8. Cấu trúc nội dung của luận án
3.2.2Phần mềm Ansys Maxwell
Ansys Maxwell là một trong những công cụ mạnh sử dụng phương pháp PTHH được tạo bởi hãng Ansoft. Công cụ này được ứng dụng để thực hiện nghiên
cứu phân tích các bài toán về trường điện từ trên mô hình 2D và 3D của đối tượng nghiên cứu thông qua các nhóm bộ giải về từ trường “Magnetic” như “Magnetostatic”, “Eddy-Current” hay bộ giải “Transient” phân tích bài toán điện từ theo miền thời gian và các nhóm bộ giải về điện trường “Electric” như “Electrostatic”, “DC conduction” và “Electric Transient”.
Quá trình giải bài toán bằng phương pháp PTHH được mô tả trên lưu đồ
Hình3.3 [93], [94].
Thông qua bộ giải “Magnetostatic” có thể xác định được các thông số điện cảm, phân bố từ cảm trên mạch từ, dây quấn, phân bố từ thông tản xung quanh khe hở trên trụ và nhiều thông số
khác. Theo [93] điện cảm có thể được xác định thông qua quan hệ từ thông móc vòng với dòng điện như ví dụ mô tả trên
Hình 3.4
với ba thanh dẫn mang dòng điện. Ma trận điện cảm biểu diễn mối quan hệ giữa từ thông móc vòng với dòng điện:
Hình 3.4 Minh họa điện cảm tự cảm và hỗ cảm [93]
� 1 �11 �12 �13 �1 [�2] = [ 21� �22 �23] [ 2� ] (3.1) �3 �31 �32 �33 �3
Nếu hệ thống có n thành phần dòng điện trên dây dẫn thì ma trận điện cảm có kích thước [n n] tương ứng.
Khi đặt dòng điện i1 có giá trị 1 A, dòng i2 và i3 đều bằng 0 A, ma trận điện cảm trở thành:
�1 1 �11
[� 2] = [�] [0] = [�21] (3.2)
�3 0 �31
Ma trận điện cảm là ma trận vuông đối xứng qua đường chéo, các đại lượng trên đường chéo của ma trận điện cảm là điện cảm tự cảm ( L11, L22 và L33) còn các đại lượng ngoài đường chéo của ma trận điện cảm là điện cảm hỗ cảm có L12 = L21, L13 = L31 và L23 = L32.
Việc đầu tiên của quá trình phân tích mô phỏng là thiết lập lưới trên mô hình đối tượng. Với bộ giải “Magnetostatic”, hệ thống thực hiện chia lưới thích nghi, từ
lưới ban đầu được khởi tạo sau đó tinh chỉnh qua các bước lặp để giảm kích thước của các PTHH tại các khu vực hay những vùng có sai số lớn, do đó nâng cao độ chính
xác và giảm thời gian mô phỏng. Chi tiết quá trình chia lưới trên mô hình đối tượng được thực hiện theo lưu đồ
Hình 3.5. Hệ thống sẽ khởi tạo lưới ban đầu, tính toán trường và thực hiện phân tích độ chính xác thông qua giá trị năng lượng. Cơ chế so sánh tùy thuộc vào bộ giải được sử dụng. Ví dụ với bộ giải “Magnetostatic” này, hệ thống sẽ so sánh giá trị mật độ dòng điện từ phép tính Curl H với toàn bộ dòng kích thích đầu vào, giá trị lý tưởng
Hình 3.5 Lưu đồ thực hiện chia lưới mô hình đối tượng [93] là bằng 0. Tuy nhiên trong các bài toán thực tế, với số lượng PTHH sẽ tồn tại giá trị chênh lệch mật độ dòng. Năng lượng được tính từ mật độ dòng điện dư này được hệ thống ghi nhận là “ Energy Error”, nếu phần trăm giữa “ Energy Error” với năng lượng tổng lớn hơn giá trị đặt thì hệ thống sẽ chia lưới mịn hơn (chia thành các phần tử nhỏ hơn) tại các khu vực hay những vùng có sai số lớn. Với các vòng tính lặp sau, hệ thống sẽ tính thêm phần trăm thay đổi của năng lượng tổng so với vòng tính trước gọi là “Delta Energy (%)”. Quá trình tinh chỉnh lưới thích nghi qua các vòng lặp cho đến khi cả hai thông số “Energy Error %” và “Delta Energy (%)” thấp hơn giá trị sai số mong muốn hoặc đến giới hạn số vòng lặp tối đa khi thiết lập.