ट्रान्सफार्मर सिमुलेशन एनालिसिस: फिनाइट एलिमेन्ट टूल्स प्रयोग गर्दा महत्वपूर्ण प्रक्रियाहरू चुनौतीहरू र बेहतर कामकाजी व्यवहारहरू

1 परिचय

किसी भी सामान्य तत्व विश्लेषण सॉफ्टवेयर (जैसे COMSOL, Infolytica, या Ansys) का उपयोग करते हुए ट्रांसफार्मर सिमुलेशन विश्लेषण करने में- चाहे इलेक्ट्रिक फील्ड, चुंबकीय फील्ड, प्रवाह फील्ड, यांत्रिक फील्ड, या ध्वनिक फील्ड पर केंद्रित हो- बुनियादी प्रक्रिया लगभग एक जैसी होती है। प्रत्येक प्रक्रिया के महत्वपूर्ण बिंदुओं की वास्तविक समझ सिमुलेशन विश्लेषण की सफलता और अंतिम परिणामों की विश्वसनीयता की आधारशिला है।

2 बुनियादी सिमुलेशन प्रक्रिया

एक वैज्ञानिक और पूर्ण ट्रांसफार्मर सिमुलेशन प्रक्रिया सात प्रमुख चरणों से गुजरती है:

3 कठिनाई की समझ

ट्रांसफार्मर एक स्थिर इलेक्ट्रिक उपकरण है, और इस दृष्टिकोण से, इससे संबंधित सिमुलेशन कार्य अपेक्षाकृत सरल है, क्योंकि घूर्णन घटकों की उपस्थिति अधिकांश सिमुलेशनों की कठिनाई को बहुत बढ़ा देती है। दुर्भाग्य से, ट्रांसफार्मर एक गैर-रैखिक, समय-परिवर्ती इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरण भी है, जिसमें बहुत सारे भौतिक फील्डों का मजबूत कप्लिंग होता है, जो अक्सर ट्रांसफार्मर सिमुलेशन को बहुत अधिक कठिन और यहाँ तक कि असंभव भी बना देता है।

उदाहरण के लिए, द्रव विश्लेषण पर आधारित ट्रांसफार्मर तापमान फील्ड के सिमुलेशन अक्सर सटीक और विश्वसनीय परिणाम नहीं देते। एक कारण यह है कि द्रव गतिशीलता का बुनियादी सिद्धांत स्वयं बहुत जटिल है और अभी तक एक एकीकृत और स्थिर सिद्धांत नहीं बना पाया है। दूसरी ओर, ट्रांसफार्मर के तापमान फील्ड सिमुलेशन के लिए "चुंबकीय फील्ड - ऊष्मा स्थानांतरण फील्ड - द्रव फील्ड" के तीनों फील्डों का द्विदिशात्मक मजबूत कप्लिंग आवश्यक है। ऐसे बड़े ट्रांसफार्मर मॉडल के लिए, एक ही प्रवाह फील्ड को हल करना पहले से ही चुनौतीपूर्ण है, तो तीनों फील्डों का अत्यधिक मजबूत कप्लिंग तो बहुत अधिक कठिन हो जाता है।

ट्रांसफार्मर सिमुलेशन के महत्वपूर्ण क्षेत्रों में ब्रेकथ्रू प्राप्त करने के लिए, सिमुलेशन इंजीनियरों को एक ओर ट्रांसफार्मर से संबंधित सिद्धांत, डिजाइन, निर्माण और परीक्षण ज्ञान पर गहरी समझ होनी चाहिए, और दूसरी ओर, सिमुलेशन सॉफ्टवेयर के संचालन में उच्च रूप से प्रवीण होना चाहिए और उसके कार्य की आंतरिक प्रकृति को समझना चाहिए।

4 प्रक्रिया के महत्वपूर्ण बिंदु
4.1 समस्या विश्लेषण

ज्यामितीय मॉडलिंग से पहले, सिमुलेशन समस्या का प्रारंभिक विश्लेषण करना आवश्यक होता है ताकि एक उपयुक्त ज्यामितीय मॉडल और सही भौतिक फील्ड का चयन किया जा सके। उदाहरण के लिए, सिमुलेशन समस्या एक एकल भौतिक फील्ड पर केंद्रित है या मजबूत रूप से कप्लिंग भौतिक फील्डों पर?

4.2 ज्यामितीय मॉडलिंग

ज्यामितीय मॉडलिंग की पूर्णता सिमुलेशन की दक्षता और प्रगति को निर्धारित करती है। अधिकांश मामलों में, एक सरलीकृत ज्यामितीय मॉडल बनाने की आवश्यकता होती है। हालांकि, यदि ज्यामितीय मॉडल बहुत सरलीकृत हो, तो सिमुलेशन परिणाम असटीक होंगे और डिजाइन कार्य को गाइड नहीं कर सकेंगे। स्पष्ट रूप से, ज्यामितीय मॉडल को कैसे सरलीकृत किया जाए, इसका निर्धारण करने के लिए समस्या की गहरी समझ की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 2D ज्यामितीय मॉडल पर्याप्त है? 3D ज्यामितीय मॉडल बनाना आवश्यक है? भले ही 3D मॉडल बनाया जा रहा हो, किन विवरणों को छोड़ा जा सकता है और किन विवरणों को बनाए रखना आवश्यक है?

4.3 सामग्री आवंटन

एक सामग्री कई दस भौतिक पैरामीटरों की हो सकती है, लेकिन एक विशिष्ट समस्या को हल करने के लिए अक्सर केवल कुछ ही आवश्यक होते हैं।

जब विशिष्ट सामग्री पैरामीटर आवंटित किए जाते हैं, तो उनके मान सटीक होने चाहिए; अन्यथा, सिमुलेशन परिणामों में अस्वीकार्य विचलन आ सकते हैं।

कुछ सामग्री गुणधर्म पैरामीटर अन्य पैरामीटरों के साथ बदलते हैं। उदाहरण के लिए, ट्रांसफार्मर द्रव-तापमान सिमुलेशन में, ट्रांसफार्मर तेल का घनत्व, विशिष्ट ऊष्मा धारिता, और ऊष्मा चालकता तापमान के साथ बदलते हैं, और इन संबंधों को अपेक्षाकृत सटीक फंक्शनों का उपयोग करके वर्णित किया जाना चाहिए।

4.4 भौतिक फील्ड सेटअप

चयनित भौतिक फील्ड के लिए, आवश्यक हल करने की शर्तों, जैसे समस्या के लिए शासन करने वाले भौतिक समीकरण, उत्तेजनाओं के व्यंजक, प्रारंभिक स्थितियाँ, सीमा स्थितियाँ, और विवश स्थितियाँ, को परिभाषित करना आवश्यक है।

4.5 मेश उत्पादन

मेश उत्पादन ज्यामितीय मॉडलिंग के बाद का अधिकांशतः कोर स्टेप है। सिद्धांत रूप से, उत्तम मेश अधिक सटीक परिणाम देता है। हालांकि, अत्यधिक उत्तम मेश व्यावहारिक नहीं है, क्योंकि यह हल करने का समय बहुत बढ़ा देता है।

मेश उत्पादन का बुनियादी सिद्धांत यह है कि उत्तम और ग्रोस मेश को उचित ढंग से संयोजित किया जाए: जहाँ आवश्यक हो, वहाँ उत्तम करें और जहाँ संभव हो, वहाँ ग्रोस करें।

मैन्युअल मेश उत्पादन बहुत चुनौतीपूर्ण है और सिमुलेशन इंजीनियरों को समस्या की गहरी समझ की आवश्यकता होती है।

सौभाग्य से, कुछ सॉफ्टवेयर भौतिकी-आधारित स्वचालित मेश उत्पादन कार्य प्रदान करते हैं, जो अक्सर मेश उत्पादन प्रक्रिया को सरल बनाते हैं। उदाहरण के लिए, COMSOL का इलेक्ट्रिक फील्ड सिमुलेशन मॉड्यूल के लिए स्वचालित मेश उत्पादन कार्य अत्यंत शक्तिशाली है, जो बड़े ट्रांसफार्मर मुख्य इन्सुलेशन मॉडल को अन्य सॉफ्टवेयर की तुलना में लगभग 40 गुना तेजी से मेशिंग करने में सक्षम है।

दुर्भाग्य से, सॉफ्टवेयर के बिल्ट-इन स्वचालित मेश उत्पादन कार्य कुछ समस्याओं को हल करने के लिए पर्याप्त नहीं होते, क्योंकि जनरल-पर्पोज सॉफ्टवेयर उन क्षेत्रों की पहचान नहीं कर सकता, जहाँ मेश उत्तम करने की आवश्यकता होती है, जैसे प्रवाह फील्ड सिमुलेशन में।

4.6 मॉडल हल करना

सिमुलेशन हल करने का मूल है बड़े डिस्क्रीट समीकरण प्रणाली को हल करना। इसके लिए सिमुलेशन इंजीनियरों को जुड़े गणित का ज्ञान, जैसे मैट्रिक्स सिद्धांत और न्यूटन इटरेशन विधि, आवश्यक होता है।

कुछ सॉफ्टवेयर सोल्वर समस्या के आधार पर स्वचालित रूप से कन्फिगर किए जाते हैं, जिसके लिए इंजीनियरों को अतिरिक्त हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती। हालांकि, यह मेश उत्पादन की तरह सार्वभौमिक नहीं है। उन्नत और जटिल समस्याओं को हल करने के लिए इंजीनियरों को व्यक्तिगत रूप से सेटिंग्स कन्फिगर करने की आवश्यकता होती है ताकि तेजी से अभिसरण और सटीक परिणामों की गारंटी दी जा सके।

4.7 परिणाम पोस्ट-प्रोसेसिंग

सिमुलेशन परिणामों को स्पष्ट रूप से प्रस्तुत करने के लिए, प्राप्त डेटा को उचित पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है, जैसे इलेक्ट्रिक फील्ड कंटूर चार्ट, तापमान फील्ड कंटूर चार्ट, या प्रवाह फील्ड कंटूर चार्ट बनाना।

इसके अलावा, कुछ पोस्ट-प्रोसेसिंग चरणों में इंजीनियरों को व्यावसायिक ज्ञान का उपयोग करना आवश्यक होता है। उदाहरण के लिए, अधिकांश इलेक्ट्रिक फील्ड सिमुलेशन सॉफ्टवेयर इलेक्ट्रिक फील्ड तीव्रता के प्रत्येक बिंदु पर आकार को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित कर सकते हैं, लेकिन इन्सुलेशन मार्जिन की योग्यता का निर्धारण करने के लिए इस डेटा का सांख्यिकीय विश्लेषण करना आवश्यक होता है, जिससे कमुलेटिव फील्ड तीव्रता के आधार पर इन्सुलेशन मार्जिन की वक्र बनाई जा सके।