TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ TỦ ĐIỆN THEO TIÊU CHUẨN IEC 61439

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
CHƯƠNG TRÌNH KS.CLC VIỆT – PHÁP

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI

TÍNH TOÁN NHIỆTT ĐỘ TỦ ĐIỆN THEO TIÊU
CHUẨN IEC 61439

GVGD: ThS. Nguyễn Xuân Cường
SVTH: Huỳnh Thế Bảo - 21000169
Võ Hồ Thy Hàn - V1000814

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2015


MỤC LỤC
A.Tính nhiệt độ có thanh cái 2*(10*8) trong tủ điện…………………………………...1
I. Phân tích đề bài…………………………………………………………………...... 1
II. Điều kiện để tính toán độ tăng nhiệt dựa trên tiêu chuẩn IEC 61439………....... 1
III. Tính nhiệt độ tủ điện ............................................................................................ 2
IV. Phương pháp mạng nhiệt ..................................................................................... 3
V. Bài toán thanh cái 2*10*80 .................................................................................... 7
B. Mô phỏng nhiệt trên thanh cái bằng phần mềm ANSYS 14.0………………………15
I.Giới thiệu sơ nét về phần mềm ANSYS .................................................................. 15
II. Giới thiệu giao diện làm việc của ANSYS ............................................................. 15
III. Tiến hành mô phỏng............................................................................................. 17
C.Hướng phát triển đồ án .............................................................................................. 41
PHỤ LỤC

A.Tính nhiệt độ có thanh cái 2*(10*8) trong tủ điện
I.

Phân tích đề bài:

Hệ thống gồm ba pha, mỗi pha nối với thanh cái, đối với thanh cái 2*10*80 thì
mỗi pha gồm 2 thanh cái song song mỗi thanh tiết diện 10*80, vậy dòng trên mỗi
thanh cái bằng dòng trên mỗi pha chia 2.
Thanh cái 2*10*80 chia làm hai phân đoạn, phân đoạn 1 dài 400mm, phân đoạn 2 dài
700mm.
2880
1600
Dòng trên đoạn một I1 
 1440 A , dòng trên đoạn hai I 2 
 800 A
2
2

II.

Điều kiện để tính toán độ tăng nhiệt dựa trên tiêu chuẩn IEC 61439:
Tùy thuộc vào dòng điện làm việc InA và thiết kế của vỏ tủ mà ta có hai cách sử
dụng phương pháp tính toán xác định độ tăng nhiệt. Phương pháp cho dòng InA nhỏ
hơn 630 A và phương pháp cho dòng InA nhỏ hơn 1600 A:
_Phương pháp 1: Xác định độ tăng nhiệt sử dụng phương pháp "tính toán" được dùng
với dòng không lớn hơn 630 A được giới hạn ở những tủ chỉ có một khoang và tần
số tối đa 60 Hz. Độ tăng nhiệt có thể được tính toán và đánh giá dựa vào mục
10.10.4.2.3 của IEC 61439-1, nếu thỏa những điều kiện từ a) tới g) ở phần
10.10.4.2.1 của IEC 61.439-1 .

_ Phương pháp 2: phương pháp tính toán này dùng với điện áp thấp và dòng định
mức không lớn hơn 1600 A có thể sử dụng cho những tủ có một hoặc nhiều khoang
và tần số tối đa 60 Hz. Nếu những điều kiện từ a) tới i) ở phần 10.10.4.3.1 của IEC
61439-1 được đáp ứng, sự gia tăng nhiệt độ có thể được tính toán và đánh giá dựa
theo mục 10.10.4.3.1 của IEC 61439-1.
1.) Phương pháp tính toán với Ina <= 630 A và tủ có một khoang:
Ứng dụng của kỹ thuật này phải thỏa những điều sau đây:
a. Dòng làm việc Ina không được vượt quá 630 A.
b. Các thiết bị chỉ trong một khoang tủ.
c. Số liệu tổn thất điện năng cho tất cả các thiết bị hoạt động phải có sẵn.

DAHTNL

Page 1


d.Các nguồn nhiệt phải phân bố đều.
e.Tất cả các thiết bị phải được định mức lớn hơn dòng tải 20%.
Ví dụ: Nếu dòng điện làm việc Inc của mạch là 8,0 A, các thiết bị được lựa chọn cho
các mạch này phải có khả năng mang tối thiểu dòng là 10 A theo thông số kỹ thuật
của nhà sản xuất.
f. Các bộ phận cơ khí và điều hành thiết bị phải không làm ảnh hưởng đáng kể đối lưu
không khí tự do.
g. Dây dẫn mang dòng hơn 200 A phải được lắp đặt một cách mà chúng không tạo ra
thêm nhiệt độ gia tăng ví dụ như kết quả của dòng điện xoáy và từ trễ. Các tổn thất
điện năng của các dây dẫn có thể được tính theo Phụ lục H của IEC 61439-1
2.) Phương pháp tính toán với Ina <= 1600 A
Phương pháp tính toán này tốn khá nhiều thời gian, và nhiệt độ trong tủ phải được
tính toán dựa vào IEC 60890. Các yêu cầu phải được đáp ứng :
a.Dòng điện làm việc của hệ thống InA không được vượt quá 1600 A.

b. Các thiết bị có thể được trang bị trong một khoang tủ hoặc nhiều khoang tách nhau.
c. Chi tiết về các tổn thất nhiệt của tất cả các thiết bị phải được dự tính sẵn.
d. Các thiết bị tổn thất điện năng phải phân bố đồng đều.
e.Tất cả các thiết bị phải được định mức lớn hơn dòng tải 20%.
Ví dụ: Nếu dòng điện làm việc Inc của mạch là 8,0 A, các thiết bị được lựa chọn cho
các mạch này phải có khả năng mang tối thiểu dòng là 10 A theo thông số kỹ thuật
của nhà sản xuất.
f. Các bộ phận cơ khí và điều hành thiết bị phải không làm ảnh hưởng đáng kể đến
đối lưu không khí tự do
g. Dây dẫn mang dòng hơn 200 A phải được lắp đặt một cách mà chúng không tạo ra
thêm nhiệt độ gia tăng ví dụ như kết quả của dòng điện xoáy và từ trễ.
h. Dây dẫn dòng chính nên chịu được 125% dòng định mức. Tiết diện được lựa chọn
trong IEC 60364-5-52. Kích thước thanh cái chọn trong Annex N of IEC 61439-1.
i. Nếu đối lưu tự nhiên thì diện tích thoát khí nên gấp 1,1 lần diện tích khí vào.
Nhiệt độ trong tủ sử dụng ở đây được tính toán theo phương pháp trong IEC 60890
III.

Tính nhiệt độ tủ điện:
Nhiệt độ không khí tronng tủ điện được tính bằng một phương pháp mô hình hóa tủ
điện với xét thanh cái đẳng nhiệt tức chỉ biểu diễn một nhiệt độ xuyên suốt.
Ta xem thanh cái là nguồn phát nhiệt để lập một mạng nhiệt của tủ điện từ đó tính ra
nhiệt độ không khí trong tủ. Phần này là một bài toán khác, ở đây ta chỉ sử dụng kết
quả bài toán để tính theo phương pháp tính toán với Ina <= 1600 A.

DAHTNL

Page 2


IV.

Phương pháp mạng nhiệt:
Phương pháp được đề cập ở đây là thành lập một mạng nhiệt đơn giản hóa mà từ đó
nhiệt độ dự đoán có thể tiếp cận thực tế.
Sự liên quan mạch điện và mạch nhiệt:

Mạch điện

Định luật Ohm: I 
Điện dung: C 

DAHTNL

Nhiệt độ:T[0C]
Nhiệt trở: R
Rđối lưu=

V
R

A
[F]
d

dV
dT
Hằng số thời gian:
T=R.C
I=C

Mạch nhiệt
Dòng nhiệt: q[J/s]

dq
Dòng: I 
[A]
dt
Điện áp: V[V]
Điện trở:
L
[]
R
A

1
ha

Rdẫn nhiệt=

KA
L

T
R
Nhiệt dung, mCp
dT
Q=mCp
dt
q

Hằng số thời gian:
Tth=Rth.W.Cp

Page 3


Định luật Ohm:

1
V1  V2 
R
P=I.V[W]
Định luật Kirchoff cho dòng điện:
I 0
I

Điện tích:

q   Idt [Coulombs]
Định luật Kirchoff cho điện áp:

V  0

kA
Q 
T1  T2 
x
P=Tq[W 0C]
Phương trình câng bằng năng lượng:

q  0
Nhiệt lượng:
Q   qdt [J]

T  0

Dòng điện qua điện trở và được trữ năng lượng
trong tụ điện:

Nhiệt lượng truyền qua môi trường và trữ trong
khối vật thể một nhiệt độ xác định.

Dòng điện chạy một hướng trong mạng RC:

Dòng nhiệt chạy một hướng trong thanh dẫn:

Trong hệ thống nhiệt, sự tương tự điện và nhiệt có thể hình thành một mô hình gọi là
mạng nhiệt.Phương pháp các phần tử cân bằng được sử dụng để mô hình hóa mạng
nhiệt. Trong phương pháp này ta rời rạc hóa phần tử nhiệt thành các nút được kết nối
nhau bằng các dây dẫn, mỗi nút được xem là đẳng nhiệt tức là chỉ có một nhiệt độ
duy nhất liên kết với nó.
Trạng thái ổn định cân bằng nhiệt được xác định cho mỗi nút:
Q  0
Tức nhiệt vào một nút bằng nhiệt ra nút đó.
Nhiệt lượng nội
tại ở nút i

+
Nhiệt thêm vào do
truyền dẫn bởi nút

trước đó

Nhiệt lượng mất đi vào
không khí do đối lưu

=

+
Nhiệt mất đi do truyền dẫn
đến nút kế tiếp

Phương trình cân bằng nhiệt tại nút i:
DAHTNL

Page 4


Qi 

Ti 1  Ti Ti  Ti 1 Ti  Tambient


RC (i 1)
RCi
Rth (i )

1/ Nhiệt lượng nội tại, nhiệt do tổn hao công suất :
Tại nút I, nhiệt lượng nội tại là: Qi  I 2 Ri
I:dòng chạy qua nút i (A)
L

Ri: điện trở tại nút I () Ri  i
Ai
: điện trở suất của vật liệu ở (m) đồng=1,558.10-8m ở 200C
Li: chiều dài thanh dẫn(m)
Ai: tiết diện thanh dẫn.(m2)
2/ Nhiệt lượng từ nút trước đó bởi dẫn nhiệt:
T T
Nhiệt lượng truyền từ nút (i-1) đến nút i bởi dẫn nhiệt= (i 1) i
RC (i 1)
Ti:Nhiệt độ tại nút i
Ti-1: nhiệt độ tại nút i-1
RC(i-1):nhiệt trở giữa nút (i-1) và nút i
 L 
 L 
RC (i 1)  0, 5  i 1   0,5  i 
 KAi 1 
 KAi 
Trong đó:
Li:chiều dài phân đoạn i (nút i) (m)
Li-1:chiều dài phân đoạn i-1 (nút i-1) (m)
K:hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (đối với đồng là 385 W/(m2 .K))
Ai: tiết diện của phân đoạn i (nút i) (m2)
Ai-1: tiết diện của phân đoạn i-1 (nút i-1) (m2)
DAHTNL

Page 5


3/ Nhiệt lượng tới nút sau bởi dẫn nhiệt:
Nhiệt lượng truyền từ nút (i) đến nút (i+1) bởi dẫn nhiệt=

T(i )  T( i 1)
RC (i )

Ti:Nhiệt độ tại nút i
Ti-1: nhiệt độ tại nút i+1
RC(i-1):nhiệt trở giữa nút (i) và nút (i+1)
 L 
 L 
RC (i )  0,5  i   0,5  i 1 
 KAi 
 KAi 1 
Trong đó:
Li:chiều dài phân đoạn i (nút i) (m)
Li+1:chiều dài phân đoạn i+1 (nút i+1) (m)
K:hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (đối với đồng là 385 W/(m2 .K))
Ai: tiết diện của phân đoạn i (nút i) (m2)
Ai+1: tiết diện của phân đoạn i+1 (nút i+1) (m2)
4/ Nhiệt thoát ra không khí bởi đối lưu:
T T
Nhiệt lượng truyền từ nút i ra môi trường= (i ) ambient
Rth (i )
Ti:Nhiệt độ tại nút i
Tambient: nhiệt độ không khí trong tủ điện
Rth(i):nhiệt trở giữa nút (i) và không khí
1
Rth (i ) 
hi ai
Trong đó:
hi: hệ số truyền nhiệt đối lưu

ai: phần diện tích xung quanh nút i
5/ Nhiệt thoát ra do bức xạ với bề mặt tủ:
Nhiệt lượng truyền từ nút i ra bề mặt tủ=
Gradiance (T( i4)  Tair4 )  (T( i )  Tair ).Gradiance .(Ti 3  Ti 2 .Tair  Tair2 .Ti  Tair3 )
Với (Ti 3  Ti 2 .Tair  Tair2 .Ti  Tair3 ) được tính từ giá trị Ti hiện tại.
Ý nghĩa vật lý của công thức này có thể tìm được ở mục 3.4.2.2 trang 28 của tài liệu tham
khảo Operating Temperature of Current Carrying Copper Busbar Conductors
Ti:Nhiệt độ tại nút i
Tairt: nhiệt độ không khí rong tủ bằng nhiệt độ mặt trong tủ điện.
1
Graiance  5, 7.108. A
1 1
 1
1  2
A:diện tích bề mặt đoạn i (m2)
1 :hệ số bức xạ của thanh cái = 0,04
2 : hệ số bức xạ của tủ =0,1

DAHTNL

Page 6


V Bài toán thanh cái 2*10*80:
Công thức nhiệt trở dẫn nhiệt: RC 

L
KA

1

KA

RC
L
Công thức hiệt dẫn do đối lưu:
1
H
 ha
Rth
 GC 

Công thức nhiệt dẫn do bức xạ:
Gr  Gradiance .(Ti 3  Ti 2 .Tair  Tair2 .Ti  Tair3 )
1/ Chia thành 2 phân đoạn tương ứng 3 nút 1,2 và 3.

Bổ sung thêm thành phần bức xạ:
Node1: Q1  G1 (T1  T2 )  ( H1  Gr1)(T1  Tair )
Node2 : Q2  G1 (T1  T2 )  G2 (T2  T3 )  ( H 2  Gr 2)(T2  Tair )
Node3 : G2 (T2  T3 )  ( H 3  Gr 3)(T3  Tair )
Ta có thể viết lại hệ như sau:

DAHTNL

Page 7


Node1: Q1  ( H1  Gr1)Tair  (G1  H1  Gr1)T1  G1T2
Node2 : Q2  ( H 2  Gr 2)Tair  G1T1  (G1  G2  H 2  Gr 2)T2  G2T3
Node3 : ( H 3  Gr 3)Tair  G2T2  (G2  H 3  Gr3 )T3

G1
0
Q1  ( H1  Gr1)Tair  G1  H1  Gr1
 T1 
Q  ( H  Gr 2)T   
 T 
G1
G1  G2  H 2  Gr 2
G2
2
air 
 2

 2
 ( H 3  Gr 3)Tair
 
0
G2
G2  H 3  Gr 3 T3 
Biến đổi:
1
G1
0
T1  G1  H1  Gr1
 Q1  ( H1  Gr1)Tair 
T   
 * Q  ( H  Gr 2)T 
G1
G1  G2  H 2  Gr 2
G2

2
air 
 2 
  2
T3  

0
G2
G2  H 3  Gr 3  ( H 3  Gr 3)Tair

Tính toán các thông số:
Với chiều dài đoạn 1 là L1=400mm, chiều dài đoạn 2 là L2=700mm
Để dễ so sánh với mô phỏng em lấy tiết diện thanh cái 10*80, tức chỉ tính cho một
thanh.
RC1  0,5
 G1 

1
RC1

RC 2  0,5
 G2 

L1
L
 0,5 2
KA1
KA2

L2

KA2

1
RC 2

H1  h1a1
DAHTNL

Page 8


a1  (10  80).2.103.400.103  0, 072m 2
Ước lượng h1 cho đoạn 400mm:
 tplate : nhiệt độ của bề mặt thanh (0C) ta lấy giá trị khởi đầu là t1=850C,
t2=500C,t3=450C tức nhiệt độ trung bình trên đoạn 400mm là 850C, nhiệt độ trung
bình trên đoạn 700mm là 750C, nhiệt độ ở cuối thanh cái là 650C.
 tair: nhiệt độ của không khí trong tủ , tính theo phương pháp ở II là 500C
 Nhiệt độ trung bình bề mặt : tf= (tplate+tair)/2
 Nhiệt độ tuyệt đối : Tf=tf+273 K
 Số Prandtl:
C p
pr 
K
 Độ nhớt tuyệt đối:



Độ tăng nhiệt:



Độ dẫn nhiệt:



Số Grashof:

Với:



Độ nhớt động học:



Số Rayleigh

DAHTNL

Page 9




Chọn bề mặt trên nóng , bề mặt dưới lạnh:

Ta ước lượng được h1 

Nu * K
 5, 6937 w / m 2 K

L

 H1  h1.a1 (W/K)
Tương tự ta ước lượng h2 cho đoạn 700mm
H 2  h2 a2
a2  (10  80).2.103.700.103  0,126m 2
2
Q1  RI dm
1 

Q2  RI

2
dm 2

 L1 2
 (1   ) L1 2
1, 558.108.(1  0, 00393.(85  0)).0, 4
I dm1  0
I dm1 
14402  21, 55W
A1
A1
10.80.106

 L2 2
1, 558.108.(1  0, 00393.(50  0)).0, 7

I dm 2 
8002  10, 44W

6
A2
10.80.10

Tương tự ta ước ước lượng h3 cho đoạn có chiều dài ½ L2
H 3  h3 a3
a3  (10  80).2.10 3.700.10 3 / 2  0, 063m 2

DAHTNL

Page 10


Lưu đồ giải thuật:

Ta tính :

theo độ K
Tức:

theo độ C
 Bằng Matlab, tính lại h bằng T vừa tìm được, sau đó tính lại T
Và :
theo độ C
Lặp lần 2:

DAHTNL

Page 11

theo độ C
Lặp lần 3:

theo độ C
Đáp số không thay đổi nhiều nên kết luận, nhiệt độ thanh cái 10*80 giảm dần, ở đoạn
400mm là 87 độ C, ở đoạn dài 700mm là 74 độ C, ở cuối thanh cái là 68 độ C.

2/ Chia thành 4 phân đoạn tương ứng 5 nút 1,2, 3, 4, 5:

Đoạn 1 dài 200mm, đoạn 2 dài 200mm, đoạn 3 dài 350mm, đoạn 4 dài 350mm.

Node1: Q1  G1 (T1  T2 )  ( H1  Gr1)(T1  Tair )
Node2 : Q2  G1 (T1  T2 )  G2 (T2  T3 )  ( H 2  Gr 2)(T2  Tair )
Node3: Q3  G2 (T2  T3 )  G3 (T3  T4 )  ( H 3  Gr 3)(T3  Tair )
Node4 : Q4  G3 (T3  T4 )  G4 (T4  T5 )  ( H 4  Gr 4)(T4  Tair )
Node5 : G4 (T4  T5 )  ( H 5  Gr 5)(T5  Tair )

DAHTNL

Page 12


Chuyển các giá trị nhiệt độ phải ước lượng về một vế:

Node1: Q1  ( H1  Gr1)Tair  (G1  H1  Gr1)T1  G1T2
Node2 : Q2  ( H 2  Gr 2)Tair  G1T1  (G1  G2  H 2  Gr 2)T2  G2T3
Node3: Q3  ( H 3  Gr 3)Tair  G2T2  (G2  G3  H 3  Gr3 )T3  G3T4
Node4 : Q4  ( H 4  Gr 4)Tair  G3T3  (G3  G4  H 4  Gr4 )T4  G4T5
Node5 : ( H 5  Gr 5)Tair  G4T4  (G4  H 5  Gr5 )T5

Lập ma trận:

Biến đổi ma trận:

Kết quả tính nhiệt cho 4 đoạn:

DAHTNL

Page 13


theo độ C
Tức nhiệt độ đoạn 1 là 87,8 độ C, đoạn 2 là 85,6 độ C, đoạn 3 là 79 độ C, đoạn 4 là 74 độ C, cuối
thanh cái là 72 độ C
3/ So sánh hai cách:
Ta thấy kết quả cách chia 4 đoạn và cách chia 2 đoạn có nhiệt độ cao nhất gần bằng nhau, tuy
nhiên cách chia 4 đoạn lớn hơn cách chia 2 đoạn 40C.

DAHTNL

Page 14


B. Mô phỏng nhiệt trên thanh cái bằng phần mềm
ANSYS 14.0
I/ Giới thiệu sơ nét về phần mềm ANSYS
ANSYS được lập ra từ năm 1970, do nhóm nghiên cứu của Dr. John Swanson, hệ thống tính toán
Swanson (Swanson Analysis System) tại Mỹ, là một gói phần mềm dựa trên phương pháp phần tử hữu
hạn để phân tích các bài toán vật lý cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm
riêng từ dạng giải tích về dạng số với việc sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải và mô

phỏng ứng xử của hệ vật lý khi chịu tác động của loại tải trọng khác nhau. ( nhiệt, điện , cơ,…)
Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ, nhiệt, thủy khí, điện từ sau
khi mô hình hóa 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 có những tính năng nổi bật như sau:









Khả năng đồ họa mạnh mẽ giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh và chính xác, cũng như
truyền dẫn mô hình CAD.
Giải được nhiều loại bài toán như: tính toán chi tiết máy, cấu trúc công trình, điện, điện tử,
nhiệt, lưu chất…
Thư viện phần tử lớn, có thể thêm phần tử, loại bỏ hoặc thay đổi độ cứng của phần tử trong mô
hình tính toán.
Đa dạng về tải trọng: tải tập trung, phân bố, nhiệt, vận tốc góc,…
Phần xử lý kết quả cao cấp cho phép vẽ các đồ thị, tính toán tối ưu,…
Có khả năng nghiên cứu những đáp ứng vật lý như: trường ứng suất, trường nhiệt độ, ảnh
hưởng của trường điện từ.
Giảm chi phí sản xuất vì có thể tính toán thử nghiệm.
Tạo những mẩu kiểm tra cho môi trường có điều kiện làm việc khó khăn.

II/ Giới thiệu giao diện làm việc của ANSYS
Phần mềm ANSYS được sử dụng trong đồ án là ANSYS Workbench phiên bản 14.0. Đây là phiên bản cập
nhật mới nhất mà nhà sản xuất đưa ra vào đầu năm 2014.

DAHTNL

Page 15


Hình 1: Giao diện ANSYS workbench 14.0
Trong hộp thoại Toolbox/Analysis Systems (Hình 1), có 24 modules tương ứng với 24 kiểu bài toán có
thể phân tích với ANSYS 14.0
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

DAHTNL

Tên bài toán
Electric

Explicit Dynamics
BlowMolding (PolyFlow)
Extrusion (PolyFlow)
Fluid Flow
CFX
Fluent
PolyFlow
Harmonic Response
Hydrodynamic
Diffraction
Time Response
IC Engine
Linear Buckling
Magnetostatic
Modal
Modal (Samcef)

Dạng toán
Điện
Động lực học
Các dạng dòng chất lưu

Đáp ứng điều hòa
Thủy động lực học
Động cơ đốt trong
Tính toán ổn định
Phân tích từ tĩnh
Phân tích dao động riêng
Phân tích dao động riêng
(Samcef)

Page 16


16
17
18
19
20
21
22
23
24

Random Vibration
Response Spectrum
Rigid Dynamics
Static Structural
Static Structural (Samcef)
Steady-State Thermal
Thermal-electric
Transient
Structural
Thermal

Dao động ngẫu nhiên
Đáp ứng phổ
Động học hệ vật rắn cứng
Kết cấu tĩnh
Kết cấu tĩnh (Samcef)
Ổn định nhiệt

Nhiệt – điện
Kết cấu quá độ
Nhiệt quá độ

III/ Tiến hành mô phỏng
Các thông số của bài toán
Tiết diện thanh cái: 10mm x 80mm
Chất liệu: Đồng (Copper alloy)
Điện áp đặt giữa 2 đầu thanh cái: 220V
Dòng điện trên thanh cái được chia làm 2 phần:
_ Phần chiều rộng 400: I400 = 1440A
_ Phần chiều rộng 700: I700 = 800A
Nhiệt độ môi trường : Tmt= 50oC
Thông số dòng điện dựa trên việc tính toán lý thuyết và sơ đồ sau:

DAHTNL

Page 17


Hình 2: Sơ đồ phân bố dòng điện trên thanh cái
Bài toán được quy về phương pháp giải nhiệt điện thông qua công cụ thermal – electric của phần mềm
ANSYS 14.0
1/ Mô hình xây dựng ban đầu:
Trong phần giao diện ANSYS workbench, chúng ta chọn mô hình bài toán Thermal-electric, sau khi chọn
xong loại mô hình, ở phần Project Schematic sẽ xuất hiện hộp thoai gồm 7 bước cần thực hiện để giải
bài toán nhiệt điện thanh cái như hình 3.

DAHTNL

Page 18


Hình 3: Giao diện thermal-electric
Double click vào mục Engineering Data. Đây là phần cho phép người sử dụng chọn loại vật liệu phù hợp
để giải quyết bài toán. Sau đó, sẽ xuất hiện một giao diện Outline of Schematic A2: Engineering Data
như hình 4. Vật liệu mà ANSYS luôn mặc định kết cấu thép (Structural Steel) với độ dẫn nhiệt là 60,5
W.m-1.oC-1.

DAHTNL

Page 19


Hình 4: Giao diện chính của Engineering Data
Để thay đổi vật liệu, ta làm như sau: Right click vào vật liệu mặc định, chọn Engineering Data Sources
như hình 5.

DAHTNL

Page 20


Hình 5: Thao tác chọn vật liệu
Trong phần Engineering Data Sources, Click General Materials. Ở phần hộp thoại bên dưới General
Materials chính là thư viện vật liệu (Outline of General Materials ) như hình 6. Sau khi lựac chọn vật
liệu, ta click vào dấu “ + “ màu vàng ở kế bên vật liệu.

DAHTNL

Page 21


Hình 6: Thư viện vật liệu

Trong bài toán này, vật liệu được lựa chọn là đồng (Copper Alloy) như hình 7.

DAHTNL

Page 22


Hình 7: Lựa chọn đồng là vật liệu chính cho bài toán nhiệt điện
Kết thúc việc chọn vật liệu, bước kế tiếp là phác thảo sơ bộ mô hình bằng cách chọn Geometry như hình
8.

Hình 8: Phác thảo sơ bộ bản vẽ mô hình

Khi vào giap diện Geometry, phần mềm sẽ hiện lên bảng chọn lựa đơn vị của bản vẽ. Ta chọn hệ đơn vị
chiều dài là milimètre (mm) như hình 9.

DAHTNL

Page 23