7. Nội dung luận văn gồm phần mở đầu và 4 chươn g:
1.6. Xu hướng ưu tiên lựa chọn MBA hiệu suất cao
1.6.1. Xu hướng chế tạo MBA hiệu suất cao dùng vật liệu tôn VĐH
Xu thế hiện nay người ta ưu tiên lựa chọn các MBA có hiệu suất cao [7],[8, [12]. Các nhà sản xuất tìm kiếm vật liệu mới, đồng thời hoàn thiện thiết kế để có khả năng chế tạo MBA có tổn hao thấp.
Giảm tổn hao trong dây quấn
Dây dẫn đồng có điện trở suất nhỏ, độ bền cơ học cao đã hầu như thay thế dây nhôm làm dây quấn máy biến áp, tiết diện dây quấn đồng nhỏ hơn dây nhôm giảm được kích thước máy, giảm tổn hao. Trong thực tế, giảm tiết diện dây quấn 1% tương ứng giảm được tổn hao Phu cô 1,5%. Mặt khác dây quấn tiết diện chữ nhật có độ dày theo chiều vuông góc từ trường tản nhỏ cũng giảm được dòng điện Phu cô
Giảm tổn hao trong lõi thép
Tổn hao trong lõi thép gần đúng bằng tổn hao không tải MBA. Hình 1.5 mô tả lịch sử tổn hao không tải các MBA 50 kVA do nâng cao chất lượng vật liệu chế tạo lõi thép từ năm 1970 đến năm 1990 và tới 2010.
Hình 1.5: Lịch sử tổn hao không tải của MBA50 kVA [1]
Có 4 yếu tố cơ bản liên quan đến tổn hao lõi thép:
1. Đầu tiên phải kể đến chất lượng thép. Lõi thép biến áp đầu tiên (1885, Stanley) làm bằng thép lá cacbon có từ trường từ hóa cao và điện trở suất nhỏ (r ~ 25-30 μΩ.cm). Sau đó, lõi biến áp được làm bằng lá thép silicon (còn gọi là tôn silic, Fe-Si) có điện trở suất cao hơn (r ~ 50-60 micro μΩ.cm) [4], [5], [11], [13], [14]. Những năm 80-90 của thế kỷ XX, tôn silic định hướng (cán nguội) có điện trở suất cao và lực khử từ HC nhỏ; càng ngày thép cán nguội được hoàn thiện đã được chế tạo và đưa vào sử dụng thép cán nguội chất lượng cao, thép plasma có chiều dày mỏng. Cũng vào khoảng những năm 80 của thế kỷ XX, thép vô định hình (thép biến thế siêu mỏng) ra đời. Nhờ vào thành phần và cấu trúc vi mô đặc biệt, thép vô định hình (VĐH) đáp ứng cả 3 yêu cầu để giảm tổn hao lõi là: lực kháng từ rất nhỏ, HC ~ 5- 10 A/m (so với ~50-100 A/m của tôn silic); độ dày tự nhiên của lá thép rất nhỏ, t ~ 0.03 mm (so với ~ 0,3-0,5 mm của tôn silic) và điện trở suất rất lớn, r ~ 30-170 micro Om cm (so với ~50-60 micro Om cm của tôn silic). Nhờ vào các tính chất trên mà tổn hao Phu cô và tổn hao từ trễ của thép VĐH giảm mạnh so với thép silicon loại tốt nhất [37], [39], [41]. Đồ thị trên hình 1.6 cho thấy đường cong từ hóa của tôn silíc (M4) và thép vô định hình. Hình 1.7 mô tả lịch sử ứng dụng thép VĐH chế tạo MBAphân phối.
3. Thứ 3 là công nghệ sắp xếp và ép lõi thép, 4. Thứ 4 là thiết kế lõi thép
.
Hình 1.6: Đường cong từ hóa của tôn silíc (M4) và thép vô định hình [2]
Hình 1.7: Lịch sử ứng dụng thép VĐH chế tạo MBA phân phối.
Lựa chọn phương án thiết kế MBAcó hiệu suất cao mang ý nghĩa lớn, vì tuổi thọ của MBAcó thể từ 30 đến 50 năm, sai lầm trong lựa chọn thiết kế sẽ phải gánh chịu thiệt thòi trong thời gian dài [2].
1.6.2. Bài toán MBA hiệu suất cao dùng vật liệu thép VĐH
Như đã trình bày: MBA với tổn thất thấp hơn hàm ý kích thước MBA chắc chắn lớn hơn, trọng lượng cao hơn và chi phí sản xuất tăng. Mặt khác sử dụng vật liệu mới có chất lượng cao hơn (tổn hao nhỏ hơn) làm giảm kích thước MBA, trọng lượng nhỏ hơn và chi
phí sản xuất có thể tăng do giá thành vật liệu mới tăng. Có sự thay đổi kích thước do yêu cầu nâng cao chất lượng thiết bị, đặt cho người thiết kế chế tạo nhiệm vụ mới trong tính toán kinh tế, kỹ thuật.
Do đặc điểm thép VĐH dùng chế tạo lõi thép MBA có độ dày tự nhiên rất nhỏ, t ~ 0.03 mm (so với ~ 0,3-0,5 mm của tôn silic), mặt khác chiều rộng lá thép chỉ đạt tới 26cm, do đó lõi thép thường có tiết diện hình chữ nhật. Công nghệ chế tạo lõi thép, công nghệ quấn dây, bài toán tính lực điện từ, tính toán phân bố nhiệt, tìm ra hình dáng và kích thước tối ưu cho các công suất MBA [3],[16], [17], [18] có lõi thép VĐH đều là các vấn đề cấp thiết giúp nhanh chóng chế tạo được MBA loại này trong nước. Hiện nay đang có các dự án từ các Tổng Công ty chế tạo MBA lớn trong nước đệ trình để nhà nước phê duyệt và hỗ trợ đầu tư nghiên cứu thiết kế chế tạo MBA có lõi thép VĐH. Chọn thực hiện được một trong các khâu nghiên cứu trên có đóng góp thiết thực thúc đẩy các dự án thành công.