Đánh giá độ bền cơ học dây quấn khi bị sự cố ngắn mạch của máy biến áp lõi thép vô định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

HUỲNH TẤN LÂN

ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CƠ HỌC DÂY QUẤN KHI

BỊ SỰ CỐ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Bình Định – Năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

HUỲNH TẤN LÂN

ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CƠ HỌC DÂY QUẤN KHI

BỊ SỰ CỐ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP

LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

Người hướng dẫn: TS. Đoàn Thanh Bảo

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ về đề tài ‘‘Đánh giá độ bền cơ học dây

quấn khi bị sự cố ngắn mạch của máy biến áp lõi thép vô định hình” là công

trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo TS. ĐOÀN

THANH BẢO. Các kết quả khoa học được trình bày trong luận văn này chính là

thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài và chưa

từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính

xác và trung thực.

Tác giả luận văn

HUỲNH TẤN LÂN

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp là một trong những bước quan trọng trong khóa học.

Tác giả rất hạnh phúc khi thực hiện xong luận văn tốt nghiệp và quan trọng hơn là

những gì tác giả đã học được trong thời gian qua. Bên cạnh kiến thức thu được, tác

đã học được phương pháp nghiên cứu một cách độc lập. Sự thành công này không

đơn thuần bởi sự nỗ lực của cá nhân, mà còn có sự hỗ trợ và giúp đỡ của giảng

viên hướng dẫn, gia đình và bạn bè. Nhân cơ hội này, cho phép tôi được bày tỏ lời

cảm ơn của tôi đến họ.

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng

đến Thầy giáo TS. ĐOÀN THANH BẢO đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa

học trong quá trình nghiên cứu. Thầy đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo và hỗ trợ rất

nhiều cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Quy Nhơn, Phòng

Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã cung cấp phần mềm bản

quyền ANSYS và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học

tập và nghiên cứu.

Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng

Điện 2 (PECC2) đã hỗ trợ, tạo điều tạo điều kiện trong công tác để tác giả có thời

gian học tập.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn đồng

hành và động viên trong suốt thời gian học tập lẫn làm luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

HUỲNH TẤN LÂN

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ............................................................................... vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. vii

DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ................................................................ ix

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài..............................................................................1

2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu.............................................................3

2.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 3

2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................. 3

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu..............................................................4

3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 4

3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 4

4. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................4

5. Cấu trúc nội dung luận văn........................................................................4

Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH - MÁY BIẾN ÁP

LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH ..................................................................................5

1.1. Giới thiệu......................................................................................................5

1.2. Máy biến áp vô định hình...........................................................................5

1.2.1. Khái niệm và cấu tạo của máy biến áp vô định hình ............................ 5

1.2.2. Lợi ích của lõi thép kim loại vô định hình ............................................ 8

1.2.3. Cách xử lý lõi từ máy biến áp vô định hình .......................................... 8

1.3. Vật liệu vô định hình...................................................................................9

1.3.1. Khái niệm............................................................................................... 9

1.3.2. Công nghệ sản xuất vật liệu từ vô định hình....................................... 10

1.4. Một số sản phẩm và ứng dụng:............................................................... 12

1.5. Đặc tính giảm tổn hao của MBA lõi thép VĐH:.................................... 15

iv

1.5.1. Đường cong từ trễ của vật liệu vô định hình ...................................... 15

1.5.2. Một số công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ............................ 16

1.6. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................... 21

Chƣơng 2 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ VỀ DÒNG ĐIỆN TỪ

TRƢỜNG LỰC ĐIỆN TỪ KHI MÁY BIẾN ÁP XẢY RA NGẮN MẠCH ... 22

2.1. Giới thiệu................................................................................................... 22

2.2. Tính toán ngắn mạch ............................................................................... 22

2.2.1. Lý thuyết về dòng điện ngắn mạch và lực điện từ .............................. 22

2.2.2. Thành phần của lực điện từ ................................................................. 32

2.3. Từ trƣờng tản ........................................................................................... 36

2.4. Ứng suất lực tác dụng lên dây quấn ....................................................... 38

2.4.1. Ứng suất lực hướng kính

 x

............................................................... 38

2.4.2. Ứng suất lực hướng trục

 y

................................................................. 39

2.5. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................... 40

Chƣơng 3 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT NGẮN MẠCH TÁC DỤNG VÀO CUỘN

DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG CHUỖI PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL

................................................................................................................................. 41

3.1. Giới thiệu................................................................................................... 41

3.2. Phần mềm Ansys Maxwell....................................................................... 41

3.3. Tính toán lực điện từ bằng phần mềm mô phỏng Ansys Maxwell...... 42

3.3.1. MBA lõi thép VĐH thiết kế trong phần mềm Maxwell ..................... 42

3.3.2. Tính toán lực điện từ tác dụng lên dây quấn ....................................... 46

3.4. Kết quả mô phỏng và phân tích điện từ của MBA VĐH...................... 49

3.4.1. Chế độ định mức .................................................................................. 49

3.4.2. Chế độ ngắn mạch................................................................................ 51

3.5. Các kết quả mô phỏng lực điện từ hƣớng kính và hƣớng trục trên

cuộn cao áp và hạ áp.......................................................................................... 53

3.5.1. Kết quả mô phỏng................................................................................ 53

3.5.2. Nhận xét các kết quả mô phỏng........................................................... 55

v

3.6. Tính toán ứng suất và kiểm tra độ bền dây quấn sử dụng chuỗi phần

mềm ANSYS....................................................................................................... 57

3.6.1. Quy trình phân tích trên chuỗi phần mềm Ansys................................ 57

3.6.2. Kết quả phân tích ứng suất trên dây quấn với công cụ Mechanical ... 58

3.7. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................... 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 61

PHỤ LỤC............................................................................................................... 63

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. 63

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Kí hiệu / Viết tắt Đơn vị Ý nghĩa

ρ µΩcm Điện trở suất

f Hz Tần số

u V Điện áp tức thời

U V Điện áp hiệu dụng

Uđm V Điện áp hiệu dụng định mức

u% Điện áp ngắn mạch phần trăm

X  Điện kháng tản của dây quấn

Xn  Điện kháng tản ngắn mạch của dây quấn

 rad Tần số góc dòng điện

R  Điện trở của dây quấn

Rn  Điện trở ngắn mạch của dây quấn

Z  Tổng trở

Zn  Tổng trở ngắn mạch

Zm  Tổng trở từ hóa

I A Dòng điện hiệu dụng

In A Dòng điện ngắn mạch hiệu dụng

 Wb Từ thông tức thời

Φ Wb Từ thông hiệu dụng

W vòng Số vòng dây của dây quấn

 Wb.vòng Từ thông móc vòng