ trên điện dung giữa SER và bánh dây đầu tiênbằng năng lượng tích trữ trên điện dung tương đương:

139 Hình 25: vòng tĩnh điện đặt giữa các bánh dây

140. Sử dụng vòng tĩnh điện đặt giữa các bánh dây Cũng tương tự như trên ta có

điện thế tại bất kỳ điểm x nào trên vòng điện dung SR:

146 Giả sử khe hở giữa SR giữa 2 bánh dây bằng nhau, ta có điện dung trên 1

đơn vị chiều rộng cuộn dây giữa SR và bánh dây trên “CSU” bằng điện dung trên 1

147 ỉ_ơn vị T-biềụ rộng cuộn dây, giữa SR và bánh dây dưới Ta có năng lượng tích trữ

rên 2 điện dung đơn vị đó là:

(3-13)

(3-14)

> v 2 R - x

2 R

162 Hình 26: đan xen từng cặp bánh dây

163. Kiểu dây quấn đan xen như hình trên, số điện dung vòng trên 1 bánh dâylà

(ND-1) do đó tổng số điện dung vòng trên cặp bánh dây là 2(ND-1) Giả sử điện áp

V phân bố tuyến tính trên cặp bánh dây Do sự đan xen có tính lặp lại giữa cácvòng dây, mỗi vòng dây ở giữa sẽ chênh lệch điện áp với hai vòng dây bên cạnh

a: Đan xen các vòng trên từng cặp bánh dây:

điện dung này:

và (ND-2) điện dung có điện áp ND-1,1 „J V Năng lượng tích trữ trên các ,

2 N

EN — 2 C

T(_

176 Hình 28: đan xen từng nhỏm 2 cặp bánh dây

177. Điện thế tại điểm x trên bánh dây Al:

184. Điện thế tại điểm x trên bánh dây Al:

185. Gọi CDUI: là điện dung trên l đơn vị chiều rộng giữa 2 bánh dây A1-A2 và

B1-B2

186. CDU 2: là điện dung trên 1 đơn vị chiều rộng giữa 2 bánh dây A-B

187. Năng luợng tích trữ trên điện dung đơn vị giữa 2 bánh dây A1-A2 tại vị trí xlà:

190. Í-Vx r

191. 2 R

192. Năng lượng tích trữ trên điện dung đơn vị giữa 2 bánh dây B1-B2 tại vị trí x

là:193 194.

195 Hình 29: đan xen 2 nhỏm 4 bánh dây

196. Gọi ND là số vòng dây trên 1 bánh dây, điện áp đặt vào 2 nhóm 4 bánh dây

là V ^ điện áp trên mỗi vòng dây là V/8ND Tông số điện dung vòng CT là 4(ND1) chia làm 4 nhóm, điện áp trên mỗi nhóm có (ND-1) điện dung thứ tự là

202. Gọi GD 1 là điện dung giữa từng cặp vòng đối diện giữa 2 bánh dây trongnhóm A (1 vòng dây của bánh dây trên với 1 vòng dây của bánh dây dưới tươngứng) và GD2 là điện dung giữa từng cặp vòng đối diện giữa 2 nhóm bánh dây A-B.Điện áp giữa các vòng trên các bánh dây đối diện trong mỗi nhóm A và B đều cógiá trị 19 hay 20 lần điện áp 1 vòng.

203. Tổng năng lượng tích trữ trên các điện dung GDI và GD 2 là:

204.

205.

3.2.5 Điện dung nỗi tiếp dây quấn xoắn ỗc sử dụng màn chắn:

207. So với dây quấn đan xen, dây quấn xoắn ốc sử dụng màn chắn chế tạo đơngiản hơn nhưng vẫn đạt được mục tiêu nâng cao giá trị điện dung nối tiếp Sốlượng màn chắn giảm dần trên các bánh dây từ bánh dây có đầu dây vào, để phùhợn với ứng iSuất điên áp dọc chiềuL cao của dây quấn Kiểu dây quấn Tày cũn&có

1 vai nhượcđiểm nnư: do quấn thèm màn chanmên làm giảm nệ Số khổng giandiâyquấn, cần thêm vật liệu chế tạo màn chắn, làm rối loạn cân bằng amper-vòng trênđơn vị chiều cao dây quấn, có thêm thành phần tổn hao do dòng xoáy trên các mànchắn

208.

209.

210. Hình 30: Gặp bánh dây sử dụng màn chắn [3]

211. Mỗi bánh dây có ND vòng dây và k màn chắn, với k < ND-1 Điện áp đặttrên

cặp bánh dây là V, ta có điện áp trên mỗi vòng dây là V/2N D, điện áp trên mỗivòng màn chắn cũng bằng điện áp trên mỗi vòng dây Guộn dây được quấn theochiều dương từ ngoài vào trong ở bánh dây trên và từ trong ra ngoài ở bánh dâydưới, điện áp tại vòng dây ngoài cùng bên phải bánh dây trên, i=1, là V và điện áptại vòng dây ngoài cùng bên phải bánh dây dưới, j=1, là 0 V màn chắn được đặtgiữa và quấn cùng chiều các vòng dây Do màn chắn phía trên và dưới nối vớinhau tại vòng ngoài cùng, ngược với 2 bánh dây nối với nhau tại vòng trong cùng,nênchiều dương điện áp của màn chắn hướng từ vòng trong cùng tại i=k tới i=ltrên bánh dây trên và từ j=l tới j=k trên bánh dây dưới

212. Giả sử điện áp tại điểm nối màn chắn giữa 2 bánh dây là V bias Ta có điệnáp

tại vòng dây và màn chắn trên bánh dây trên:

221 và dâyTttiA'ấyn'1'' dâyi?êeniliăngilưnw.ftllí7ch trữ trên các điện dung giữa màn chắn

222. Điện áp tại vòng dây và màn chắn trên bánh dây dưới:

233 Tổng năng lượng tích trữ trên 1 cặp bánh dây có màn chắn tĩnh điện:

1 Coi điện áp phân bố tuyến tính trên các bánh dây, ta có năng lượng tích trữ

trên điện dung giữa 2 bánh dây:

2.En n _4 '—^V 2=6 — V 2

3-25)

5 Phương trình này ta chỉ xét đến điện dung giữa 2 bánh dây trên cặp bánh

6 dây đó-nlhl?ểuig-ặí^iba‘TV'i<đsệ,cạnixg vớo cáêifặPuicáflăhdâỄưỢỉỉg<ÌTKí1

-(k-29 3.2.6 Điện dung song

song:

30. Điện dung song song của các kiểu dây quấn khác nhau tính giống nhau,chúng phụ thuộc vào khoảng cách và vật liệu cách điện giữa cuộn dây và trụ.Điện

dung giữa dây quấn với trụ:

(3-310 311 312 313 314 316.