8. Cấu trúc nội dung của luận án
3.2.2 Phần 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 vềđiện trường “Electric” như “Electrostatic”, “DC conduction” và “Electric Transient”.
Quá trình giải bài toán bằng phương pháp PTHH được mô tảtrên lưu đồ Hình 3.3 [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: [𝛹𝛹12 𝛹3 ] = [𝐿𝐿1121 𝐿𝐿1222 𝐿𝐿1323 𝐿31 𝐿32 𝐿33 ] [𝑖𝑖12 𝑖3] (3.1)
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: [𝛹𝛹12 𝛹3 ] = [𝐿] [10 0] = [ 𝐿11 𝐿21 𝐿31 ] (3.2)
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 độdòng điện từ phép tính Curl H với toàn bộ dòng kích thích
đầu vào, giá trị lý tưởng
là bằng 0. Tuy nhiên trong các bài toán thực tế, với sốlượng PTHH sẽ tồn tại giá trị
chênh lệch mật độdòng. Năng lượng được tính từ mật độdòng điện dư này được hệ
thống ghi nhận là “ Energy Error”, nếu phần trăm giữa “ Energy Error” với năng lượng tổng lớn hơn giá trịđặt thì hệ thống sẽchia lưới mịn hơn (chia thành các phần tử nhỏhơn) 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.