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

Đồ án điện công nghiệp

trang 3


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
Đồ án điện công nghiệp

trang 4








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.


Đồ án điện công nghiệp

trang 5


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:

I.

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)

Thiết kế Stator trên Ansys Maxwell.
1. Tao khung Stator trên ansys.

Bước 1: ở thư mục “RMxprt design” ta chọn Stator
thông số của stator.
Bước 2: Nhấn đúp chuột vào stator sẽ xuất hiện bảng:

Đồ án điện công nghiệp

trang 6

để thiết lập những


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

Outer diameter

:


Inner diameter

:

Length

:

chiều dài lõi sắt stator

Steel type

:

loại thép

Number of slots

:

số rãnh (Z1)

Slot type

:

quả lê hình số 2

Đồ án điện công nghiệp


đường kính ngoài (Dn)

đường kính trong (D)

trang 7


2. Tạo kích thước rãnh Stator trên Ansys.
Bước 1: nhấn dấu + vào Stator
những thông số của rãnh stator.

sau đó ta chọn Slot

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

Hs2:

“hr1”

Đồ án điện công nghiệp

trang 8


để thiết lập


Bs0:

“b41”

Bs1:

“d1”

Bs2:

“d2”

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:

Đồ án điện công nghiệp

trang 9


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

Trong đó:

Winding Layers
Winding Type

II.

:
:

Số lớp dây

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

Wire Size

:

Đường kính dây

Thiết kế rotor trên phần mềm Ansys Maxwell.
1. Tạo khung rotor trên ansys.

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

để thiết lập những

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)

Đồ án điện công nghiệp

trang 10


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
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:

Hs0:

“h42”

Đồ án điện công nghiệp

trang 11


ta chọn ta chọn Slot

để


Hs2:

“hr2”

Bs0:

“b42”

Bs1:

“dr1”

Bs2:

“dr2”

Các thông số rãnh rotor như hình:

3. Tạo vòng ngắn mạch.
Bước 1: : nhấn vào dấu + vào thư mục Rotor
để tạo vòng ngắn mạch trong Rotor.
Bước 2: Nhấn đúp chuột vào Winding sẽ xuất hiện bảng:

Đồ án điện công nghiệp


trang 12

sau đó ta chọn Winding


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
phải vào biểu analysis

chọn “add slution setup” sau đó nhập

thông số trong 2 bảng.

Đồ án điện công nghiệp

sau đó nhấn chuột

trang 13


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

Frequency

:

Tần số

Winding Connection

:


Kiểu đấu dây

2. Kiểm tra tất cả trước khi chạy.

Đồ án điện công nghiệp

trang 14


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

Đồ án điện công nghiệp

trang 15


Bước 2 :


Tiến hành cắt. nhấn chuột phải vào analysis
chọn Craete
Maxwell design.
máy tính tiến hành cắt động cơ ra làm 4 phần hoặc 2 phần tùy vào
thông số của động cơ. Thông số càng đẹp chia làm 4 phần ( cái này
thầy nói sao nghe vậy chứ không biết lý do vì sao).

Hình ảnh sau khi tiến hành cắt :

Đồ án điện công nghiệp

trang 16


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:

Đồ án điện công nghiệp


trang 17


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
vào thư mục
Xuất hiện bảng sau:

Maxwell2DDesign 2 (transient. XY). Nhấn chuột phải

Results chọn Create transient Report ⤐ Rectangula plot.

Đồ án điện công nghiệp

trang 18


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

Đồ án điện công nghiệp

trang 19


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

Đồ án điện công nghiệp

trang 20


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:

Bước 2: chọn Done
Bước 3: trong thư mục


Maxwell2DDesign 2 (transient. XY) chọn thư mục

Field Overlays
Bước 4: Chọn
animate..

B >> nhấn chuột phải vào mục

Đồ án điện công nghiệp

trang 21

chọn


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.

Đồ án điện công nghiệp

trang 22


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.

Đồ án điện công nghiệp

trang 23