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Simulation elektrischer Maschinen

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​Von der Vorauslegung über die Feldsimulation zur Auswertung typischer Maschinenkenngrößen

Elektrische Maschinen ob Motoren oder Generatoren​ begleiten uns täglich in zunehmendem Maße. Entgegen laienhafter Meinung handelt es sich in der Regel nicht um Konzepte von der Stange sondern in den Entwicklungsprozessen elektrischer Maschinen sind vielfältige Kundenspezifikationen möglichst optimal zu erfüllen. Dieser Entwicklungsprozess ist ohne Simulationsunterstützung heutzutage nicht mehr vorstellbar. ANSYS Maxwell und Motor-CAD stellen hierzu den Industriestandard und die Plattform zur Verfügung um die erforderlichen Analysen sicher und effizient durchzuführen.

ZIELGRUPPE

Dieses Seminar vermittelt Entwicklern und Antriebstechnikern das nötige Wissen zur numerischen Simulation elektrischer Maschinen. Alle die bereits in einer frühen Konzeptphase prognosefähige Aussagen zu möglichen Designvarianten elektrischer Maschinen abzugeben haben bzw. im Falle eines auftretenden Problems im Betrieb per Simulationstechnik die Diagnose und Verbesserungsvorschläge gezielt angehen möchten, werden in diesem Seminar wertvolle Anregungen für ihre eigene Arbeit mitnehmen.

IHR NUTZEN

Primäres Ziel des Seminars ist es, Ihnen zu vermitteln, wie verlässliche Aussagen zur Funktion einer elektrischen Maschine gestützt auf ANSYS Maxwell zu treffen sind und zentrale Kenngrößen wie Drehmomentenverlauf und Verluste ermittelt werden. Sie führen ferner Detailuntersuchungen durch wie zum Beispiel die Demagnetisierung von Permanentmagneten. Das Seminar wird abgerundet durch die Darstellung der verfügbaren Kopplungsmöglichkeiten zu weiterführenden Analysen wie der Schaltungssimulation, der Schwingungsanalyse und der thermischen Analyse.

Agenda

Tag 1

Vorauslegung elektrischer Maschinen

M1: Von der analytischen Vorauslegung zum fertigen FE-Modell

  • Historische Entwicklung
  • Aktuelle Lage und Perspektiven
  • Typische Aufgabenstellungen und Simulation-Workflows
  • Erster Erfolg: Erstellung und Simulation eines FE-Modells aus dem RMXprt

M2: Simulationsvorbereitung mit ANSYS RMxprt

  • Analytische Berechnung des elektromagnetischen Kreises mit ANSYS RMXprt
  • Durchführung von Modellvariationen
  • Erste Schritte zur Motoroptimierung
  • Übung: Analytische Berechnung einer PSM (Permanentmagneterregte Synchronmaschine)
  • Übung: Analytische Berechnung einer SRM (Switched Reluctance Maschine)

M3: Motor-CAD - Magnetisch und thermisch unter einem Dach

  • ​Was ist Motor-CAD? Vorteile und Einschränkungen
  • Modellaufbau einer elektrischen Maschine mit Motor-CAD EMag
  • Thermische Auslegung einer elektrischen Maschine: Motor-CAD Therm
  • Übung: Elektromagnetische und thermische Simulation einer PSM mit Motor-CAD Emag/Therm

M4: Motor-CAD - Simulation von Motorzyklen und Schnittstellen zu ANSYS

  • ​Simulation über einen großen Arbeitspunktbereich: Effizienz-Mapping
  • Untersuchung von realen Motorlastzyklen mit Motor-CAD Lab
  • Anbindungsmöglichkeiten zwischen Motor-CAD und anderen ANSYS Produkten
  • Übung: Simulation des elektromagnetischen und thermischen Verhaltens einer PSM bei einem realen Fahrtzyklus

Tag 2

Anwendungsszenarien zur Feldsimulation elektrischer Maschinen

M5: FE-Modellaufbau einer elektrischen Maschine in ANSYS Maxwell

  • Modellierung, Geometrie-Import und direkter CAD-Anbindung
  • Vernetzungsstrategien für elektrische Maschinen
  • Symmetrien: Master/Slave (zyklisch oder antizyklisch)
  • Zeitschrittsteuerung und Ergebnisqualität
  • Übung: Modellaufbau und Simulation eines realen Motors

M6: Beschleunigung der Simulation

  • Geschickte Nutzung von HPC (High Performance Computing)
  • Solver-Technologie zur schnelleren Ergebnisauswertung: TDM (Time Domain Method)
  • Modellvariationen auf FE-Ebene noch schneller: DSO (Distributed Solve Option) & LSDSO (Large Scale Distributed Solve Option)
  • Übung: Einstellungen für die Nutzung von HPC/TDM/DSO. Vergleich der Rechenzeiten

M7: Electric Machines Design Toolkit zur Auswertung typischer Maschinenkenngrößen

  • ​Welche Maschinenkenngrößen sind von Interesse?
  • Aktivierung und effektive Nutzung der Electric Machine ACT
  • Übung: Berechnung von unterschiedlichen Arbeitspunkten und Effizienz-Mapping

M8: Spezielle Maschineeigenschaften bzw. Betriebszustände

  • ​Anlaufverhalten von elektrischen Maschinen
  • Mehrfache Bewegung
  • Exzentrizität und resultierende Kräfte
  • Berücksichtigung der Schaltungsverluste in der Energiebilanz
  • Übung: Energiebilanz einer elektrischen Maschine

Tag 3

Fortgeschrittene Aspekte und Best Practice Tipps

M9: Aspekte räumlicher Modellierung (Maxwell 3D)

  • Muss ich meinen geschrägten Motor 3D rechnen? Multislice (2.5D) vs. 3D
  • Wirbelströme in Permanentmagneten
  • Blechmodellierung: Laminierung - Anisotropie
  • Übung: Einfluss der Schrägung auf den Arbeitspunkt einer Maschine
  • Ermittlung der Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten einer PSM

M10: Ableitung von Verhaltensmodellen

  • Verhaltensmodelle für elektrische Maschinen: ECE (Equivalent Circuit Extraction)
  • Wann wird ein ECE-Modell und wann eine Co-Simulation benötigt?
  • Kann Ich meinem ECE-Modell vertrauen? Validierung
  • Übung: Erstellung und Validierung eines ECE-Modells

M11: Überblick der wichtigsten Kopplungsmöglichkeiten von ANSYS Maxwell

  • Thermische Simulation einer elektrischen Maschine mit ANSYS Mechanical
  • Wenn die Wärmeübergangskoeffizienten unbekannt sind? Kopplungsmöglichkeiten zu ANSYS CFD
  • Ist meine Maschine zu laut? Körperschallanalyse
  • Übung: Temperaturentwicklung in einer elektrischen Maschine. Einfluss auf den Arbeitspunkt
  • Übung: Schwingungsanalyse mit ANSYS Maxwell & ANSYS Mechanical

M12: Fragen und Antworten / Tipps und Tricks

  • ​Freestyle-Modul für Ihre Fragen und Ideen
  • Dieses Modul bietet Möglichkeiten zur freien Entfaltung, gestattet Ausblicke auf Ihr nächstes Projekt oder ist einfach nur zum Probieren gedacht. Nehmen Sie sich Zeit und wiederholen das gelernte mit Unterstützung des Referenten
  • Alternativ stehen 3 x 30 Minuten Praxisbeispiele zur Verfügung

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN