Nghiên cứu hiện tượng từ giảo trong máy biến áp lõi thép vô định hình - Luận án tiến sĩ kỹ thuật điện

• Tác giả: Đỗ Chí Phi
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Lê Văn Doanh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiện Tượng Từ Giảo Trong Máy Biến Áp Lõi Thép Vô Định Hình
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ VÔ ĐỊNH HÌNH
• 1.1. Vật liệu từ vô định hình
• 1.2. Cấu trúc mạng tinh thể
• 1.3. Công nghệ chế tạo vật liệu từ vô định hình
• 1.4. Máy biến áp sử dụng lõi thép vô định hình
• 1.5. Các nghiên cứu ở ngoài nước về MBA lõi thép VĐH
• 1.6. Nghiên cứu về giảm tổn hao MBA lõi thép VĐH
• 1.7. Nghiên cứu thiết kế MBA VĐH
• 1.8. Các nghiên cứu ở trong nước về MBA lõi thép VĐH
• 1.9. Nghiên cứu mối liên hệ cơ từ ở lõi MBA
• 1.10. Nghiên cứu mối liên hệ cơ từ ở lõi thép silic
• 1.11. Nghiên cứu mối liên hệ cơ từ ở lõi thép VĐH
• 1.12. Ảnh hưởng của từ giảo đến sự rung ồn trong lõi thép VĐH
• 1.13. Những vấn đề còn tồn tại
• 1.14. Đề xuất hướng nghiên cứu của tác giả
• 2. CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT BIẾN DẠNG CỦA VẬT LIỆU TỪ VÔ ĐỊNH HÌNH DO HIỆU ỨNG TỪ GIẢO
• 2.1. Cơ sở lý thuyết về từ giảo
• 2.2. Khái niệm từ giảo
• 2.3. Hệ số từ giảo
• 2.4. Cơ chế của hiện tượng từ giảo. Năng lượng từ giảo
• 2.5. Ứng dụng hiệu ứng từ giảo trong vật liệu từ
• 2.6. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
• 2.7. Định luật Hooke
• 2.8. Định luật Poisson
• 2.9. Biến dạng trượt
• 2.10. Biến dạng dài
• 2.11. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
• 2.12. Biến dạng của vật liệu từ do hiệu ứng từ giảo
• 2.13. Biến dạng từ giảo
• 2.14. Ten xơ ứng suất và biến dạng do hiệu ứng từ giảo
• 2.15. Khảo sát ứng suất và biến dạng do hiệu ứng từ giảo trong lõi thép MBA
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MỐI LIÊN HỆ CƠ - TỪ TRONG LÕI THÉP MÁY BIẾN ÁP
• 3.1. Mô hình toán tính lực cơ từ trong lõi thép của vật liệu từ
• 3.2. Mối liên hệ giữa mật độ dòng điện và từ thế vectơ A
• 3.3. Tính toán suất từ trở của lõi vật liệu có xét đến yếu tố từ giảo
• 3.4. Khảo sát mối liên hệ cơ - từ do hiệu ứng từ giảo thuận
• 3.5. Khảo sát mối liên hệ cơ - từ có xét đến hiệu ứng từ giảo nghịch
• 3.6. Xây dựng mô hình mô phỏng trên Ansys Maxwell
• 3.6.1. Xây dựng mô hình mô phỏng 2D
• 3.6.2. Xây dựng mô hình mô phỏng 3D
• 4. CHƯƠNG 4: SỰ RUNG ỒN TRONG LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH DO HIỆU ỨNG TỪ GIẢO
• 4.1. Khái niệm về sự rung động và tiếng ồn. Mô hình toán
• 4.2. Mối tương quan giữa điện và cơ
• 4.3. Mô hình toán trong hệ hỗn hợp của lõi thép MBA
• 4.4. Khảo sát trên mô hình toán và mô hình thực nghiệm
• 4.5. Các kích thước cơ bản của lõi thép MBA 1 pha VĐH
• 4.6. Kết quả khảo sát trên mô hình toán
• 4.7. Kết quả thực nghiệm đo độ rung trên lõi MBA
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về máy biến áp và lõi thép vô định hình

Máy biến áp (máy biến áp) là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, có vai trò chuyển đổi điện áp và đảm bảo cung cấp điện năng ổn định. Lõi thép vô định hình (lõi thép vô định hình) được sử dụng trong máy biến áp nhằm giảm tổn thất năng lượng. Vật liệu này có cấu trúc vi mô đặc biệt, giúp cải thiện tính chất từ và giảm thiểu tổn thất từ. Nghiên cứu về lõi thép vô định hình đã chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu này có thể giảm tổn thất không tải từ 60-70%, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho các hệ thống điện. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi mà nhu cầu tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường ngày càng gia tăng.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu hiện tượng từ giảo trong máy biến áp lõi thép vô định hình là cần thiết để hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của máy biến áp. Hiện tượng từ giảo có thể gây ra biến dạng và rung động trong lõi thép, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và hiệu suất của máy. Việc nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện thiết kế máy biến áp mà còn góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong hệ thống điện.

II. Hiện tượng từ giảo và ảnh hưởng của nó

Hiện tượng từ giảo (hiện tượng từ giảo) là sự thay đổi hình dạng và kích thước của vật liệu từ dưới tác động của từ trường ngoài. Điều này dẫn đến sự biến dạng trong lõi thép của máy biến áp, gây ra rung động và tiếng ồn. Nghiên cứu cho thấy rằng lõi thép vô định hình có hệ số từ giảo bão hòa cao, làm cho hiệu ứng từ giảo xảy ra mạnh hơn so với lõi thép silic. Sự rung động này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của máy biến áp mà còn có thể gây ra tổn thất năng lượng và giảm tuổi thọ của thiết bị. Do đó, việc khảo sát và phân tích hiện tượng từ giảo là rất quan trọng để tối ưu hóa thiết kế và vận hành máy biến áp.

2.1. Cơ chế của hiện tượng từ giảo

Cơ chế của hiện tượng từ giảo liên quan đến sự thay đổi tính chất từ của vật liệu khi có sự tác động của ứng suất bên ngoài. Khi từ trường tác động lên lõi thép, các hạt từ trong vật liệu sẽ bị sắp xếp lại, dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc mạng tinh thể. Điều này không chỉ làm thay đổi tính chất từ mà còn gây ra biến dạng cơ học trong vật liệu. Nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cơ và từ trong lõi thép, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn cho máy biến áp.

III. Phương pháp nghiên cứu và mô hình toán

Luận án sử dụng phương pháp mô hình toán để khảo sát biến dạng, chuyển vị và rung động trong lõi thép của máy biến áp. Mô hình toán được xây dựng dựa trên các lý thuyết cơ bản về lực cơ từ và hiệu ứng từ giảo. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) cũng được áp dụng để phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm với mô hình toán. Việc sử dụng phần mềm Ansys Maxwell cho phép mô phỏng chính xác các hiện tượng vật lý xảy ra trong lõi thép, từ đó đưa ra các dự đoán về hiệu suất hoạt động của máy biến áp. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế và tối ưu hóa máy biến áp lõi thép vô định hình.

3.1. Xây dựng mô hình toán

Mô hình toán được xây dựng nhằm khảo sát mối liên hệ giữa lực cơ và lực từ trong lõi thép. Các thông số như ứng suất, biến dạng và chuyển vị được tính toán và phân tích để xác định vị trí chịu biến dạng lớn nhất trong lõi thép. Kết quả từ mô hình toán sẽ được so sánh với kết quả thực nghiệm để đánh giá độ chính xác và tính khả thi của mô hình. Điều này không chỉ giúp cải thiện thiết kế máy biến áp mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong hệ thống điện.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu hiện tượng từ giảo trong máy biến áp lõi thép vô định hình đã chỉ ra rằng hiện tượng này có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của máy biến áp. Việc hiểu rõ cơ chế và tác động của từ giảo sẽ giúp các nhà thiết kế cải thiện chất lượng và hiệu quả của máy biến áp. Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc phát triển các vật liệu mới có tính chất từ tốt hơn và giảm thiểu hiện tượng từ giảo. Điều này không chỉ góp phần nâng cao hiệu suất của máy biến áp mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.

4.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các vật liệu từ mới có khả năng giảm thiểu hiện tượng từ giảo. Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế và sản xuất máy biến áp cũng cần được xem xét để nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Các nghiên cứu thực nghiệm cũng cần được thực hiện để xác nhận các kết quả từ mô hình toán và đưa ra các giải pháp thiết thực cho ngành công nghiệp điện lực.