ტრანსფორმატორის სიმულაციის ანალიზი: კერძო პროცესები გამოწვევები და საუკეთესო პრაქტიკები სასრულის ელემენტების ინსტრუმენტების გამოყენებით

1 შესავალი

რომელიც გამოიყენებს ნებისმიერ სასარგებლო პროგრამულ უზრუნველყოფას სასარგებლო ელემენტების ანალიზისთვის (როგორიცაა COMSOL, Infolytica ან Ansys) ტრანსფორმატორის სიმულაციის ანალიზისთვის - მნიშვნელოვანია დაკავშირებული ელექტროსადგურის, მაგნიტური ველის, წრფივი ველის, მექანიკური ველის ან აკუსტიკური ველის კონცენტრაცია. თითოეული პროცესის კლუსური მნიშვნელობების სრული გაგება სიმულაციის ანალიზის წარმატებისა და ბოლო შედეგების დამალების ფუძეა.

2 საბაზისო სიმულაციის პროცესი

სამეცნიერო და სრული ტრანსფორმატორის სიმულაციის პროცესი შედგება შვიდი მთავარი ეტაპისგან:

3 რთულების გაგება

ტრანსფორმატორი არის სტატიკური ელექტროტექნიკური მოწყობილობა და ამ პერსპექტივიდან, მისი დაკავშირებული სიმულაციის მუშაობა შესაძლებელია შეეხებოდეს დარბაზს, რადგან როტაციული კომპონენტების არსებობა მარტივად შეიძლება გაზრდოს უმეტესი სიმულაციის რთულება. სამწუხაროდ, ტრანსფორმატორი არის არაწრფივი, დროში ცვლილებადი ელექტრომექანიკური მოწყობილობა მრავალი ფიზიკური ველის ძლიერი კოუპლინგით, რაც ხშირად ხდის ტრანსფორმატორის სიმულაციას ბევრად რთული და თავს უკეთ უნდა უხდეს არახელმისაწვდომი.

მაგალითად, ტრანსფორმატორის ტემპერატურის ველის სიმულაციები ჰიდროდინამიკის ანალიზის ფუნდამენტზე ხშირად არ აძლევს სამუდამო და ნდობისმიერ შედეგებს. ერთ-ერთი მიზეზი არის ის, რომ ჰიდროდინამიკის საფუძველი თეორია თავისთავად ძალიან რთულია და ჯერ კიდევ არ გახდა ერთი ერთობლივი და სტაბილური თეორია. მეორე მხრივ, ტრანსფორმატორის ტემპერატურის ველის სიმულაცია მოითხოვს ორმირიან ძლიერ კოუპლინგს სამი ველის შორის: "მაგნიტური ველი-თერმალური ველი-ჰიდრავლიკური ველი". ასეთი დიდი ტრანსფორმატორის მოდელისთვის, ერთი ნაწილის ხელმისაწვდომი ველის ამოხსნა უკვე რთულია, თუმცა სამი ველის ძლიერი კოუპლინგი უფრო რთულია.

ტრანსფორმატორის სიმულაციის კლუსური ასპექტებში გადარჩენასთან დაკავშირებით, სიმულაციის ინჟინერები უნდა ერთ მხრივ მიიღონ ღრმა გაგება ტრანსფორმატორის დაკავშირებულ თეორიებზე, დიზაინზე, წარმოებაზე და ტესტირებაზე, მეორე მხრივ კი უნდა იყვნენ მაღალი დარგით სიმულაციის პროგრამულ უზრუნველყოფაში და იცოდნენ მისი ინტრინსიკური მუშაობა.

4 პროცესის კლუსური მნიშვნელობები
4.1 პრობლემის ანალიზი

გეომეტრიული მოდელირების წინ სიმულაციის პრობლემის წინადადებითი ანალიზი საჭიროა საშუალებას მოსცემს შესაბამისი გეომეტრიული მოდელის და სწორი ფიზიკური ველის შერჩევას. მაგალითად, სიმულაციის პრობლემა დაკავშირებულია ერთი ფიზიკური ველით თუ ძლიერ კოუპლინგით ფიზიკურ ველებთან?

4.2 გეომეტრიული მოდელირება

გეომეტრიული მოდელირების სრულყოფილება განსაზღვრავს სიმულაციის ეფექტურობას და პროგრესს. უმეტეს შემთხვევაში, უნდა შეიქმნას გამარტივებული გეომეტრიული მოდელი. თუმცა, თუ გეომეტრიული მოდელი ძალიან გამარტივდება, სიმულაციის შედეგები იქნებიან არასწორი და ვერ დაეხმარება დიზაინის მუშაობას. ცხადია, გეომეტრიული მოდელის გამარტივების განსაზღვრა საჭიროებს პრობლემის ღრმა გაგებას. მაგალითად, არის საკმარისი 2D გეომეტრიული მოდელი? არის საჭირო 3D გეომეტრიული მოდელის შესაქმნელად? თუ უნდა შეიქმნას 3D მოდელი, რომელი დეტალები შეიძლება დატოვოს და რომელი უნდა დარჩეს?

4.3 მასალის მინიჭება

მასალაში შეიძლება იყოს ათობითი ფიზიკური პარამეტრები, თუმცა კონკრეტული პრობლემის ამოსახსნელად ხშირად მხოლოდ რამდენიმე საჭიროა.

კონკრეტული მასალის პარამეტრების მინიჭებისას მათი მნიშვნელობები უნდა იყოს ზუსტი, წინააღმდეგ შემთხვევაში სიმულაციის შედეგებში შეიძლება შეიტანოს არასაკმარისი გადახრები.

ზოგიერთი მასალის ფიზიკური პარამეტრები იცვლება სხვა პარამეტრებთან ერთად. მაგალითად, ტრანსფორმატორის ჰიდროთერმალურ სიმულაციებში ტრანსფორმატორის ნახშიროს სიმკვრივე, სპეციფიკური თერმალური ენერგია და თერმალური წარმოება იცვლება ტემპერატურით, და ეს ურთიერთდება შესაბამისი ფუნქციებით.

4.4 ფიზიკური ველის დამატება

შერჩეული ფიზიკური ველისთვის საჭიროა განსაზღვროს სასარგებლო ამოხსნის პირობები, როგორიცაა პრობლემის ფიზიკური განტოლებები, დამატების გამოსახულებები, დაწყების პირობები, საზღვრების პირობები და შეზღუდვები.

4.5 ქსელის შექმნა

ქსელის შექმნა შეიძლება იყოს გეომეტრიული მოდელირების შემდეგ კერძო ნაბიჯი. თეორიულად, უფრო მცირე ქსელები იძლევა უფრო ზუსტ შედეგებს. თუმცა, ძალიან მცირე ქსელები უფრო რთულია, რადგან საშუალებას მოსცემს ამოხსნის დროს ნაკლებად ხარისხის შესაძლებლობას.

ქსელის შექმნის საფუძველი პრინციპი არის რთული და მარტივი ქსელების შესაბამისი კომბინაცია: დასართავი ადგილები და შესაძლებლობა არ არის შესაძლებელი დარჩეს დარჩეს.

ხელით ქსელის შექმნა ძალიან რთულია და საჭიროა სიმულაციის ინჟინერების პრობლემის ღრმა გაგება.

ბედნიერია, ზოგიერთი პროგრამული უზრუნველყოფა შეიძლება შეიცავდეს ფიზიკური ქსელის ავტომატური შექმნის ფუნქციებს, რომელიც ხშირად გამარტივებს ქსელის შექმნის პროცესს. მაგალითად, COMSOL-ის ელექტროსადგურის სიმულაციის მოდულების ავტომატური ქსელის შექმნის ფუნქცია ძალიან ძლიერია და საშუალებას მოსცემს დიდი ტრანსფორმატორის მთავარი იზოლაციის მოდელების სწრაფი ქსელის შექმნას სხვა პროგრამების ზუსტად 40 ჯერ უფრო სწრაფად.

სამწუხაროდ, პროგრამული უზრუნველყოფის შესარჩევი ავტომატური ქსელის შექმნის ფუნქციები არ არის საკმარისი რამდენიმე პრობლემის ამოხსნაში, რადგან საერთო პროგრამები ვერ არჩევენ ქსელის დასართავი ადგილებს, როგორიცაა ჰიდროდინამიკური ველის სიმულაციებში.

4.6 მოდელის ამოხსნა

სიმულაციის ამოხსნის ესენცია არის დიდი დისკრეტული განტოლებების ამოხსნა. ეს საჭიროებს სიმულაციის ინჟინერების შესაბამისი მათემატიკური ცოდნის, როგორიცაა მატრიცის თეორია და ნიუტონის იტერაციის მეთოდი.

ზოგიერთი პროგრამული უზრუნველყოფის ამოხსნის მეთოდები ავტომატურად კონფიგურირებულია პრობლემის მიხედვით, რაც არ მოითხოვს დამატებით ინჟინერულ ჩართვას. თუმცა, როგორც ქსელის შექმნა, ეს არ არის საერთოდ გამოსაყენებელი. ადვანსირებული და რთული პრობლემების ამოხსნა საჭიროებს ინჟინერების ინდივიდუალურ კონფიგურაციას რათა დარწმუნდეს სწრაფი კონვერგენცია და ზუსტი შედეგები.

4.7 შედეგების პოსტ-პროცესირება

სიმულაციის შედეგების ინტუიტიურ წარდგენასთან დაკავშირებით, მიღებული მონაცემების საჭიროებაა საშუალებას მოსცემს შესაბამისი პოსტ-პროცესირების, როგორიცაა ელექტროსადგურის კონტურული გრაფიკების, ტემპერატურის ველის კონტურული გრაფიკების ან ჰიდროდინამიკური ველის კონტურული გრაფიკების შექმნა.

ადიციონალურად, ზოგიერთი პოსტ-პროცესირების ნაბიჯი საჭიროებს ინჟინერების პროფესიონალური ცოდნის გამოყენებას. მაგალითად, უმეტესი ელექტროსადგურის სიმულაციის პროგრამულ უზრუნველყოფას შეუძლია ინტუიტიურად გამოაჩნდეს ელექტროსადგურის ინტენსივობის ზომა თითოეულ წერტილში, თუმცა იზოლაციის მარჯინის შესაძლებლობის დადგენა საჭიროებს ამ მონაცემების სტატისტიკურ ანალიზს კუმულაციური ველის ძალის მიხედვით შექმნის მიზნით იზოლაციის მარჯინის გრაფიკები.