Nghiên cứu triển khai phần mềm ANSYS MAXWELL mô phỏng động cơ không đồng bộ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Giáo viên hướng dẫn: Ts Đoàn Đức Tùng - - Lời mở đầu Nói đến Maxwell nhiều người nghĩ đến James Clerk Maxwell nhà vật lý vĩ đại người Scotland với nhiều thành tựu bật phải kể đến thiết lập nên lý thuyết cổ điển xạ điện từ Phương trình Maxwell trường điện từ gọi lần thống vĩ đại thứ hai vật lý Vì sau Ansoft tập đoàn hàng đầu lĩnh vực thiết kế phần mềm mô cho mắt phần mềm Ansys Maxwell mang tên nhà vật lý vỹ đại phần mềm mô công nghiệp Đồ án điện công nghiệp TS Đoàn Đức Tùng mang tên “ tìm hiểu phần mềm mô Maxwell” giúp em có hội tìm hiểu học hỏi phần mềm có nhiều ứng dụng to lớn công nghiệp đặc biệt lĩnh vực điện công nghiệp mà em theo học Nhờ giúp đỡ bảo tận tình người lái đò, người trước thầy Đoàn Đức Tùng Đoàn Thanh Bảo đề tài em hiểu khái quát chức cách cài đặt sử dụng phần mềm Em thực số ví dụ mô phần mềm thu kết tương đối xác Tuy nhiên em mơ hồ nhiều vấn đề phần mềm Maxwell nên em cố gắng tìm hiểu nghiên cứu thời gian tới Em mong nhận đóng góp quý báu thầy để giúp em trở thành chuyên gia phần mềm Em xin chân thành cảm ơn hai thầy Đoàn Đức Tùng Đoàn Thanh Bảo Quy nhơn ngày 01 tháng 12 năm 2016 Đồ án điện công nghiệp trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL I Khái niệm phần mềm Maxwell Maxwell phần mềm mô phỏng, đánh giá phần mềm mô điện từ hàng đầu giành cho kỹ sư chuyên thiết kế phân tích thiết bị điện từ động cơ, truyền động, máy biến áp, cảm biến cuộn cảm Maxwell sử dụng phần tử hữu hạn để giải vấn đề liên quan đến trường điện từ tĩnh miền tần số biến thiên (theo thời gian) II Ứng dụng Một ưu điểm bật Maxwell tiến trình xử lí tự động vị trí người dùng mong muốn để tao vùng làm việc độc lập, đưa đặc tính vật liệu để trích xuất liệu bên Nhờ tính độc đáo Maxwell giải vấn đề cách hiệu việc tạo mắt lưới phù hợp, với độ xác cao Điều chứng tỏ thông qua trình tương thích tự động mặt lạ, chúng phân tách thành phần phức tạp thu tiến trình xử lí giúp kỹ sư thuận lợi dễ dàng thiết kế Maxwell có khả phát hifi, làm giảm kiểu models cần phân tích thông qua phương pháp phân tích ứng dụng rộng Simplorer, phần mềm mô hệ thống đa vùng ANSYS Khả cho phép tạo dòng thiết kế điện từ mạnh mẽ, giúp người dùng liên kết xác mạch phức tạp với models cửa Maxwell, tạo hiệu suất cao việc thiết kế hệ thống điện điện công suất III Các vấn đề giải quyết, Các thành phần mà Maxwell giải như: Trường tĩnh điện: Trường tĩnh điện, lực momen xoắn, điện dung gây bỡi phân bố điện áp, vật liệu tuyến tính Trường dẫn chiều: Điện áp, trường điện mật độ dòng tính bỡi hiệu điện Ma trận trở kháng Đồ án điện công nghiệp trang thêm vào vật liệu cách điện quanh dây dẫn để tính điện trường bao gồm vật cách điện Trường từ tĩnh: Trường từ tĩnh momen xoắn, lực từ, cảm ứng gây bỡi dòng điện chiều, trường điện tĩnh nam châm Các vật liệu tuyến tính phi tuyến tính Dòng điện xoáy: Trường điện từ biến đổi điều hòa, lực momen xoắn trở kháng gây bỡi dòng xoay chiều trường từ dao động ngoại (chỉ vật liệu tuyến tính) Trường điện không ổn định Trường không ổn định CHƯƠNG II THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ TRÊN MAXWELL I Thiết kế sơ lược động Ansys Maxwell Khởi động phần mềm chọn loại động thiết kế Bước 1: Khởi động phần mềm Ansys Maxwell máy tính, xuất hình khởi động bên Bước 2: Chọn Insert RMxprt Design →sau ta chọn vào dòng “Three-Phase Inductiion Motor” Mở thư mục RMxprt design bắt đầu thiết kế Đồ án điện công nghiệp trang Nhập thông số ban đầu động mục machine Bước 1: nhấn vào dấu “+” thư mục “RMxprt design” ta chọn Machine để thiết lập thông số động : số cực p, tốc độ quay từ trường n1 tổn hao Bước 3: Nhấn đúp chuột vào Machine xuất bảng : Bước 4: Nhập thông số xong ta nhấn “OK” Trong đó: I Number of Poles : Số cực động (2p) Frictional Loos : Tổn hao ma sát (Pcơ) Windage Loss : Tổn hao quạt gió (P thép ) Reference Speed : Tốc độ từ trường quay n1 (vg/ph) Thiết kế Stator Ansys Maxwell Tao khung Stator ansys Bước 1: thư mục “RMxprt design” ta chọn Stator thông số stator Bước 2: Nhấn đúp chuột vào stator xuất bảng: Đồ án điện công nghiệp trang để thiết lập Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK Trong đó: Outer diameter : Inner diameter : Length : chiều dài lõi sắt stator Steel type : loại thép Number of slots : số rãnh (Z1) Slot type : lê hình số Đồ án điện công nghiệp đường kính (Dn) đường kính (D) trang Tạo kích thước rãnh Stator Ansys Bước 1: nhấn dấu + vào Stator thông số rãnh stator sau ta chọn Slot Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Slot xuất bảng: Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK Trong đó: Hs0: “h41” matlab Hs2: “hr1” Đồ án điện công nghiệp trang để thiết lập Bs0: “b41” Bs1: “d1” Bs2: “d2” Số liệu rãnh hình dưới: Đi dây cho stator Bước 1: nhấn dấu + vào Stator sau ta chọn ta chọn Winding để thiết lập thông số dây quấn stator Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Winding xuất bảng: Đồ án điện công nghiệp trang Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK Trong đó: Winding Layers Winding Type II : : Số lớp dây Kiểu dây Parallel Branches : Số mạch nhánh song song Conductors per Slot : Số dẫn tác dụng rãnh Number of Strands : Số sợi Wire Size : Đường kính dây Thiết kế rotor phần mềm Ansys Maxwell Tạo khung rotor ansys Bước 1: : thư mục “RMxprt design” ta chọn Rotor thông số Rotor để thiết lập Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Rotor xuất bảng: Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK Trong đó: Number of Slots : Số rãnh Rotor (Z2) Slot Type : Kiểu rãnh Outer Diameter : Đường kính Rotor (D1) Đồ án điện công nghiệp trang 10 Inner Diameter : Đường kính Rotor (Dt) Length : Chiều dài lõi sắt Rotor l2 Steel Type : Loại thép Skew Width : Độ nghiêng rãnh Cast Rotor : Rotor dạng đúc Tạo kích thước rãnh Rtor Ansys Bước 1: nhấn vào dấu + vào thư mục Rotor thiết lập thông số rãnh Rotor Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Slot xuất bảng: Bước 3: nhập thông số xong ta nhấn OK Trong đó: Hs0: “h42” Đồ án điện công nghiệp trang 11 ta chọn ta chọn Slot để Hs2: “hr2” Bs0: “b42” Bs1: “dr1” Bs2: “dr2” Các thông số rãnh rotor hình: Tạo vòng ngắn mạch Bước 1: : nhấn vào dấu + vào thư mục Rotor để tạo vòng ngắn mạch Rotor Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Winding xuất bảng: Đồ án điện công nghiệp trang 12 sau ta chọn Winding Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK Trong đó: Bar Conductor Type : Vật liệu dẫn End Ring Width : Bề rộng vòng ngắn mạch End Ring Height : Bề dày vòng ngắn mạch End Ring Conductor Type : Vật liệu vành ngắn mạch Chương III CHẠY MÔ PHỎNG I Kiểm tra lỗi cắt mô hình trước chạy mô Nhập thông số slution setup trước chạy Bước 1: nhấn dấu + vào thư mục Machine phải vào biểu analysis chọn “add slution setup” sau nhập thông số bảng Đồ án điện công nghiệp sau nhấn chuột trang 13 Bước 2: nhập thông số xong ta nhấn OK Trong đó: Rated output power: Công suất đầu vào Rated voltage : Điện áp dây cấp cho động Rated Speed : Tốc độ rotor Operating Temperature : Nhiệt độ hoạt động máy Frequency : Tần số Winding Connection : Kiểu đấu dây Kiểm tra tất trước chạy Đồ án điện công nghiệp trang 14 Bước 1: kiểm tra thông số động Ta nhấn chuột phải vào chọn “validation Check « Nếu xuất thông báo hình thông số thành công Nếu không ta phải kiểm tra lại Bước : kiểm tra mô Nếu thông báo thành công hình ta tiến hành cắt Kiểm tra xong lỗi ta cắt mô hình động để chạy mô Bước : kiểm tra Đồ án điện công nghiệp trang 15 Bước : Tiến hành cắt nhấn chuột phải vào analysis chọn Craete Maxwell design máy tính tiến hành cắt động làm phần phần tùy vào thông số động Thông số đẹp chia làm phần ( thầy nói nghe lý sao) Hình ảnh sau tiến hành cắt : Đồ án điện công nghiệp trang 16 II Chạy mô Chỉnh thời gian chạy mô Bước 1: nhấn vào dấu “+” trước thư mục Maxwell2DDesign (transient XY) Sau nhấn vào dấu (+) trước thư mục analysis Bước 2: Nhấn vào mục setup xuất bảng sau: Đồ án điện công nghiệp trang 17 Bước 3: nhập thông số vào bảng sau nhấn OK Bước 4: chạy mô ta nhấn Click Analyze All Chạy mô thời gian 15-60 phút tùy vào cấu hình máy tính bạn ( riêng máy em 30p) Sau chạy xong; Bước 1: thư mục vào thư mục Xuất bảng sau: Maxwell2DDesign (transient XY) Nhấn chuột phải Results chọn Create transient Report ⤐ Rectangula plot Đồ án điện công nghiệp trang 18 Bước 3: ta chọn Windings sau chon tất dòng có thư mục nhấn vào New Report ( ý chọn thứ tự ba pha) Sau chọn xong ta đồ thị dòng điện điện áp III Đồ thị H1 Đồ thị điện áp đầu vào Đồ án điện công nghiệp trang 19 H2 Đồ thị dòng điện H3 Đồ thị điện áp cảm ứng (đo cuộn dây lúc làm việc) H4 Đồ thị tổn hao lúc khởi động Đồ án điện công nghiệp trang 20 IV Chạy mô để xem từ tính Bước 1: Bôi đen phần cắt >> nhấn chuột phải chọn fields >> B >> B_vector Xuất bảng sau: Bước 2: chọn Done Bước 3: thư mục Maxwell2DDesign (transient XY) chọn thư mục Field Overlays Bước 4: Chọn animate B >> nhấn chuột phải vào mục Đồ án điện công nghiệp trang 21 chọn CHƯƠNG III KẾT LUẬN Qua nghiên cứu nội dung đề tài “ tìm hiểu phần mềm Ansys Maxwell” em thấy tầm quan trọng ứng dụng lĩnh vực điện công nghiệp nói chung kỹ sư tương lai nói riêng Phần mềm giúp em dễ dàng tìm hiểu chi tiết thiết bị điện đặc biệt phần cảm ứng từ, từ tính động mà mắt thường không nhìn thấy tính toán khó khăn để tìm ra, chí tính toán tay có độ xác không cao Phần mềm giúp em tiết kiệm nhiều thời gian công sức tính toán tìm hiểu đông Giờ có phần mềm Maxwell công việc trở nên đơn giản nhiều Tuy nhiên bên cạnh mặt tích cực lợi ích tiện dụng mà phần mềm mang lại có nhược điểm phần mềm toàn tiếng anh khó khăn bạn tiếng anh đặc biệt tiếng anh chuyên nghành dùng google dịch độ xác không cao dễ dẫn đến nhầm lẫn bước sử dụng thiết kế phần mềm Khâu chạy mô Analyze All tốn nhiều thời gian đặc biệt máy tính có cấu hình thấp máy em Đồ án điện công nghiệp trang 22 Do thời gian có hạn nên việc sưu tầm, tìm hiểu kỹ sử dụng phần mềm nhiều hạn chế, hiểu biết chắn nhiều thiếu sót phần mềm, nên dừng lại mức độ tham khảo em mong thầy xem xét giúp đỡ em hoàn thiện tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Đức Tùng thầy Đoàn Thanh Bảo người lái đò tận tình giúp đỡ em thời gian vừa qua để em hoàn thành đồ án điện công nghiệp Đồ án điện công nghiệp trang 23 ... vực thiết kế phần mềm mô cho mắt phần mềm Ansys Maxwell mang tên nhà vật lý vỹ đại phần mềm mô công nghiệp Đồ án điện công nghiệp TS Đoàn Đức Tùng mang tên “ tìm hiểu phần mềm mô Maxwell giúp... MAXWELL I Khái niệm phần mềm Maxwell Maxwell phần mềm mô phỏng, đánh giá phần mềm mô điện từ hàng đầu giành cho kỹ sư chuyên thiết kế phân tích thiết bị điện từ động cơ, truyền động, máy biến áp,... từ dao động ngoại (chỉ vật liệu tuyến tính) Trường điện không ổn định Trường không ổn định CHƯƠNG II THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ TRÊN MAXWELL I Thiết kế sơ lược động Ansys Maxwell Khởi động phần mềm chọn