Từ kết quả phân tích cho thấy ứng suất lớn nhất trên dây dẫn là 16.47 MPa
Kết quả phân tích dịng ngắn mạch, từ trường tản trong cửa sổ mạch từ trên trên máy biến áp giữa hai phương pháp tính là giải tích và mơ phỏng số là đồng nhất. điều này được thể hiện rõ nét qua các đồ thị tương ứng (Hình 3.4 và Hình 3.24), (Đồ thị 3.3 và Đồ thị 3.8), (Đồ thị 3.4 và Đồ thị 3.9) với các giá trị lớn nhất về dòng điện và từ tản được cho như Bảng 3.4
Mô tả Giải tích Mơ phỏng Sai số tương đối
(%)
Dòng điện HA cực đại 10551 A 10679 A 1.2 %
Dòng điện CA cực đại 120.588 A 121.35 A 0.6 %
Từ trường tản cực đại trên HA 1.153 T 1.1791 T 2.3 %
Từ trường tản cực đại trên CA 1.177 T 1.195 T 1.5 %
Bảng 3. 4 So sánh giá trị cực đại giữa hai phương pháp tính
Trong hai phương pháp tính trên ta nhận thấy với mơ hình mơ phỏng số cho phép ta xây dựng được hình dạng hình học 3D giống với thực tế hơn. Quá trình phân tích theo thời gian (có xét đến các hiện tượng trễ) đồng thời kể đến được sự không đối xứng trong mơ hình phân tích về mặt điện từ khi hai pha gần nhau có mật độ dịng điện là khác nhau điều mà trong mơ hình giải tích giả sử là đối xứng. Điều này được biểu diễn rõ trong hình ảnh về từ tản tại thời điểm ngắn mạch cực đại như Hình 3.26. Qua đó có thể nhận định rằng với phương pháp mô phỏng số cho được kết quả chính xác hơn so với giải tích. Trong trường hợp này theo nhận định ban đầu là những yếu tố vừa kể trên ảnh hưởng tới kết quả là không nhiều do vậy kết quả hai phương pháp gần như đồng nhất. Nhưng nếu mở rộng mơ hình với trường hợp phức tạp hơn về mặt hình học thì phương pháp mơ phỏng số sẽ có kết quả tốt hơn. Tuy nhiên về mặt thời gian phân tích thì phương pháp mơ phỏng số yêu cầu về thời gian cũng như tài nguyên máy tính là lớn hơn nhiều so với phương pháp giải tích.
Do vậy việc kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trong q trình phân tích thiết kế một mạch điện từ sẽ là hiệu quả nhất. Với trường hợp tính sơ bộ ta có thể sử dụng phương pháp giải tích để tiết kiệm thời gian. Nhưng khi cần kết quả chính xác hơn ta có thể sử dụng phương pháp mô phỏng số để thực hiện.
Các kết quả về phân tích ứng suất trên cuộn dây được thực hiện với 3 mơ hình: (1) giải tích với mơ hình dầm cong 2D hai đầu ngàm, (2) mơ phỏng số vơi mơ hình dầm 3D hai đầu ngàm và (3) mơ phỏng số với hình ảnh của khung dây với kết cấu gá đặt như thực tế. Kết quả phân tích ứng suất chỉ ra: ứng suất lớn nhất trong hai
trường hợp (1) và (2) là hoàn tồn giống nhau với ứng suất lớn nhất được tìm ra tại mặt trong của ngàm là 19.3MPa. Tuy nhiên với trường hợp (3) khi ta kể đến ảnh hưởng của vật liệu và kết cấu làm gá dây. Ta nhận nhận thấy kết quả về ứng suất lớn nhất vẫn ở vị trí phía trong dây dẫn nơi tiếp giáp với gá (hình 3.35) nhưng giá trị ứng suất lớn nhất lúc này chỉ là 16.4MPa nhỏ hơn 15% so với hai trường hợp đầu.
Về mặt thời gian phân tích trường hợp (1) có thời gian phân tích là nhanh nhất trường hợp (3) có thời gian phân tích là tương đối dài đồng thời tiêu tốn nhiều tài nguyên máy tính khi giải.
Do vậy để khảo sát sơ bộ ta có thể sử dụng phương án như trường hợp (1) để thực hiện. Việc này sẽ giúp đẩy nhanh q trình phân tích và tìm các giá trị tối ưu sơ bộ. Sau đó sử dụng mơ hình mơ phỏng như trường hợp (3) để nghiệm lại các kết quả tối ưu này.
3.4.2 Một số kết luận và hướng nghiên cứu sử dụng kết hợp hai phương pháp
Như kết quả phân tích ở trên ta nhận thấy với ứng suất lớn nhất là 16.4 MPa trên kết cấu dây dẫn là nhỏ hơn tiêu chuẩn an toàn đối với vật liệu đồng là rất nhiều ([ ] = 160 ). Nếu ta chọn hệ số an toàn là k=3 để kể đến ảnh hưởng của lực biến thiên theo thời gian, các yếu tố ngẫu nhiên khác thì giới hạn ứng suất an tồn cho dây dẫn khi đó là 53Mpa. Giá trị này vẫn lớn hơn giá trị ứng suất lớn nhất ta tính được là 16.4 MPa. Do vậy ta tiến hành tối giảm số gá khung dây xuống để cải thiện đặc tính làm mát cho hệ.
Phương án nghiên cứu tối ưu tiếp theo là sử dụng mơ hình giải tích để tìm ra số lượng gá phù hợp nhỏ nhất và vẫn đảm bảo độ bền. Sau đó nghiệm lại kết quả tối ưu đó bằng phương pháp mơ phỏng số để đánh giá kết quả.
3.5 Tối ưu hóa kết cấu khung dâ y
Như đã phân tích ở trên trong mục này ta tập trung khảo sát số gá cần thiết để cố định khung dây HA. Kết hợp với điều kiện sản xuất số gá thường lớn hơn hoặc bằng 4. Do vậy trong phần này ta khảo sát số gá dây dẫn trong phạm vi từ 4-8 gá. Đầu tiên theo phân tích ở trên ta tiến hành khảo sát ứng suất lớn nhất bằng phương pháp giải tích với số lượng gá thay đổi. Với điều kiện là số gá phân bố đều khi đó góc của dầm cong được định nghĩa bởi công thức
2
ga
n
Phương pháp khảo sát được tiến hành như sơ đồ Hình 3.3. Tồn bộ quy trình tính đã được thực hiện thơng qua chương trình được lập trình bằng matlab như phần phụ lục
Kết quả phân tích với các trường hợp cho ta được bảng biểu đồ ứng suất theo số gá như Đồ thị 10
Đồ thị 3. 10 Số thanh gá - giá trị ứng suất lớn nhất
Từ đồ thị cho thấy giá trị ứng suất lớn nhất với trường hợp số thanh gá là 4 đạt được là 14.59 MPa. Ứng suất lớn nhất không tuân theo hàm tuyến tính với số thanh gá. ứng suất cực đại lớn nhất đối với số thanh gá là 7 với giá trị độ lớn là 20.2Mpa.
Tuy nhiên khi số chêm giảm cánh tay đòn với lực hướng trục lại tăng lên do vậy lúc này ta cần khảo sát lại ảnh hưởng của lực hướng trục.
Tiến hành kiểm nghiệm lại toàn bộ ứng suất trên khung dây cho trường hợp số gá là 4 bằng công cụ mơ phỏng số với mơ hình hình học như hình 3.36.