BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
--------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài: " Nghiên cứu và ứng dụng ANSYS/Maxwell mô phỏng,

khảo sát động cơ không đồng bộ "
Giáo viên hướng dẫn : Lê Anh Tuấn
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Hiếu

1141040483

Lý A Liều

1141040467

Phạm Viết Cường

1141040280

Phạm Công Thành

1141040480

Hà Đức Long

1141040485

Lớp :

Điện 7 – K11
Năm học : 2019-2020


PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TT
1

Họ và tên
Nguyễn Văn Hiếu

Mã sinh viên
1141040483

Lớp
Điện 7

Ngành
KTĐ-ĐT

Khóa
11

2
3
4
5


Lý A Liều
Phạm Viết Cường
Phạm Công Thành
Hà Đức Long

1141040467
1141040280
1141040480
1141040485

Điện 7
Điện 7
Điện 7
Điện 7

KTĐ-ĐT
KTĐ-ĐT
KTĐ-ĐT
KTĐ-ĐT

11
11
11
11

Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng ANSYS/Maxwell mô phỏng, khảo sát
động cơ không đồng bộ
Mục tiêu đề tài:
..............................- Sử dụng được công cụ mô phỏng động cơ trong phần mềm
ANSYS/Maxwell

- Ứng dụng được phần mềm để mô phỏng khảo sát các đặc tính làm việc của
động cơ không đồng bộ 2,2 kW.
Kết quả dự kiến
1. Báo cáo tổng quan về phần mềm ANSYS/Maxwell
2. Phân tích các công cụ mô phỏng và khảo sát động cơ không đồng bộ trong phần

mềm ANSYS/Maxwell
3. Tính toán các thông số động cơ không đồng bộ để mô phỏng và khảo sát đặc tính
làm việc.
4. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ 2,2 kW.
5. Báo cáo và đánh giá kết quả mô phỏng.
Thời gian thực hiện: từ 02/03/2020 đến 19/04/2020
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên)

TS. Lê Anh Tuấn

TS. Phạm Văn Minh


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 nhóm đồ án mang tên “ Nghiên cứu và ứng dụng

ANSYS/Maxwell mô phỏng,khảo sát động cơ không đồng bộ ” 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
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. Bên cạnh những kết quả khiêm tốn mà chúng em đạt được, chắc chắn không tránh
khỏi những thiếu sót khi thực hiện đề tài do hạn chế về kinh nghiệm. Sự phê bình góp ý
của thầy cô sẽ là bài học quý báo cho chúngem, giúp chúng em có một nền tảng tốt hơn,
có thêm kinh nghiệm quý báo cho công việc thực tế sau này.
Em mong nhận được những đóng góp quý báu của các thầy để giúp em trở thành
chuyên gia về phần mềm này.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy
cô để chúng em hoàn thành đề tài khóa luận.
Kính chúc thầy cô mạnh khỏe, đạt được nhiều thành công trong nghiên cứu khoa
học và sự nghiệp giảng dạy.


Bố cục đồ án
Đồ án được thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
Chương 1: Tổng quan về phầm mềm ANSYS/MAXWEll
Chương 2: Phân tích các công cụ mô phỏng và khảo sát động cơ không đồng bộ trong
phần mềm ANSYS/MAXWELL
Chương 3: Tính toán tham số máy điện ở chế độ động cơ không đồng bộ để mô phỏng
và khảo sát đặc tính làm việc
Chương 4: Mô phỏng động cơ không đồng bộ trên ANSYS/MAXWELL
Chương 5: Báo cáo và đánh giá



MỤC LỤC


Chương I.

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS/MAXELL

1.

Giới thiệu về phần mềm ANSYS

1.1.

Giới thiệu chung
Phương pháp PTHH để giải các bài toán kĩ thuật đã được biết đến từ lâu. Nhưng

việc giải các bài toán kĩ thuật bằng phương pháp PTHH tương đối phức tạp, nhất là đối
với các chi tiết lớn, có kết cấu phức tạp. Với sự phát triển của khoa học máy tính và
công nghệ thông tin, việc giải các bài toán theo phương pháp PTHH đã trở nên đơn giản
hơn với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm phân tích, mô phỏng. Nổi bật trong
đó là phần mêm ANSYS.

Hình 1.1 – Màn hình khởi động ANSYS
ANSYS là phần mềm CAE nổi tiếng của công ty ANSYS, Inc đặt tại bang
Pennsylvania, Hoa Kỳ, được phát triển từ những năm 1970 do nhóm nghiên cứu của
Dr.John Swanson, hệ thống tính toán Swanson. Trong hệ thống này, bài toán cơ kỹ thuật
được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc. Phương
pháp phần tử hữu hạn FEM (Finite Element Method) là phương pháp không nhưng chỉ

ngày càng ngày được sử dụng nhiều để giải quyết các bài toán cơ kỹ thuật, mà còn ngày
càng ngày được sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác trong kỹ thuật và nó mang lại hiệu quả
cao. Hiện nay phiên bản mới nhất là ANSYS 2020
6


Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ, nhiệt,
thuỷ khí, điện từ, sau khi mô hình hoá và xây dựng mô hình toán học, cho phép giải
chúng với các điều kiện biên cụ thể với số bậc tự do lớn.
ANSYS (Analysis Systems) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite
Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế công nghiệp,
đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt,
dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý.

• Các thành phần của ANSYS
Phần mềm ANSYS gồm nhiều modul khác nhau: ANSYS/Multiphysics, ANSYS
Mechanical, ANSYS Professional, ANSYS Structural, ANSYS LS-DYNA, ANSYS
LinearPlus, ANSYS Thermal, ANSYS Emag, ANSYS FLOTRAN, ANSYS PrepPost,
ANSYS CFX, ANSYS ED, ANSYS PTD, ANSYS TASPCB, ANSYS ICEM CFD,
ANSYS AI*Evironment, ANSYS DesignXploder, ANSYS Design Modeler, ANSYS
DesignExplode VT, ANSYS BledeModeler, ANSYS TurboGrid, ANSYS AUTODYN…
− ANSYS/Multiphysics là sản phẩm tổng quát nhất của ANSYS, nó chứa tất cả các
khả năng của ANSYS và bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật.
− Có 3 sản phẩm thành phần chính dẫn xuất từ ANSYS/Multiphysics là:
+ ANSYS Mechanical : Tính toán kết cấu và nhiệt.
+ ANSYS Emag : Tính toán điện từ.
+ ANSYS FLOTRAN : Tính toán CFD.
− Ngoài ra còn có các dòng sản phẩm khác:
+ ANSYS LS-DYNA : Giải quyết các vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao (VD:bài
toán động lực học biến dạng lớn trong gia công áp lực)

+ DesignSpace : Là một công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích và thiết kế

nhanh

trong các môi trường CAD khác nhau (ví dụ: SolidWorks, Autodesk products,
SolidEdge, Unigraphics …).

7


+ ANSYS/ProFEA : Cho phép phân tích và tối ưu thiết kế trong môi trường CAD
Pro/ENGINEER

1.2.

Ứng dụng của ANSYS.
ANSYS là gói phần mềm FEA hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế

công nghiệp, đã và đang sử dụng trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kĩ thuật.
ANSYS có thể giải được các bài toán tuyến tính, phi tuyến trong các lĩnh vực như cơ
học vật rắn, cơ học lưu chất… Mặt khác, phần mềm ANSYS không chỉ hỗ trợ hơn 200
kiểu phân tử khác nhau, mỗi kiểu phần tử là một dạng bài toán, mà còn kết nối với các
phần mềm khác như ACAD, SOILDWORK, PRO/E…Các lĩnh vực có thể dùng ANSYS
để phân tích và tính toán là:
•
•
•
•

Kết cấu

Cơ học (Structural)
Nhiệt (Thermal)
Dòng chảy, bao gồm cả mô phỏng số động lực học dòng chảy (Computational

•
•
•
•

Fluid Dynamics, CFD)
Điện, Tĩnh điện (Electric)
Điện từ (Magnetic)
Thủy khí (Fluid)
Tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý

Các lĩnh vực công nghiệp chính có sử dụng ANSYS:
•
•
•
•
•
•
•
•

Vũ trụ, hàng không
Công nghiệp ôtô
Y sinh
Xây dựng và cầu đường
Điện tử và thiết bị

Máy móc và thiết bị công nghiệp nặng
Các hệ vi cơ – điện tử (Micro Electromechanical Systems, MEMS).
Dụng cụ thể thao

8


2.

Giới thiệu về phần mềm Maxwell

2.1.

Lịch sử phát triển

2.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài:
- Các nước trên thế giới đã sử dụng phần mềm Maxwell để thiết kế và phân tích các thiết
bị điện 3-D, 2-D, bao gồm động cơ điện, cơ cấu truyền điện, máy biến áp, cảm biến và
cuộn dây...
- Maxwell có thể làm việc nhanh chóng, chính xác đó là việc ứng dụng phương pháp mô
phỏng số - dựa trên nền tảng là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) kết hợp với lý
thuyết trường điện từ để nghiên cứu, ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế máy điện nói
chung. Hầu hết ở các nước phát triển mạnh như Nga, Trung Quốc, Nhật, Hàn … đều có
các diễn đàn về ứng dụng mô phỏng số và FEM.
- Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số để giải các bài toán được mô tả bởi
các phương trình vi phân riêng phần cùng với các điều kiện biên cụ thể. Cơ sở của
phương pháp này là làm rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài toán. Các miền
liên tục được chia thành nhiều miền con, các miền này được liên kết với nhau tại các
điểm nút. Trên miền con này, dạng biến phân tương đương với bài toán được giải xấp xỉ
dựa trên các hàm xấp xỉ trên từng phần tử, thoả mãn điều kiện trên biên cùng với sự cân

bằng và liên tục giữa các phần tử.
- Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải gần đúng bài
toán phương trình vi phân từng phần và phương trình tích phân, ví dụ như phương trình
truyền nhiệt. Lời giải gần đúng được đưa ra dựa trên việc loại bỏ phương trình vi phân
một cách hoàn toàn là những vấn đề về trạng thái ổn định, hoặc chuyển phương trình vi
phân từng phần sang một phương trình vi phân thường tương đương mà sau đó được
giải bằng cách sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn.
- Trong lĩnh vực kỹ thuật điện FEM được áp dụng để giải các phương trình vi tích phân
của hệ phương trình Maxwell viết cho trường điện từ. Kết quả lời giải sẽ cho ta biết
được phân bố trường điện từ trong các loại máy điện, từ đó tính toán được các tham số
của máy điện.
- FEM được đánh giá là có tính vạn năng, phù hợp cả mới những mô hình phức tạp về
hình học, hoặc đặc tính vật liệu biến đổi thời thời gian.
Tuy nhiên, khi ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế máy điện cũng vẫn còn gặp nhiều
khó khăn, do các thông số đưa vào mô hình mô phỏng và thông số chế tạo thực tế có thể
9


sai khác, FEM cũng không thể phản ánh được toàn bộ tác động của yếu tố công nghệ
chế tạo nên giữa mô hình mô phỏng và mô hình thực tế sẽ có sai số. Do đó, trong
phương pháp mới này vẫn rất cần kết hợp của phương pháp mô phỏng và kinh nghiệm
chế tạo.
2.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
- Trong nước phần mềm Maxwell chưa được sử dụng phổ biến.
-Tại trường Đại học Công nghiệp Hà Nội thì phần mềm chưa được ứng dụng rộng rãi
trong các môn học đặc biệt là các môn như: Máy điện, truyền động điện, đo lường và
cảm biến. Nhiều sinh viên chưa biết tới phần mềm Maxwell.
- Phần mềm này có thể áp dụng vào nhiều môn học như máy điện, truyền động điện, hệ
thống điện, trang bị điện… nếu sử dụng phần mềm này việc tính toán diễn ra nhanh hơn
không gặp sai sót và tiết kiệm được thời gian.


2.2.

Giới thiệu về phần mềm Maxwell

- Khái quát về phần mềm Maxwell: Maxwell là phần mềm mô phỏng, được đánh giá là
phần mềm mô phỏng trường điện từ hàng đầu dành cho kỹ sư chuyên viết và thiết kế
phân tích các thiết bị và điện trường trong động cơ, bộ truyền động, máy biến áp và
cuộn cảm.
- Maxwell sử dụng phương pháp chính xác phần tử hữu hạn để giải quyết tĩnh, miền tần
số, và các lĩnh vực điện và trường điện khác nhau. Một lợi ích quan trọng của ANSYS
Maxwell là quá trình tính toán tự động của nó, bạn chỉ cần xác định hình học, tính chất
vật liệu và đầu ra mong muốn. Từ đây, Maxwell tự động tạo ra một lưới thích hợp, hiệu
quả và chính xác để giải quyết vấn đề. Quá trình chia lưới này đã được chứng minh tự
động thích ứng loại bỏ sự phức tạp trong quá trình phân tích và cho phép bạn thao tác
nhanh hơn từ một thiết kế dòng hiệu quả cao, dễ sử dụng.
2.2.1. Đặc trưng
- Giảm thời gian tính toán của kỹ sư do khả năng tính toán nhanh và chính xác sau mỗi
giai đoạn thực hiện.
- Độ tin cậy cao kiểm chứng tính toán bằng kiến thức giữa việc tính toán bằng tay sau đó
thực hiện quá trình mô phỏng để so sánh.
- Việc tính toán chính xác hơn do có các công cụ hỗ trợ, khả năng xử lý cực nhanh của

máy tính và các chíp điện tử trong máy tính.
10


- Tính thẩm mỹ đáp ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại.
2.2.2. Sự giống nhau giữa Maxwell và các phần mềm tính toán, mô phỏng khác như
Matlab.

- Maxwell và Matlab đều là các phần mềm cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm
nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật có tính chính xác và hiệu quả cao đứng đầu
trong linh vực mô phỏng số.
- Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi trường công nghiệp cũng như
ở môi trường hàn lâm, đặc biệt là điện và công nghệ chế tạo Matlab và Maxwell là ngôn
ngữ của tính toán khoa học có vai trò quan trọng và được ưu tiên sử dụng.
- Đây đều là nhưng phần mềm mô phỏng, tính toán trực tiếp trên máy tính một cách tự
động, khai báo dữ liệu, xuất kết quả một cách nhanh chóng, tiện lợi hỗ trợ cho tính toán
bằng tay cũng như máy tính.
* Tính ưu việt của phần mềm Matlab
- Matlab là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công ty
MathWorks thiết kế.
- Matlab cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực
hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy
tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau.
- Matlab cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ
thuật có tính nguyên mẫu.
- Để tăng tốc độ lập trình, nhất là thao tác từ dấu nhắc lệnh, Matlab cho phép nhiều kiểu
cú pháp viết tắt, vẽ đồ thị là một tính năng được trau chuốt trong Matlab với rất nhiều
kiểu đồ thị khác nhau như biểu đồ dạng đường, biểu đồ chấm điểm, các lớp màu (patch)
hai chiều, đường đồng mức và các đường cong, mặt cong ba chiều. Ngoài ra Matlab còn
cung cấp giao diện để người dùng trực tiếp biên tập hình vẽ, điền vào các ghi chú theo ý
muốn.
- Matlab được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh, truyền
thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểm tra, phân tích mô hình tài chính, hay
tính toán sinh học. Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi trường công
nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, Matlab là ngôn ngữ của tính toán khoa học.
- Muốn thành thạo sử dụng Matlab bạn cần phải tự mình gõ các câu lệnh và xem kết quả
câu lệnh, mắc lỗi và tìm cách sửa lỗi.
- Ứng dụng: Matlab tạo điều kiện thuận lợi cho:

11


• Các khoá học về toán học phục vụ nhu cầu tính toán thiết kế cho các hệ thống hay các
thiết bị tự động như PID, bộ điều khiển hay các khối điều khiển trong từng quá trình.
• Cung cấp môi trường làm việc cho các kỹ sư, các nhà nghiên cứu khoa học để thiết lập
chương trình viết chương trình hay các thuật toán cho các khối, các thành phần của bộ
điều khiển...
* Tính ưu việt của phần mềm Maxwell
- Maxwell là một phần mềm mô phỏng công nghiệp, được phát triển bởi Ansoft một tập
đoàn hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế các phần mềm mô phỏng. Nó cũng là phần mềm
có nhiều ứng dụng thực tiễn và có nhiều tính năng ưu việt, về phương diện này Maxwell
chiếm ưu thế hơn hẳn vì nó hoàn toàn chỉ áp dụng sử dụng tập trung chủ yếu cho mục
đích thiết kế tính toán trong công nghiệp và sâu hơn nữa là trong máy điện.
- Maxwell có thể làm việc nhanh chóng, chính xác đó là việc ứng dụng phương pháp mô
phỏng số - dựa trên nền tảng là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) kết hợp với lý
thuyết trường điện từ, về mặt toán học phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để
giải gần đúng bài toán phương trình vi phân từng phần và phương trình tích phân,
phương trình Maxwell viết cho trường điện từ. Kết quả sẽ cho ta biết được phân bố
trường điện từ trong các loại máy điện, từ đó tính toán được các tham số của máy điện.
FEM được đánh giá là có tính vạn năng, phù hợp cả mới những mô hình phức tạp về
hình học, hoặc đặc tính vật liệu biến đổi thời thời gian. Chính vì FEM có tính vạn năng
nên phần mềm có tính vạn năng.
- Không như Matlab phải vẽ đồ thị, viết hàm số hay biểu đồ thông tin, viết trên nhiều
ngôn ngữ lập trình khác nhau. Maxwell có quá trình tính toán tự động của nó, bạn chỉ
cần xác định hình học, tính chất vật liệu và đầu ra mong muốn nó sẽ tự động tính toán
và thiết lập bản vẽ, biểu đồ và đồ thị của đối tượng đó. Hơn nữa Maxwell chỉ sử dụng
nhưng ngôn ngữ đơn giản và hầu như không cần lập trình.
- Maxwell là phần mềm mô phỏng thực tế, dành cho kỹ sư chuyên viết và thiết kế phân
tích các thiết bị và điện trường trong động cơ, bộ truyền động, máy biến áp và cuộn cảm

sau đó hiển thị trực tiếp trên màn hình để biểu thị kết quả về đối tượng. Còn Matlab thì
chỉ tính toán thiết lập các thông số về đối tượng đó.
- Không tập trung quá rộng về nhiều lĩnh vực, chuyên môn khác nhau mà Maxwell chỉ
tập trung duy nhất vào quá trình thiết lập, tính toán, lựa chọn phân tích... Về máy điện
trong công nghiệp nên tính chủ động cao, cấp độ chuyên môn hóa cũng như tập trung
sâu vào nâng cao chất lượng thiết kế rất nhiều so với các phần mềm khác.
12


- Maxwell không cần phải sử dụng gõ các lệnh, chỉ cần thiết lập tính chất cho đối tượng,
chính vì vậy cũng sẽ không gây ra các lỗi cũng như phải kiểm tra lỗi như Matlab.
- Ứng dụng của mawell có phạm vi rộng trong nghành công nghiệp máy điện và hầu
như áp dụng vào tất cả chúng cung như các hiện tượng, vấn đề ảy ra đối với máy điện
đó. Vì vậy Mawell đúng là một phần mềm chuyên dụng, có tính ưu việt cao và cần tích
cực được mở rộng áp dụng cho ngành công nghiệp máy điện cung như nghiên cứu, chết
tạo máy điện song hành với phần mềm Matlab.
=> Xét cho cùng cả hai phần mềm đề là công cụ để thực hiện ý tưởng, chúng có thể cho
ta kết quả nhanh và tương đối chính xác. Ngoài ra, nó cũng là công cụ hỗ trợ, giúp cho
chúng ta tính toán, mô phỏng các sản phẩm tốt nhất trong sản xuất.

2.3.

Ứng dụng

-Ứng dụng mô phỏng từ trường trong động cơ SRM loại động cơ rất mới trong máy điện
với các yêu cầu:
Yêu cầu về không tải như: Xác định dòng đường cong từ hóa, tổn hao không tải, điện
cảm từ hóa...
Về có tải như: Xác định điện cảm tản, tổn thất từ trễ, tổn thất do dòng Fuco, sức điện
động cảm ứng...

Các yêu cầu về ngắn mạch như: Xác định điện cảm tản, lực điện động...
- Giúp phân tích quá độ trong máy biến áp, liên kết mô phỏng Maxwell và Matlab
Simulink.
Liên kết phân tích nhiệt, phân tích dung ồn trong máy biến áp.
- Áp dụng phân tích báo cáo tính toán phục vụ cho các môn học liên quan tới máy điện,
tác động của từ trường, từ tĩnh.

2.4.

Các vấn đề Maxwell giải quyết chung

Maxwell giải quyết các vấn đề như sau:
- Maxwell giải quyết vấn đề về trường tĩnh điện: Trường tĩnh điện, lực và momen xoắn,
điện dung gây ra bởi phân bố điện áp.
- Vấn đề về trường dẫn một chiều: Điện áp, trường điện và mật độ dòng được gây ra bởi
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.

13


- Vấn đề về trường từ tĩnh: Trường từ tĩnh, momem xoắn, lực từ, cảm ứng từ gây ra bởi
dòng một chiều, trường điện tĩnh ngoài và nam châm đối với vật liệu tuyến tính và phi
tuyến tính.
-Vấn đề về dòng điện xoáy: Trường điện từ biến đổi điều hòa, lực momem xoắn và trở
kháng gây ra bởi dòng xoay chiều từ trường dao động ngoài đối với các vật liệu tuyến
tính.
- Về trường điện không ổn định do các tác động từ yếu tố nội và ngoại vi.
- Một dự án Maxwell là một thư mục bao gồm một hoặc nhiều Maxwellmodels, hoặc
thiết kế. Mỗi thiết kế cuối cùng bao gồm một mô hình hình học, điều kiện biên của nó

và bài tập vật liệu và giải pháp lĩnh vực thông tin và quá trình.
- Một dự án mới được gọi là dự án được tự động tạo ra khi phần mềm được đưa các
thông số. Nếu bạn chọn Chèn một thiết kế của nút loại đài phát thanh trên General
Options: Dự án tab Options, một thiết kế của các loại quy định được tự động tạo ra cho
các dự án mới. Bạn cũng có thể mở một dự án mới bằng cách nhấn vào File> New. Nói
chung, sử dụng các lệnh menu File để quản lý dự án. Nếu bạn di chuyển hoặc thay đổi
tên của tập tin mà không sử dụng các lệnh này, các phần mềm có thể không có thể tìm
thấy thông tin cần thiết để giải quyết các mô hình về:
Thời gian biến thiên từ trường, lực lượng, mômen xoắn, và trở kháng gây ra bởi dòng
điện xoay chiều và dao động từ trường bên ngoài.
Từ trường thoáng qua do nguồn điện và nam châm vĩnh cửu.
- Phần Expert (RMxprt) là một gói phần mềm tương tác sử dụng cho việc thiết kế và
phân tích các máy điện. Phần này gồm:
• Chủ đề liên quan
• Làm việc với các dự án Maxwell và dạng
• Thiết lập một kế Maxwell
• Bắt đầu với RMxprt
• Sử dụng Maxwell Circuit biên tập.

2.5.

Thiết kế một bản mô phỏng Maxwell

Sau khi bạn chèn một thiết kế, bạn không cần phải thực hiện các bước cơ bản tuần tự,
nhưng tất cả đều phải được hoàn thành trước khi một giải pháp có thể được tạo ra.
Để thiết lập một thiết kế Maxwell, hãy làm theo thủ tục chung này:
• Chèn một thiết kế Maxwell vào một dự án. Sau khi bạn chèn các thiết kế, sau đó
bạn có thể thiết lập các đơn vị của mô hình đo lường và các vật liệu nền.
14



•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Vẽ hình học mô hình.
Xác định rõ loại người giải quyết.
Gán đặc tính vật chất để các đối tượng.
Ranh giới Assign và kích thích.
Thiết lập chuyển động.
Thêm các thông số mà bạn muốn giải quyết.
Chỉ định các thiết lập lưới.
Chỉ định bao Maxwell sẽ tính toán các giải pháp.
(Tùy chọn) Thiết lập bất kỳ Optimetrics bạn muốn chạy.Chạy mô phỏng.
Xem giải pháp kết quả, kết quả sau quá trình, xem báo cáo, và tạo lớp phủ lĩnh
vực.

(Tùy chọn) Xuất khẩu các mạch để tạo ra một tương đương mạch của mô hình.

15


Chương II.


CÁC CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỘNG BỘ TRONG ANSYS/MAXWELL

1.

RMxprt

Theo [3] , [4] Các nhà thiết kế máy điện và máy phát điện có thể tăng cường ANSYS
Maxwell với ANSYS RMxprt, một công cụ thiết kế dựa trên mẫu. Maxwell và RMxprt
cùng nhau tạo ra một dòng thiết kế máy thực sự tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu thị trường
cho hiệu quả cao hơn, chi phí máy thấp hơn. Sử dụng lý thuyết động cơ phân tích cổ
điển và các phương pháp mạch từ tương đương, RMxprt có thể tính toán hiệu suất của
máy, đưa ra quyết định định cỡ ban đầu và thực hiện hàng trăm phân tích "nếu như"
trong vài giây.
Một lợi ích chính của RMxprt là khả năng tự động thiết lập một dự án Maxwell hoàn
chỉnh (2-D / 3-D) bao gồm hình học, vật liệu và điều kiện biên. Thiết lập bao gồm các
đối xứng và kích thích thích hợp với cấu trúc liên kết mạch ghép để phân tích nhất thời
điện từ nghiêm ngặt. RMxprt tự động tạo ra một mô hình thứ tự giảm, xem xét các phi
tuyến và hiệu ứng xoáy, và truyền nó tới Simplorer, nơi có thể đạt được phân tích ổ điện
hơn nữa. Theo cách tương tự, RMxprt thiết lập cấu trúc liên kết mạch lái xe tùy chỉnh
như một thành phần độc lập trong Simplorer để được kết hợp với mô hình thứ tự giảm
máy điện tương ứng.
RMxprt cung cấp nhiều giao diện dựa trên mẫu, dành riêng cho máy cho các máy cảm
ứng, đồng bộ và điện tử và bàn giao tiếp. Các mẫu này cho phép bạn dễ dàng nhập các
tham số thiết kế và đánh giá sự đánh đổi thiết kế sớm trong quy trình.
Trình chỉnh sửa mẫu dành riêng cho máy

16



Hình 2.1 Các mẫu máy

Rotor

Hình 2.2. Rotor
Kiểu rãnh

Hình 2.3. Kiểu rãnh và kiểu dây quấn

17


Quả lê

Hình 2.4. Quả lê
Chỉ số hiệu suất
Dữ liệu hiệu suất quan trọng, chẳng hạn như mô-men xoắn so với tốc độ, tổn thất điện
năng, thông lượng trong khe hở không khí, hệ số công suất và hiệu quả có thể được tính
toán nhanh chóng. Dạng sóng đầu ra bao gồm:
• Dòng điện
• Mô-men xoắn
• Thông lượng trong khe hở không khí
Thiết kế đầu ra
Các bảng thiết kế liệt kê tất cả các tham số đầu vào có liên quan và các tham số được
tính toán và hiển thị dạng sóng hiển thị đồ họa bao gồm dòng điện, điện áp, mô-men
xoắn và EMF trở lại. Một bố trí cuộn dây chi tiết cũng được sản xuất. RMxprt có thể
xuất các bảng thiết kế định dạng Excel dựa trên mẫu do người dùng xác định.
Thiết kế tổng hợp tự động
RMxprt bao gồm các tính năng tiện lợi có thể hướng dẫn quy trình thiết kế của bạn bằng

cách tự động xác định kích thước khe, vòng cuộn và đường kính dây, bắt đầu bố trí điện
dung và cuộn dây từ các thông số thiết kế đã cho của bạn.

18


Mô hình tiền xử lý để phân tích điện từ
Ngoài việc cung cấp các tính toán hiệu suất động cơ cổ điển, RMxprt có thể tự động tạo
ra sự chuyển giao hoàn toàn hình học 3-D hoặc 2-D, thiết lập chuyển động và cơ học,
tính chất vật liệu, mất lõi, và thiết lập nguồn và cuộn dây. Mạch ổ đĩa có thể được gửi
trực tiếp đến Maxwell để tính toán phân tích phần tử hữu hạn chi tiết.
Mô hình hệ thống độ trung thực cao
RMxprt tạo ra các mô hình mạch tương đương phi tuyến có độ chính xác cao, chiếm
kích thước vật lý của máy, đặc tính cuộn dây, tính chất vật liệu phi tuyến và hiệu ứng
động hiện có như dòng điện xoáy. Bạn có thể sử dụng mô hình tương đương kết quả để
khám phá các cấu trúc liên kết điều khiển điện tử, tải và tương tác với các thành phần hệ
thống ổ đĩa và đa miền trong ANSYS Twin Builder.

2.

Công cụ mô phỏng 2d
Maxwell 2D là một công cụ nhỏ trong ANSYS Electronics – một phần mềm của

ANSYS Inc dùng để phân tích các mạch điện, điện tử và các cấu trúc điện-từ khác.
Maxwell 2D dược tích hợp để ứng dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn trong
bài toán liên quan đến điện trường và từ trường cũng như quá trình quá độ điện từ trong
hệ thống. Để phân tích điện từ người ta phải đưa vào phần mềm các mô hình vật thế với
các yếu tố như kích thước, vật liệu, kích thích, điều kiện xét … một các chính xác, và
phần mềm sẽ chia nhỏ vật thể thành một hữu hạn phần tử nhỏ và tính toán các phương
trình Maxwell trên mỗi phần nhỏ ấy và tổng hợp kết quả. Về lí thuyết thì chia càng nhỏ

độ chính xác càng cao, tuy nhiên thời gian tính toán sẽ lâu hơn.

2.1.

Làm quen với Maxwell 2D

Vẽ một đối tượng
Số 1| Mở Maxwell 2D
B1:

Click đúp vào biểu tượng trên màn hình desktop

B2:

Cửa sổ hiện ra có sẵn Project 1, ta có thể đổi tên sau.
Nhấp chuột phải Project 1 >> Insert >>Insert Maxwell 2D Design
19


Hình 2.5. Khởi động maxwell 2D
Quan sát giao diện khi mở Maxwell 2D
Thanh
Thanh công

Cửa

số

Cửa


Cửa số làm

sổ
Cửa
số thư
Cửa

số

propertie

Hộp
Hình 2.6. Giao diện 2D
Số 2| Tạo hệ tọa độ (Coordinate System)
Hệ tọa độ mặc định là hệ tọa độ Global khi ta mở rộng cây Coordinate System
trong Cửa sổ lịch sử
20

tin


Hình 2.7.Chọn hệ tọa độ
Ta có thể tạo thêm các hệ tọa độ tương đối khác bằng cách chọn
Modeller >> Coordinate System >> Create >> Relative CS >> Offset
Offset là hệ tọa độ có các trục song song với hệ Global, Rotate là hệ tọa độ quay
tương đối so với hệ Global và gốc trùng gốc của hệ Global, Both là kết hợp 2 hệ tọa độ
trên

Hình 2.8. Các hệ tọa độ
Khi chọn Offset/Rotate/both thì phía góc tay phải màn hình có hộp chọn hệ tọa độ


Hình 2.9. Hệ tọa độ
Ta có thể chọn hệ tọa độ Đề các/hệ tọa độ trụ (Cylindrical)/hệ tọa độ cầu (Spherical)
và cài thông số “tọa độ” của hệ tọa độ mới so với hệ Global.
Trong phạm vi khảo sát động cơ, do đối xứng nên ta có thể xét với hệ tọa độ Đề các
cho đơn giản.
21


Khi có nhiều hệ tọa độ thì ta phải gán cho một hệ tọa độ làm việc, ta mở rộng cây
Coordinate System và chọn hệ tọa độ khảo sát.

Hình 2.10. Hệ tọa độ khảo sát
Chú ý là ta không nhất thiết chỉ được dùng một hệ tọa độ trong suốt quá trình.
Số 3| Cài đặt Xem hiển thị trên giao diện
Ta chọn View trên thanh Menu để lựa chọn chế độ xem
Status Bar : Thanh trạng thái
Project Manager: Cửa số Project
Message Manager: Hộp tin nhắn
Property : Cửa sổ Property
Progress: Hộp tiến trình
Component Lib. : Cửa sổ thư viện
Layers
Nets
Components
Docking Window Layouts
Variables: Các biến số sử dụng
Fit All : Khớp hình vẽ với màn hình
Fit Selection: Khớp phần chọn với
màn hình

Coordinate Sys. : Kích thước các trục
tọa độ
Grid Settings : Lựa chọn ô mắt lưới
Option : Một số cài đặt khác

Hình 2.11. Cài đặt hiển thị

22


Số 4| Các đối tượng hình học trong Maxwell 2D

Hình 2.12. Các đối tương hình học

3.

Công cụ mô phỏng 3d

3.1.

Các vấn đề 3d giải quyết

Point: Đối tượng dạng điểm độc lập
Vertex: Điểm thuộc một phần của một
cạnh (Edge) hoặc điểm cuối của
đường (Line)
Line: Đối tượng dạng đường độc lập
Edge: Đối tượng đường thuộc một
phần của một tấm (Sheet) hoặc của
một mặt (Face)

Sheet object: Đối tượng bề mặt độc
lập
Face: Đối tượng bề mặt thuộc một
phần của một tấm (Sheet) hoặc của
một khối đặc (Solid) Solid object: Đối
tượng có dạng một thể tích xác định
(đặc)
Planes: Các mặt tọá độ XY, YZ, XZ

Ngoài các vấn đề trên phần mềm Maxwell hỗ trợ những giải pháp để xác định các yếu tố
xuất hiện trong máy điện gây ra bởi các thành phần từ tính, từ trường.
1- Lĩnh vực điện 3D trong chất điện môi gây ra bởi người dùng chỉ định điện áp số
lượng tính toán bổ sung mà bạn có thể chỉ định bao gồm mômen xoắn lực và điện dung.
2- Hai là tuyến tính từ tính từ các lĩnh vực 3D Phi tuyến gây ra bởi một người dùng phân
phối chỉ định mật độ dòng điện một chiều điện áp nam châm vĩnh cửu hoặc ngoài ra còn
áp dụng cho từ trường số lượng tính toán bổ sung mà bạn có thể chỉ định bao gồm
mômen xoắn lực và cuộn cảm thuần có độ tự cảm, hỗ cảm lẫn nhau.
3- Từ trường ngắn trong một khoảng thời gian gây ra bởi nam châm vĩnh cửu vào cuộn
dây được cung cấp bởi điện áp hoặc các nguồn hiện tại với sự thay đổi tùy ý như chức
năng của thời gian mạch điện sẽ được kết nối với các cuộn dây làm chuyển động quay
hoặc tịnh tiến cũng có thể được bao gồm trong các mô phỏng.
4- Dòng điện trong thời gian ngắn miền thời gian 3D điện trường gây ra bởi điện áp thời
gian khác nhau hoặc trong các vật liệu không đồng nhất.
Các lĩnh vực trên mô phỏng điện tính toán thời gian khác nhau về điện trường các chức
năng phức tạp được xây dựng dựa vào những giải pháp của phần mềm 3D được truy cập
qua giao diện máy tính với giao diện phiên bản Maxwell 11 và sau đó bạn có thể mô

23



phỏng các vấn đề trong phần mềm theo một trật tự tùy ý thay vì làm theo các bước thứ
tự chính xác như yêu cầu các phiên bản trước.
=> Sự linh hoạt này cho phép người sử dụng có kinh nghiệm để phát triển một cách mô
phỏng phù hợp với sở thích của mình sau đó khi mô hình được tạo ra phần mềm sẽ tự
động tiếp nhận và hoàn toàn kiểm soát quá trình giải pháp không làm ảnh hưởng đến
người sử dụng. Khi các giải pháp trở lên có sẵn người dùng có thể thực hiện một loạt
các nhiệm vụ để làm theo yêu cầu các ứng dụng thiết kế.s kh
3.2 Cách khởi tạo dự án
• Tạo project
Chọn File > New, chọn Insert Maxwell 3D Design để tạo mô phỏng 3D.

Hình 2.13 Khởi tạo một chương trình

Sau khi chọn Insert Maxwell 3D

24


Hình 2.14 Hình ảnh một cửa sổ mới tạo
•

Chọn giải pháp Maxwell 3D > Solution Type, chọn Magnetostatic.

Hình 2.15 Cách chọn giải pháp 3D

•

Thiết lập đơn vị Modeler > Units, chọn mm.

25