Trên Hình 4.14, các giá trị ứng suất lực hướng trục trung bình tác động lên các bề mặt phía trên của từng khối trụ mang giá trị dương, ngược lại, các giá trị ứng suất lực hướng trục trung bình tác động lên các bề mặt phía dưới của từng khối trụ mang giá trị âm. Từ phân bố Hình 4.12 và kết quả trên Hình 4.14 nhận thấy, lực điện từ tác động lên bề mặt trên và dưới của mỗi khối trụ cùng phương nhưng ngược chiều nhau, có giá trị trung bình xấp xỉ nhau nên lực điện từ tác động lên cả khối trụ gần như bằng không.
Các tấm ngăn cách đặt tại khe hở giữa các khối trụ tiếp xúc với bề mặt dưới của khối trụ trên và bề mặt trên của khối trụ dưới, do đó sẽ chịu tác động của hai thành phần lực cùng phương ngược chiều. Các tấm ngăn cách này phải chịu ứng
suất nén rất lớn, lên tới hơn 257,5 kN/m2 hay tương đương 26,3 Ton/m2, giá trị này
càng lớn khi tiết diện tiếp xúc của
các tấm ngăn cách càng nhỏ hơn so với tiết diện bề mặt các khối trụ. Luận án tiếp tục thực hiện nghiên cứu mô hình CKBN với các trường hợp từ cảm trên trụ có giá trị khác nhau, từ đó đưa ra mối quan hệ giữa ứng suất lực trung bình trên bề mặt các khối trụ với giá
Hình 4.15 Quan hệ giữa ứng suất lực trung bình
trị từ cảm.
trên bề mặt các khối trụ với từ cảm
Kết quả trên Hình 4.15 cho thấy, nếu chọn từ cảm trên các khối trụ là 1,65 T
thì ứng suất lực hướng trục tác động trên bề mặt khối trụ lên tới trên 1000 kN/m2.
Kết quả này cho ta lời giải thích tại sao các nhà chế tạo thường chọn mật độ từ thông trên trụ của CKBN nhỏ hơn trên trụ của MBA, mặc dù cả hai đối tượng này có thể cùng sử dụng một loại vật liệu sắt từ như nhau.
Bức tranh quan hệ trên là cơ sở khoa học cho các nhà nghiên cứu, chế tạo, các nhà sản xuất có cơ sở lựa chọn phương án thiết kế chế tạo mạch từ có khe hở lớn để từ cảm nhỏ hay tính chọn khe hở nhỏ nhưng từ cảm lớn, kết hợp với lựa chọn vật liệu, kích thước, số lượng các tấm ngăn cách giữa các khối trụ để chịu được ứng suất lực.
4.4 Nghiên cứu xác định số lượng khe hở trên trụ
4.4.1 Đặt vấn đề
Như đã được phân tích chi tiết trong nội dung mục 2.3.3, cho thấy vai trò quan trọng của khe hở thêm vào trên trụ, CKBN có đặc tính tuyến tính trong dải điện áp làm việc và đạt công suất phản kháng theo yêu cầu. Với mỗi giá trị từ cảm sẽ xác định được thể tích khe hở tương ứng và qua đó xác định được tiết diện và chiều dài tổng của khe hở trên trụ. Thể tích khe hở phụ thuộc vào công suất của CKBN, máy có công suất càng lớn thì thể tích và chiều dài khe hở càng lớn. Tại cùng giá trị công suất, nếu tính chọn từ cảm như nhau thì thể tích khe hở cần thêm trên trụ cũng giống nhau dù CKBN này được xác định cho cấp điện áp cao áp hay siêu cao áp khác nhau, giá trị điện áp quyết định đến khoảng cách giữa dây quấn tới trụ, khoảng cách này được xác định theo khoảng cách cách điện tối thiểu, điện áp nhỏ hơn sẽ có khoảng cách từ dây quấn đến trụ nhỏ hơn. Với khe hở trên trụ có chiều dài lớn, thành phần từ thông tản mở rộng ra xung quanh khe hở với bán kính lớn cắt vào các vòng dây quấn, từ dẫn tản lớn, điện cảm tản lớn, dẫn đến điện cảm tổng lớn. Do đó cần thiết phải chia khe hở có chiều dài lớn này thành nhiều khe hở nhỏ phân bố trên trụ, qua đó giảm bán kính từ trường tản xung quanh khe hở, giảm từ dẫn tản và điện cảm tản. Số lượng khe hở cần chia nhỏ phụ thuộc vào tỉ lệ giữa tiết diện và chiều dài khe hở kg, công suất của CKBN và điện áp lưới điện. Một trong các yêu cầu đầu tiên cần xác định là số lượng khe hở cần chia trên trụ, số lượng khe hở càng nhiều thì càng tăng tính phức tạp, giảm tính bền vững và tăng chi phí trong chế tạo. Nội dung luận án sẽ nghiên cứu phân tích số khe hở phù hợp. Trong nội dung phần này, luận án thực hiện mô hình hóa và mô phỏng CKBN một pha ở các dải công suất khác nhau, dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp 500 kV. Từ đó đưa ra phân bố từ cảm trên các khối trụ, phân bố từ cảm dọc chiều cao dây quấn và phân tích quan hệ giữa các giá trị điện cảm tản, điện cảm tổng với số lượng khe hở khác nhau trên trụ. Kết quả nghiên cứu giúp cho
các nhà thiết kế chế tạo có cơ sở lựa chọn số khe hở phù hợp cần thêm trên trụ.
4.4.2 Mô hình nghiên cứu theo số lượng khe hở trên trụ
Để nghiên cứu đánh giá tác động của sự phân chia khe hở trên trụ tới thông số điện cảm, đầu tiên, luận án thực hiện nghiên cứu trên mô hình đối tượng và mô phỏng cho các trường hợp số lượng khe hở khác nhau của CKBN một pha công suất
35 MVAr với trường hợp tỉ lệ kg = 0,98 có đường kính trụ Dc = 698 (mm) và tổng
chiều dài khe hở lg = 390 (mm). Từ chiều dài tổng của khe hở đã xác định, luận án
đề xuất nghiên cứu các mô hình với số lượng khe hở thay đổi từ 1 khe đến 20 khe
và mở rộng đến 30 khe hở trên trụ. Trên Hình 4.16 là mô hình CKBN trường hợp
không chia khe hở, chỉ có một khe hở giữa trụ và mô hình đối tượng có phân chia thành các khe hở nhỏ trên trụ. Tiết diện và chiều dài khe hở này được tính toán ở phần trước. Tất cả các thông số kích thước của đối tượng ở các trường hợp khe hở khác nhau đều được gán biến hay được xác định qua các biến độc lập (chiều dài khe
hở lg, đường kính trụ Dc, chiều cao mỗi khối trụ lc, khoảng cách giữa dây quấn với
trụ và gông bcw, kích thước dây quấn Hw và Ww) qua đó có thể thực hiện nghiên cứu
bài toán tổng quát với CKBN có thông số bất kỳ.
(a) (b) (c)
Hình 4.16 Mô hình CKBN một pha khi không phân chia và chia khe hở trên trụ
D1
D2
(a) (b) (c)