 |
مدل سازی یک ژنراتور الکتریکی به صورت سه بعدی
معرفی
این برنامه نحوه مدلسازی یک ماشین الکتریکی مانند ژنراتور، موتور یا درایو را با استفاده از تقارن بخش آن برای کاهش اندازه مشکل نشان می‌دهد. ماشین مورد مطالعه یک ژنراتور الکتریکی ساده شده در سه بعدی است که بر اساس هندسه استفاده شده در ژنراتور در کاربرد دو بعدی است.
این برنامه از رابط ماشین های چرخشی، مغناطیسی استفاده می کند . توصیه می شود قبل از شروع کار با این اپلیکیشن نگاهی به آموزش سه بعدی Rotating Machinery مدل داشته باشید .
تعریف مدل
هندسه کامل در شکل 1 نشان داده شده است . قسمت هایی از استاتور برای نشان دادن روتور برداشته شده است. هسته روتور و استاتور از لمینت ( σ = 0 S/m)، آهن قابل اشباع تشکیل شده است و دندانه های روتور آهنرباهای دائمی از مواد موجود هستند.
ژنراتور با سرعت چرخشی 60 دور در دقیقه می چرخد و مدل در حوزه زمانی از t = 0 s تا t = 0.25 ثانیه حل می شود، پس از آن روتور به پیکربندی متقارن معادل اولیه می رسد.
شکل 1: هندسه ژنراتور.
هندسه دارای دو نوع تقارن است: تقارن بخش و تقارن بازتابی نسبت به صفحه میانی متعامد به محور، بنابراین می توان آن را به هندسه بخش نشان داده شده در شکل 2 کاهش داد . شکل شرایط مناسب برای استفاده در مرزهای برش تقارن را نشان می دهد:
• | شرایط مرزی دوره ای باید در طرفین تقارن بخش استفاده شود. نوع تناوب انتخاب شده Antiperiodicity است ، زیرا ورودی های مدل (چگالی شار باقیمانده در آهنرباهای دائمی) علامت را در بخش های مجاور تغییر می دهند. |
• | شرط جفت تقارن بخش بر روی جفت هویت ایجاد شده توسط هندسه در مرز تماس بین روتور و استاتور اعمال می شود. نوع تناوب باید با نوع مشخص شده در ویژگی‌های وضعیت مرزی دوره‌ای، یعنی Antiperiodicity مطابقت داشته باشد . |
• | تقارن انعکاس مؤلفه طبیعی میدان مغناطیسی را وادار می کند که در سطح میانی صفر شود. این شرایط توسط ویژگی پیش فرض عایق مغناطیسی اعمال می شود .  |
شکل 2: شرایط مرزی مورد استفاده برای در نظر گرفتن تقارن مدل.
مدل سازی کویل
سیم پیچ استاتور شکلی غیر منظم دارد که در دسته خطی یا دایره ای قرار نمی گیرد. جهت سیم پیچ را می توان در یک مرحله پیش پردازش Coil Geometry Analysis محاسبه کرد .
سیم پیچ استاتور تحت تأثیر برش تقارن نیز قرار می گیرد. طول مدل شده سیم پیچ 1/16 طول واقعی آن است (به دلیل تقارن بخش 8 برابری و تقارن آینه). برای اطمینان از اینکه مقادیر توده ای مانند ولتاژ سیم پیچ یا جریان به درستی محاسبه می شوند، فاکتورهای تقارن مناسب را در زیرگره تحلیل هندسه زیر گره سیم پیچ مشخص کنید .
فرمول مخلوط
این نرم افزار از عملکرد ترکیبی فرمولاسیون Rotating Machinery، رابط مغناطیسی استفاده می کند. این پتانسیل اسکالر مغناطیسی V m را در مناطق نارسانا و برای پتانسیل بردار مغناطیسی A در مناطق رسانا حل می کند. فرمول اسکالر با ویژگی های حفظ شار مغناطیسی حل می شود ، در حالی که فرمول برداری با ویژگی های قانون آمپر حل می شود . مزایای استفاده از فرمول پتانسیل اسکالر در شکاف هوا و مناطق نارسانا عبارتند از:
• | بقای شار مغناطیسی دقیق تر توسط جفت جفت (Sector Symmetry). به همین دلیل، استفاده از پتانسیل اسکالر در مناطق مجاور یک جفت مهم است. |
• | تعداد درجات آزادی در مقایسه با فرمول برداری کاهش یافته است. |
محدودیت فرمول اسکالر این است که نمی‌توان آن را در حوزه‌های رسانا یا حوزه‌هایی که جریان‌ها را حمل می‌کنند، یا در مناطقی که دارای زنجیره حلقه بسته یک جریان هستند، استفاده کرد (به عنوان مثال، نمی‌توان از آن در ناحیه هوای اطراف سیم‌پیچ استفاده کرد).
هنگام استفاده از یک شرط تناوبی در یک مدل متقارن بخش باید دقت شود، زیرا شرایط توپولوژیکی در مناطق پتانسیل اسکالر باید در هندسه کامل نیز برآورده شود.
حل کننده های مستقیم و منحصر به فرد بودن راه حل
رابط Rotating Machinery, Magnetic به طور پیش فرض از یک حل کننده مستقیم برای شبیه سازی های ثابت و گذرا استفاده می کند. حل‌کننده‌های مستقیم معمولاً عملکرد بهتری نسبت به حل‌کننده‌های تکراری به قیمت افزایش استفاده از حافظه دارند.
حل‌کننده‌های مستقیم، بر خلاف حل‌کننده‌های تکراری، تنها زمانی می‌توانند راه‌حلی را بیابند که منحصربه‌فرد باشد. فرمول پتانسیل برداری تابع آزادی گیج است، به این معنی که راه حل تا یک تبدیل سنج منحصر به فرد است. برای اطمینان از راه‌حل منحصربه‌فرد جهانی برای مرحله مطالعه ثابت، لازم است با استفاده از ویژگی Gauge Fixing for A-Field در همه حوزه‌هایی که فرمول برداری استفاده می‌شود، گیج را انتخاب کنید (تثبیت کنید). با این حال، برای مرحله مطالعه وابسته به زمان، اگر رسانایی این حوزه‌ها به معنای عددی صفر نباشد، نیازی به تثبیت گیج نیست. اطلاعات بیشتر در مورد گیج الکترومغناطیسی و تثبیت گیج را می توان در راهنمای کاربر ماژول AC/DC یافت .
محاسبه ضرر
تلفات مقاومتی و آهن با استفاده از ویژگی فرعی محاسبه تلفات و مطالعه تلفات زمان تا فرکانس محاسبه می‌شوند. برای بخش آهنی ژنراتور، مدل تلفات برتوتی برای محاسبه چگالی توان تلفات متوسط چرخه انتخاب شده است. سپس یک ادغام حجمی برای محاسبه توان تلفات کل ژنراتور انجام می شود. ولتاژ تولیدی و تلفات با همتای دوبعدی این مدل یعنی ژنراتور در دوبعدی مقایسه شده است .
نتایج و بحث
نمودار بخش چگالی شار مغناطیسی در شکل 3 ارائه شده است . محلول در قاب فضایی ترسیم می شود که روتور در آن حرکت می کند.
شکل 3: نمودار بخش چگالی شار مغناطیسی.
برای تجسم راه حل در هندسه کامل، آن را با استفاده از مجموعه داده های Sector 3D و Mirror بازسازی کنید . این مجموعه داده های تخصصی راه حل دیگری را با چرخش و انعکاس مجموعه داده های دیگر مطابق با مشخصات ایجاد می کنند.
برای محاسبه صحیح ضد تقارن، کادر بررسی Invert stage when rotating را در مجموعه داده Sector 3D انتخاب کنید . این قابلیت علامت راه حل را هنگام ایجاد بخش های مجاور تغییر می دهد. نمودار حاصل در شکل 4 نشان داده شده است .
شکل 4: نمودار چگالی شار مغناطیسی در هندسه کامل و بازسازی شده.
در نهایت، شکل 5 ولتاژ سیم پیچ القایی را به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد. ولتاژ تعداد سیم های سیم پیچ چند چرخشی و تقارن را در نظر می گیرد. ولتاژ شبیه سازی شده مطابقت خوبی با نتیجه مدل 2 بعدی مربوطه دارد، به شکل 3 در برنامه Generator in 2D مراجعه کنید .
شکل 5: ولتاژ القا شده در سیم پیچ کامل به عنوان تابعی از زمان.
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Devices,_Motors_and_Generators/sector_generator_3d
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Electromagnetics and Mechanics>Rotating Machinery, Magnetic (rmm) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > تحلیل هندسه سیم پیچ را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
تعریف پارامترهای مدل: عبارات جهانی و ثابتی که می توانند در هر نقطه از برنامه استفاده شوند.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
d_wire | 3[mm] | 0.003 متر | قطر سیم در سیم پیچ |
ن | 100 | 100 | تعداد چرخش در سیم پیچ |
دور در دقیقه | 60 دور در دقیقه | 1 1/s | سرعت زاویه ای روتور |
هندسه 1
دنباله هندسی را از یک فایل جداگانه با استفاده از قابلیت Insert Sequence وارد کنید . این قابلیت تمام گره های فرعی گره Geometry در فایل انتخابی را در مدل فعلی کپی می کند.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل مراجعه کنید و روی فایل sektor_generator_3d_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه نشان دهنده بخشی از مولد کامل است که در امتداد صفحه تقارن xy نصف شده است . هندسه از دو جسم تشکیل شده است، یکی برای روتور و دیگری برای استاتور. آنها از اجزای جداگانه با استفاده از دو عملیات اتحادیه ساخته شده اند. هندسه با استفاده از Form Assembly نهایی می شود ، که مرزهای لمس را تشخیص می دهد و یک جفت هویت ایجاد می کند که آنها را به هم متصل می کند.
تعاریف
به تعریف گره‌های انتخاب ادامه دهید: مجموعه‌ای نام‌گذاری شده از موجودیت‌های هندسی (مانند دامنه‌ها یا مرزها) که می‌توانند هنگام اعمال معادلات، شرایط مرزی و سایر ویژگی‌ها مجدداً استفاده شوند. انتخاب‌های جدید را نیز می‌توان با اعمال عملیات پیشرفته‌تر روی انتخاب‌های دیگر، مانند گرفتن مکمل یا موجودیت‌های مجاور، به‌دست آورد. استفاده از Selections گردش کار را به خصوص در مدل هایی با هندسه های پیچیده ساده می کند. انتخاب‌های صریح، انتخاب‌هایی نام‌گذاری شده‌اند که در آن موجودیت‌ها (در این مورد دامنه‌ها) به صراحت انتخاب می‌شوند.
سیستم استوانه ای 2 (sys2)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Coordinate Systems کلیک کنید و سیستم استوانه ای را انتخاب کنید . |
سیستم مختصات استوانه ای که به تازگی ایجاد شده است برای تعیین میدان آهنرباهای دائمی استفاده خواهد شد.
کویل استاتور
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، کویل Stator را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
به‌جای کلیک دستی روی دامنه‌ها، می‌توانید به راحتی نهادهای دامنه را با نمای Paste Selection اضافه کنید:
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید .  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 17 19 20 22 23 24 را در قسمت انتخاب متن (دامنه های متعلق به سیم پیچ) تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید .  |
آهنربای دائمی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label ، Permanent Magnet را تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 9 و 10 (دامنه آهنربا) را انتخاب کنید.  |
دامنه های چرخشی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Rotating Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 1-10 (همه دامنه های موجود در روتور) را انتخاب کنید.  |
تعاریف
با گرفتن مکمل انتخاب روتور، انتخابی برای حوزه های ثابت ایجاد کنید.
دامنه های ثابت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Complement کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Complement ، Stationary Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to invert ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Rotating Domains را در فهرست Selections to Invert انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
وضعیت تناوبی: روتور
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، عبارت Periodic Condition: Rotor را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 1، 2، 6، 7، 14، 18، 23 و 27 را انتخاب کنید.  |
وضعیت تناوبی: استاتور، پتانسیل اسکالر
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، عبارت Periodic Condition: Stator، Scalar Potential را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 49، 52، 56 و 59 را انتخاب کنید.  |
وضعیت تناوبی: استاتور، پتانسیل برداری
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، وضعیت دوره ای: استاتور، پتانسیل برداری را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 75، 78، 96، 98، 118 و 125 را انتخاب کنید.  |
مقصد
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Destination را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 41–44 را انتخاب کنید. |
منبع
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، منبع را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 48، 51، 55 و 58 را انتخاب کنید. |
جفت مرز هویت 1 (ap1)
در نهایت، اطمینان حاصل کنید که سمت مقصد جفت هویت در دامنه متحرک است. این عملکرد بهتری را در حین حل ارائه می دهد.
مرزهای منبع و مرزهای مقصد را بررسی کنید و مطمئن شوید که دامنه های متحرک در سمت مقصد هستند. مرزها با افزایش مختصات x به تدریج شماره گذاری می شوند، بنابراین مرزهای سمت روتور دارای اعداد کمتری هستند. روی دکمه Swap Source and Destination کلیک کنید تا تخصیص مرز را عوض کنید و مرزها را با اعداد پایین در سمت مقصد قرار دهید.
مواد را اضافه کنید
با تعریف مواد ادامه دهید.
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، AC/DC> Soft Iron (Without Losses) را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
7 | در درخت، AC/DC>Hard Magnetic Materials>Sintered NdFeB Grades (استاندارد چینی )>N50 (Sintered NdFeB) را انتخاب کنید . |
8 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
9 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آهن نرم (بدون تلفات) (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Soft Iron (Without Losses) (mat2) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1، 2، 5، 6، 15 و 16 را انتخاب کنید.  |
N50 (Sintered NdFeB) (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی N50 (Sintered NdFeB) (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مغناطیس دائمی را انتخاب کنید .  |
ماشین آلات دوار، مغناطیسی (RMM)
به تنظیمات رابط فیزیک بروید.
حفظ شار مغناطیسی: شکاف هوا
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Rotating Machinery, Magnetic (rmm) کلیک راست کرده و Magnetic Flux Conservation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حفظ شار مغناطیسی ، حفظ شار مغناطیسی: شکاف هوا را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 3، 4، 7، 8 و 11-14 را انتخاب کنید.  |
بقای شار مغناطیسی: آهن روتور
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Magnetic Flux Conservation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حفظ شار مغناطیسی ، حفظ شار مغناطیسی: آهن روتور را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 1، 2، 5 و 6 را انتخاب کنید.  |
4 | بخش Constitutive Relation B-H را پیدا کنید . از لیست مدل مغناطیسی ، منحنی BH را انتخاب کنید . |
محاسبه ضرر 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Loss Calculation را انتخاب کنید . |
مدل ضرر را برتوتی تنظیم کنید .
2 | در پنجره تنظیمات برای محاسبه ضرر ، بخش مدل ضرر را پیدا کنید . |
3 | از لیست مدل Loss ، Bertotti را انتخاب کنید . |
قانون آمپر: آهن استاتور
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Domains کلیک کنید و قانون آمپر را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات قانون آمپر ، قانون آمپر: آهن استاتور را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 15 و 16 را انتخاب کنید.  |
4 | بخش Constitutive Relation B-H را پیدا کنید . از لیست مدل مغناطیسی ، منحنی BH را انتخاب کنید . |
محاسبه ضرر 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Loss Calculation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای محاسبه ضرر ، بخش مدل ضرر را پیدا کنید . |
3 | از لیست مدل Loss ، Bertotti را انتخاب کنید . |
آهن ربا
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Domains کلیک کنید و قانون آمپر را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات قانون آمپر ، Magnet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 9 و 10 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Coordinate System Selection را پیدا کنید . از لیست سیستم مختصات ، سیستم استوانه ای 2 (sys2) را انتخاب کنید . |
5 | بخش Constitutive Relation B-H را پیدا کنید . از لیست مدل مغناطیسی ، چگالی شار پسماند را انتخاب کنید . |
محاسبه ضرر 1
در نوار ابزار Physics ، روی Attributes کلیک کنید و Loss Calculation را انتخاب کنید .
Attributes کلیک کنید و Loss Calculation را انتخاب کنید .کویل 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Coil را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای کویل ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، سیم پیچ استاتور را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coil را پیدا کنید . از لیست مدل Conductor ، چند چرخشی همگن را انتخاب کنید . |
5 | از لیست نوع سیم پیچ ، Numeric را انتخاب کنید . |
این تنظیم نیاز به حل یک مرحله پیش پردازش Coil Geometry Analysis دارد .
6 | در قسمت متنی سیم پیچ I ، 0[A] را تایپ کنید . |
7 | بخش هادی چند چرخشی همگن را پیدا کنید . در قسمت متن N ، N را تایپ کنید . |
8 | از لیست سطح مقطع سیم سیم پیچ ، از قطر سیم گرد را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متنی d coil ، d_wire را تایپ کنید . |
تجزیه و تحلیل هندسه 1
دامنه سیم پیچ تنها 1/16 طول کل سیم پیچ است (به دلیل تقارن). از عملکرد موجود در ویژگی فرعی تحلیل هندسه برای اعمال اصلاحات مناسب بر روی کمیت های توده ای مانند ولتاژ القایی استفاده کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry Analysis 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تجزیه و تحلیل هندسه ، بخش هندسه سیم پیچ را پیدا کنید . |
3 | زیربخش مشخصات تقارن را پیدا کنید . در قسمت متن F L ، 16 را تایپ کنید . |
ورودی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Geometry Analysis 1 را گسترش دهید ، سپس روی Input 1 کلیک کنید . |
2 | فقط مرز 97 (یکی از دو مرز در برش تقارن) را انتخاب کنید.  |
تجزیه و تحلیل هندسه 1
در پنجره Model Builder ، روی Geometry Analysis 1 کلیک کنید .
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Output را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 76 (مرز دیگر در برش تقارن) را انتخاب کنید.  |
رفع گیج برای A-field 1
حل‌کننده پیش‌فرض برای رابط ماشین‌های دوار سه بعدی، حل‌کننده مستقیم است که عملکرد بهتری را در مطالعات وابسته به زمان و با فرمول‌بندی ترکیبی ارائه می‌دهد. یک حل کننده مستقیم مستلزم این است که راه حل منحصر به فرد باشد، بنابراین لازم است از ویژگی Gauge Fixing استفاده شود . شکل ثابت Gauge Fixing برای پشتیبانی از مناطق با رسانایی صفر اعمال می شود.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Gauge Fixing for A-field را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
3 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Advanced Physics Options انتخاب کنید . |
4 | روی OK کلیک کنید . |
تقارن بخش 1
ویژگی تقارن بخش، جفت چرخشی- تناوبی مناسب را در جفت هویت تنظیم می کند.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Pairs کلیک کنید و Sector Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن بخش ، بخش انتخاب جفت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Pairs ، روی  افزودن کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای افزودن ، Identity Boundary Pair 1 (ap1) را در لیست Pairs انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای تقارن بخش ، بخش تنظیمات بخش را پیدا کنید . |
7 | در قسمت متنی n بخش ، 8 را تایپ کنید . |
8 | از لیست نوع تناوب ، Antiperiodicity را انتخاب کنید . |
9 | برای گسترش بخش تنظیمات محدودیت کلیک کنید . تیک استفاده از محدودیت های ضعیف را انتخاب کنید . |
شرایط دوره ای 1
شرایط دوره ای را بر روی مرزهای تناوبی اعمال کنید.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Periodic Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شرایط دوره ای ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، وضعیت دوره ای : روتور را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Periodic Condition را پیدا کنید . از لیست نوع تناوب ، Antiperiodicity را انتخاب کنید . |
شرایط دوره ای 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Periodic Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شرایط دوره ای ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، وضعیت دوره ای : استاتور، پتانسیل اسکالر را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Periodic Condition را پیدا کنید . از لیست نوع تناوب ، Antiperiodicity را انتخاب کنید . |
شرایط دوره ای 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Periodic Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شرایط دوره ای ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، وضعیت دوره ای : استاتور، پتانسیل برداری را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Periodic Condition را پیدا کنید . از لیست نوع تناوب ، Antiperiodicity را انتخاب کنید . |
جزء 1 (COMP1)
دامنه چرخشی 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Moving Mesh کلیک کنید و Domains> Rotating Domain را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای چرخش دامنه ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه های چرخشی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Rotation را پیدا کنید . از لیست نوع چرخش ، سرعت چرخش مشخص شده را انتخاب کنید . |
5 | از لیست بیان سرعت چرخشی ، چرخش ثابت در زمان را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن f ، rpm را تایپ کنید . |
ماشین آلات دوار، مغناطیسی (RMM)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Rotating Machinery, Magnetic (rmm) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماشین‌های دوار ، مغناطیسی ، برای گسترش بخش گسسته‌سازی کلیک کنید . |
3 | از لیست پتانسیل برداری مغناطیسی ، خطی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست پتانسیل اسکالر مغناطیسی ، خطی را انتخاب کنید . |
رسانایی الکتریکی هوا و آهن نرم را روی یک مقدار کوچک محدود (1[S/m]) تنظیم کنید تا پایداری عددی بهبود یابد.
مواد
آب (مت1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Air (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 1[S/m] | S/m | پایه ای |
آهن نرم (بدون تلفات) (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Soft Iron (Without Losses) (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 1[S/m] | S/m | پایه ای |
مش 1
برای عناصر حلقه‌ای که پتانسیل برداری A را توصیف می‌کنند، مهم است که مش روی دو سطح متقارن همخوانی داشته باشد، یعنی یک نگاشت یک به یک بین عناصر مش در دو طرف وجود داشته باشد. این امر نیاز به درون یابی بین عناصر مش ناهماهنگ را که تأثیر منفی بر دقت و پایداری حل کننده دارد، حذف می کند. با مش کردن نیمی از هندسه بخش و کپی کردن آن در دامنه های باقیمانده، یک مش هماهنگ ایجاد کنید. همچنین می توانید از اکستروژن در امتداد محور چرخشی با استفاده از مش جاروب استفاده کنید که اندازه مشکل را کاهش می دهد. با مش بندی نیمی از دامنه های غیر اکسترود شده شروع کنید:
Tetrahedral رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 4، 14 و 21-23 را انتخاب کنید. |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 2، 6، 8، 10، 13، 16 و 24 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در فیلد متنی Number of element ، 10 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 10 را تایپ کنید . |
6 | از لیست نرخ رشد ، نمایی را انتخاب کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
کپی دامنه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Copying Operations>Copy Domain را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 2، 4، 6، 8، 10، 13، 14، 16 و 21-24 را انتخاب کنید. |
3 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای کپی دامنه ، قسمت Destination Domains را پیدا کنید . |
5 | برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
6 | فقط دامنه های 1، 3، 5، 7، 9، 11، 12، 15 و 17-20 را انتخاب کنید. |
7 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
8 | روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .  |
مطالعه 1
تعریف مطالعه را کامل کنید. بعد از اینکه مرحله تحلیل هندسه سیم پیچ قبلا اضافه شد، یک مرحله ثابت (برای محاسبه مقادیر اولیه برای مرحله گذرا) و مرحله اصلی وابسته به زمان اضافه کنید .
ثابت
در نوار ابزار مطالعه ، روی Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .
Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .وابسته به زمان
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Time Dependent> Time Dependent را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0,0.005,0.25) را تایپ کنید . |
برای مطالعه وابسته به زمان با رسانایی محدود در همه حوزه ها، نیازی به استفاده از تثبیت سنج نیست. در مرحله بعد، غیرفعال می شود تا مدل ارزان تر حل شود.
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)> Rotating Machinery، Magnetic (rmm)، Frame Spatial Controls > Gauge Fixing برای A-field 1 را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
برای محاسبه مقادیر اولیه دقیق تر، از تلورانس سخت گیرانه تری برای گام ثابت استفاده کنید. این عملکرد حلگر وابسته به زمان را بهبود می بخشد. سپس بر روی تنظیم حل کننده گذرا عمل کنید تا در هر مرحله همگرایی شدیدتری اعمال شود.
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Stationary Solver 2 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل ثابت ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-6 را تایپ کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1) روی Dependent Variables 3 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای متغیرهای وابسته ، بخش Scaling را پیدا کنید . |
7 | از لیست روش ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
8 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 را گسترش دهید ، سپس روی Direct کلیک کنید . |
9 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش عمومی را بیابید . |
10 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
11 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 روی Fully Coupled 1 کلیک کنید . |
12 | در پنجره Settings for Fully Coupled ، برای گسترش بخش Method and Termination کلیک کنید . |
13 | از لیست به‌روزرسانی Jacobian ، روی هر تکرار را انتخاب کنید . |
14 | در قسمت متن حداکثر تعداد تکرار ، 25 را تایپ کنید . |
قبل از انجام محاسبات حل، نموداری را تهیه کنید که در حین حل نشان داده شود. با افزودن یک انتخاب به مجموعه داده اصلی شروع کنید.
نتایج
در پنجره Model Builder ، گره Results را گسترش دهید .
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution 1 (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 1، 2، 5، 6، 9، 10، 15 و 16 را انتخاب کنید. |
با استفاده از مجموعه داده های سه بعدی Mirror و Sector ، هندسه کامل را بازسازی کنید .
بخش 3 بعدی 1
1 | در نوار ابزار Results ، روی  More Datasets کلیک کنید و Sector 3D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings برای Sector 3D ، بخش Symmetry را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of Sectors ، 8 را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Advanced کلیک کنید . تیک گزینه Invert stage when rotating را انتخاب کنید . |
هندسه کامل، آهن
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Datasets کلیک کنید و Mirror 3D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mirror 3D ، Complete Geometry، Iron را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Sector 3D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . از لیست Plane ، xy-planes را انتخاب کنید . |
چگالی شار مغناطیسی (جزء شعاعی)
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  3D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، چگالی شار مغناطیسی (کامپوننت شعاعی) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Complete Geometry، Iron را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
راه حل را در قاب فضایی (قاب ثابت “آزمایشگاه”)، که در آن روتور در حال حرکت است، تجسم کنید.
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . از لیست Frame ، Spatial (x، y، z) را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
7 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
جلد 1
1 | روی Magnetic Flux Density (Radial Component) کلیک راست کرده و Volume را انتخاب کنید . |
یک راه برای تعریف مولفه شعاعی B ، نوشتن آن به صورت r · B است ، جایی که r یک بردار واحد است که در جهت شعاعی قرار دارد. می توانید آن را از سیستم مختصات استوانه ای بازیابی کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Cylindrical System 2> Base Vector (sys2) r (Spatial Frame)>sys2.e_r1 – Base vector (sys2) r, x component را انتخاب کنید . |
حالا معادله را به صورت زیر تمام کنید:
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، sys2.e_r1*rmm.Bx+sys2.e_r2*rmm.By را تایپ کنید . |
4 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، چگالی شار مغناطیسی، r component را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>Dipole را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
9 | از لیست مقیاس ، خطی متقارن را انتخاب کنید . |
مطالعه 1
مرحله 3: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی مرحله 3: وابسته به زمان کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، کلیک کنید تا بخش Results When Solving گسترش یابد . |
3 | کادر Plot را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Update at ، زمان مراحل برداشته شده توسط حل کننده را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
7 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
اکنون که نمودار آماده شده و تنظیم شده است که در حین حل نشان داده شود، با محاسبه راه حل ادامه دهید.
8 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
چگالی شار مغناطیسی (جزء شعاعی)
1 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
2 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار چگالی شار مغناطیسی (کامپوننت شعاعی) ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
5 | از لیست Dataset ، Complete Geometry، Iron را انتخاب کنید . |
6 | از لیست زمان (ها) ، 0.08 را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار چگالی شار مغناطیسی (کامپوننت شعاعی) ، روی  Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Go to XY View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ولتاژ کویل القایی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، ولتاژ سیم پیچ القایی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Induced Coil Voltage کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)> Rotating Machinery, Magnetic (Magnetic Fields)>Coil parameters>rmm.VCoil_1 – Coil voltage – V را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Induced Coil Voltage ، روی  Plot کلیک کنید . |
در مرحله بعد، مطالعه زمان تا فرکانس را برای محاسبه ضرر اضافه کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > تلفات زمان تا فرکانس را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: زمان از دست دادن فرکانس
1 | در پنجره تنظیمات برای از دست دادن زمان تا فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | از لیست مطالعه ورودی ، مطالعه 1، وابسته به زمان را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متن Electrical period 0.25 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
ادغام جلد 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Derived Values کلیک کنید و Integration>Volume Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Volume Integration ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 4 (sol4) را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 1، 2، 5، 6، 9، 10، 15 و 16 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
rmm.Qh*16 | دبلیو | قدرت از دست دادن |
6 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
توان تلفات محاسبه شده نزدیک به مقدار محاسبه شده از مدل دو بعدی است.
انیمیشن 1
در نهایت، چرخش ژنراتور را با متحرک کردن راه حل تجسم کنید.
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  انیمیشن کلیک کنید و Player را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات انیمیشن ، بخش Playing را پیدا کنید . |
3 | از لیست تکرار ، تعداد تکرارها را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن تعداد تکرارها ، 10 را تایپ کنید . |
5 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Graphics ، از دکمه های Play و Stop برای کنترل انیمیشن استفاده کنید.  |
