Transformator Simulasie Analise: Sleutelprosesse Uitdagings en Beste Praktyke deur gebruik te maak van Eindige Element Hulpmiddels

1 Inleiding

Of jy nou enige eindige-elementanalise sagteware (soos COMSOL, Infolytica, of Ansys) gebruik vir transformator simulasie analise—of die fokus op die elektriese veld, magnetiese veld, stroomveld, meganiese veld, of akoustiese veld is—die basiese proses bly ongeveer dieselfde. 'n Waarlike begrip van die kardinale punte in elke proses is die fondament vir die sukses van die simulasie analise en die betroubaarheid van die finale resultate.

2 Basiese Simulasieproses

'n Wetenskaplike en volledige transformator simulasie proses sluit sewe groot stappe in:

3 Begrip van Dieflikheid

'n Transformator is 'n statiese elektriese toestel, en uit hierdie perspektief is die verwante simulasiewerk relatief eenvoudig, aangesien die teenwoordigheid van roterende komponente die moeilikheid van die meeste simulasies beduidend sou verhoog. Onfortuinlik is 'n transformator egter ook 'n nie-lineêre, tydveranderlike elektromeganiese toestel met sterk gekoppelde verskeie fisiese velde, wat dikwels transformator simulasie baie moeiliker en selfs onoplosbaar maak.

Byvoorbeeld, simulasies van transformator temperatuurvelde gebaseer op vloeistof analise slaag dikwels nie om akkurate en betroubare resultate te lewer nie. Een rede hiervoor is dat die basis teorie van vloeistofdinamika self uiterst kompleks is en nog nie 'n eenheidlike en stabiele teorie gevorm het nie. Aan die ander kant vereis temperatuurveldd simulasie van transformators tweerigtingse sterke koppeling van drie velde: "magnetiese veld—hitteoorgangsveld—vloeistofveld." Vir so 'n groot transformatormodel is die oplossing van 'n enkel vloeistofveld al reeds uitdagend, laat staan die ultra-sterke koppeling van drie velde.

Om deurbraaks in kardinale areas van transformator simulasie te bereik, moet simulasie ingenieurs aan die een kant 'n diep begrip van transformator-verwante teorieë, ontwerp, vervaardiging, en toetskennis hê, en aan die ander kant hoogs vaardig wees in die bedryf van simulasie sagteware en die intrinsieke aard van sy operasie verstaan.

4 Kardinale Punte van die Proses
4.1 Probleemanalise

Vóór geometriese modelering is 'n voorliggende analise van die simulasie probleem nodig om 'n geskikte geometriese model te vestig en die korrekte fisiese veld te kies. Byvoorbeeld, is die simulasie probleem gefokus op 'n enkele fisiese veld of sterk gekoppelde fisiese velde?

4.2 Geometriese Modelering

Die volledigheid van geometriese modelering bepaal die doeltreffendheid en voortgang van die simulasie. In die meeste gevalle moet 'n vereenvoudigde geometriese model opgestel word. Indien die geometriese model egter te veel vereenvoudig word, sal die simulasie resultate onakkuraat wees en nie in staat wees om die ontwerpwerk te lei nie. Duidelik, om te bepaal hoe om die geometriese model te vereenvoudig, vereis dit 'n diepgaande begrip van die probleem wat opgelos word. Byvoorbeeld, is 'n 2D geometriese model genoeg? Is dit nodig om 'n 3D geometriese model op te stel? Selfs wanneer 'n 3D model opgestel word, watter details kan weggeëlimineer word en watter moet behou word?

4.3 Materiaaltoekenning

'n Materiaal mag tientalle fisiese parameters hê, maar slegs 'n paar daarvan word gewoonlik benodig om 'n spesifieke probleem op te los.

Wanneer spesifieke materiaalparameters toegewys word, moet hul waardes akkuraat wees; andersins kan onaanvaarbare afwykings in die simulasie resultate ingelei word.

Sommige materiaaleienskapparameters verander met ander parameters. Byvoorbeeld, in transformator vloeistof-thermiese simulasies, verander die digtheid, spesifieke warmtekapasiteit, en termiese geleidbaarheid van transformator olie met temperatuur, en hierdie verhoudings moet met relatief akkurate funksies beskryf word.

4.4 Fisiese Veld Opsetting

Vir die gekose fisiese veld is dit nodig om noodsaaklike oplossingsvoorwaardes te definieër, soos die fisiese vergelykings wat die probleem regeer, uitdrukkings van opwekking, beginvoorwaardes, randvoorwaardes, en beperkings.

4.5 Rooster Generering

Rooster generering is argwanlik die kern stap ná geometriese modelering. Teoreties lei fynere roosters tot akkurater resultate. Echter, te fyn roosters is onprakties, aangesien dit die oplossingstyd beduidend verhoog.

Die basiese beginsel van rooster generering is om grof en fyn roosters gepas te kombineer: verfyn waar nodig en verdubbel waar moontlik.

Handmatige rooster generering is hoogs uitdagend en vereis dat simulasie ingenieurs 'n diepgaande begrip van die probleem het wat opgelos word.

Gelukkig bied sommige sagteware fysis-gebaseerde outomatiese rooster genereringsfunksies, wat die rooster genereringsproses dikwels vereenvoudig. Byvoorbeeld, is COMSOL se outomatiese rooster genereringsfunksie vir elektriese veld simulasie modules uitermate kragtig, wat dit moontlik maak om groot transformator hoof isolasie modelle vinnig te rooster, byna 40 keer vinniger as ander sagteware.

Onfortuinlik is die sagteware se ingeboude outomatiese rooster genereringsfunksies onvolstaaend vir die oplossing van sekere probleme, aangesien algemene sagteware nie areas kan identifiseer wat rooster verfyning benodig nie—soos in vloeistofveld simulasies.

4.6 Model Oplossing

Die essensie van simulasie oplossing is die oplossing van groot diskrete vergelykingstelsels. Dit vereis dat simulasie ingenieurs kennis van relevante wiskunde het, soos matriks teorie en Newton iterasie metodes.

Sommige sagteware oplossers word outomaties geconfigureer op grond van die probleem, sonder enige addisionele intervensie van die ingenieur. Echter, soos rooster generering, is dit nie universeel toepaslik nie. Die oplossing van gevorderde en komplekse probleme vereis dat ingenieurs individueel instellings konfigureer om vinnige konvergensie en akkurate resultate te verseker.

4.7 Resultaat Navorsering

Om simulasie resultate intuïtief te vertoon, moet die verkryde data gepas navorsering ondergaan, soos die generering van elektriese veld kontuurlinie, temperatuur veld kontuurlinie, of vloeistof veld kontuurlinie.

Daarbenewens vereis sommige navorsering stappe dat ingenieurs professionele kennis toepas. Byvoorbeeld, kan die meeste elektriese veld simulasie sagteware slegs die grootte van die elektriese veld intensiteit op elke punt intuïtief vertoon, maar om die haalbaarheid van isolasie marges te bepaal, moet hierdie data statisties geanaliseer word om isolasie marge kurwes op grond van kumulatiewe veld sterkte te genereer.