Xác định điện cảm qua năng lượng
CKBN có đặc tính tuyến tính, khi mạch từ chưa bão hòa thì có thể xác định điện cảm thông qua năng lượng hoặc đối năng lượng trên các phần của CKBN như mạch từ, khe hở giữa các khối trụ và các phần còn lại trong CKBN.
Điện cảm được xác định qua năng lượng theo phương trình:
=
� 21 �. �2 (2.44)
Từ (2.44) xác định được các thành phần điện cảm tương ứng với năng lượng
tích trữ trong mạch từ Wc, trong khe hở giữa các khối trụ Wg, xung quanh khe hở Wf và năng lượng tổng Wtot.
2.7 Kết luận chương
Trong chương này, luận án phân tích đặc tính tuyến tính của CKBN trong dải điện áp làm việc cùng vai trò của khe hở được thêm vào trên trụ. Do cần thêm khe hở trên trụ nên CKBN có những khác biệt nhất định so với MBA, thành phần từ thông chính trong mạch từ khi qua khe hở giữa các khối trụ làm xuất hiện từ thông tản xung quanh khe hở đó, ảnh hưởng rất lớn đến thông số của CKBN, trong đó có giá trị điện cảm. Điện cảm là một trong trong những thông số liên quan trực tiếp đến công suất phản kháng mà CKBN sẽ nhận từ lưới điện khi hoạt động. Từ đặc điểm cấu trúc mạch từ, luận án xây dựng mô hình mạch từ tương đương, phân tích phương pháp xác định từ trở phần lõi thép và từ trở phần khe hở trên trụ có xét đến ảnh hưởng của từ trường tản. Với khe hở trên trụ có chiều dài lớn, để giảm ảnh hưởng của từ trường tản, cần thiết phải chia một khe hở có chiều dài lớn này thành các khe hở nhỏ phân bố trên trụ, qua đó giảm từ dẫn tản và điện cảm tản. Số lượng khe hở và khoảng cách giữa các khe hở phù hợp sẽ được nghiên cứu xác định trong luận án ở nội dung các chương sau.
CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ THÔNG SỐ KÍCH
THƯỚC CKBN 3.1 Giới thiệu chung
Trong nội dung chương này, luận án trình bày tổng quan các phương pháp phân tích bài toán điện từ gồm phương pháp giải tích và các phương pháp số, trong đó có phương pháp PTHH. Thiết lập mô hình và mô phỏng bằng phương pháp PTHH theo các thông số kỹ thuật của CKBN ba pha có công suất Qđm = 91 MVAr, điện áp Uđm = 500 kV, tần số f = 50 Hz, kiểu đấu dây Y0 do hãng ABB chế tạo. Thông qua mô hình mô phỏng để phân tích phân bố từ cảm trên mạch từ, từ thông tản xung quanh khe hở, năng lượng tích lũy trong khu vực khe hở giữa các khối trụ, giá trị điện áp, dòng điện, các giá trị điện cảm và các thành phần tổn hao công suất trong máy. Kết quả các thông số kỹ thuật được so sánh với các giá trị đo thực nghiệm.
Như đã được đề cập ở mục 2.4, CKBN dùng trên lưới điện ba pha có thể có cấu trúc ba pha hoặc tổ ba cuộn kháng một pha. Giả thiết hệ thống ba pha đối xứng, để giảm kích thước đối tượng nghiên cứu, luận án thực hiện tính toán nghiên cứu trên các CKBN một pha. Trong chương này, thông qua mô hình giải tích kết hợp với mô hình mô phỏng, luận án xác định thông số kích thước của các CKBN một pha có công suất khác nhau dùng trong lưới điện cao áp 110 kV, 220 kV và siêu cao áp 500 kV. Các thông số nhận được từ chương này là tiền đề để thực hiện các nghiên cứu, phân tích và đánh giá đặc tính điện từ của CKBN sẽ thực hiện ở chương sau. Cũng trong chương này, luận án thực hiện nghiên cứu và đưa ra đặc tính cùng đa thức thể hiện quan hệ giữa tỉ lệ giá trị điện cảm rò so với điện cảm tổng ứng với các giá trị công suất tại từng cấp điện áp cao áp, siêu cao áp và hệ số hình dáng dây quấn kw khác nhau.
3.2 Tổng quan về công cụ Ansys Maxwell
3.2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp PTHH là một trong những phương pháp mạnh để giải bài toán điện từ. Để nghiên cứu phân tích CKBN hay các thiết bị điện từ nói chung, ta có thể thực hiện qua các phương pháp tính toán giải tích hay thực hiện mô hình hóa và mô phỏng thông qua các phương pháp số [88]–[91] như mô tả trên Hình 3.1.
Các phương pháp số sử dụng trong mô phỏng tính toán trường điện từ thường được chia làm hai loại: Các phương pháp tích phân số như phương pháp phần tử biên (BEM - Boundary Element Method) và các phương pháp hữu hạn
(Finite Methods) sử dụng các phương trình vi phân như phương pháp PTHH (FEM - Finite Element
Method), phương pháp sai phân hữu hạn (FDM - Finite Difference Method). Mỗi phương pháp có đặc điểm và lợi thế khác nhau, phương pháp PTHH là phương pháp số được sử dụng rộng rãi để giải các bài toán điện từ trường trong lĩnh vực kỹ thuật.
Hình 3.1 Các phương pháp giải bài toán điện từ trường [88]
Phương pháp PTHH là một trong những phương pháp số được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong
nghiên cứu phân tích bài toán điện từ trường trên các đội tượng có cấu trúc hình học phức tạp như các loại máy điện nói chung hay CKBN nói riêng. Phương pháp này dùng để xác định nghiệm gần đúng của các phương trình đạo hàm riêng trong kỹ thuật [90]–[92]. Ý tưởng cơ bản của phương pháp PTHH trong các bài toán điện từ là coi không