8. Cấu trúc nội dung của luận án
4.4.3Phân tích kết quả
Luận án thực hiện nghiên cứu với từng trường hợp có số lượng khe hở khác nhau, từ 1 cho đến 30 khe hở phân bố trên trụ, đưa ra phân bố biên độ từ cảm ở các vị trí khác nhau và xác định điện cảm trong từng trường hợp số lượng khe hở trên trụ. Phân bố từ cảm trên đoạn D1-D2 dọc theo chiều cao dây quấn ứng với số lượng khe hở khác nhau như Hình 4.18 dưới đây.
Hình 4.18 Phân bố từ cảm dọc đoạn D1-D2 theo chiều cao dây quấn
80
Hình 4.19 Chênh lệch giữa điểm có từ cảm lớn nhất với giá trị từ cảm trung bình
Kết quả phân bố từ cảm trên Hình 4.18 cho thấy, trường hợp không phân chia khe hở hoặc số khe hở ít, giá trị từ cảm có sự chênh lệch lớn dọc chiều cao cạnh dây quấn, điểm có từ cảm lớn nhất có từ cảm lớn gấp 1,7 lần giá trị trung bình. Giá trị từ cảm khu vực dây quấn lân cận khe hở có giá trị lớn hơn khu vực còn lại dọc theo chiều cao dây quấn. Khi tăng số lượng khe hở, chênh lệch từ cảm giảm đáng kể và phân bố đồng đều hơn tại mọi vị trí theo chiều cao dây quấn, qua đó giảm ảnh hưởng bởi từ trường tản lên dây quấn. Kết quả nghiên cứu chỉ ra trên Hình 4.19, ở trường hợp chia thành 8 khe hở, chênh lệch giữa điểm có từ cảm lớn nhất với giá trị từ cảm trung bình giảm đáng kể, từ cảm phân bố tương đối đồng đều dọc chiều cao dây quấn, chênh lệch là 6,4%. Chênh lệch này chỉ còn 5,5% nếu chia thành 9 khe hở.
Để thấy được phân bố từ cảm ở các khối trụ, xét hai đoạn vuông góc với nhau X1-X2 và Y1-Y2 trên khối trụ, giá trị từ cảm trên hai đoạn xét ứng với từng trường hợp số lượng khe hở khác nhau được thể hiện tương ứng trên hai Hình 4.20
và Hình4.21 cùng hình chú thích mô tả vị trí xét.
Hình 4.20 Phân bố từ cảm trên đoạn X1-X2 ngang khối trụ
81
Hình 4.21 Phân bố từ cảm trên đoạn Y1-Y2
Kết quả trên Hình 4.20 và Hình 4.21 cho thấy sự phân bố không đồng đều từ cảm trên các khối trụ, có sự chênh lệch giữa giá trị từ cảm ở xung quanh cạnh khối trụ với từ cảm trong lòng khối trụ, nguyên nhân do xuất hiện thành phần từ thông tản xung quanh lân cận các khe hở nên từ thông ở bề mặt cạnh ngoài của các khối trụ lớn hơn phía trong khối trụ. Khi tăng số lượng khe hở sẽ giảm độ chênh lệch biên độ từ cảm giữa bề mặt ngoài khối trụ với từ cảm trong lòng khối trụ.
Tiếp theo, luận án xác định các thành phần điện cảm thông qua năng lượng, từ đó đưa ra mối quan hệ giữa điện cảm tản và điện cảm tổng ứng với các trường hợp số lượng khe hở trên trụ khác nhau. Điện cảm là thông số quyết định đến dòng điện trên dây quấn và công suất phản kháng khi hoạt động của CKBN. Kết quả các thành
Hình 4.22 Quan hệ giữa điện cảm tổng và điện cảm tản với số lượng khe hở trên trụ
82
phần điện cảm ứng với các trường hợp khe hở thay đổi từ 1 đến 30 khe hở thể hiện trên đặc tính Hình 4.22.
Từ đặc tính quan hệ giữa giá trị điện cảm tản và điện cảm tổng với số lượng khe hở phân bố trên trụ cho thấy, với số lượng khe hở nhỏ thì chiều dài mỗi khe hở lớn, thành phần từ thông tản và điện cảm tản lớn, dẫn đến điện cảm tổng lớn. Khi tăng số lượng khe hở từ 1 đến 8 khe điện cảm tản và điện cảm tổng giảm rõ rệt, do khi tăng số khe thì từ dẫn tổng vùng lân cận xung quanh khe hở giảm, hay ngược lại từ trở vùng xung quanh khe hở tăng, dẫn đến giảm từ trường tản và điện cảm tản. Tiếp tục tăng số khe hở lên tới 30 khe cho thấy điện cảm có giảm nhưng không đáng kể. Với kết quả trên, khi chia số khe hở từ 8 khe sẽ đạt được giá trị điện cảm theo yêu cầu.
Thực hiện nghiên cứu tương tự với các CKBN một pha có công suất khác nhau dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp. Kết quả quan hệ giữa điện cảm tản và điện cảm tổng theo số khe hở của CKBN có công suất 128/3 MVAr, trên lưới điện áp 110kV, 220 kV và 500 kV tương ứng trên Hình 4.23. Từ đặc tính quan hệ giữa điện cảm tản hay điện cảm tổng ứng với các máy có công suất và điện áp khác nhau đưa ra cơ sở lựa chọn số khe hở cần chia
(a)
(b)
(c)
Hình 4.23 Quan hệ giữa điện cảm với số khe của CKBN 128/3 MVAr: (a) lưới 110 kV, (b) lưới 220
kV, (c) lưới 500 kV
83
trên trụ phù hợp, kết quả thể hiện trên Hình 4.24. Kết quả nghiên
cứu trên Hình 4.24 cho thấy cùng một cấp điện áp, do khoảng cách giữa dây quấn và trụ như nhau, được xác định theo khoảng cách cách điện tối thiểu nên máy có công suất càng lớn thì số lượng khe hở cần chia nhỏ trên trụ càng nhiều. Tại cùng một
giá trị công suất, CKBN có điện áp nhỏ hơn sẽ có khoảng cách giữa dây quấn và trụ ngắn hơn, do đó số lượng khe hở cần chia nhỏ nhiều hơn. Từ kết quả đạt được, luận án thiết lập đa thức quan hệ giữa số lượng khe hở cần chia trên trụ tại các dải công suất khác nhau từ 50/3 MVAr đến 330/3 MVAr trong lưới điện cao áp 110 kV, 220 kV và siêu cao áp 500 kV, kết quả được lấy theo giá trị nguyên từ phương trình (4.13):
= ( , ) = −(7,331. 10−9 2 − 5,626. 10−6 + 12,17. 10−4) 2
+ (2,261. 10−6 2 − 17,39. 10−4 + 0,4305).
+ 4,528. 10−5 2 − 35,46. 10−3 + 10,33
Từ chiều dài tổng của khe hở và số khe hở cần chia nhỏ với các dải công suất và các cấp điện áp cao áp và siêu cao áp, luận án đưa ra khoảng lựa chọn chiều dài mỗi khe hở ứng với các cấp điện áp như trên Hình 4.25.
Hình 4.25 Dải lựa chọn chiều dài một khe hở theo cấp điện áp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
84
download by : skknchat@gmail.com
Kết quả nghiên cứu này cho ra bức tranh quan hệ giữa số lượng khe hở trên trụ theo công suất và điện áp lưới điện cùng với dải lựa chọn chiều dài một khe hở theo cấp điện áp lưới điện, từ đó giúp các nhà thiết kế chế tạo có cơ sở lựa chọn được số lượng khe hở phù hợp khi tính toán thiết kế CKBN.
4.5 Nghiên cứu khoảng cách giữa các khe hở trên trụ
4.5.1 Đặt vấn đề
Như đã phân tích, xung quanh khe hở xuất hiện thành phần từ thông tản lan ra khỏi các khối trụ và quay về các khối trụ lân cận làm tăng từ dẫn phần khe hở. Để giảm ảnh hưởng của từ trường tản, các nhà thiết kế chế tạo CKBN cần xác định được chiều dài khe hở phù hợp và chia nhỏ thành “g” khe hở phân bố trên trụ qua đó giảm điện cảm tản. Với công suất phản kháng, mật độ từ thông và tần số lưới điện đã xác định thì thể tích khe hở là không đổi. Với cùng thể tích khe hở, muốn giảm chiều dài khe hở thì tiết diện khe hở tăng, tiết diện và đường kính trụ tăng, tỉ lệ giữa tiết diện so với chiều dài khe hở kg = Ag/lg giảm nên số vòng dây giảm. Nhưng tiết diện trụ tăng sẽ khiến tăng lượng sắt và chu vi vòng dây. Luận án nghiên cứu khoảng cách giữa các khe hở trên trụ của CKBN với các trường hợp có tiết diện hay đường kính trụ và chiều dài khe hở khác nhau.
Hình 4.26 Thay đổi khoảng cách giữa các khe hở Hg
Trong trường hợp cùng số lượng khe hở trên trụ như nhau, khi thay đổi khoảng cách giữa các khe hở sẽ thay đổi từ trường tản do đó làm thay đổi giá trị điện cảm tản, từ trường tản ứng với các trường hợp khoảng cách giữa các khe hở khác nhau như mô tả trên Hình 4.26. Do đó cần thiết phải xác định vị trí các khe hở hay khoảng cách giữa các khe hở phù hợp trên trụ nhằm giảm từ trường tản. Khi thay đổi khoảng cách giữa các khe hở, khoảng cách nhỏ nhất bằng chiều dài một khe hở, tuy nhiên khi đó các khe hở nhập lại thành 1 khe, do đó có thể bắt đầu lấy khoảng cách bằng 2 lần chiều dài một khe hở rồi tăng dần tới khoảng cách lớn nhất. Khoảng cách lớn nhất khi khe hở trên cùng và dưới cùng sát gông trên và gông dưới tương ứng như mô tả
85
trên Hình 4.26c, các giá trị khoảng cách nhỏ nhất và lớn nhất này tương ứng được xác định theo công thức (4.14)a và (4.14)b.
_
Khi phân bố đều các khe hở trên trụ, khoảng cách giữa các khe hở được xác định theo công thức:
=
Kết quả tính toán kích thước CKBN với các trường hợp có tiết diện hay đường kính trụ và chiều dài khe hở khác nhau thể hiện trong Bảng 4.3.
Bảng 4.3 Thông số chính CKBN ứng với 5 trường hợp kích thước khác nhau
Thông số
Công suất
Điện áp định mức Dòng điện định mức Điện cảm tổng Số khe hở trên trụ Tổng chiều dài khe hở trên trụ
Đường kính trụ Chiều cao trụ Số vòng dây quấn Chiều cao dây quấn Chiều rộng dây quấn
4.5.2 Mô hình nghiên cứu các trường hợp kích thước và khoảng cáchkhe hở khác nhau khe hở khác nhau
Từ thông số kích thước ứng với mỗi trường hợp trong Bảng 4.3, luận án thực hiện thiết lập các mô hình CKBN với số khe hở phân bố trên trụ thay đổi từ 2 đến 20
86
khe. Trên mỗi mô mình đối tượng, thực hiện tính toán giá trị điện cảm khi thay đổi khoảng cách giữa các khe hở từ vị trí khoảng cách Hg_Min tới giá trị lớn nhất Hg_Max. Để thuận lợi cho quá trình thực hiện mô hình hóa và mô phỏng với các giá trị khoảng cách khe hở khác nhau, cần thiết thực hiện gán biến cho mô hình đối tượng. Ví dụ với mô hình có 6 khe hở, tương ứng với 7 khối trụ. Tất cả các khối trụ có tiết diện tròn, vị trí tâm trên bề mặt trụ được ký hiệu từ C1 đến C7 có biến tọa độ như mô tả trong Bảng 4.4.
Bảng 4.4 Gán biến tọa độ các điểm trên khối trụ trên hệ tọa độ global OXYZ
Vị trí Giá trị (x, y, z) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
4.5.3 Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách giữa các khe hở tới thôngsố điện cảm số điện cảm
Với trường hợp đầu tiên, tỉ lệ giữa tiết diện với chiều dài khe hở Ag/lg = 0,5, kết quả tính toán giá trị điện cảm ứng với số lượng khe hở khác nhau thể hiện trên
Hình 4.27. Ứng với mỗi mô hình có số lượng khe hở khác nhau, luận án thực hiện nghiên cứu xác định giá trị điện cảm L khi thay đổi khoảng cách giữa hai khe hở cạnh nhau tăng từ giá trị Hg_Min tới Hg_Max. Kết quả với tất cả các mô hình có số lượng khe hở khác nhau đều cho thấy, khi khoảng cách giữa các khe hở Hg tăng dần từ giá trị Hg_Min thì điện cảm giảm dần, kết quả này cho thấy từ trường tản xung quanh các khe hở cũng giảm dần, điện cảm tản giảm dần. Tuy nhiên, sau khi điện cảm giảm dần và đạt giá trị cực tiểu L_min, nếu tiếp tục tăng khoảng cách giữa các khe hở Hg tới giá trị cực đại Hg_max thì giá trị điện cảm không giảm tiếp mà lại tăng lên. Trên đường cong quan hệ giữa giá trị điện cảm và khoảng cách giữa các khe hở, gọi Hg_opt là khoảng cách giữa các khe hở tại đó điện cảm đạt giá trị cực tiểu.
87
Hình 4.27 Quan hệ giữa điện cảm L theo khoảng cách giữa các khe hở Hg ứng với từng trường hợp số khe hở khác nhau (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
88
Hình 4.28 Đặc tính quan hệ giữa các giá trị khoảng cách giữa các khe hở và giá trị điện cảm L_min ứng với số lượng khe hở trên trụ (trường hợp 1)
Giá trị Hg_opt của từng mô hình với số lượng khe hở thay đổi từ 2 đến 20 khe hở được tổng hợp trên Hình 4.28, giá trị này được so sánh với giá trị tính qua phương pháp giải tích Hg_Analytical. Kết quả cho thấy đường cong quan hệ giữa khoảng cách các khe hở tính theo phương pháp giải tích Hg_Analytical với số khe hở bám theo đường cong Hg_opt xác định từ mô hình mô phỏng.
Trên các đường đặc tính quan hệ giữa điện cảm L và khoảng cách Hg trên Hình 4.28, khi chọn giá trị điện cảm trong lân cận với sai khác 0,1% so với giá trị điện cảm cực tiểu, xác định được dải giá trị khoảng cách giữa các khe hở từ giá trị cận dưới Hg-lo đến giá trị cận trên Hg-up, là cơ sở giúp các nhà chế tạo lựa chọn dải giá trị phù hợp thay vì duy nhất một giá trị. Ví dụ với trường hợp có 10 khe hở trên trụ, có thể chọn khoảng cách giữa các khe hở Hg trong khoảng từ 194 mm đến 206 mm sẽ đạt được giá trị điện cảm với sai khác trong khoảng 0,1% so với giá trị điện cảm cực tiểu. Quan hệ giữa các giá trị khoảng cách Hg_opt, Hg_Analytical, Hg-lo và Hg-up theo số lượng khe hở trên trụ cũng được biểu diễn trên Hình 4.28. Kết quả từ Hình 4.28 cho thấy, ở trường hợp 1 với tỉ lệ Ag/lg = 0,5, khi chia số khe hở từ 10 khe trở lên, khoảng cách giữa các khe Hg_Analytical khi tính theo phương pháp giải tích đều có giá trị nằm trong dải từ Hg-lo đến Hg-up, tức đạt được giá trị điện cảm trong lân cận sai số 0,1% so với giá trị điện cảm cực tiểu.
Quan hệ giữa giá trị điện cảm L_min ứng với từng số lượng khe hở trên trụ cũng được biểu diễn cùng trên Hình 4.28, kết quả cho thấy, với số lượng khe hở nhỏ thì điện cảm tản lớn, dẫn đến điện cảm tổng lớn như đã phân tích ở phần trước. Khi tăng số lượng khe hở thì điện cảm giảm rõ rệt, do khi tăng số khe thì từ dẫn tổng vùng lân cận xung quanh khe hở giảm, hay ngược lại từ trở vùng xung quanh khe hở tăng, dẫn đến giảm từ thông tản và điện cảm tản. Với trường hợp này, khi chia thành 11 khe hở
89
nhỏ sẽ đạt được giá trị điện cảm theo yêu cầu. khi đó khoảng cách giữa các khe để đạt được giá trị điện cảm cực tiểu là Hg_opt = 184,6 (mm). Có thể lựa chọn khoảng cách giữa các khe Hg trong khoảng từ 177 mm đến 187 mm hoặc tính theo phương pháp giải tích là 177,6 (mm).
Thực hiện nghiên cứu tương tự với các trường hợp khác có các thông số trong Bảng 4.3, kết quả từng trường hợp thể hiện trong các hình Hình 4.29, Hình 4.30, Hình4.31 và Hình 4.32.
Hình 4.29 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 2)
Hình 4.30 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 3)
90
Hình 4.31 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 4)
Hình 4.32 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 5)
Kết quả từ các trường hợp có tiết diện và chiều dài khe hở khác nhau đều đưa ra dải lựa chọn khoảng cách giữa các khe hở từ Hg-lo đến Hg-up ứng với số lượng khe hở khác nhau để cực tiểu điện cảm. Khi số khe hở đủ lớn để đạt giá trị điện cảm theo
yêu cầu thì khoảng cách giữa các khe hở được tính theo giải tích H đều có
giá trị nằm trong dải từ Hg-lo đến Hg-up, tức đạt được giá trị điện cảm trong lân cận