Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu và ứng dụng ANSYSMaxwell mô phỏng, khảo sát động cơ không đồng bộ . Đầy đủ và chi tiết, kết hợp tài liệu tiếng anh và tiếng việt. Bố cục rõ ràng, hình ảnh trực quan, thông số được tính toán chính xác....
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: " Nghiên cứu ứng dụng ANSYS/Maxwell mô phỏng, khảo sát động không đồng " Giáo viên hướng dẫn : Lê Anh Tuấn Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hiếu 1141040483 Lý A Liều 1141040467 Phạm Viết Cường 1141040280 Phạm Công Thành 1141040480 Hà Đức Long 1141040485 Lớp : Điện – K11 Năm học : 2019-2020 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TT Họ tên Nguyễn Văn Hiếu Mã sinh viên 1141040483 Lớp Điện Ngành KTĐ-ĐT Khóa 11 Lý A Liều Phạm Viết Cường Phạm Công Thành Hà Đức Long 1141040467 1141040280 1141040480 1141040485 Điện Điện Điện Điện KTĐ-ĐT KTĐ-ĐT KTĐ-ĐT KTĐ-ĐT 11 11 11 11 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng ANSYS/Maxwell mô phỏng, khảo sát động không đồng Mục tiêu đề tài: - Sử dụng công cụ mô động phần mềm ANSYS/Maxwell - Ứng dụng phần mềm để mô khảo sát đặc tính làm việc động khơng đồng 2,2 kW Kết dự kiến Báo cáo tổng quan phần mềm ANSYS/Maxwell Phân tích cơng cụ mô khảo sát động không đồng phần mềm ANSYS/Maxwell Tính tốn thơng số động không đồng để mô khảo sát đặc tính làm việc Xây dựng mơ hình mô động không đồng 2,2 kW Báo cáo đánh giá kết mô Thời gian thực hiện: từ 02/03/2020 đến 19/04/2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) TS Lê Anh Tuấn TS Phạm Văn Minh 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 nhóm đồ án mang tên “ Nghiên cứu ứng dụng ANSYS/Maxwell mô phỏng,khảo sát động không đồng ” 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 đị, người trước thầy đề tài em hiểu khái quát chức cách cài đặt sử dụng phần mềm Em thực số ví dụ mơ phần mềm thu kết tương đối xác Bên cạnh kết khiêm tốn mà chúng em đạt được, chắn không tránh khỏi thiếu sót thực đề tài hạn chế kinh nghiệm Sự phê bình góp ý thầy cô học quý báo cho chúngem, giúp chúng em có tảng tốt hơn, có thêm kinh nghiệm quý báo cho công việc thực tế sau Em mong nhận đóng góp quý báu thầy để giúp em trở thành chuyên gia phần mềm Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy để chúng em hồn thành đề tài khóa luận Kính chúc thầy mạnh khỏe, đạt nhiều thành công nghiên cứu khoa học nghiệp giảng dạy Bố cục đồ án Đồ án thực với nội dung chủ yếu sau: Chương 1: Tổng quan phầm mềm ANSYS/MAXWEll Chương 2: Phân tích cơng cụ mơ khảo sát động không đồng phần mềm ANSYS/MAXWELL Chương 3: Tính tốn tham số máy điện chế độ động không đồng để mô khảo sát đặc tính làm việc Chương 4: Mơ động không đồng ANSYS/MAXWELL Chương 5: Báo cáo đánh giá MỤC LỤC Chương I TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS/MAXELL Giới thiệu phần mềm ANSYS 1.1 Giới thiệu chung Phương pháp PTHH để giải toán kĩ thuật biết đến từ lâu Nhưng việc giải toán kĩ thuật phương pháp PTHH tương đối phức tạp, chi tiết lớn, có kết cấu phức tạp Với phát triển khoa học máy tính cơng nghệ thơng tin, việc giải tốn theo phương pháp PTHH trở nên đơn giản với trợ giúp máy tính phần mềm phân tích, mơ Nổi bật phần mêm ANSYS Hình 1.1 – Màn hình khởi động ANSYS ANSYS phần mềm CAE tiếng công ty ANSYS, Inc đặt bang Pennsylvania, Hoa Kỳ, phát triển từ năm 1970 nhóm nghiên cứu Dr.John Swanson, hệ thống tính tốn Swanson Trong hệ thống này, toán kỹ thuật giải phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc Phương pháp phần tử hữu hạn FEM (Finite Element Method) phương pháp không sử dụng nhiều để giải toán kỹ thuật, mà sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác kỹ thuật mang lại hiệu cao Hiện phiên ANSYS 2020 Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, toán kỹ thuật cơ, nhiệt, thuỷ khí, điện từ, sau mơ hình hố xây dựng mơ hình tốn học, cho phép giải chúng với điều kiện biên cụ thể với số bậc tự lớn ANSYS (Analysis Systems) gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) hồn chỉnh dùng để mơ phỏng, tính tốn thiết kế cơng nghiệp, sử dụng giới hầu hết lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác môi trường, hệ vật lý • Các thành phần ANSYS Phần mềm ANSYS gồm nhiều modul khác nhau: ANSYS/Multiphysics, ANSYS Mechanical, ANSYS Professional, ANSYS Structural, ANSYS LS-DYNA, ANSYS LinearPlus, ANSYS Thermal, ANSYS Emag, ANSYS FLOTRAN, ANSYS PrepPost, ANSYS CFX, ANSYS ED, ANSYS PTD, ANSYS TASPCB, ANSYS ICEM CFD, ANSYS AI*Evironment, ANSYS DesignXploder, ANSYS Design Modeler, ANSYS DesignExplode VT, ANSYS BledeModeler, ANSYS TurboGrid, ANSYS AUTODYN… − ANSYS/Multiphysics sản phẩm tổng quát ANSYS, chứa tất khả ANSYS bao trùm tất lĩnh vực kỹ thuật − Có sản phẩm thành phần dẫn xuất từ ANSYS/Multiphysics là: + ANSYS Mechanical : Tính tốn kết cấu nhiệt + ANSYS Emag : Tính tốn điện từ + ANSYS FLOTRAN : Tính tốn CFD − Ngồi cịn có dịng sản phẩm khác: + ANSYS LS-DYNA : Giải vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao (VD:bài tốn động lực học biến dạng lớn gia công áp lực) + DesignSpace : Là công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích thiết kế nhanh mơi trường CAD khác (ví dụ: SolidWorks, Autodesk products, SolidEdge, Unigraphics …) + ANSYS/ProFEA : Cho phép phân tích tối ưu thiết kế môi trường CAD Pro/ENGINEER 1.2 Ứng dụng ANSYS ANSYS gói phần mềm FEA hồn chỉnh dùng để mơ phỏng, tính tốn thiết kế cơng nghiệp, sử dụng toàn giới hầu hết lĩnh vực kĩ thuật ANSYS giải tốn tuyến tính, phi tuyến lĩnh vực học vật rắn, học lưu chất… Mặt khác, phần mềm ANSYS không hỗ trợ 200 kiểu phân tử khác nhau, kiểu phần tử dạng tốn, mà cịn kết nối với phần mềm khác ACAD, SOILDWORK, PRO/E…Các lĩnh vực dùng ANSYS để phân tích tính tốn là: • • • • Kết cấu Cơ học (Structural) Nhiệt (Thermal) Dòng chảy, bao gồm mơ số động lực học dịng chảy (Computational • • • • Fluid Dynamics, CFD) Điện, Tĩnh điện (Electric) Điện từ (Magnetic) Thủy khí (Fluid) Tương tác môi trường, hệ vật lý Các lĩnh vực cơng nghiệp có sử dụng ANSYS: • • • • • • • • Vũ trụ, hàng không Công nghiệp ôtô Y sinh Xây dựng cầu đường Điện tử thiết bị Máy móc thiết bị cơng nghiệp nặng Các hệ vi – điện tử (Micro Electromechanical Systems, MEMS) Dụng cụ thể thao Giới thiệu phần mềm Maxwell 2.1 Lịch sử phát triển 2.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi: - Các nước giới sử dụng phần mềm Maxwell để thiết kế phân tích thiết bị điện 3-D, 2-D, bao gồm động điện, cấu truyền điện, máy biến áp, cảm biến cuộn dây - Maxwell làm việc nhanh chóng, xác việc ứng dụng phương pháp mơ số - dựa tảng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) kết hợp với lý thuyết trường điện từ để nghiên cứu, ứng dụng lĩnh vực thiết kế máy điện nói chung Hầu hết nước phát triển mạnh Nga, Trung Quốc, Nhật, Hàn … có diễn đàn ứng dụng mơ số FEM - Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số để giải toán mơ tả phương trình vi phân riêng phần với điều kiện biên cụ thể Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp toán Các miền liên tục chia thành nhiều miền con, miền liên kết với điểm nút Trên miền này, dạng biến phân tương đương với toán giải xấp xỉ dựa hàm xấp xỉ phần tử, thoả mãn điều kiện biên với cân liên tục phần tử - Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng để giải gần tốn phương trình vi phân phần phương trình tích phân, ví dụ phương trình truyền nhiệt Lời giải gần đưa dựa việc loại bỏ phương trình vi phân cách hoàn toàn vấn đề trạng thái ổn định, chuyển phương trình vi phân phần sang phương trình vi phân thường tương đương mà sau giải cách sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn - Trong lĩnh vực kỹ thuật điện FEM áp dụng để giải phương trình vi tích phân hệ phương trình Maxwell viết cho trường điện từ Kết lời giải cho ta biết phân bố trường điện từ loại máy điện, từ tính tốn tham số máy điện - FEM đánh giá có tính vạn năng, phù hợp mơ hình phức tạp hình học, đặc tính vật liệu biến đổi thời thời gian Tuy nhiên, ứng dụng mô số thiết kế máy điện gặp nhiều khó khăn, thơng số đưa vào mơ hình mơ thơng số chế tạo thực tế sai khác, FEM khơng thể phản ánh toàn tác động yếu tố cơng nghệ chế tạo nên mơ hình mơ mơ hình thực tế có sai số Do đó, phương pháp cần kết hợp phương pháp mô kinh nghiệm chế tạo 2.1.2 Tình hình nghiên cứu nước - Trong nước phần mềm Maxwell chưa sử dụng phổ biến -Tại trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội phần mềm chưa ứng dụng rộng rãi môn học đặc biệt môn như: Máy điện, truyền động điện, đo lường cảm biến Nhiều sinh viên chưa biết tới phần mềm Maxwell - Phần mềm áp dụng vào nhiều mơn học máy điện, truyền động điện, hệ thống điện, trang bị điện… sử dụng phần mềm việc tính tốn diễn nhanh khơng gặp sai sót tiết kiệm thời gian 2.2 Giới thiệu phần mềm Maxwell - Khái quát phần mềm Maxwell: Maxwell phần mềm mô phỏng, đánh giá phần mềm mô trường điện từ hàng đầu dành cho kỹ sư chuyên viết thiết kế phân tích thiết bị điện trường động cơ, truyền động, máy biến áp cuộn cảm - Maxwell sử dụng phương pháp xác phần tử hữu hạn để giải tĩnh, miền tần số, lĩnh vực điện trường điện khác Một lợi ích quan trọng ANSYS Maxwell q trình tính tốn tự động nó, bạn cần xác định hình học, tính chất vật liệu đầu mong muốn Từ đây, Maxwell tự động tạo lưới thích hợp, hiệu xác để giải vấn đề Quá trình chia lưới chứng minh tự động thích ứng loại bỏ phức tạp q trình phân tích cho phép bạn thao tác nhanh từ thiết kế dòng hiệu cao, dễ sử dụng 2.2.1 Đặc trưng - Giảm thời gian tính tốn kỹ sư khả tính tốn nhanh xác sau giai đoạn thực - Độ tin cậy cao kiểm chứng tính tốn kiến thức việc tính tốn tay sau thực q trình mơ để so sánh - Việc tính tốn xác có cơng cụ hỗ trợ, khả xử lý cực nhanh máy tính chíp điện tử máy tính 10 Chạy mô 3d 5.1 Kiểm tra tất trước chạy Bước 1: Kiểm tra thông số động Ta nhấn chuột phải vào chọn “validation Check « Nếu xuất thơng báo hình thông số thành công Nếu không ta phải kiểm tra lại Hình 4.28 Kiểm tra thơng số động 5.2 Kiểm tra xong khơng có lỗi ta cắt mơ hình động để chạy mơ Bước : Kiểm tra Hình 4.29 Cắt mơ hình động 73 Bước : Tiến hành cắt nhấn chuột phải vào analysis design chọn Craete Maxwell Hình 4.30, Chọn mơ 3D Bước Kiểm tra mô Nếu thông báo thành công hình ta tiến hành cắt Hình 4.31 Kiểm tra mơ 5.2 số hình ảnh mơ 74 Mơ hình động Hình 4.32 Động 75 Rotor Hình 4.33 Rotor Stator Hình 4.34 Stator 76 77 Chương V BÁO CÁO VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 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: Hình 5.1 Cài đặt thời gian, bước nhảy Bước 3: nhập thơng 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 Sau chạy xong; Bước 1: thư mục thư mục Maxwell2DDesign (transient XY) Nhấn chuột phải vào Results chọn Create transient Report ⤐ Rectangula plot Xuất bảng sau: 78 Hình 5.2 Chọn đồ thị kết Bước 2: Ta chọn Windings sau chon tất dịng có thư mục nhấn vào New Report ( ý chọn thứ tự ba pha) Đặc tính Hình 5.3 Đặc tính điện áp đầu vào Giá trị điện áp pha không đổi theo thời gian Giá trị điện áp biên độ đo 220V Tương tứng với điện áp đỉnh 311V 79 Hình 5.4 Đặc tính dịng điện Khi khởi động dịng điện tăng lên 50A giảm dần theo thời gian Dịng điện ổn định sau 100ms 5,32A Hình 5.5 Đặc tính điện áp cảm ứng (đo cuộn dây lúc làm việc) 80 Hình 5.6 Đặc tính tổn hao lúc khởi động Hình 5.7 Đặc tính tốc độ Tốc độ ổn định sau 200ms 1460 v/p Từ trường máy điện Bước 1: Bôi đen phần cắt >> nhấn chuột phải chọn fields >> B >> B_vector Xuất bảng sau: 81 Hình 5.8 Chọn Vector Bước 2: Chọn Done Bước 3: Trong thư mục Maxwell2DDesign (transient XY) chọn thư mục Field Overlays Bước 4: Chọn B >> nhấn chuột phải vào mục chọn animate 82 Hình 5.9 Từ trường 0,01s Hình 5.10 Từ trường 0,015s 83 Hình 5.11 Từ trường 0,02s Hình 5.12 Từ trường 0,025s 84 Hình 5.13 Từ trường 0,03s Đánh giá kết 4.1 Dịng điện Từ kết mơ ta dịng điện đỉnh ổn định 7,5A Từ ta dòng điện hiệu dụng : 5,3 A Dòng điện hiệu dụng mác động 5A Sai số : = 0,06 = 6% Vậy kết mô dịng điện tương đối xác 4.2 Tốc độ động Từ kết mô ta tốc độ ổn định 1460 v/p Tốc độ ổn định mác động 1425v/p Sai số : 0,025 = 2,5% Vậy kết mô tốc độ tương đối xác 85 Kết luận chung Qua mơ với đối tượng thử nghiệm động không đồng 2,2kW nhà máy chế tạo điện Hà Nội, nhóm thực đồ án có số kết luận sau: Kết mơ dịng điện định mức 5,3A/5A với sai số 6%, kết tương đối xác Kết mơ tốc độ định mức 1460/1425 vg/ph với sai số 2,5% kết tương đối xác Với kết so sánh tốc độ dịng định mức, nhóm đồ án bước đầu khẳng định việc sử dụng phần mềm ANSYS/Maxwell để mô động không đồng khả quan Phần mềm Anssys/Maxwell phần mềm sử dụng phổ biến giới mơ máy điện Nó có ứng dụng phương pháp tính tốn giải tốn trường điện từ máy điện nói chung động khơng đồng nói riêng Vì vậy, kết đạt được, nhóm đồ án mong muốn việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm ANSYS/Maxwell phổ biến trường đại học Cơng nghiệp Hà Nội nói riêng, trường đại học sở nghiên cứu sản xuất máy điện nói chung Việt Nam 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Thành – Giáo trình Động điện [2] Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh ; (2006) – Thiết kế máy điện – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] ANSYS Maxwell training manual 2013 [4] https://www.ANSYS.com/products/electronics/ANSYS-rmxprt? fbclid=IwAR21YPQNF3ktykAxpegcBq8_HUx52RzhAQ7At2ufkROj8jx2tP_AETZpY dI [5] https://www.youtube.com/watch?v=6w78asoD5aE&fbclid=IwAR0YxYc9o7NXZ3NU3JBUMu-MCV3R2sOEnPW2TW1TbGFZZz1xLgwcM_cAhM [6]https://www.youtube.com/watch? v=Caj6t5H1Jc4&fbclid=IwAR1G0FH1di2cam1HOAAiIcLJuBM92dt9CqQwoO09DXa wfjMCUK-Rj-mKA0Q 87 ... thành phần ANSYS Phần mềm ANSYS gồm nhiều modul khác nhau: ANSYS/ Multiphysics, ANSYS Mechanical, ANSYS Professional, ANSYS Structural, ANSYS LS-DYNA, ANSYS LinearPlus, ANSYS Thermal, ANSYS Emag, ANSYS. .. FLOTRAN, ANSYS PrepPost, ANSYS CFX, ANSYS ED, ANSYS PTD, ANSYS TASPCB, ANSYS ICEM CFD, ANSYS AI*Evironment, ANSYS DesignXploder, ANSYS Design Modeler, ANSYS DesignExplode VT, ANSYS BledeModeler, ANSYS. .. khơng gặp sai sót tiết kiệm thời gian 2.2 Giới thiệu phần mềm Maxwell - Khái quát phần mềm Maxwell: Maxwell phần mềm mô phỏng, đánh giá phần mềm mô trường điện từ hàng đầu dành cho kỹ sư chuyên