Nghiên cứu triển khai phần mềm ANSYS MAXWELL mô phỏng động cơ không đồng bộ

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 nổi bật trong đó phải kể đến đó là thiết lập nên lý

thuyết cổ điển về bức xạ điện từ Phương trình Maxwell của trường điện từ đã được gọi

là lần thống nhất vĩ đại thứ hai trong vật lý.

Vì vậy sau này Ansoft một tập đoàn hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế các phần mềm

mô phỏng đã cho ra mắt phần mềm Ansys Maxwell mang tên nhà vật lý vỹ đại là một

phần mềm mô phỏng công nghiệp

Đồ án điện công nghiệp của TS Đoàn Đức Tùng mang tên “ tìm hiểu về phần mềm mô phỏng Maxwell” đã giúp em có được cơ hội được tìm hiểu học hỏi về một

phần mềm có nhiều ứng dụng to lớn trong công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực điện công nghiệp mà em đang theo học Nhờ sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của những người

lái đò, những người đi trước như thầy Đoàn Đức Tùng và Đoàn Thanh Bảo trong đề

tài này em đã hiểu khái quát chức năng cách cài đặt và sử dụng phần mềm Em đã thực hiện một số ví dụ mô phỏng trên phần mềm và thu được kết quả tương đối chính xác.

Tuy nhiên em còn rất mơ hồ về nhiều vấn đề về phần mềm Maxwell nên em sẽ cố gắng

tìm hiểu và nghiên cứu trong thời gian tới

Em mong nhận được những đóng góp quý báu của các thầy để giúp em trở thành chuyên gia về phần mềm này.

Em xin chân thành cảm ơn hai thầy Đoàn Đức Tùng và Đoàn Thanh Bảo

Quy nhơn ngày 01 tháng 12 năm 2016

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS

MAXWELL

I Khái niệm về phần mềm Maxwell.

Maxwell là một phần mềm mô phỏng, được đánh giá là phần mềm mô phỏng

điện từ hàng đầu giành cho kỹ sư chuyên về thiết kế và phân tích các thiết bị cơ và

điện từ trong động cơ, bộ truyền động, máy biến áp, cảm biến và cuộn cảm Maxwell

sử dụng phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề liên quan đến trường điện từ tĩnh trong miền tần số biến thiên (theo thời gian).

II Ứng dụng

Một ưu điểm nổi bật của Maxwell là tiến trình xử lí tự động tại những vị trí người dùng mong muốn để tao ra các vùng làm việc độc lập, đưa ra các đặc tính của

vật liệu để trích xuất dữ liệu ra bên ngoài Nhờ tính năng độc đáo này Maxwell có

thể giải quyết vấn đề một cách hiệu quả bằng việc tạo ra mắt lưới phù hợp, với độ chính xác cao Điều này được chứng tỏ thông qua quá trình tương thích tự động của các mặt lạ, chúng sẽ phân tách các thành phần phức tạp thu được trong tiến trình

xử lí giúp các kỹ sư thuận lợi và dễ dàng trong khi thiết kế

Maxwell có khả năng phát hiện hifi, làm giảm các kiểu models cần phân tích

thông qua các phương pháp phân tích được ứng dụng rộng trong Simplorer, một phần mềm mô phỏng hệ thống đa vùng của ANSYS Khả năng này cho phép tạo ra một dòng thiết kế điện từ mạnh mẽ, giúp người dùng liên kết chính xác các mạch phức tạp với các models cửa Maxwell, tạo hiệu suất cao trong việc thiết kế các hệ thống cơ điện và điện công suất.

III Các vấn đề chính được giải quyết,

Các thành phần mà Maxwell giải quyết như:

 Trường tĩnh điện: Trường tĩnh điện, lực và momen xoắn, điện dung gây ra bỡi phân bố điện áp, chỉ vật liệu tuyến tính.

 Trường dẫn một chiều: Điện áp, trường điện và mật độ dòng được tính bỡi hiệu điện thế Ma trận trở kháng có thể

thêm vào các vật liệu cách điện quanh dây dẫn để tính điện trường bao gồm cả vật cách điện.

 Trường từ tĩnh: Trường từ tĩnh momen xoắn, lực từ, cảm ứng gây ra bỡi dòng điện một chiều, trường điện tĩnh ngoài

và nam châm Các vật liệu tuyến tính và phi tuyến tính.

 Dòng điện xoáy: Trường điện từ biến đổi điều hòa, lực momen xoắn và trở kháng gây ra 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 về động cơ trên Ansys Maxwell.

1 Khởi động phần mềm và chọn loại động cơ thiết kế

Bước 1: Khởi động phần mềm Ansys Maxwell trên máy tính, xuất hiện màn hình khởi động bên dưới.

Bước 2: Chọn Insert RMxprt Design →sau đó ta chọn vào dòng “Three-Phase Inductiion Motor” Mở thư mục RMxprt design bắt đầu thiết kế.

2 Nhập thông số ban đầu của động cơ ở mục machine.

Bước 1: nhấn vào dấu “+” ở thư mục “RMxprt design” ta chọn Machine

để thiết lập những thông số cơ bản của động cơ như : số cực p, tốc độ quay của từ trường n1 và các tổn hao.

Bước 3: Nhấn đúp chuột vào Machine sẽ xuất hiện bảng :

Bước 4: Nhập thông số xong ta nhấn “OK”.

Trong đó: Number of Poles : Số cực của động cơ (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)

I Thiết kế Stator trên Ansys Maxwell.

1. Tao khung Stator trên ansys.

Bước 1: ở thư mục “RMxprt design” ta chọn Stator để thiết lập những thông số của stator.

Bước 2: Nhấn đúp chuột vào stator sẽ xuất hiện bảng:

Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK.

Trong đó: Outer diameter : đường kính ngoài (Dn)

Inner diameter : đường kính trong (D)

Length : chiều dài lõi sắt stator

Steel type : loại thép

Number of slots : số rãnh (Z1)

Slot type : quả lê hình số 2

2. Tạo kích thước rãnh Stator trên Ansys.

Bước 1: nhấn dấu + vào Stator sau đó ta chọn Slot để thiết lập những thông số của rãnh stator.

Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Slot sẽ xuất hiện bảng:

Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK

Trong đó:

Hs0: “h41” trong matlab

Bs0: “b41”

Số liệu của rãnh như hình dưới:

3. Đi dây cho stator.

Bước 1: nhấn dấu + vào Stator sau đó ta chọn ta chọn Winding

để thiết lập những thông số của dây quấn stator.

Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Winding sẽ xuất hiện bảng:

Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK.

Trong đó: Winding Layers : Số lớp dây

Winding Type : Kiểu dây Parallel Branches : Số mạch nhánh song song Conductors per Slot : Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh Number of Strands : Số sợi

II Thiết kế rotor trên phần mềm Ansys Maxwell.

1.

Tạo khung rotor trên ansys.

Bước 1: : ở thư mục “RMxprt design” ta chọn Rotor để thiết lập những thông số của Rotor.

Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Rotor sẽ xuất hiện 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 ngoài của Rotor (D1)

Inner Diameter : Đường kính trong của Rotor (Dt) Length : Chiều dài lõi sắt Rotor l2

Steel Type : Loại thép Skew Width : Độ nghiêng của rãnh Cast Rotor : Rotor dạng đúc

2.

Tạo kích thước rãnh Rtor trên Ansys.

Bước 1: nhấn vào dấu + vào thư mục Rotor ta chọn ta chọn Slot để thiết lập những thông số của rãnh Rotor.

Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Slot sẽ xuất hiện bảng:

Bước 3: nhập thông số xong ta nhấn OK

Trong đó:

Bước 1: : nhấn vào dấu + vào thư mục Rotor sau đó ta chọn Winding

để tạo vòng ngắn mạch trong Rotor.

Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Winding sẽ xuất hiện bảng:

Bước 3: Nhập thống số xong ta nhấn nút OK.

Trong đó: Bar Conductor Type : Vật liệu thanh 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 và cắt mô hình trước khi chạy mô

phỏng.

1 Nhập các thông số trong slution setup trước khi chạy

Bước 1: nhấn dấu + vào thư mục Machine sau đó nhấn chuột

phải vào biểu analysis chọn “add slution setup” sau đó nhập

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 cơ

Rated Speed : Tốc độ rotor

Operating Temperature : Nhiệt độ hoạt động của máy

Winding Connection : Kiểu đấu dây

2 Kiểm tra tất cả trước khi chạy.

Bước 1: kiểm tra các thông số của động cơ Ta nhấn chuột phải vào

chọn “validation Check « Nếu xuất

hiện thông báo hình dưới đây thì các thông số đã thành công Nếu không ta phải kiểm tra lại

Bước 2 : kiểm tra mô phỏng

Nếu như thông báo thành công như hình dưới đây thì ta tiến hành cắt.

3 Kiểm tra xong nếu không có lỗi ta cắt mô hình của động cơ ra để chạy

mô phỏng.

Bước 1 : kiểm tra

Hình ảnh sau khi tiến hành cắt :

II Chạy mô phỏng.

1 Chỉnh thời gian chạy mô phỏng.

Bước 1: nhấn vào dấu “+” trước thư mục Maxwell2DDesign 2 (transient XY) Sau đó nhấn vào dấu (+) trước thư mục analysis

Bước 2: Nhấn vào mục setup sẽ xuất hiện 2 bảng sau:

Bước 3: nhập thông số vào bảng sau đó nhấn OK.

Bước 4: chạy mô phỏng ta nhấn Click Analyze All Chạy mô phỏng trong thời

gian 15-60 phút tùy vào cấu hình máy tính của bạn ( riêng máy của em thì là 30p).

2. Sau khi chạy xong;

Bước 1: trong thư mục Maxwell2DDesign 2 (transient XY) Nhấn chuột phải

vào thư mục Results chọn Create transient Report ⤐ Rectangula plot.

Xuất hiện bảng sau:

Bước 3: ta chọn Windings sau đó chon tất cả các dòng có trong thư mục và nhấn vào

New Report ( chú ý chọn lần lượt thứ tự ba pha)

Sau khi chọn xong ta được các đồ thị dòng điện điện áp.

III Đồ thị

H1 Đồ thị điện áp đầu vào

H2 Đồ thị dòng điện

H3 Đồ thị điện áp cảm ứng (đo trên cuộn dây lúc làm việc)

H4 Đồ thị tổn hao lúc khởi động

IV Chạy mô phỏng để xem từ tính.

Bước 1: Bôi đen phần cắt >> nhấn chuột phải chọn fields >> B >> B_vector.

Xuất hiện bảng như sau:

CHƯƠNG III KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu nội dung đề tài “ tìm hiểu về phần mềm Ansys Maxwell” em

thấy được tầm quan trọng cũng như những ứng dụng của nó đối với lĩnh vực điện công nghiệp nói chung và những kỹ sư tương lai nói riêng Phần mềm này giúp em dễ dàng tìm hiểu được chi tiết về thiết bị điện đặc biệt là phần cảm ứng từ, từ tính của động cơ

mà mắt thường chúng ta không nhìn thấy được cũng như tính toán rất khó khăn để tìm

ra, thậm chí tính toán bằng tay có độ chính xác không cao.

Phần mềm này giúp em tiết kiệm được rất nhiều thời gian cũng như công sức

tính toán tìm hiểu về đông cơ Giờ đây khi có phần mềm Maxwell này mọi công việc trở

nên đơn giản hơn rất nhiều.

Tuy nhiên bên cạnh những mặt tích cực những lợi ích tiện dụng mà phần mềm mang lại thì còn có những nhược điểm đó là phần mềm này toàn tiếng anh sẽ rất khó khăn nếu như các bạn kém về tiếng anh đặc biệt là tiếng anh chuyên nghành vì khi dùng google dịch độ chính xác không cao cho nên dễ dẫn đến nhầm lẫn trong các bước sử dụng và thiết kế trên phần mềm.

Khâu chạy mô phỏng Analyze All tốn rất nhiều thời gian đặc biệt những máy tính có cấu hình thấp như máy em.

Do thời gian có hạn nên việc sưu tầm, tìm hiểu và kỹ năng sử dụng phần mềm còn nhiều hạn chế, hiểu biết chắc chắn còn nhiều thiếu sót về phần mềm, nên chỉ dừng lại ở mức độ tham khảo em mong thầy xem xét giúp đỡ em hoàn thiện tốt đề tài này.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Đức Tùng và thầy Đoàn Thanh

Bảo những người lái đò đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian vừa qua để em

hoàn thành đồ án điện công nghiệp