Pag-aanalisa ng Simulasyon ng Transformer: Pangunahing Proseso Mga Hamon at Pinakamahusay na Pagsasanay Gamit ang mga Kasangkapan sa Elementong Hiniwa

1 Pagkakatawan

Kahit anong software para sa pagsusuri ng finite element analysis (tulad ng COMSOL, Infolytica, o Ansys) ang ginagamit para sa pag-simulate ng transformer—kahit paano ang focus ay nasa electric field, magnetic field, flow field, mechanical field, o acoustic field—ang basic na proseso ay halos pareho. Ang tunay na pag-unawa sa mga key points sa bawat proseso ang pundasyon para sa tagumpay ng simulation analysis at reliabilidad ng final na resulta.

2 Basic Simulation Process

Ang isang siyentipiko at kumpleto na proseso ng simulation ng transformer ay kasama ang pitong pangunahing hakbang:

3 Paggalang sa Kagipitan

Ang transformer ay isang static na electrical device, at mula sa perspektibong ito, ang mga related na simulation work ay relatibong simple, dahil ang presence ng mga rotating components ay lalo pang nagpapataas ng kagipitan ng karamihan sa mga simulation. Sa kasamaang palad, ang transformer ay isang nonlinear, time-varying electromechanical device na may malakas na coupling ng maraming physical fields, na kadalasang nagpapahirap ng mas mahirap at kahit hindi solvable ang simulation ng transformer.

Halimbawa, ang mga simulation ng temperature fields ng transformer batay sa fluid analysis kadalasang nabibigyan ng hindi tama at reliable na resulta. Isa sa mga rason dito ay ang basic na teorya ng fluid dynamics mismo ay napakomplikado at hindi pa nabuo ang isang iisang unified at stable na teorya. Sa kabilang banda, ang temperature field simulation ng transformer ay nangangailangan ng bidirectional strong coupling ng tatlong fields: "magnetic field—heat transfer field—fluid field." Para sa isang ganitong malaking modelo ng transformer, ang pag-solve ng isang single flow field ay medyo mahirap, huwag na mag-isip ng ultra-strong coupling ng tatlong fields.

Upang makamit ang mga breakthroughs sa mga key areas ng simulation ng transformer, ang mga simulation engineers ay kailangang, sa isa na bahagi, may malalim na pag-unawa sa mga teorya, disenyo, paggawa, at testing knowledge na kaugnay ng transformer, at sa kabilang bahagi, maabot ang mataas na kakayahan sa pag-operate ng simulation software at pag-unawa sa intrinsic nature ng operasyon nito.

4 Key Points ng Proseso
4.1 Problem Analysis

Bago ang geometric modeling, kinakailangan ang isang prelimenaryong analisis ng problema ng simulation upang mapagtayo ang angkop na geometric model at piliin ang tamang physical field. Halimbawa, ang simulation problem ba ay nakatuon sa isang single physical field o strongly coupled physical fields?

4.2 Geometric Modeling

Ang kumpletitud ng geometric modeling ang nagpapasya sa epektyividad at progreso ng simulation. Sa karamihan ng mga kaso, kinakailangan ang pagtatatag ng isang simplified na geometric model. Gayunpaman, kung ang geometric model ay sobrang simplified, ang simulation results ay maaaring hindi tama at hindi maaaring mag-udyok sa disenyo work. Malinaw, ang pagpapasya kung paano simplipikuhin ang geometric model ay nangangailangan ng malalim na pag-unawa sa problema na kinakailangan na lutasin. Halimbawa, sapat ba ang 2D geometric model? Kailangan ba ng 3D geometric model? Kahit na sa pagtatag ng 3D model, alin ang mga detalye na maaaring i-omit at alin ang dapat ibigay?

4.3 Material Assignment

Isang material maaaring magkaroon ng daan-daang physical parameters, ngunit kadalasan ang ilang lang ang kinakailangan para sa solving ng isang tiyak na problema.

Kapag ang mga tiyak na material parameters ay in-assign, ang kanilang mga value ay kailangang tama; kung hindi, maaaring madala ang hindi tanggap na pagbabago sa mga resulta ng simulation.

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 kailangang ilarawan gamit ang mas tama na functions.

4.4 Physical Field Setup

Para sa piniling physical field, kinakailangan ang pag-define ng essential na solving conditions, tulad ng physical equations na nag-govern sa problema, expressions ng excitations, initial conditions, boundary conditions, at constraint conditions.

4.5 Mesh Generation

Ang mesh generation ay maaaring ang core na hakbang pagkatapos ng geometric modeling. Teoretikal, ang mas fine na meshes ay nagbibigay ng mas tama na resulta. Gayunpaman, ang sobrang fine na meshes ay impraktikal, dahil sila ay nagsisiguro ng significant na pagtaas ng oras ng pag-solve.

Ang basic na prinsipyong ng mesh generation ay ang pag-combine ng coarse at fine na meshes nang maayos: refine kung kailangan at coarsen kung posible.

Ang manual na mesh generation ay napakahirap at nangangailangan ng malalim na pag-unawa ng simulation engineers sa problema na kinakailangan na lutasin.

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

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

4.6 Model Solving

Ang esensya ng simulation solving ay ang solving ng malaking discrete equation systems. Ito ay nangangailangan ng simulation engineers na may kaalaman sa relevant na mathematics, tulad ng matrix theory at Newton iteration methods.

Ang ilang software solvers ay awtomatikong nakonfigure batay sa problema, na walang karagdagang intervention mula sa engineer. Gayunpaman, tulad ng mesh generation, ito ay hindi universal. Ang solving ng advanced at complex na mga problema ay nangangailangan ng engineers na konfigure ang settings individual para siguraduhin ang mabilis na convergence at tama na resulta.

4.7 Result Post-Processing

Upang maipakita nang intuitive ang mga resulta ng simulation, ang natanggap na data ay kailangang ma-post-process nang maayos, tulad ng pagbuo ng electric field contour plots, temperature field contour plots, o flow field contour plots.

Karagdagan pa, ang ilang post-processing steps ay nangangailangan ng engineers na mag-apply ng professional na kaalaman. Halimbawa, ang karamihan ng electric field simulation software ay maaari lamang intuitively na ipakita ang magnitude ng electric field intensity sa bawat point, ngunit ang pagpapasya kung feasible ang insulation margin ay nangangailangan ng statistical analysis ng data na ito upang buuin ang insulation margin curves batay sa cumulative field strength.