Transformadorearen simulazio analisia: Prozesu garrantzitsuak erabiliz Finite Element tresnak, arazoak eta praktikak onenak

1 Sarrera

Transformagailuen simulazio analisirako edozein elementu finitu analisi software-a erabiltzen duen (COMSOL, Infolytica edo Ansys bezala) elektrikoa, magnetikoa, fluxua, mekanikoa edo akustikoa den gero, oinarriko prozesua hainbat moduan berdina da. Prozesuko puntu nagusiak ulertzeko ondo dagoela simulazio analisiaren arrakasta eta emaitzetako fiabletasuna da.

2 Oinarriko Simulazio Prozesua

Zientifikoa eta osoa denean transformagailu simulazio prozesua zazpi urrats handi ditu:

3 Zailtasunaren Ulertzeko

Transformagailu bat elektriko estatikoa da, eta horren araberako simulazio lanak erraza dira, biribiltzen diren osagaiak erantsi baitzituzte simulazio askoren zailtasuna. Hala ere, transformagailu bat ez lineal, denbora aldatzen duten elektromekanikoa da, eta fisika eremuen mugatze handia duena, horrek transformagailu simulazioa zaildu egiten du, batez ere ezberez soluzio gabeko bihurtzen da.

Adibidez, fluidoen analisiaren oinarrian egindako transformagailu tenperatura eremuen simulazioak ez dira beti emaitza zehatz eta fiableak ematen. Arrazoia bat fluido dinamikaren teoria oso konplexua dela eta oraindik teoria bateragarria eta estabilizatua ez dela. Bestalde, transformagailu tenperatura eremuen simulazioak hiru eremu "magnetikoa—tenperatura traspaso eremua—fluido eremua" mugatze bidirekzional handia eskatzen du. Transformagailu modelu handi batean, fluxu eremua bakarrik ebaztea zaila da, hiru eremu mugatze superlatiboa izan ezik.

Transformagailu simulazioaren xehetasun nagusietan iritsi ahal izateko, simulazio ingeniariei, batez ere, transformagailu teoriari, diseinuari, fabrikatzeari eta probaketa-zerbitzuei buruzko ulertzalea izan behar dute, eta bestalde, simulazio softwareak operatzeko eta bere funtzionamendu esentziari buruzko ulertzalea izan behar dute.

4 Prozesuko Puntu Nagusiak
4.1 Problema Analisi

Geometria modelatzeko aurretik, simulazio problema bat prestatu behar da, geometria modelu apropiatu bat sortzeko eta fisika eremua zuzena hautatzeko. Adibidez, simulazio problema bat fisika eremua bakarra edo fisika eremuen mugatze handia da?

4.2 Geometria Modelatzea

Geometria modelatzearen osoa simulazioaren efizientzia eta aurrerapena determinatzen ditu. Kasu gehienetan, geometria modelu sinplifikatua sortu behar da. Baina, geometria modelua oso sinplifikatua bada, simulazio emaitzak ez dira zehatzak eta ezin dira diseinu lanari laguntza eman. Argi dago, geometria modelu sinplifikatzeko nola beharrezkoa da problema bat ulertzeko. Adibidez, 2D geometria modelu nahikoa da? 3D geometria modelu bat sortu behar da? 3D modelu bat sortzean, zein detaliu ezin dira baztertu eta zein gorde behar dira?

4.3 Material Espezifikatzea

Material batek hainbat fisika parametro ditu, baina adierazpen konkretu bat ebatzi ahal izateko gutxi bat behar dira.

Material parametro espesifikoen balioak zehatzak izan behar dituzte; beste, simulazio emaitzak inoiz onartzen ez diren desbideratze handiak sartu ditzake.

Materialen ezaugarri batzuk beste parametro batzuekin aldatzen dira. Adibidez, transformagailu fluïdo-tenperatura simulazioetan, transformagailu olioaren dentsitatea, kalor espesifikoa eta tenperatura erakarrak tenperaturarekin aldatzen dira, eta erlazio hauek funtzio zehatz batzuekin deskribatu behar dira.

4.4 Fisika Eremu Konfigurazioa

Hautatutako fisika eremurako, ebazteko baldintza garrantzitsuak definitu behar dira, hala nola, problemaren fisika ekuazioak, ekitzeko adierazpenak, hasierako baldintzak, muga-baldintzak eta murrizketak.

4.5 Sariera Sortzea

Sariera sortzea geometria modelatzearen ostean argitaratutako urrats garrantzitsua da. Teoretikoki, sarierak finagoak emaitz zehatzagoak ematen dituzte. Baina, sarierak finagera doaz gain, praktikan ezin dira egin, ebazte denbora handiak gehitzen baitira.

Sariera sortzearen oinarriko printzipioa da sariera finagoak eta sariera luzeagoak adeitasunez konbinatzea: finagoa egin beharrean eta luzeagoa egin ahal denean.

Sariera sortzea eskuz oso zaila da eta simulazio ingeniariei problema bat ulertzeko beharrezkoa da.

Gaur egun, zenbait software fisika oinarritako sariera automatikoko sortze funtzioak eskaintzen ditu, sariera sortze prozesua erraztuz. Adibidez, COMSOL elektrikoa simulazio moduluak sariera automatikoko sortze funtzio oso indartsu bat du, transformagailu handiaren isolamendu nagusia modelatzeko sariera azkarra sortzen du, beste software baten artean 40 aldiz azkarragoa.

Ondoren, softwareko sariera automatikoko sortze funtzioak ez dira sufiziente zenbait problema ebazteko, software orokorrak ezin dituelako sariera finagoa beharrezkoa den eremuak identifikatu, adibidez, fluxu eremuen simulazioetan.

4.6 Modelu Ebaztea

Simulazio ebaztearen oinarria da ekuazio diskretu handiak ebaztea. Horretarako simulazio ingeniariei matematika oinarriak dituzte, hala nola matrize teoria eta Newton iterazio metodoak.

Zenbait software ebazleak automatikoki konfiguratuta daude, ingeniariek ezin dituzte konfigurazio gehiagorik egin. Baina, sariera sortzearen antzera, ez da aplikagarria guztietan. Aurreratuta eta konplexu problema bat ebazteko, ingeniariek konfigurazio individualak egin behar dituzte, ebazpen azkarra eta zehatzak lortzeko.

4.7 Emaitza Post-Prozesamendua

Simulazio emaitzak intuizioz erakusteko, datuak post-prozesamendu egokia behar dute, hala nola, elektrikoa kontur plotak, tenperatura eremua kontur plotak edo fluxu eremua kontur plotak sortzea.

Gainera, zenbait post-prozesamendu urratsek ingeniariek teknika profesionala aplikatu behar dute. Adibidez, elektrikoa simulazio software askok elektrikoa intensitatearen neurria puntu bakoitzeko soilik erakusten dute, baina isolamendu marginaletasuna onartu ahal izateko, datu horien analisi estatistikoa egin behar da, eremu kumulatiboaren oinarrian isolamendu marginaletasun kurba sortzeko.