ٹرانسفورمر سیمولیشن تجزیہ: محدود عنصر کے اوزار کا استعمال کرتے ہوئے بنیادی عمل، چالنوں اور بہترین معمول

1 تعارف

چاہے کسی بھی محدود عنصر تجزیاتی سافٹ وئیر (جیسے COMSOL، Infolytica، یا Ansys) کو ترانس فارمر کی محاکاة تجزیات کے لئے استعمال کیا جائے - چاہے دھاتی میدان، مغناطیسی میدان، روانی میدان، مکینکل میدان، یا آوازی میدان پر توجہ مرکوز کی جائے - بنیادی عمل تقریباً ایک جیسا ہوتا ہے۔ ہر عمل کے کلیدی نکات کا حقیقی فہم محاکاة تجزیات کے کامیابی کی بنیاد اور آخری نتائج کی قابل اعتمادگی کا اساس ہے۔

2 بنیادی محاکاة عمل

ایک سائنسی اور مکمل ترانس فارمر کی محاکاة کا عمل سات بڑے مرحلے شامل ہوتے ہیں:

3 مشکلات کا فہم

ترانس فارمر ایک سٹیٹک الیکٹرکل ڈیوائس ہے، اور اس منظر سے، اس کے متعلقہ محاکاة کام نسبتاً آسان ہوتا ہے، کیونکہ گردش کرنے والے حصوں کی موجودگی کثرت سے محاکاة کی مشکل بڑھا دیتی ہے۔ حیرت انگیز طور پر، ترانس فارمر ایک غیر خطی، وقت کے ساتھ تبدیل ہونے والا الیکٹرو-مکینکل ڈیوائس ہے جس میں متعدد طبیعی میدانوں کی مضبوط جوڑی ہوتی ہے، جس سے ترانس فارمر کی محاکاة کثیر مشکل ہو جاتی ہے اور بعض اوقات حل نہیں ہوسکتی۔

مثال کے طور پر، روانی تجزیات کے بنیاد پر ترانس فارمر کے درجہ حرارت میدان کی محاکاة کثیر مواقع پر صحیح اور قابل اعتماد نتائج نہیں دیتی ہیں۔ ایک وجہ یہ ہے کہ روانی کے بنیادی نظریہ خود بہ خود بہت پیچیدہ ہے اور ابھی تک ایک متحدہ اور مستقیم نظریہ تشکیل نہیں دے سکا ہے۔ دوسرے طرف، ترانس فارمر کے درجہ حرارت میدان کی محاکاة کے لئے "مغناطیسی میدان-حرارت منتقلی میدان-روانی میدان" کے تینوں میدانوں کی دو طرفہ مضبوط جوڑی کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک ایسے بڑے ترانس فارمر کے ماڈل کے لئے، ایک ہی روانی میدان کو حل کرنا پہلے ہی چیلنجنگ ہوتا ہے، تو فریکشنل تینوں میدانوں کی مضبوط جوڑی کو حل کرنا تو بہت زیادہ مشکل ہوتا ہے۔

ترانس فارمر کی محاکاة کے کلیدی علاقوں میں کسی بھی کامیابی کے لئے، محاکاة مہندسین کو ایک طرف ترانس فارمر سے متعلق نظریات، ڈیزائن، تیاری، اور ٹیسٹنگ کی دانش کا گہرا فہم ہونا چاہئے، اور دوسری طرف، محاکاة سافٹ وئیر کے آپریشن کو بہت مہارت سے کرنے کی ضرورت ہوتی ہے اور اس کے آپریشن کی ذاتی ماهیت کو سمجھنا چاہئے۔

4 عمل کے کلیدی نکات
4.1 مسئلہ کا تجزیہ

ہندسی ماڈلنگ سے پہلے، محاکاة کے مسئلے کا ابتدائی تجزیہ کیا جانا ضروری ہے تاکہ مناسب ہندسی ماڈل کو قائم کیا جا سکے اور صحیح طبیعی میدان کا انتخاب کیا جا سکے۔ مثال کے طور پر، کیا محاکاة کا مسئلہ کسی ایک واحد طبیعی میدان پر مرکوز ہے یا مضبوط جوڑی کے طبیعی میدانوں پر؟

4.2 ہندسی ماڈلنگ

ہندسی ماڈلنگ کی مکمل ہونے کی کیفیت محاکاة کی کارکردگی اور پیشرفت کو تعین کرتی ہے۔ زیادہ تر صورتحالوں میں، ایک سادہ ہندسی ماڈل قائم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ لیکن اگر ہندسی ماڈل بہت زیادہ سادہ ہو، تو محاکاة کے نتائج غلط ہوں گے اور ڈیزائن کام کی رہنمائی نہیں کرسکیں گے۔ واضح رہے کہ ہندسی ماڈل کو کیسے سادہ کیا جائے یہ کیسے حل کرنے کا گہرا فہم چاہئے۔ مثال کے طور پر، کیا 2D ہندسی ماڈل کافی ہے؟ کیا 3D ہندسی ماڈل بنانے کی ضرورت ہے؟ حتیٰ کہ 3D ماڈل بنانے کے وقت، کون سے تفصیلات کو چھوڑا جا سکتا ہے اور کون سے برقرار رکھنے کی ضرورت ہے؟

4.3 مادہ کا اسائنمنٹ

کسی مادہ کے دسیوں طبیعی پیرامیٹرز ہو سکتے ہیں، لیکن کسی مخصوص مسئلے کو حل کرنے کے لئے صرف کچھ ہی کی ضرورت ہوتی ہے۔

جب کسی مخصوص مادہ کے پیرامیٹرز کو اسائن کیا جا رہا ہو، تو ان کی قدریں صحیح ہونی چاہئیں؛ ورنہ محاکاة کے نتائج میں قابل قبول نہیں ہونے والی خلافی ہو سکتی ہے۔

کچھ مادہ کی خصوصیات دیگر پیرامیٹرز کے ساتھ تبدیل ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، ترانس فارمر کے روانی-حرارت محاکاة میں، ترانس فارمر کے تیل کی کثافت، مخصوص حرارتی کapasitance، اور حرارتی موصلیت درجہ حرارت کے ساتھ تبدیل ہوتی ہیں، اور ان کے تعلقات کو نسبتاً صحیح فنکشنز کے ذریعے بیان کیا جانا چاہئے۔

4.4 طبیعی میدان کا سیٹآپ

چنے گئے طبیعی میدان کے لئے، مسئلے کے حاکم طبیعی مساوات، ایکسائٹیشن کے اظہارات، ابتدائی شرائط، حدود کی شرائط، اور قابو کی شرائط کو تعریف کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

4.5 مش میں تولید

مش کی تولید ہندسی ماڈلنگ کے بعد کا کلیدی مرحلہ ہے۔ نظریاتی طور پر، نرم مش زیادہ صحیح نتائج دیتے ہیں۔ لیکن بہت نرم مش عملی نہیں ہوتے، کیونکہ وہ حل کرنے کا وقت کثیر بڑھا دیتے ہیں۔

مش کی تولید کا بنیادی مبدأ نرم اور نرم مش کو مناسب طور پر ملایا جانا ہے: جہاں ضرورت ہو وہاں نرم کریں اور جہاں ممکن ہو وہاں نرم کریں۔

منوال مش کی تولید بہت چیلنجنگ ہوتی ہے اور محاکاة مہندسین کو مسئلے کو حل کرنے کا گہرا فہم ہونا چاہئے۔

خوش قسمتی سے، کچھ سافٹ وئیر فزکس مبنی خودکار مش تولید کی فنکشنز فراہم کرتے ہیں، جو عام طور پر مش کی تولید کو سادہ کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، COMSOL کی الیکٹرک میدان محاکاة ماڈیول کے لئے خودکار مش تولید کی فنکشن بہت قوی ہے، جس سے بڑے ترانس فارمر کے میں انسولیشن کے مدل کو تیزی سے مش کیا جا سکتا ہے، جو دیگر سافٹ وئیر کے مقابلے میں تقریباً 40 گنا تیز ہے۔

دوسرا، سافٹ وئیر کی بیرونی خودکار مش تولید کی فنکشنز کچھ مسائل کو حل کرنے کے لئے کافی نہیں ہوتی ہیں، کیونکہ عام مقصد کے سافٹ وئیر کو مش کی نرم کرنے کے علاقوں کو شناخت کرنے کی صلاحیت نہیں ہوتی ہے-جیسے کہ روانی میدان کی محاکاة میں۔

4.6 ماڈل کا حل

محاکاة کا حل بڑے ڈسکریٹ ایکویشن سسٹمز کو حل کرنا ہے۔ اس کے لئے محاکاة مہندسین کو متعلقہ ریاضیات کی دانش کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے میٹرکس نظریہ اور نیوٹن آئٹریشن میتھڈز۔

کچھ سافٹ وئیر کے حل کنندہ مسائل کے مطابق خودکار طور پر کنفیگر کیے جاتے ہیں، مہندس کی جانب سے کوئی مزید تداخل کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ لیکن مش کی تولید کی طرح، یہ عام طور پر لازم نہیں ہوتا ہے۔ عمدہ اور پیچیدہ مسائل کو حل کرنے کے لئے مہندس کو کنفیگر کیٹنگ کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ تیزی سے کنورجنس اور صحیح نتائج کی ضمانت ہو۔

4.7 نتائج کا پوسٹ-پروسیسنگ

محاکاة کے نتائج کو واضح طور پر پیش کرنے کے لئے، حاصل کردہ ڈیٹا کو مناسب طور پر پوسٹ-پروسیسنگ کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے الیکٹرک میدان کے کنٹور پلات، درجہ حرارت میدان کے کنٹور پلات، یا روانی میدان کے کنٹور پلات بنانے۔

اس کے علاوہ، کچھ پوسٹ-پروسیسنگ کے مرحلے میں مہندس کو اپنی پیشہ ورانہ دانش کا استعمال کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، زیادہ تر الیکٹرک میدان کی محاکاة سافٹ وئیر صرف الیکٹرک میدان کے ہر نقطے پر شدت کی مقدار کو واضح طور پر ظاہر کر سکتی ہے، لیکن انسولیشن کے مارجن کی فیصلہ سازی کے لئے اس ڈیٹا کا اسٹیٹسٹیکل تجزیہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ کمیولیٹیو فیلڈ شدت کے مبنی پر انسولیشن کے مارجن کے کنٹور بنائے جا سکیں۔