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

MỤG LỤG 1.1.1 2 KẾT LUẬN DÂY QUẤN Khi dây quấn làm việc phải chịu đuợc điện áp thao tác hay điện áp xung sét, dạng điện áp thuờng xảy khoảng thời gian tuong đối ngắn phân bố không cuộn dây Khi vài bánh dây đầy phải chịu đến hon 50% giá trị điện áp cuộn dây, điện áp đặt bánh dây cịn lại khơng đáng kế, gây q áp đánh thủng cách điện bánh dây đầu Để tính tốn đuợc kích thuớc cách điện cần biết rõ dạng phân bố điện áp ban đầu cuộn dây Từ tìm cách cải thiện dạng phân bố điện áp ban đầu trở lên tuyến tính Muốn tăng khả chịu áp bánh dây hay cuộn cây, cần làm cho phân bố điện áp ban đầu tiến sát với đuờng phân bố điện áp xác lập Để xây dựng đuờng cong phân bố điện áp ban đầu dây quấn, dựa vào so đồ mạch điện dung nhu hình duới: Hình 9: sơ đồ mạch điện thay dây quấn Điện áp ux phần tử dx tính qua điện dung Css điện tích dqx9 j u q x= x-Css.dx Điện áp dux phần tử tính theo điện dung chúng Cs/dx 10.jU „ c^,, q x j x 11 Từ hai phuong trình ta có: 12 dx du V G —~^s dx — G 13 (3-1) nt G (3-2) ss G 14 Đặt a — -u — A.e"+B.e-“ nt 15 Hệ số A, B tính thơng qua điều kiện biên đầu cuối cuộn dây 16 Với dây quấn có trung tỉnh noi đất 17 Tại x = có ux = 0, từ (3-2) ta có A+B = 18 Tại x= có ux= U, từ (3-2) ta có U—A.ea+B.e x U e A>-B> ezx—e ax >U shax ux — a a sha e —e U (3-3) — Hình 10: trung tỉnh noi đất Với dây quấn có trung tỉnh cách điện với đất Tại x = có qx = -> ~T^= < từ (3-2) ta có aAeữx—aBe zx| jx Tại x= có ux= U, từ (3-2) ta có U = A.ea+B.e x U ea+e ux — U —a , thay vào (3-2) ta có: e«x+ezx e +e a —a — U chax cha (3-4) —0 -* A — B x—0 20 21 19 Hình 11: trung tỉnh cách điện với đất 22 Từ đưởng phân phân bố điện áp ta thấy, hệ số phân bố a lớn điện áp phân bố khơng đồng bánh dây, ví dụ a = 10 điện áp 20% số bánh dây đầu chiếm đến 80% điện áp cuộn dây, 80% số bánh dây cịn lại chịu có 20% điện áp Khi hệ số a nhỏ a đưởng phân bố điện áp ban đầu tuyến tính- Đe giảm, giá trị hệ số cần giảm giá trị điện dung song song tăng giá trị điện dung nối tiếp Thành phần diện dung song song dây quấn so với trụ gần không tác động liên quan tới khoảng cách cách điện, tăng khoảng cách cách điện làm tăng kích thước tổng thể máy Thành phần lại điện dung nối tiếp điện dung vòng dây điện dung bánh dây, để tăng thành phần điện dung nối tiếp tưong đưong ta thay đổi cách quấn dây để tăng điện áp vòng dây cạnh hay bánh dây cạnh nhau, bố xung thành phần chắn hay vòng điện dung vào vị trí khác cuộn dây 3.1 GÁG KIỂU DÂY QUẤN GAO ÁP 1.1.1 Dây quấn xoắn ốc liên tục 23 Dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục chia thành bánh dây, phân bố điện áp xác lập bánh dây thưởng tuyến tính từ đến U f Nếu điện áp pha Uif số bánh dây q điện áp bánh dây Ub = Uif/q số bánh dây chọn cho điện áp bánh dây vào khoảng 3000V với điện áp cao áp hay lên tới 6000V với điện áp siêu cao áp 24 26 25 Hình 12: dây quấn xoắn ốc liên tục [3] 27 Với kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục này, thuởng đuợc quấn nhu sau: quấn hai bánh dây giống với số vịng mong muốn, nhu hình từ vòng đến vòng từ vịng đến vịng 12 Sau nới lỏng bánh dây thứ hai để xếp lại vòng dây theo thứ tự nguợc với truớc Tiếp tục làm nhu với cặp bánh dây ưu điểm cách quấn dây dây liên tục, mối hàn, bánh dây 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 dây quấn với đầu cao áp cuộn dây, dây quấn đuợc chia làm hai nhánh song song, nửa quấn trái nửa quấn phải 29 Nhu đuởng phân bố điện áp ban đầu dây quấn nêu ta thấy, để điện áp phân bố bánh dây, cần giảm độ lớn hệ số a, để giảm hệ số ta tăng điện dung nối tiếp cuộn dây cách dùng vòng điện dung ( vịng tĩnh điện) phía đầu bánh dây bánh dây nhu hình duới đây: 31 30 32 Hình 13: vịng tĩnh điện đau bánh dây (SER) 33 Thông qua việc sử dụng bề mặt đẳng với bán kính cong góc có giá trị phù hợp, việc sử dụng vòng tĩnh điện nối với đầu vào bánh dây làm giảm ứng xuất tập trung bánh dây đầu Vòng điện dung( Static End Ring SER) cải thiện giá trị điện dung nối tiếp đầu vào Vòng điện dung đặt gần bánh dây đầu, giá trị điện dung nối tiếp lớn, nhở làm giảm ứng suất tác động lên bánh dây đuởng phân bố điện áp ban đầu bánh dây 34 Gần nâng cao thêm giá trị điện dung nối tiếp sử dụng vòng điện dung đặt xen vào bánh dây: 35 36 Hình 14: vịng tĩnh điện đặt bánh dây 37 Một kiểu dây quấn xoắn ốc đạt đuợc mục tiêu nâng cao giá trị điện dung nối tiếp sử dụng chắn tĩnh điện quấn vòng dây số luợng chắn giảm dần bánh dây từ bánh dây có đầu dây vào, để phù hợp với ứng suất điện áp dọc chiều cao dây quấn Kiểu dây quấn có vài nhuợc điểm nhu: quấn thêm chắn nên làm giảm hệ số không gian dây quấn, cần thêm vật liệu chế tạo chắn, làm rối loạn cân ampe - vòng đơn vị chiều cao dây quấn, có thêm thành phần tổn hao dịng xốy chắn 38 1.1.2 39 Hình 15: chắn quấn cặp bánh dây[6] Dây quấn đfn xen: 40 Một giải pháp hiệu khác cách thức quấn dây nhằm tăng đáng kể giá trị điện dung nối tiếp tuơng đuơng vòng dây bánh dây thực dây quấn đan xen 41 Ở kiểu dây quấn đan xen, điện áp vòng dây liền kề vật lý với lớn nhiều lần kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục Thông qua việc đan xen dây quấn làm tăng điện áp vòng dây cạnh nhau, từ tăng đáng kể điện dung nối tiếp tuơng đuơng dây quấn, cải thiện đuỞng cong phân bố điện áp ban đầu có gradient điện áp nhỏ hơn, hay phân bố điện áp ban đầu 42 43 44 a: Đfn xen vòng cặp bánh dây: 46 45 47 Hình 17: đan xen vòng cặp bánh dây [7] 48 Kiểu dây quấn thực đan xen cặp bánh dây, quấn ta chập sợi quấn nhu bánh dây kiểu xoắn ốc, hoán vị hai sợi vòng chuyển bánh Sau quấn xong cặp bánh dây, lấy sợi phía hai bánh dây nối với nhu hình mơ tả 49 b: Đan xen bánh dây cặp bánh dây: 51 50 52 Hình 18: đan xen bánh dây môi cặp bánh dây [7] 53 Kiểu dây quấn thực đan xen cặp bánh dây, nhiên phuơng pháp đan xen bánh dây cặp 54 c: Đfn xen nhóm cặp bánh dây: 56 55 57 Hình 19: đan xen nhỏm hai cặp bánh dây [7] 58 Kiểu dây quấn đan xen bánh dây hai cặp bánh dây Tăng điện áp bánh dây cạnh nên tăng đuợc luợng điện dung nối tiếp bánh Qua làm tăng điện dung nối tiếp tuơng đuơng 59 d: Đan xen haỉ nhóm bốn bánh dây: 61 60 62 Hình 20: đan xen nhỏm bánh dây 63 Thực quấn đồng thời dây quấn 1-21 2-22 lớp huớng trục; buớc chuyển lớp thực chuyển vị 2-3 22-23 để sang lớp mới, sang lớp thực tuơng tự có 3-23 -> 4-24 Kiểu dây quấn thực đan xen phức hợp kiểu đan xen trên, đan xen vòng dây bánh dây 3.2 XÂY DựNG MƠ HÌNH GIẢI TÍCH CÁC KIỂU DÂY QUẤN: 64 3.2.1 Đỉện dung nốỉ tỉếp dây quấn xoắn ốc: 65 Để tính tốn điện dung nối tiếp kiểu dây quấn khác nhau, ta cần tính điện dung vòng dây bánh dây điện dung bánh dây 66 Điện dung vòng dây: 67 68 - G g0.Ẹp.n.Dm.(w + tp) (3-4) Trong đó: Dm: đuờng kính trung bình dây quấn w: kích thuớc dây trần treo chiều huớng trục tp9 chiều dày tổng giấy cách điện bọc dây quấn phía So: số điện mơi chân không Sp: số điện môi tuơng đối giấy cách điện + : có kể đến ảnh huởng hiệu ứng điện truờng tản “íringing effects” w -1 p 69 Điện dung tổng bánh dây cạnh nhau: 70 -—k71 73 +- (3-5) 72 8n p 011 p s 74 Trong đó: - R: chiều sâu huớng kính dây quấn - ts Ss: chiều dày số điện môi tuơng đối nêm bánh dây - Soil: số điện môi tuơng đối dầu - k: phần khơng gian cung trịn chứa dầu ( -k: phần nêm đệm bánh dây) 75 Khi tính điện dung nối tiếp kiểu dây quấn ta giả sử điện áp phân bố tuyến tính bánh dây Ta có CT điện dung vòng dây cạnh CD điện dung cặp vòng đối diện (1 vòng dây bánh dây với vòng dây bánh dây duới tuơng ứng) 76 Hình 21: cặp bánh dây dây quấn xoắn ốc 77 Gọi ND số vịng dây bánh dây, ta có số điện dung vòng G T bánh dây ND-1 số điện dung GD bánh dây ND-1 Điện dung nối tiếp dây quấn điện dung tổng tương đương điện dung vòng dây bánh dây Gọi điện áp đặt vào cặp bánh dây V -> điện áp vịng dây V/2ND Đe tính điện dung tương đương ta sử dụng giả thiết tổng lượng tích trữ điện dung vịng cặp bánh dây lượng tích trữ điện dung vòng tương đương: 78 En>6 GT -_- ( N -1) >-6 G TRV2 79 T N J [ D TR (3-6) D 80 Từ ta có điện dung vịng tổng tương đương vòng dây: 81 G T , 82 G TR = ( 2ỉf DD-6) (3-7) 83 Điện áp đặt điện dung cặp vòng đối diện GD ( thứ 1, 2,3 , V 12.2 N D\;Ỉ 4.2 ND\;/6.2 NJ (N D-1) N J Tổng lượng tích 'trữ trên điện dung bánh tương đương: điện dung GD lượng tích trữ ‘ND84 -1") cặp bánh dây tính từ thứ tự là: 85 17V L V V LÍAT V 1^ Tr2 ■1 Gn 2-V- + 4-V- + 6-Vr + + 2(ND-1 ).-V-1 >6GĐRV2 DR 2 NJ NJ NDỊ 2NJJ2 D 86 87 G DỈ2 - 88 -ịGDj2 89 N (N -1)(2 N -1 D D D ) 12+22 + 32 +(N D-1 )2!> 2J N p 'D /J DR > GDS V2 90 91 Do ND » nên ta xấp xỉ: 92 G DR GDRV2 93 Gánh khác, ta tính điện dung bánh tương đương thông qua điện dung đơn vị chiều sau bánh dây Như ta coi điện áp phân bố tuyến tính bánh dây: 94 95 Hình 22: phân bố điện áp bánh dây 96 Điện áp điểm x bánh dây trên: Vị (x) >V 97 98 Điện áp điểm x bánh dây dưới: _2ix) 99 _V y-R 100 Gọi GDU điện dung đơn vị chiều sâu bánh dây theo hướng kính Năng lượng tích trữ điện dung đơn vị GDU điểm x: 101 Enx_-G DU V ( x)-V ( x) '_-GDU V^—^ 102 x DU 6\ / DU T~\ 2 R 103 \ 104 Năng lượng tổng tích trữ điện dung đơn vị bánh dây [ I-) En= J < 2\ / I-J R - x \2 jx _ G ị G DUỊV R DR G r ” G DU R _ G DA DR_^f- ~ / (3-10) lượng tích trữ điện dung tương đương bánh dây: 105 106 Điện dung nối tiếp cặp bánh dây tổng điện dung vòng tương đương điện dung bánh tương đương: 107 CT - ( N D— 1)( N -1)CD 108. -C s—C Tfí + C n □—~ ~ ( N n — 1) + ~ — W TR DR 109 N D[ D N D D 110 Hay: 111 (3-11) 3.2.2 Điện dung nỗi tiếp dây quấn xoắn ỗc sử dụng vòng tĩnh điện đầu dây - SER: 112 113 114 Hình 23: vịng tĩnh điện đầu bánh dây (SER) 115 116 117 Hình 24: phân bố điện áp vòng điện dung bánh dây 118 Vòng điện dung nối với vòng dây đầu tiên, điện vòng điện dung điện đầu vào Gọi R chiều rộng cuộn dây, ta có điện điểm x vòng điện dung SER: 119 120 Vi(x) > V Điện điểm x bánh dây đầu tiên: [ *R- 122 —_ ~ 123 R 125 Gọi CSU điện dung đơn vị chiều rộng cuộn dây SER bánh dây Ta có lượng tích trữ điện dung đơn vị: 121 _2 x2M)— _ +R 2[ 124 1 _ 127 22R / 126 2R x V2 T í „ ì T T í „ ì! T x Dx —G SU [_ ( x ) — _ (x )— G SU _ TÕ (3-12) 128 Tổng lượng tích trữ điện dung SER bánh dây lượng tích trữ điện dung tương đương: 129 130 131 132 133 ■^ G G SER su (3-13) R > 12 Điện dung nối tiếp cặp bánh dây nối với SER tổng điện (3-14) dung vòng tương đương, điện dung bánh tương đương điện dung tương SER bánh dây đó: 134 135 3.2.3 GT , ., ,., CS=CTR+ GJR+GSER^TT 136 ( D J-1)+J- +yy (3-15) 2DJ đương G nu R GSU R 12 Điện dung nỗi tiếp dây quấn xoắn ỗc sử dụng vòng tĩnh điện 137 bánh dây - SR: 138 139 Hình 25: vịng tĩnh điện đặt bánh dây 140 Sử dụng vòng tĩnh điện đặt bánh dây Cũng tương tự ta có điện điểm x vòng điện dung SR: 141 ,_1(x) >_ >v 143 142 144 R-x 2R Điện điểm x bánh dây phía trên: Điện điểm x bánh dây phía dưới: 145 v ( x)>v 146 Giả sử khe hở SR bánh dây nhau, ta có điện dung đơn vị chiều rộng cuộn dây SR bánh dây “CSU” điện dung 147 T-biềụ rên ỉ_ơn điện vị dung đơnrộng vị đócuộn là: dây, SR bánh dây Ta có lượng tích trữ 148 2 149 E«x=1 GSU v2 ( x)-V (x) +j GSU V (x)-V3 ( x) 150 i ct 151 G [ c ] [ ] (3-16) su 152 Tổng lượng tích trữ điện dung SR bánh dây băng lượng Rích trữ điện dung tương đương: 153 G su R G su R En=Ị0 Csu 154 (3-17) 155 -^ G™ =—“5— + 1G G „v: 1/2 — RV 2+— RV =12é G SU 12 12 2~ SR r 156 sR 12 157 Điện dung nối tiếp cặp bánh dây có đặt vòng điện dung SR tổng điện dung vòng tương đương điện dung tương đương SR với bánh dây đó: 158 159 GT , 160 3.2.4 G SU R GSU R G s=G TR+ CSR^Z- ( D n-1) +-4U:- + (3-18) S TR SR D \ VI 12 12 Điện dung nỗi tiếp dây quấn đfn xen: a: Đan xen vòng cặp bánh dây: 161 163 162 Hình 26: đan xen cặp bánh dây Kiểu dây quấn đan xen hình trên, số điện dung vịng bánh dây (ND-1) tổng số điện dung vòng cặp bánh dây 2(ND-1) Giả sử điện áp V phân bố tuyến tính cặp bánh dây Do đan xen có tính lặp lại vòng dây, vòng dây chênh lệch điện áp với hai vòng dây bên cạnh ND_N „ (2 N V — -6 V giá trị N D ND W \2 D 1J A _ D-1,1 X A N" V D / ND-1,1 „ J V Năng lượng tích trữ điện dung này: 164 EN — _ N , / D ■ ( N óó D-2) — C TRV2 T ( ■ND+2 ) Như có tơng cộng ND điện dung có điện áp (ND-2) điện dung có điện áp C „ , C T ( N-' | V ó _C T (3-19) 165 Điện dung nối tiếp cặp bánh dây tơng điện dung vịng tương đương điện dung bánh tương đương: 166 C Cs—CTR+CDR—ỴL O20) 167 168 Điện dung bánh dây dây quấn đan xen có giá trị nhỏ ảnh hưởng tới điện dung nối tiếp, để đơn giản ta bỏ qua, xét đến điện dung vịng dây tính tốn điện dung nối tiếp Cùng với ND »1, ta coi gần đúng: 169 (3-21) 170 b: Đfn xen bánh dây mối cặp bánh dây Hình 27: đan xen bánh dây mơi cặp N D -2 Có tơng cộng điện dung vịng có điện áp vịng có điện áp í (2ND-4) điện dung Năng lượng tích trữ điện dung này: -7_r ND-2 171 2ND ls V 2+4 C 4-7-1 ■ (2 N óó D-4) — - Tí N Ị D K ! ■2 CTRV2 ó 172 173 ' -R ( WD G [D - D (3-22) I 174 c: Đfn xen nhóm cặp bánh dây 175 177 176 Hình 28: đan xen nhỏm cặp bánh dây Điện điểm x bánh dây Al: 178 _6 (x) = _ ^-* 179 Điện điểm x bánh dây A2: 180 182 _2 ■ _ 181 : R Điện điểm x bánh dây B l: 183 _ x _'2i' 184 Điện điểm x bánh dây Al: 185 Gọi CDUI: điện dung l đơn vị chiều rộng bánh dây A1-A2 B1-B2 186 187 CDU2: điện dung đơn vị chiều rộng bánh dây A-B Năng luợng tích trữ điện dung đơn vị bánh dây A1-A2 vị trí x là: 188 189 là: Ed x >2 G DU1 _1 ( x )-_2 ( x [ DU Năng luợng tích trữ điện dung đơn vị bánh dây A-B vị trí x 190 191 E„ 2x >6 c DU2 _2 (x)- V3 (x [ 192 DU Í-Vx r 2R Năng lượng tích trữ điện dung đơn vị bánh dây B1-B2 vị trí x Ed x > c DU V3 (x)— V4 ( x ) = [ ] V2 DU 1 Tông lượng tích trữ 22 điện ilutjg này: + jx R1 En = J CJU1 02 p RR 1_ / 90 C DU Vx - E„> c V R +~ c2nĩ„ V2 R > c ĐR V DU 24 DUR2 DR c -V -(í-0,5)—vớíí=1,2, ,N214 ND 213 215 Vs (í )=Vbtas-(í-0,5)2D-vớíí=l,2 , ,k 216 Gọi Csh điện dung chắn với vịng dây bên cạnh Năng lượng tích trữ điện dung chắn thứ i với vịng dây bên cạnh: Ensi=-2 csh [ (Vg (í)-V s (í ))2+(Vg (í+1)-Vs (í))2 217 ■■En > 1G' (V -V, 218 219 fLv bias ) +( V VV V bias 2N 220 sj í 221 dâyTttiA'ấyn'1'' dâyi?êeniliăngilưnw.ftllí7ch trữ điện dung chắn 222 Điện áp vòng dây chắn bánh dây dưới: 223 Vg (j)=v+(i-2 N 0,5)yD-vớ j= 1,2, ,N- 224 vs ( í) > V bias+( i - 0,5 5-2V vớí í=1,2 , ,k 225 Năng lượng tích trữ điện dung chắn thứ j với vòng dây bên s En ì= c s' cạnh: 226.22 227 (Vc(j)- Vs (j) ) + (Vc(j + )1 Vs ■Ensj2=1G s' (j) ) ■ 228 V2 (V ì2+ V-V-(2 N„-1) V (v bias ) + v ( v bias D ■2N 229 Cũng Ensí’Ensj £ j nên lượng tích trữ điện dung chắn dây quấn 230 Do k < ND-1 nên có 2x(Nj-k-l) điện dung vịng dây khơng có chắn, lượng tích trữ điện dung này: 231 EnT=^ G T (—_232 T T NDỊ Coi điện áp phân bố tuyến tính bánh dây, ta có lượng tích trữ điện dung bánh dây: Enn_4 '—^V 2=6 — V D 23 23 ( Phương trình ta xét đến điện dung bánh dây- cặp bánh đ l l i i i đ ệ, i ặ i dây ó-n h ?ểu g-ặí^ ba‘TV' < s cạn xg vớo c êif Pu c flăhd5âỄưỢỉỉg-6 V2 Ta có V En 12 11 c s' IN 15 D 13 p-2 N D )2+( k p-1 )2+( 123 22 p-2 N D +1)2]12+ c TD° 2 Vbias N k1c DA Nk c p 2+( ^D N 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 Không nối với dây quấn 289 288 V/2 ND 24 Nối với đầu vào điện áp V 25 Vịng ngồi bên trái chắn bánh dây (i=k) nối với đầu điện áp 29.cao3.2.6 Điện dung song 26 _ +(k 27 5) ’ i - 28 -(k0, 5) song: 30 Điện dung song song kiểu dây quấn khác tính giống nhau, chúng phụ thuộc vào khoảng cách vật liệu cách điện cuộn dây trụ Điện dung dây quấn với trụ: 31 r óDmh > Ccd C dầu > c -ó.Dm.h 32. - cd > 36 cd ss 37 Ccd+Cdầu d d+ d 33 d - c (3-27) 34 Ệ - ^,-ĩDn' 38 cd dầu 35 dầu dầu dầu 39 Điện dung dây quấn với vỏ máy: 290 ó.c H 291 Csst 292 ch~ 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 C c C Cití c c c c d 42 40 s_ 41 R ddầu+ dcd ddầ u d + d dầu c cd c 43 (32 ) 310 311 312 313 314 315 316  ... vòng dây bánh dây duới tuơng ứng) 76 Hình 21: cặp bánh dây dây quấn xoắn ốc 77 Gọi ND số vịng dây bánh dây, ta có số điện dung vòng G T bánh dây ND-1 số điện dung GD bánh dây ND-1 Điện dung nối tiếp. .. xoắn ỗc sử dụng vòng tĩnh điện 137 bánh dây - SR: 138 139 Hình 25: vòng tĩnh điện đặt bánh dây 140 Sử dụng vòng tĩnh điện đặt bánh dây Cũng tương tự ta có điện điểm x vòng điện dung SR: 141 ... vòng dây bánh dây 3.2 XÂY DựNG MƠ HÌNH GIẢI TÍCH CÁC KIỂU DÂY QUẤN: 64 3.2.1 Đỉện dung nốỉ tỉếp dây quấn xoắn ốc: 65 Để tính tốn điện dung nối tiếp kiểu dây quấn khác nhau, ta cần tính điện dung