Trong chƣơng trình FEMM các cuộn dây mô phỏng là kích thƣớc hình chữ nhật và mạch từ là kích thƣớc dọc trục, ngang trục. Bên cạnh đó, chúng có tính đối xứng. Do đó, ta chọn cuộn dây pha B để thực hiện mô phỏng với số vòng dây tỷ lệ 1:1 và cách bố trí các cuộn dây theo tiêu chuẩn thông thƣờng cuộn dây bên trong và cuộn dây bên ngoài. Thể hiện hình vẽ 6-3.
Trang -52-
Đƣa các kích thƣớc cơ bản, thông số số vòng dây, vật liệu của cuộn kháng vào trong chƣơng trình FEMM 4.2, đƣợc thực hiện tại giao nhập dữ liệu. Chúng đƣợc thể hiện trong giao diện FEMM tại hình 6-4.
Hình 6-4 Dữ liệu nhập trong FEMM 4.2
Cuộn dây pha B đƣợc mô phỏng là hình chữ đối xứng với bề rộng 21mm, chiều cao 193mm và số vòng dây là 12 vòng. Mạch từ mô tả một phần hai kích thƣớc hình học mạch từ.
Ta thực hiện chạy chƣơng trình mô phỏng FEMM thì có kết quả nhƣ hình 6- 5. Kết quả mô phỏng thể hiện các đƣờng sức tập trung chủ yếu tại mạch từ đây là từ thông chính (hình 6-6).
Ngoài ra, chúng cũng thể hiện những đƣờng sức từ móc vòng ra ngoài không khí. Đây chính là từ thông rò ra bên ngoài không khí (hình 6-7). Chúng ta xác định năng lƣợng từ trƣờng rò bao gồm phần trong cửa sổ mạch từ và trong không khí bên ngoài. Ta thấy từ trƣờng rò này tập trung phần lớn tại cửa sổ mạch từ. Thể hiện hình 6-8.
Trang -53-
Hình 6-5 Đƣờng sức từ trƣờng chính
Trang -54-
Hình 6-7 Năng lƣợng từ trƣờng rò Dựa theo năng lƣợng từ trƣờng rò ta đƣợc
Trong cửa sổ mạch từ : Wairin = 1.41.10-5 J Ngoài không khí : Wairout = 0.35.10-5 J Tổng năng lƣợng rò ra ngoài WΣL = Wairin + Wairout = 1.41.10-5 + 0.35.10-5 = 1.76.10-5 J Mà 2 2 L L L W i (6-1)
Vậy điện cảm rò trong cuộn kháng là
5 5 2 2 2 2x1.76.10 3.52.10 1 L L W L H i
So sánh với giá trị tính toán bằng phƣơng pháp giải tích, ta thấy rằng giá trị điện cảm rò tính toán đƣợc có một sự sai khác nhất định. Giá trị của điện cảm rò tính bằng phƣơng pháp số luôn có giá trị lớn hơn.
Việc giá trị điện cảm rò tính toán bằng phƣơng pháp mô hình hóa có giá trị lớn hơn so với giá trị tính bằng giải tích có thể đƣợc luận giải bằng các lý do sau đây:
- Phƣơng pháp tính toán giải tích có phạm vị tính toán điện cảm rò nhỏ, giả thiết các đƣờng sức từ trƣờng chạy song song trong không gian giới hạn của hai lớp
Trang -55-
dây quấn, lớp dây quấn trong cùng với trụ từ. Do đó lƣu lƣợng từ thông rò theo phƣơng pháp này không bao hàm hết các từ thông rò. Mặc khác, không gian giới hạn tính toán giới hạn trong cửa sổ mạch từ.
- Phƣơng pháp tính số có phạm vi tính toán điện cảm rò lớn hơn, nó có kể cả trong không gian không khí bên ngoài. Trong phƣơng pháp số thì năng lƣợng trong không khí cũng không nhỏ (0.35.10-5/1.41.10-5) khoảng 25% năng lƣợng không khí trong cửa sổ mạch từ.
Trang -56-
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN
Ta đã đƣa ra công thức giải tích đơn giản phục vụ cho việc tính toán giá trị điện cảm rò của các loại dây quấn đồng tâm đơn giản. Thông quan công thức này, điện cảm rò phụ thuộc vào kích thƣớc hình học cuộn dây của cuộn kháng.
Ta tính toán điện cảm rò phƣơng pháp số thông qua phần mềm mô phỏng FEMM 4.2 thực hiện mô phỏng và tính toán điện rò. Điện cảm rò đƣợc tính toán thông qua năng lƣợng từ trƣờng rò trong không khí. Kết quả tính toán này rất nhanh chóng.
Kết quả tính toán của hai phƣơng pháp tính có sự sai khác nhau. Phƣơng pháp giải tích có điện cảm rò LL nhỏ hơn phƣơng pháp số. Sự sai khác tính toán điện cảm rò của cuộn kháng đƣợc giải thích nhƣ sau:
- Phƣơng pháp tính toán giải tích có phạm vị tính toán điện cảm rò nhỏ, giả thiết các đƣờng sức từ trƣờng chạy song song trong không gian giới hạn của hai lớp dây quấn, lớp dây quấn trong cùng với trụ từ. Do đó lƣu lƣợng từ thông rò theo phƣơng pháp này không bao hàm hết các từ thông rò. Mặc khác, không gian chỉ đƣợc giới hạn tính toán trong cửa sổ mạch từ.
- Phƣơng pháp tính số có phạm vi tính toán điện cảm rò lớn hơn, nó có kể cả trong không gian không khí bên ngoài. Trong phƣơng pháp số thì năng lƣợng trong không khí cũng không nhỏ (0.35.10-5/1.41.10-5) khoảng 25% năng lƣợng không khí trong cửa sổ mạch từ.
Nếu tính toán tự cảm rò của cuộn dây có chiều cao bằng nhau trong các cuộn kháng, chúng ta có thể tính toán gần đúng khi áp dụng các công thức tính toán trên.
Ta chỉ nghiên cứu tính toán điện cảm rò hạn chế trong phạm vi dây quấn đồng tâm. Khi tính toán điện cảm rò dựa trên mô phỏng thì đƣa đầy đủ các thông số cơ bản vào chƣơng trình FEMM.
Phƣơng phát triển đề tài:
- Dựa trên kết quả nghiên cứu tính toán điện cảm rò dây quấn đồng tâm, chúng ta tiếp tục tính toán cho loại dây quấn khác.
Trang -57-
- Tìm ra phƣơng pháp giải tích tính toán điện cảm rò kể đến điện cảm rò trong không khí.
Trang -58-
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thiết Kế Máy Biến Áp Của Tác Giả Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh. 2. Power Transformer Modeling for Inrush Current Calculation Của Tác Giả
Nicola Chiesa.
3. Methods of Calculating Leakage Inductance of Transformer Windings Của Tác Giả V. V. Kantor.
4. Calculation of Distribution Transformer Leakage Reactance using Energy Technique Của Tác Giả A. Naderian-Jahromi, Jawad Faiz and Hossein Mohseni.
5. Chƣơng trình mô phỏng FEMM (Finite Element Method Magnetics) Của Tác Giả David Meeker Version 4.2