Khảo sát phân bố thường trong máy biến áp hàn điều khiển bằng shunt từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VI NA KHẢO SÁT PHÂN BỐ TRƯỜNG TRONG MÁY BIẾN ÁP HÀN ĐIỀU KHIỂN BẰNG SHUNT TỪ Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành : 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp HCM, tháng 07/2006 MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu chung kỹ thuật hàn hồ quang máy biến áp hàn 1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật hàn hồ quang 1.1.1 Cơ sở vật lý – kỹ thuật hàn hồ quang 1.1.2 Nguồn cung cấp lượng cho hồ quang 1.2 Giới thiệu chung máy biến áp hàn 1.2.1 Giới thiệu máy biến áp hàn 1.2.2 Một số đặt điểm lý thuyết mạch máy biến áp hàn Chương 2: Giới thiệu chung mạch từ cách tính toán 2.1 Từ trường tính toán 2.2 Maïch từ xoay chiều 14 2.3 Xây dựng lý thuyết tương tự từ – điện 16 Chương 3: Giới thiệu phần mềm ứng dụng khảo sát mạch từ 19 3.1 Phần mềm Electronics Workbench 19 3.2 Phần mềm Ansoft 23 Chương 4: Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn dùng phần mềm mô mạch tương tự từ- điện Electronic Worbench 31 4.1 Mạch từ sơ đồ thay 31 4.2 Tính từ trở 32 4.3 Tính từ dẫn rò qui đổi: 33 4.4.Tính từ dẫn khe hở không khí: 33 4.5 Trường hợp không tải: 35 4.6 Trường hợp có tải: 38 Chương 5: Thí nghiệm khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển shunt từ 41 5.1 Mô tả máy biến áp hàn shunt từ thí nghiệm 41 5.2 Cách bố trí cuộn dây đo 42 5.3 Mô tả thí nghiệm 44 5.3.1 Thí nghiệm không tải: 44 5.3.2 Thí nghiệm có tải với I2 = 4A : 46 5.3.3 Thí nghiệm có tải với I2 = 10 A : 48 5.3.4 Thí nghiệm ngắn mạch: 50 Chương : Mô phân bố từ trường máy biến áp dùng phần meàm Ansoft 60 6.1 Giới thiệu phần mềm ansoft phương pháp số phần tử hữu hạn 60 6.2 Mô 60 6.2.1 Chế độ không tải 62 6.2.2 Chế độ có tải với F2=2000A.vòng 78 6.2.3 Cheá độ có tải với F2=4000A.vòng 93 6.2.4 Chế độ ngắn mạch 108 Chương 7: Kết luận kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Chu Hùng: Điện công nghệ ; NXB Đại Học Quốc Gia 2004 Nguyễn Chu Hùng – Tôn Thất Cảnh Hưng ; Kỹ thuật điện 1; NXB Đại Học Quốc Gia 2000 Phạm Văn Bình – Lê Văn Doanh: Thiết kế máy biến áp; NXB KHKT-2003 Trần Duy Phụng: Kỹ thuật quấn dây máy biến áp ; Trung tâm KTTH Hướng nghiệp Lê Thị Hồng Gấm CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN CHU HÙNG 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 07 năm 2006 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 …… tháng 07 năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : VÕ VI NA Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 01-09-1978 Nơi sinh : Phú yên Chuyên ngành : Thiết Bị, Mạng Nhà Máy Điện MSHV : 01804494 I- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT PHÂN BỐ TRƯỜNG TRONG MÁY BIẾN ÁP HÀN ĐIỀU KHIỂN BẰNG SHUNT TỪ II- NHIỆN VỤ VÀ NỘI DUNG: III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 06 - 02 - 2006 06 - 07 - 2006 PGS TS NGUYỄN CHU HÙNG CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS TS NGUYỄN CHU HÙNG Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH Ngày tháng năm 2006 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI NÓI ĐẦU Hàn hồ quang trình tạo liên kết chi tiết từ vật liệu khác làm cho chúng nóng chảy nhờ hồ quang Do hàn hồ quang nhu cầu thiếu nước có công nghiệp phát triển, đặt biệt nước ta ngày nước bước công nghiệp hoá đất nước, việc nghiên cứu máy biến áp hàn vấn đề cần thiết Máy biến áp hàn có nhiều loại cấu tạo khác phụ thuộc vào cách tạo hộ đường đặt tính chúng Trong luận văn tác giả nghiên cứu loại máy biến áp hàn dùng phổ biến nay, máy biến áp hàn điều khiển shunt từ Để thay đổi dòng điện hàn, hay nói cách khác để tạo họ đặt tính máy biến áp hàn, ta thay đổi vị trí trụ shunt để thay đổi khoảng cách khe hở không khí mạch shunt Luận văn sâu nghiên cứu khảo sát đánh giá phấn bố trường máy biến áp chế độ vận hành khác nhau, để kết luận xác khả làm việc tính ưu khuyết điểm chúng Mục đích phục vụ cho công tác giảng dạy chế tạo tốt hơn, phục vụ cho trình công nghiệp hoá đất nước Nội dung luận án bao gồm phần sau: Sử dụng phần mềm mô mạch tương tự từ – điện Electronic Workbench để xây dựng đường đặt tính φ1 = f (δ ) , φ2 = f (δ ) φSh = f (δ ) Kiểm tra thực nghiệm: Xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng mô phỏng, đồng thời xác định từ trường tản móc vòng qua cuộn dây Sử dụng phần mềm mô Ansoft để mô phòng hình ảnh từ trường máy biến áp Rút kết luận ảnh hưởng trụ shunt chế độ làm việc máy biến áp hàn LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên : VÕ VI NA Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 01-09-1978 Nơi sinh : Phú yên Địa liên lạc : 828 Nguyễn Văn Quá, P Đông Hưng Thuận, Q.12, Tp HCM Điện thoại : 0903 031 800 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT HÀN HỒ QUANG VÀ MÁY BIẾN ÁP HÀN 1.1 Giới thiệu chung kỹ thuật hàn hồ quang 1.1.1 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 Quá 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 dụng 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 bao phủ quanh que hàn chất vảy hàn bị nóng chảy Sau mối hàn tạo ra, xung quanh bám đọng chất xỉ từ loại oxyde SiO2, TiO2, P2H5, CaO, MnO, FeO, BaO, MgO, NiO … loại muối từ chất khác CaS, CaF2 … Chính nhờ lớp xỉ bám mà hồ quang trì cháy bền vững Que hàn dùng công nghệ hàn hồ quang tay có chiều dài 450mm, bị chảy hết vòng 1.5 đến phút Khối lượng kim loại nóng chảy đơn vị thời gian tính bằng: G = αnI.t ; (1.1) đây: αn : hệ số nóng chảy (g/A.giờ), 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 (giờ) Tốc độ hàn (cm/giờ): v= αnI ; γF (1.2) Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ Với : γ : 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 ; 0.050.25%Si&P lớp thuốc phủ bên bao gồm vài thành phần giữ chức đặt tính đặt biệt sau: Titanium dioxyt (TiO2) FeTiO3, thành phần giúp cho que hàn mau chảy tạo xỉ nhanh chóng, đồng thời thành phần dễ ion hoá giúp cho trình 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: Giúp làm giảm áp xuất xung quanh hồ quang, làm tăng điện áp hồ quang Metal carbonat: Giúp làm giảm áp xuất xung quanh hồ quang Canxi florua: chất sử dụng để làm cho que hàn dễ cháy định hình tính chất lớp xỉ bám xung quanh mối hàn Fe MnO: sử dụng để định hình lớp xỉ giúp cho que hàn dẽ chảy Hợp kim sắt mangan hợp kim sắt silicon 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 1.1.2 Nguồn cung cấp lượng cho hồ quang: Hồ quang điện nguồn cung cấp hồ quang (máy biến áp hàn) tạo thành hệ thống lượng thống Hệ thống này, hoạt động xác lập cân ổn định phụ thuộc vào đặc tính nguồn cung cấp: Un = f(I) Điều kiện để ổn định hệ thống là: S= dU n dU h − >0; dI dI (1.3) Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ c Phân bố từ trường gông gông : a b Đường ab dọc gông a b Đường ab dọc gông Nhận xét: Qua kết phân bố B cho thấy: - Mật độ từ thông đầu gông bên thứ cấp lớn gần gấp hai lần mật độ từ thông đầu gông bên sơ cấp 115 Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ * TỔNG KẾT TRƯỜNG HP NGẮN MẠCH: Bảng tóm tắc số liệu: Trường hợp mô Từ trường B(Tesla) δ (mm) Trụ sơ cấp (B1) Trụ thứ cấp (B2) Tản qua truï Shunt (BSh) 1,20 1,24 1,27 1,27 4,58 4,58 4,58 4,58 1,40 1,25 0,95 0,95 10 30 50 Ngaén mạch Tản không khí (Btản_kk) 2,06 2,09 2,36 2,36 Đồ thị biểu điễn mối quan hệ từ trường B1=f( δ ), B2=f( δ ),BSh=f( δ ) Btản_kk= f( δ ) thể Hình 4.4: B (T) B2 4,58 (B + BSh taûn_kk Btaûn_kk B1 BSh 10 30 50 Hình 4.4 NHẬN XÉT: - Từ thông trụ sơ cấp giảm khoảng cách δ tăng - Từ thông tản qua trụ shunt giảm khoảng cách δ tăng - Từ thông tản không khí tăng khoảng cách δ tăng - Từ thông tản móc vòng bên phía cuộn thứ cấp nhỏ - Từ thông tản bên phía cuộn sơ cấp lớn 116 (mm) Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ Chương 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong đề tài nghiên cứu này, tác giả giải sở lý thuyết, xây dựng mô hình thực nghiệm đo đạc chạy mô trường hợp làm việc khác máy biến áp hàn điều khiển shunt từ phần mềm mô mạch tương tự từ – điện Electronic Workbench phần mềm Ansoft Từ kết nhận từ khảo sát từ trường phần mềm mô Electronic Workbench, khảo sát thực nghiệm mô hình mô phần mềm Ansoft thấy rằng: Từ thông trụ sơ cấp ( φ1 ) không thay đổi chế độ làm việc máy biến áp hàn Trong chế độ có tải lớn, đặt biệt chế độ ngắn mạch, từ thông trụ sơ cấp tăng lên so với trường hợp không tải, dòng điện phía sơ cấp tăng lên dẫn đến cường độ từ trường H tăng lên, từ trường B tăng lên Từ thông bên phía thứ cấp ( φ2 ) thay đổi phụ thuộc vào thay đổi vị trí trụ shunt Khi khoảng cách khe hở không khí trụ shunt tăng, dẫn đến từ thông bên thứ cấp tăng ngïc lại Từ trường phân bố tập trung tâm sơ cấp thứ cấp, giảm dần phía hai đầu cuộn dây Sức điện động cuộn dây đo quấn cuộn dây sơ cấp thứ cấp giảm dần từ lớp Điều chứng tỏ có từ trường tản móc vòng qua cuộn dây sơ cấp thứ cấp Ở chế độ ngắn mạch từ thông tản lớn Điều cho phép thiết kế máy biến áp hàn có tiết diện dây thứ cấp hoạt động ngắn mạch chế độ không lớn Máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ có điện áp thứ cấp U2 tăng nhanh khe hở không khí δ mạch shunt từ tăng ngược lại Đều chứng tỏ họ đặt tính máy biến áp hàn dốc Đối với máy biến áp hàn, họ đặc tính dốc hồ quang cháy ổn định Qua trình mô thực nghiệm, ta thấy từ trường tản qua trụ shunt lớn khe hở không khí δ mạch Shunt từ vào khoảng từ 0mmđến 30mm Điều cho phép chế tạo mạch từ không cần thiết phải có khoảng cách δ lớn, dẫn đến trọng lượng trụ shunt từ lớn khó khăn ta thay đổi khoảng cách δ Do chế tạo máy biến áp hàn điều khiển shunt từ chế tạo mạch 117 Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ từ theo dạng hình 7.1a hình 7.1b Trong mạch từ hình 7.1b sử dụng dây quấn nhôm laù W1 S W2 I2 I1 U1 U2 N1 S U1 N2 W1 Hình 7.1a W2 Hình 7.1b 118 U2 ... lớn từ thông tản qua trụ shunt 42 Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ Chương THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT PHÂN BỐ TRƯỜNG TRONG MÁY BIẾN ÁP HÀN ĐIỀU KHIỂN BẰNG SHUNT TỪ 5.1 Mô tả máy. .. sức từ động cuộn dây 14 Khảo sát phân bố trường máy biến áp hàn điều khiển Shunt từ từ thông φ Hình 2.4, biểu diễn sơ đồ vectơ đại lượng mạch từ xoay chiều 15 Khảo sát phân bố trường máy biến áp. .. phương pháp dùng phổ biến để thay đổi từ trường tản bố trí shunt từ mạch từ máy biến áp hàn Máy biến áp hàn điều khiển shunt từ có hai cuộn dây, cuộn dây sơ cấp thứ cấp bố trí hình 1.4 Từ thông