Tìm ứng suất lớn nhất trong các trƣờng hợp thay đổ- 123docz.net

5. Cấu trúc nội dung của luận án

4.6. Tìm ứng suất lớn nhất trong các trƣờng hợp thay đổi bán kính con gr của cuộn

4.6.1. Các trường hợp khảo sát

+ Cuộn HA:

Gọi bán kính bên trong của cu n HA như Hình 4.45): r (mm) bán kính bên ngồi của cu n HA: r + 30 (mm)

+ Cuộn CA:

Bán kính bên trong của cu n CA: r + 30 + 30 (mm) Bán kính bên ngồi của cu n CA: r +30 + 30 + 55 (mm)

Hình 4.45.Bán kính r bên trong cuộn HA và các kích thước khác của cuộn dây

Vì k ch thước bề ngang lõi thép là 180 mm nên chọn r lớn nhất là 90 mm và nhỏ nhất là 2mm, để vừa mang tính tổng quát và cũng vừa giảm thời gian tính tốn, mơ phỏng, ta chọn 7 trường hợp khảo sát: r = 2; 10; 12; 18; 30; 45; 90 mm

Thực hiện cho mỗi trường hợp r thay đổi, tiến hành mơ phỏng MBA ở ngắn mạch sự cố phía HA, thời điểm ngắn mạch tại t = 15 ms. Phân tích theo miền thời gian với thời gian phân t ch được thiết lập là 0,1 s với ước thời gian là 0,001s.

Quá trình thực hiện và phân tích kết quả mỗi trường hợp mơ phỏng r thay đổi này, giống như trường hợp ứng bán kính cong r =12mm đã thiết kế như m c 4.5, nên luận án chỉ trình bày những điểm khác nhau về kết quả. Sau đ y là kết quả các trường hợp khảo sát.

4.6.2. Trường hợp r = 2 mm

4.6.2.1. Kích thước cuộn dây HA và CA

Hình 4.46. Kích thước ½ của cuộn CA và HA

Hình 4.47. Cuộn HA và CA trong Ansys Maxwell

Từ k ch thước của cu n HA ở Hình 4.46, chiều dài trung bình của cu n HA và CA được t nh như sau:

 Chiều dài trung bình cu n HA: LtbH A LH A trong LH A 2



 ngoµi

(4.1)

+ Chiều dài trong: LHatrong = 2(150x2+3,14x2+188)= 988,56 (mm) Trong đĩ: cơng thức tính chiều dài cung:

cung .R .n L 180   ; n = 900 là số đo cung tr n (4.2) 180 Cuộn HA Cuộn CA r 30 30 Lõi thép 55 180 Cuộn HA Cuộn CA r = 2 mm 30 30 6 Lõi thép 146 55 r62 r117 150 188 r3 2 r2

+ Chiều dài ngồi: LHA ngồi = 2(150x2+3,14x32+188)=1177 (mm)

 Chiều dài trung bình cuộn HA: LTBHA = 1082,8 (mm)

 Chiều dài trung bình cu n CA: LtbC A LC A trong LC A 2



 ngoµi

(4.3)

+ Chiều dài trong: LCAtrong = 1365,4 (mm)

+ Chiều dài ngồi: LCA ngồi = 1710,8 (mm)

 Chiều dài trung bình cuộn CA: LTBCA = 1538,1 (mm)

4.6.2.2. Dịng điện ngắn mạch trên cuộn HA và CA

Hình 4.48.Dịng điện ngắn mạch cuộn CA Hình 4.49. Dịng điện ngắn mạch cuộn HA

Kết quả ph n t ch d ng điện C , H được biểu di n như Hình 4.48 và Hình 4.49, cho thấy rằng: Tại thời điểm 25 ms, giá trị i n đ của d ng điện ngắn mạch cực đại trên pha B của dây quấn CA là ICA_max= 308,64 A, giá trị này lớn gấp 22,86 lần d ng điện định mức. Tương tự, trên dây quấn H d ng điện ngắn mạch cực đại đạt được trên pha B với đ lớn cực đại là IHA_max = 29407,2 A.

4.6.2.3. Vị trí cĩ ứng suất lớn nhất trên vịng dây của cuộn HA và CA

Tương tự như m c 4.5.4, để x c định vị trí nào trên cu n HA và CA cĩ giá trị ứng suất lực lớn nhất tại thời điểm t = 25ms, ta khảo s t 10 đường thẳng dọc theo chiều cao cu n HA và CA. Lấy 10 giá trị ở điểm giữa cũng là gi trị lớn nhất của 10 đường khảo sát này, ta vẽ đồ thị để thấy rõ vị trí cĩ ứng lực lớn nhất trên vịng dây và được thể hiện ở Hình 4.50 và Hình

4.51

Hình 4.50. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 4.51. Phân bố ứng suất trên cuộn CA

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA ở Hình 4.50 tại các vị tr đầu bán kính cong là 2, 8 và cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn, trong đĩ ở vị trí cuối bán kính cong 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất làxyzmax = 6,016.107 (N/m2).

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n CA ở Hình 4.51 tại các vị trí cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn, trong đĩ vị trí 6 cĩ giá trị lớn nhất làxyzmax = 4,086.107 (N/m2).

4.6.3. Trường hợp r = 10 mm

Tương tự như trường hợp r = 2mm, ta tính tốn và mơ phỏng cho trường hợp r =10mm, được các kết quả về chiều dài cu n d y, d ng điện ngắn mạch cực đại và phân bố ứng suất lực tr n v ng d y như sau: 180 Cuộn HA Cuộn CA r = 10 mm 30 30 9 Lõi thép 146 55 r70 r125 146 178 r40 r10

Hình 4.52. Kích thước ½ của cuộn CA và HA

Hình 4.53. Cuộn HA và CA trong Ansys Maxwell

Từ k ch thước của cu n dây ở Hình 4.52 ta t nh được chiều dài trung bình của cu n dây và kết quả mơ phỏng giá trị d ng điện ngắn mạch cực đại tại t =25ms trên pha B của cu n HA và CA ở Bảng 4.8.

Bảng 4.8. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch cực đại tại r =10 mm

Cu n dây Chiều dài trung bình (mm)

D ng điện ngắn mạch cực đại (A)

CA 1552,3 305,88

HA 1097 29143,9

Tương tự như m c 4.5.4, để x c định vị trí nào trên cu n HA và CA cĩ giá trị ứng suất lực lớn nhất, ta khảo s t 10 đường thẳng dọc theo chiều cao cu n HA và CA. Lấy 10 giá trị ở điểm giữa cũng là gi trị lớn nhất của 10 đường khảo sát này, ta vẽ đồ thị để thấy rõ vị trí cĩ ứng lực lớn nhất và được thể hiện ở Hình 4.54 và Hình 4.55.

Hình 4.54. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 4.55. Phân bố ứng suất trên cuộn CA

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA ở Hình 4.54 tại các vị tr đầu bán kính cong là 2, 8 và cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn, trong đĩ vị trí ở cuối bán kính cong 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 5,820.107 (N/m2).

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n CA ở Hình 4.55 tại các vị trí cuối bán kính cong là 4, 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 4,006.107 (N/m2).

4.6.4. Trường hợp r = 18 mm

Tương tự như trường hợp r = 2 và 10mm, ta tính tốn và mơ phỏng cho trường hợp r=18mm, được các kết quả về chiều dài cu n d y, d ng điện ngắn mạch cực đại và phân bố ứng suất lực tr n v ng d y như sau:

Hình 4.56. Kích thước ½ của cuộn CA và HA

Hình 4.57. Cuộn HA và CA trong Ansys Maxwell

Từ k ch thước của cu n dây ở Hình 4.56 ta t nh được chiều dài trung bình của cu n dây và kết quả mơ phỏng giá trị d ng điện ngắn mạch cực đại tại t =25ms trên pha B của cu n HA và CA ở Bảng 4.9.

Bảng 4.9. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch cực đại tại r =18 mm

Cu n dây Chiều dài trung bình (mm)

D ng điện ngắn mạch cực đại (A)

CA 1570,5 302,54

HA 1115,2 28825,0

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA ở Hình 4.58 tại các vị tr đầu bán kính cong là 2, 8 và cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn, trong đĩ vị trí ở cuối bán kính cong 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 5,644.107 (N/m2).

Hình 4.58. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 4.59. Phân bố ứng suất trên cuộn CA

180 Cu n HA Cu n CA Lõi thép r=18 mm 162 146 146 9 30 30 55 r18 r48 r78 r133

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n CA ở Hình 4.59 tại các vị trí cuối bán kính cong là 4, 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 3,911.107 (N/m2).

4.6.5. Trường hợp r = 30 mm

Tương tự như trường hợp r = 2, 10, 18 mm, ta tính tốn và mơ phỏng cho trường hợp r = 30mm, được các kết quả về chiều dài cu n d y, d ng điện ngắn mạch cực đại và phân bố ứng suất lực tr n v ng d y như sau:

Hình 4.60.Kích thước ½ của cuộn CA và HA Hình 4.61. Cuộn HA và CA trong Ansys Maxwell

Từ k ch thước của cu n dây ở Hình 4.60 ta t nh được chiều dài trung bình của cu n dây và kết quả mơ phỏng giá trị d ng điện ngắn mạch cực đại tại t =25ms trên pha B của cu n HA và CA ở Bảng 4.10.

Bảng 4.10. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch cực đại tại r =30 mm

Cu n dây Chiều dài trung bình (mm)

D ng điện ngắn mạch cực đại (A)

CA 1597,9 297,4

HA 1142,6 28335,5

Hình 4.62. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 4.63. Phân bố ứng suất trên cuộn CA

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA ở Hình 4.62, tại các vị tr đầu bán kính cong là 2, 8 và cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn, trong đĩ vị trí ở cuối bán kính cong 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 5,409.107 (N/m2).

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n CA ở Hình 4.63, tại các vị trí cuối bán kính cong là 4, 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 3,752.107 (N/m2).

4.6.6. Trường hợp r = 45 mm

Tương tự như trường hợp r = 2, 10, 18 và 30mm ta tính tốn và mơ phỏng cho trường hợp r = 45mm, được các kết quả về chiều dài cu n d y, d ng điện ngắn mạch cực đại và phân bố ứng suất lực tr n v ng d y như sau:

Hình 4.64.Kích thước ½ của cuộn CA và HA Hình 4.65. Cuộn HA và CA trong Ansys Maxwell

Từ k ch thước của cu n dây ở Hình 4.64 ta t nh được chiều dài trung bình của cu n dây và kết quả mơ phỏng giá trị d ng điện ngắn mạch cực đại tại t =25ms trên pha B của cu n HA và CA ở Bảng 4.11.

Tương tự như m c 4.5.4, để x c định vị trí nào trên cu n HA và CA cĩ giá trị ứng suất lực lớn nhất, ta khảo s t 10 đường thẳng dọc theo chiều cao cu n HA và CA. Lấy 10 giá trị ở

Cuộn HA Cuộn CA r = 45 mm Lõi thép 146 9 30 55 146 108 r45 r75 r105 r155 30 180

điểm giữa cũng là gi trị lớn nhất của 10 đường khảo sát này, ta vẽ đồ thị để thấy rõ vị trí cĩ ứng lực lớn nhất và được thể hiện ở Hình 4.66 và Hình 4.67.

Bảng 4.11. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch cực đại tại r =45 mm

Cu n dây Chiều dài trung bình (mm) D ng điện ngắn mạch cực đại (A) CA 1632,1 291,27 HA 1176,8 27751,2

Hình 4.66. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 4.67. Phân bố ứng suất trên cuộn CA

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA ở Hình 4.66, tại các vị tr đầu bán kính cong là 2, 8 và cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn, trong đĩ vị trí ở cuối bán kính cong 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 5,222.107 (N/m2).

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n CA ở Hình 4.67, tại các vị trí cuối bán kính cong là 4, 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 3,587.107 (N/m2)

4.6.7. Trường hợp r = 90 mm

Tương tự như trường hợp r = 2, 10, 18, 30 và 45mm, ta tính tốn và mơ phỏng cho trường hợp r = 90mm, được các kết quả về chiều dài cu n d y, d ng điện ngắn mạch cực đại và phân bố ứng suất lực tr n v ng d y như sau:

Hình 4.68. Kích thước ½ của cuộn CA và Hình 4.69.Cuộn HA và CA trong Ansys Maxwell

Cuộn HA Cuộn CA r = 90 mm Lõi thép 146 30 55 146 30 18 9 180

Từ k ch thước của cu n dây ở Hình 4.68, ta t nh được chiều dài trung bình của cu n dây và kết quả mơ phỏng giá trị d ng điện ngắn mạch cực đại tại t =25ms trên pha B của cu n HA và CA ở Bảng 4.12.

Bảng 4.12. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch cực đại tại r =90 mm

Cu n dây Chiều dài trung bình (mm) D ng điện ngắn mạch cực đại (A)

CA 1734,7 273,61

HA 1279,4 26068,6

Hình 4.70. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 4.71. Phân bố ứng suất trên cuộn CA

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA ở Hình 4.70, tại các vị tr đầu bán kính cong là 2, 8 và cuối bán kính cong là 4, 6 là lớn trong đĩ vị trí ở cuối bán kính cong 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 4,603.107 (N/m2).

Kết quả phân bố ứng suất trên cu n CA ở Hình 4.71, tại các vị trí cuối bán kính cong là 4, 6 cĩ giá trị lớn nhất là xyzmax = 3,119.107 (N/m2).

4.6.8. Nhận xét 7 trường hợp r thay đổi

4.6.8.1. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch

Tổng hợp các kết quả của 7 trường hợp tr n được thể hiện ở Bảng 4.13

Bảng 4.13. Chiều dài cuộn dây và dịng điện ngắn mạch của 7 trường hợp

Bán kính cong r (mm) Thơng số

Chiều dài cu n dây (mm) HA 1082,8 1097 1101,6 1115,2 1142,6 1176,8 1279,4 CA 1538,1 1552,3 1556,9 1570,5 1597,9 1632,1 1734,7 D ng điện ngắn mạch (A) HA 29407,2 29143,9 29066,8 28825,2 28335,5 27751,2 26068,6 CA 308,64 305,88 305,07 302,54 297,40 291,27 273,61 Nhìn vào Bảng 4.13 cho thấy khi bán kính cong r của cu n dây giảm, làm cho chiều dài cu n HA và CA giảm, d ng điện ngắn mạch tăng l n và tại r = 2 mm thì d ng điện ngắn mạch đạt giá trị lớn nhất. Khi giá trị d ng điện đạt giá trị lớn nhất tại r = 2 mm thì ứng suất lực cũng sẽ là lớn nhất và giá trị của nĩ được thể hiện rõ ở m c dưới đ y.

4.6.8.2. Vị trí cĩ ứng suất lớn nhất trên vịng dây của cuộn HA và CA

Tổng hợp ứng suất của 7 trường hợp ở các m c tr n được thể hiện ở Hình 4.72 và Hình 4.73.

Hình 4.72. Phân bố ứng suất trên cuộn HA với 7 trường hợp bán kính r khác nhau

Hình 4.73. Phân bố ứng suất trên cuộn CA với 7 trường hợp bán kính r khác nhau

Nhìn vào kết quả phân bố ứng suất trên cu n HA và CA ứng với 7 trường hợp bán kính cong r khác nhau ở Hình 4.72 và Hình 4.73, ta thấy rằng vị trí cĩ ứng suất lớn nhất đều nằm ở vị trí 4 và 6, và đường phân bố ứng suất tại bán kính r = 2 mm là đường cao nhất, so với 6 trường hợp cĩ bán kính r lớn hơn. Giá trị ứng suất nhỏ nhất và phân bố đều trên vịng dây quấn tại r = 90 mm vì lúc này cu n dây gần như hình trịn. Các giá trị lớn nhất của 7 trường hợp bán kính r thay đổi được thể hiện ở Bảng 4.14.

Bảng 4.14. Vị trí ứng suất lớn nhất tại r =2; 10; 12; 18; 30; 45 và 90 mm

Bán kính cong r (mm) Thơng số

Ứng suất cực đại (x107N/m2)

HA 6,016 5,820 5,789 5,644 5,409 5,222 4,603

CA 4,086 4,006 3,975 3,911 3,752 3,587 3,119

Tìm ứng suất lớn nhất trong các trƣờng hợp thay đổi bán kính con gr của cuộn

Phân bố từ trường tản