Khảo sát từ trường tản trong máy biến áp hàn điều khiển bằng vị trí cuộn dây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN ĐĂNG KHOA KHẢO SÁT TỪ TRƯỜNG TẢN TRONG MÁY BIẾN ÁP HÀN ĐIỀU KHIỂN BẰNG VỊ TRÍ CUỘN DÂY CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH: 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: ………………………………………………………………….………………… … Cán chấm nhận xét 1:………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…….…tháng…… năm………… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Ngày tháng năm sinh : Chuyên ngành : I TRẦN ĐĂNG KHOA Phái : Nam 23-9-1979 Nơi sinh : Ninh Bình Thiết bị, Mạng Nhà máy Điện TÊN ĐỀ TÀI : KHẢO SÁT TỪ TRƯỜNG TẢN TRONG MÁY BIẾN ÁP HÀN ĐIỀU KHIỂN BẰNG VỊ TRÍ CUỘN DÂY II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… … …………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :………………………………………………………………………………………………… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 – - 2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN CHU HÙNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2005 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ hàn hồ quang công nghệ phổ biến ứng dụng nhiều chế tạo máy, khí xây dựng Hàn hồ quang trình tạo liên kết chi tiết từ vật liệu khác làm cho chúng nóng chảy nhờ hồ quang Nguồn cung cấp cho hồ quang điện máy biến áp hàn tạo thành hệ thống lượng thống Khi hệ thống hoạt động xác lập cân ổn định phụ thuộc vào đặc tính nguồn cung cấp Đặc điểm máy biến áp hàn xác định nhu cầu trì cháy ổn định hồ quang Từ đặc điểm dẫn đến vấn đề làm để điều chỉnh dòng áp phạm vi rộng, đồng thời điện trở máy biến áp phận phận điều chỉnh phải mang tính trở kháng Ở máy biến áp điện lực thông thường điện kháng có giá trị nhỏ máy biến áp hàn hồ quang, điện kháng tăng lên nhiều cách: + Nối điện kháng nối tiếp thêm vào cuộn dây thứ cấp máy biến áp + Làm cho điện kháng tản thân máy biến áp tăng lên cách làm cho điện kháng tản cuộn dây tăng lên bố trí thêm cuộn kháng điều chỉnh mạch từ máy biến áp Để có đặc tính dốc thay đổi gía trị dòng điện hàn sử dụng nguyên lý làm thay đổi điện kháng tản cách thay đổi vị trí cuộn dây sơ cấp mạch từ Đối với máy biến áp hàn cách thay đổi vị trí tương đối cuộn dây W1 W2 theo nguyên tắc chuyển mạch cuộn dây sơ cấp phải đảm bảo điều kiện W1 = const Nghiên cứu từ trường tản máy biến áp lực có tài liệu sách, giáo trình lý thuyết máy biến áp đề cập đến, đề tài tốt nghiệp nghiên cứu trước Nhưng máy biến áp có từ tản lớn loại máy biến áp hàn chưa có nhiều tài liệu đề cập đến máy biến áp hàn điều khiển vị trí cuộn dây Luận án khảo sát từ trường tản máy biến áp hàn điều khiển dòng điện hàn thay đổi vị trí cuộn dây Nhiệm vụ đề sau: Xây dựng đặc tính φ = f(F2) chế độ vận hành từ máy hàn thực tế thiết kế chế tạo Kiểm tra thực nghiệm: xây dựng mô hình đo đạc thực nghiệm từ trường tản mạch từ tương tự Sử dụng phần mềm Ansoft để khảo sát hình ảnh phân bố từ trường máy biến áp hàn Rút kết luận ảnh hưởng từ trường tản đến chế độ làm việc máy biến áp hàn: không tải, có tải LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giảng dạy Cao học Ngành Thiết bị, Mạng Nhà máy Điện Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, cập nhật nhiều tri thức khoa học mẻ cho toàn thể học viên suốt trình học tập, nghiên cứu Đặc biệt cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Chu Hùng giảng dạy khoa Điện – Điện tử đưa đề tài tận tình hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành luận văn Cảm ơn đồng nghiệp Cơ quan Ông trưởng đơn vị trực tiếp giúp đỡ để có điều kiện tham gia hoàn tất chương trình học tập Cuối xin cảm ơn gia đình, người thân ủng hộ, động viên tạo điều kiện suốt trình học tập nghiên cứu TP HCM, ngày 25/6/2005 Trần Đăng Khoa MỤC LỤC Nội dung Trang Chương 1: Giới thiệu chung kỹ thuật hàn hồ quang máy biến áp hàn Trang1 1.1 Cơ sở vật lý – kỹ thuật hàn hồ quang Trang 1.2 Nguồn cung cấp lượng Trang 1.3 Một số đặc điểm mặt lý thuyết mạch máy biến áp hàn Trang 1.4 Giới thiệu chung mạch từ cách tính toán Trang 1.5 Giới thiệu phần mền Ansoft Trang 17 Chương 2: Khảo sát từ trường tản máy biến áp hàn điều khiển vị trí cuộn dây chế độ vận hành Trang 30 2.1 Thông số máy biến áp hàn khảo sát Trang 30 2.2 Tính toán giá trị từ thông chế độ vận hành Trang 31 2.3 Biểu diễn quan hệ Φ1, Φr, Φ2(F): Trang 32 2.4 Nhận xét Trang 37 Chương 3: Thí nghiệm đo từ trường tản 3.1 Mô tả tiết diện Trang 38 Trang 38 3.2 Kết thí nghiệm 3.2.1 Thí nghiệm không tải Trang 40 3.2.2 Thí nghiệm có tải 3.2.2.1 Thí nghiệm với dịng tải A Trang 48 3.2.2.2 Thí nghiệm với dịng tải 10 A Trang 53 3.2.3 Thí nghiệm ngắn mạch Chương 4: Mô phân bố từ trường máy biến áp hàn Trang 58 Trang 60 4.1 Phần mền Ansoft phương pháp phần tử hữu hạn Trang 60 4.2 Kết khảo sát từ trường Trang 61 Chương 5: Kết luận Trang 90 Tài liệu tham khảo Trang 92 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT HÀN HỒ QUANG VÀ MÁY BIẾN ÁP HÀN 1.1 Cơ sở vật lý – kỹ thuật hàn hồ quang Hàn hồ quang trình tạo liên kết chi tiết từ vật liệu khác làm cho chúng nóng chảy nhờ hồ quang Đây trình công nghệ phổ biến ứng dụng nhiều chế tạo máy xây dựng Ởû trình hàn hồ quang, nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy kim loại nhận từ phóng điện hồ quang kim loại hàn điện cực Dưới tác động hồ quang, kim loại nóng chảy từ điện cực (que hàn) đọng lại chi tiết cần nối, hình thành chậu kim loại nóng chảy, nguội tạo mối hàn vững Hàn hồ quang trình luyện kim lý – hoá hỗn hợp, xảy kim loại điều kiện nhiệt độ cao Khi hàn hồ quang, với kim loại (lõi que hàn) chất phủ bao quanh que hàn chất vảy hàn bị nóng chảy Sau mối hàn tạo ra, xung quanh bám đọng chất xỉ từ loại oxyde nhö SiO2, TiO2, P2O5, CaO, MnO, FeO, BaO, MgO, NiO v v… loại muối từ chất khác CaS, CaF2 v v… Chính nhờ lớp xỉ bám mà hồ quang trì cháy bền vững Ở hàn hồ quang môi trường bảo vệ thường sử dụng loại khí argon, argon – helium, nitrogen, CO2, nước v.v… Que hàn dùng công nghệ hàn hồ quang tay có nhiều dài 450 mm, bị chảy hết vòng 1.5 đến phút Khối lượng kim loại nóng chảy đơn vị thời gian tính bằng: (1.1) G = α n I t Ở đây: α n - hệ số nóng chảy, g/A que hàn có lớp thuốc phủ khác vào khoảng đến 13 g/(A.giờ ) I - dòng điện hồ quang, A t - thời gian hồ quang cháy, Tốc độ hàn (cm/giờ): v= với: γ αnI γ F (1.2 ) - khối lượng riêng kim loại nóng chảy ( g/cm3 ) F – tiết diện mối hàn, cm2 Chiều dài thân hồ quang từ đến 7mm Nhiệt độ hồ quang đạt giá trị từ 4,5.103 đến 8.103 K, điện áp cần thiết để trì hồ quang dao động từ 18 đến 45V Que hàn dùng công nghệ hàn hồ quang tay bao gồm lõi kim loại thép hợp kim có chứa thành phần sau: 0.1 ÷ 0.8% C; 0.28 ÷ 0.5% Mn; 0.05 ÷ 0.25% Si; vaø P vaø lớp thuốc phủ bên bao gồm thành phần giữ chức đặc tính đặc biệt sau: Titanium dioxyt (TiO2) FeTiO3, thành phần giúp cho que hàn mau chảy tạo xỉ nhanh chónh đồng thời thành phần dễ ion hoá, giúp cho hồ quang cháy ổn định K, Al, M2SiO3: thành phần làm cứng lớp thuốc bọc que hàn giúp cho ion hoá khu vực thân hồ quang Celluloza: lớp boat gỗ v.v… giúp để làm giảm áp suất xung quanh hồ quang, làm tăng điện áp hồ quang Metal carbonat giúp để làm giảm áp suất xung quanh hồ quang Canxi florua (Calcium fluoride) chất sử dụng để làm cho que hàn dễ cháy định hình tính chất lớp xỉ bám xung quanh mối hàn Fe (Iron) MnO (manganese oxide) sử dụng để định hình lớp xỉ giúp cho que hàn dễ chảy Hợp kim sắt mangan (Ferromanganese) hợp kim sắt silicon (Ferro silicone) sử dụng để làm cho lớp xỉ bám dễ lấy khỏi mối hàn để bổ sung Mangan cho mối hàn Khoáng vật silicát (Mineral silicate) sử dụng để làm cứng lớp thuốc bao xung quanh que hàn Chất kết dính, sử dụng để trộn thành phần thuốc làm cho lớp thuốc bám lên lõi kim loại que hàn Bột sắt sử dụng để làm tăng ổn định hồ quang Hình 4.15 Phân bố B dọc gông Nhận xét: Phân bố từ trường dọc theo gông cho thấy: - Mật độ từ thông thấp gông từ, cao đầu hai gông - Trong trường hợp phân bố B ở đầu cuộn dây thứ cấp lớn xấp xỉ gấp lần đầu cuộn sơ cấp 4.2.2 Trường hợp chế độ không tải F1 = 6000 A.vòng; F2 = A.vòng 78 Dưới kết mô phân bố từ trưởng chế độ không tải máy biến áp hàn: Hình 4.16; Phân bố B ngang cửa sổ Hình 4.17; Phân bố B dọc trụ sơ cấp Hình 4.18; Phân bố B dọc trụ thứ cấp 4.19; Phân bố B dọc cửa sổ hình 4.20: Hình 4.16 Phân bố từ trường máy biến áp hàn Nhận xét: Qua hình ảnh phân bố từ trường cho thấy: - Từ thông rò ngang tản nhiều hai đầu cuộn dây, từ thông rò dọc tản nhiều cuộn dây dọc theo cửa sổ mạch từ - Từ thông rò tản nhiều phần hai gông - Từ thông rò tản nhiều không gian xung quanh cuộn sơ cấp, xa mật độ thưa dần 79 Hình 4.17 Phân bố B ngang cửa sổ Nhận xét: Qua kết phân bố B ngang cửa sổ cho thấy: - Mật độ từ thông lớn trụ có quấn cuộn sơ cấp lớn gấp khoảng lần so với trụ quấn cuộng thứ cấp - Mật độ từ thông rò cửa sổ mạch từ thấp nhiều so với trường hợp có tải - Phần cửa sổ sát cuộn dây sơ cấp có B lớn phần cửa sổ sát cuộn thứ cấp 80 Hình 4.18 Phân bố B dọc trụ sơ cấp Hình 4.19: Phân bố B dọc trụ thứ cấp 81 Nhận xét: Qua kết phân bố B dọc theo trụ cho thấy: - Về phân bố dọc theo trụ, mật độ từ thông lớn tâm cuộn dây giảm dần phía hai gông - Trong trường hợp mật độ từ cuộn sơ cấp lớn gấp lần với trụ thứ cấp Hình 4.20 Phân bố B dọc cửa sổ Nhận xét: Kết phân bố từ trường dọc cửa sổ cho thấy: - Phần cửa sổ hai đầu cuộn dây mật độ từ lớn so với phần cửa sổ cuộn dây 82 - Trong trường hợp không tải từ thông tản nhiều hai gông hai đầu xung quanh cuộn sơ cấp Từ trường tản trụ thứ cấp 4.2.2 Trường hợp chế độ Ngắn mạch F1 = 6000A vòng; F2 = 106 A.vòng Dưới kết mô phân bố từ trưởng chế độ ngắn mạch máy biến áp hàn: Hình 4.21; Phân bố B ngang phía cửa sổ Hình 4.22; Phân bố B ngang phía cửa sổ Hình 4.23; Phân bố B dọc trụ sơ cấp Hình 4.24; Phân bố B dọc trụ thứ cấp 4.25; Phân bố B dọc cửa sổ hình 4.26; Phân bố B dọc gông hình 4.27; phân bố B dọc gông hình 4.28: Hình 4.21 Phân bố từ trường máy biến áp hàn Nhận xét: Qua kết mô phân bố từ trường chế độ ngắn mạch cho thấy: 83 - Từ thông tản nhiều hai đầu cuộn thứ cấp, dọc ngang trụ thứ cấp Từ thông rò tản nhiều không gian xung quanh, xa mật độ thưa dần Hình 4.22 Phân bố B ngang phía cửa sổ Nhận xét: - Mật độ từ thông lõi trụ thứ cấp lớn gấp khoảng 150 lần so với mật độ trụ sơ cấp - Phần không gian cửa sổ sát cuộn thứ cấp mật độ từ lớn lớn so mật độ từ trụ sơ cấp 84 Hình 4.23 Phân bố B ngang phía cửa sổ Nhận xét: - Mật độ từ thông phía cửa sổ, phía lõi trụ thứ cấp, sơ cấp thấp so với phần phía cửa sổ 85 Hình 4.24 Phân bố B dọc trụ sơ cấp Hình 4.25 Phân bố B dọc trụ thứ cấp 86 Nhận xét: - Dọc thân trụ sơ cấp mật độ từ thông lớn phía thân trụ thấp phía thân trụ - Dọc trụ thứ cấp mật độ từ lớn phía chứa cuộn thứ cấp so với phía thân trụ; - Mật độ từ thân trụ thứ cấp lớn gấp nhiều lần so với trụ sơ cấp Hình 4.26 Phân bố B dọc cửa sổ Nhận xét: Kết phân bố từ trường dọc cửa sổ cho thấy: - Phần cửa sổ sát gông trên, gần cuộn thứ cấp mật độ từ lớn giảm dần xuống phía cửa sổ 87 Hình 4.27 Phân bố B dọc gông Hình 4.28 Phân bố B dọc gông 88 Nhận xét: - Ở dọc theo gông gông dưới, mật độ từ lớn phía trụ sơ cấp nhỏ dần phía cửa sổ phía cuộn sơ cấp - Mật độ từ phân bổ gông sát trụ sơ cấp thấp nhất, mật độ cao gông sát trụ thứ cấp 89 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong đề tài nghiên cứu từ trường tản máy biến áp hàn tác giả nỗ lực giải sở lý thuyết, tham khảo tài liệu thiết kế với số liệu thực nghiệm, xây dựng mô hình thực nghiệm đo đạc chạy mô trường hợp khác chế độ không tải, có tải, ngắn mạch trạng thái khác cho kết phân bố từ trường cụ thể phần mềm Ansoft Từ kết nhận từ khảo sát thực nghiệm mô hình máy hàn dạng phân bố vị trí cuộn dây sơ cấp thứ cấp, từ mô phần mềm Ansoft thấy rằng: Các cuộn dây máy biến áp hàn có số vòng bố trí chúng vị trí khác sức điện động cảm ứng chúng khác nhau, điều chứng tỏ từ thông tản móc vòng riêng cuộn dây quấn mạch từ Trường hợp phân bố từ trường phân bố từ trường tản dọc cheo cửa sổ mạch từ, từ trường tản nhiều hai đầu cuộn dây, gông cuộn sơ cấp thứ cấp mật độ giảm dần từ Phân bố từ trường tản phụ thuộc sức điện động cuộn dây, cấu tạo cuộn dây vị trí cuộn dây sơ cấp thứ cấp Vị trí tương đối cuộn dây sơ cấp thứ cấp ảnh hưởng nhiều đến tỷ lệ từ trường tản máy biến áp hàn Vị trí cuộn dây xa từ trường tản nhiều ngược lại Từ trường tản máy biến áp hàn tỷ lệ với dòng điện hàn theo quan hệ hàm số mũ Ở chế độ ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch đạt giá trị 1.5 đến 2.5 lần giá trị dòng điện hàn định mức Điều cho phép thiết kế máy biến áp hàn có tiết diện dây thứ cấp hoạt động ngắn hạn chế độ không lớn 90 - Những kết mô phân bố từ trường phần mềm Ansoft cho thấy phân bố từ trường khác phân bố từ trường chế độ ngắn mạch Từ trường tản có tính định phân bố từ trường khả chịu ngắn mạch cuộn dây Trong khuôn khổ luận văn, tác giả giải toán phân bố từ trường tản máy biến áp hàn điều khiển vị trí tương đối cuộn sơ cấp thứ cấp, song chưa giải toán phân bố máy biến áp hàn Sunt từ thường sử dụng Mong tác giả quan tâm nghiên cứu đem lại ý nghóa thiết thực cho vận hành thiết kế máy biến áp hàn nước 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Chu Hùng; Điện Công nghệ; NXB Đại học Quốc gia 2004 Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, tập 6, số 3&4/2003 Nguyễn Chu Hùng, Tôn Thất Cảnh Hưng; Kỹ Thuật Điện 1; “ÑHQG TP.HCM” 2000 Petur Penchev; About the leakage flux intransforms; “Technica”; Sophia 1969 Phạm Văn Bình; Lê Văn Doanh; Máy biến áp Lý thuyết vận hành bảo dưỡng; NXB Khoa học Kỹ thuật 2002; Paul Gill, P.E Electrical Power Equipment Maintenance and Testing; Marcel Dekker, Inc, 1998 Thiết kế máy biến áp – Phạm Văn Bình; Lê Văn Doanh – NXB KHKT 92 ... NGHIỆM ĐO TỪ TẢN TRONG MÁY BIẾN ÁP HÀN ĐIỀU KHIỂN BẰNG VỊ TRÍ CUỘN DÂY 3.1 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM Thí nghiệm khảo sát từ trường tản máy biến áp hàn điều khiển vị trí cuộn dây thông qua phương pháp đo... có nhiều tài liệu đề cập đến máy biến áp hàn điều khiển vị trí cuộn dây Luận án khảo sát từ trường tản máy biến áp hàn điều khiển dòng điện hàn thay đổi vị trí cuộn dây Nhiệm vụ đề sau: Xây dựng... Chương 2: Khảo sát từ trường tản máy biến áp hàn điều khiển vị trí cuộn dây chế độ vận hành Trang 30 2.1 Thông số máy biến áp hàn khảo sát Trang 30 2.2 Tính toán giá trị từ thông chế độ vận hành Trang