Transformador nga Pagsumulad: Mga Kalangkupan, Hamubo, ug Pinakamaayo nga Praktika Gamit ang mga Kasangkapan sa Elementong Limitado

1 Pagpapakilala

Kung gagamit man ng anumang software para sa analisis ng finite element (tulad ng COMSOL, Infolytica, o Ansys) para sa pagsimula ng analisis ng transformer — kahit ang pagtuon ay naka-focus sa elektrikong field, magnetic field, flow field, mechanical field, o acoustic field — ang pangunahing proseso ay halos pareho. Ang tunay na pag-unawa sa mga key points sa bawat proseso ang pundasyon para sa tagumpay ng pagsimula ng analisis at ang reliabilidad ng final na resulta.

2 Pambansang Proseso ng Simulasyon

Ang siyentipiko at kompleto na proseso ng simulasyon ng transformer ay kasama ang pitong pangunahing hakbang:

3 Pag-unawa sa Kagipitan

Ang isang transformer ay isang statikong electrical device, at mula sa perspektibong ito, ang mga kaugnay na gawain ng simulasyon nito ay relatibong simple, dahil ang presensya ng mga komponenteng nag-rotate ay lubhang magdudulot ng kagipitan sa karamihan ng mga simulasyon. Sa kasamaang palad, ang isang transformer ay isang non-linear, time-varying electromechanical device na may malakas na coupling ng maraming pisikal na field, na kadalasang nagbibigay ng mas mahirap at kahit hindi solvable ang simulasyon ng transformer.

Halimbawa, ang mga simulasyon ng temperature field ng transformer batay sa fluid analysis kadalasang hindi nagbibigay ng tama at maasintas na resulta. Isa sa mga rason dito ay ang basic theory ng fluid dynamics mismo ay napakalaki at hindi pa nabuo ang iisang unified at stable na teorya. Sa ibang banda, ang simulasyon ng temperature field ng transformer ay nangangailangan ng bidirectional strong coupling ng tatlong field: "magnetic field—heat transfer field—fluid field." Para sa ganitong malaking modelo ng transformer, ang pag-solve ng iisang flow field ay naging mahirap na, huwag na lang magsalita ng ultra-strong coupling ng tatlong field.

Para makamit ang mga breakthrough sa mga key areas ng simulasyon ng transformer, ang mga simulation engineer ay kailangang, sa isa na bahagi, may malalim na pag-unawa sa mga teorya, disenyo, paggawa, at testing knowledge na may kaugnayan sa transformer, at sa kabilang bahagi, highly proficient sa pag-operate ng mga software para sa simulasyon at unawa sa intrinsikong operasyon nito.

4 Key Points ng Proseso
4.1 Analisis ng Problema

Bago ang geometric modeling, kinakailangan ang isang prelimenaryong analisis ng problema ng simulasyon upang mataguyod ang angkop na geometric model at piliin ang tama na physical field. Halimbawa, ang simulasyon ng problema ay nakatuon sa iisang physical field o strongly coupled physical fields?

4.2 Geometric Modeling

Ang kumpletitud ng geometric modeling ang nagdedetermina ng epektyividad at progreso ng simulasyon. Sa karamihan ng mga kaso, kailangang itayo ang isang simplified na geometric model. Gayunpaman, kung ang geometric model ay sobrang simplified, ang resulta ng simulasyon ay hindi tama at hindi maaaring gabayan ang disenyo ng trabaho. Malinaw, ang pagtukoy kung paano simplipikahin ang geometric model nangangailangan ng malalim na pag-unawa sa problema na inaasikaso. Halimbawa, sapat ba ang 2D geometric model? Kailangan ba itayo ang 3D geometric model? Kahit na sa pagtatayo ng 3D model, alin ang mga detalye na maaaring ilisan at alin ang dapat panatilihin?

4.3 Material Assignment

Ang isang materyal ay maaaring mayroong napakaraming pisikal na parameter, ngunit kadalasang ang ilan lamang ang kailangan para sa pag-solve ng tiyak na problema.

Kapag binigyan ng tiyak na material parameters, ang kanilang mga value ay dapat tama; kung hindi, maaaring magresulta ng hindi tanggap na pagkakaiba sa resulta ng simulasyon.

Ang ilang material property parameters ay nagbabago depende sa iba pang parameters. Halimbawa, sa fluid-thermal simulations ng transformer, ang density, specific heat capacity, at thermal conductivity ng transformer oil ay nagbabago depende sa temperatura, at ang mga relasyon na ito ay dapat ilarawan gamit ang mas tama na mga function.

4.4 Physical Field Setup

Para sa piniling physical field, kinakailangan ang pagtakda ng essential solving conditions, tulad ng mga physical equations na nangangasiwa sa problema, expressions ng excitations, initial conditions, boundary conditions, at constraint conditions.

4.5 Mesh Generation

Ang mesh generation ay maaaring ang core step pagkatapos ng geometric modeling. Teoretikal, ang mas fine na meshes ay nagbibigay ng mas tama na resulta. Gayunpaman, ang labis na fine na meshes ay hindi praktikal, dahil ito ay lubhang nagdudulot ng pagtaas ng oras ng pag-solve.

Ang basic principle ng mesh generation ay ang tamang pag-combine ng coarse at fine meshes: refine kung kailangan at coarsen kung posible.

Ang manual na mesh generation ay napakahirap at nangangailangan ng malalim na pag-unawa ng mga simulation engineer sa problema na inaasikaso.

Narito, ang ilang software ay nagbibigay ng physics-based automatic mesh generation functions, na kadalasang nagpapadali ng proseso ng mesh generation. Halimbawa, ang COMSOL’s automatic mesh generation function para sa electric field simulation modules ay napakapangit, na nagbibigay ng mabilis na meshing ng malaking transformer main insulation models na nasa bilis na halos 40 beses mas mabilis kaysa sa ibang software.

Sa kahit na ang built-in automatic mesh generation functions ng software ay hindi sapat para sa pag-solve ng ilang mga problema, dahil ang general-purpose software ay hindi makakilala ang mga lugar na nangangailangan ng mesh refinement—tulad ng sa flow field simulations.

4.6 Model Solving

Ang esensiya ng simulasyon ng pag-solve ay ang pag-solve ng malaking discrete equation systems. Ito ay nangangailangan ng mga simulation engineer na may kaalaman sa relevant na mathematics, tulad ng matrix theory at Newton iteration methods.

Ang ilang software solvers ay awtomatikong nakonfigure base sa problema, na walang karagdagang interbensyon mula sa engineer. Gayunpaman, tulad ng mesh generation, ito ay hindi universal. Ang pag-solve ng advanced at complex problems ay nangangailangan ng mga engineer na konfigure ang settings nang individual para siguruhin ang mabilis na convergence at tama na resulta.

4.7 Result Post-Processing

Upang maipakita nang intuitive ang resulta ng simulasyon, ang nakuha na data ay kailangang ma-proseso nang appropriate, tulad ng pag-generate ng electric field contour plots, temperature field contour plots, o flow field contour plots.

Karagdagan, ang ilang post-processing steps ay nangangailangan ng mga engineer na gumamit ng professional na kaalaman. Halimbawa, ang karamihan sa electric field simulation software ay maaari lamang intuitively ipakita ang magnitude ng electric field intensity sa bawat point, ngunit ang pagtukoy kung feasible ba ang insulation margin ay nangangailangan ng statistical analysis ng data na ito upang makabuo ng insulation margin curves batay sa cumulative field strength.