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Auch außerhalb Mitteleuropas ist CADFEM aktiv. Mit eigenen Gesellschaften und Beteiligungen an hochspezialisierten CAE-Firmen in Europa, USA, Asien und Nordafrika.

CADFEM esocaet steht für fundierte Weiterbildung im Bereich Computer Aided Engineering. Vom Seminar bis zum Masterstudiengang. Upgrade your work, upgrade your life.

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Geräuschentwicklung elektrischer Antriebe

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Berechnung der elektromagnetisch verursachten Vibration und Schallemission von Elektromotoren

Entwickler elektrischer Antriebe werden vor immer höhere Anforderungen in Bezug auf die Geräuschentwicklung gestellt. Eine bedeutende Ursache von Schwingungen und Geräuschen findet man in den magnetischen Kraftwirkungen im Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Die Vorausberechnung dieser Kräfte und der daraus entstehenden Vibration eines Motors ermöglicht es, frühzeitig im Designprozess verschiedene Varianten zu vergleichen, akustische Labormessungen zu begleiten und langwierige Prototypphasen zu verkürzen. Im Seminar lernen Sie die Analysetechniken und ANSYS-Werkzeuge für derartige Berechnungen kennen.

ZIELGRUPPE

​Das Seminar richtet sich an Entwicklungsingenieure mit dem Schwerpunkt Elektromagnetik und/oder Strukturmechanik, die sich mit dem Design von Elektromotoren befassen und bereits in der Entwurfsphase Geräuschprognosen abgeben und geeignete Gegenmaßnahmen einleiten möchten.

IHR NUTZEN

Das Seminar zeigt Ihnen, wie Sie innerhalb der ANSYS-Umgebung geräuschintensive Arbeitspunkte und Frequenzen eines Elektromotors mit FE-Methoden ermitteln können. Der Berechnungsablauf umfasst folgende Teilabschnitte:

  • Elektromagnetische Analyse zur Berechnung der Luftspaltkräfte
  • Strukturdynamische Schwingungsanalyse einschließlich Ermittlung der Körperschallleistung
  • Luftschallanalyse zur Berechnung des Schallfeldes

Innerhalb der ANSYS Workbench lassen sich diese Schritte zu einem kompakten multiphysikalischen Analyseprojekt verbinden. Alternativ erlaubt die CADFEM ANSYS Extension "Electric Drive Acoustics inside ANSYS", aus Workbench-unabhängigen Berechnungen stammende elektromagnetische Anregungskräfte in die strukturdynamische Simulation einzuspeisen. Beide Varianten werden Ihnen im Seminar vermittelt. Neben der Realisierung des Berechnungsablaufes mit den ANSYS-Werkzeugen wird auch auf kritische Aspekte bei der Modellbildung eingegangen, die für die Generierung hochwertiger Ergebnisse von Bedeutung sind.

Agenda

Tag 1

Gekoppelte elektromagnetisch-mechanische Simulation

M1: Numerische Akustik für Elektromotoren

​Die Simulationsmethodik verstehen:

  • Anwendungsbereiche der Simulation
  • Übersicht über den Analyseablauf
  • Aufbau der FEM-Modelle
  • Definition und Berechnung des Körperschallpegels aus modalen Ergebnissen
  • Generation eines Wasserfalldiagramms (auch "Campbell-Diagramm")

M2: Workshop: Getting Started

​Sie praktizieren den Analyseablauf unter Anleitung:

  • Integration und Verbindung von elektromagnetischer und strukturdynamischer Analyse in ANSYS Workbench
  • Die wichtigsten Simulationseinstellungen
  • Berechnung des Körperschallspektrums für einen Arbeitspunkt des Motors
  • Übung an einem vorbereiteten Beispiel eines Synchronmotors

M3: Workshop: Simulation eines Motor-Hochlaufes (Wasserfall-Diagramm)

​Vom einzelnen Arbeitspunkt zum Drehzahlbereich:

  • Anforderungen an die Drehzahl-Schrittweite aus der Resonanzgüte
  • Erweiterung der Analyse zur Multi-RPM-Simulation
  • Visualisierung des Körperschallpegels im Wasserfall-Diagramm

M4: Elektromagnetische Anregungskräfte

Wir schauen uns die Berechnungsgrundlagen für die Anregungen im Detail an:

  • Maxwell'scher Spannungstensor und Kraftdichteverteilungen
  • Berechnung von Ständerzahnkräften
  • Räumliche Anregungsordnungen (Kraftdichtewellen)
  • FE-Vernetzung, Zeitschrittweite, Zeitintervalle
  • Realisierung in ANSYS Maxwell

Tag 2

Modellbildung und erweiterte Verfahren

M5: Electric Drive Acoustics inside ANSYS

Die CADFEM ANSYS Extension wird vorgestellt:

  • Ablauf einer Körperschallanalyse mit Hilfe der Extension
  • Datenformate für den Import extern generierter Anregungskräfte
  • Reduktion erforderlicher elektromagnetischer Simulationsläufe durch Interpolation von Anregungskräften
  • Postprocessing-Möglichkeiten (Spektren, Wasserfall-Diagramm)
  • Realisierung der Simulation für einen geschrägten Motor

M6: Vorbereitung mechanischer Modelle

Motormodelle mit realitätsnahem dynamischen Antwortverhalten generieren:

  • Wichtige Einflussparameter eines Motormodells auf dessen Modalverhalten
  • Möglichkeiten des Abgleichs an experimentelle Modalanalysen
  • Materialeigenschaften für Blechpakete und Wicklungen
  • Dämpfung
  • Workshop: Verschiedene Modellierungsvarianten für Ständerwicklungen

M7: Simulation der Schallabstrahlung

Wer es genau wissen will: Luftschallanalyse zur Präzisierung der Schallabstrahlung

  • Workshop: Ankopplung von Luftschallanalysen an die Schwingungsanalyse in ANSYS Workbench
  • Grundregeln für Modellraumgröße und FE-Netzdichte im Kontext der Wellenlänge
  • Modellierungsmethoden für Frequenzbereiche mit großem fmax/fmin-Verhältnis
  • Vergleich erhaltener Abstrahlleistungen mit Körperschallberechnungen

M8: Ausblick: Asynchronmotoren, Umrichterspeisung

Konzepte für Anwendungsfälle mit erhöhtem Schwierigkeitsgrad:

  • Besondere Aspekte der Fouriertransformation: Nyquist-Shannon-Kriterium, Aliasing, Leckeffekt
  • Konsequenzen des Schlupfes von Asynchronmotoren
  • Extraktion periodischer oder nicht-periodischer Intervalle des Asynchronmotors?
  • Einbeziehung und Filterung von PWM-Signalen in die Wicklungsspeisung

TEILNEHMERHINWEIS

Das CADFEM PLUS:

Sie haben die Möglichkeit, nach Seminarende eine Lizenz für "Electric Drive Acoustics inside ANSYS" für 3 Monate kostenfrei zu bekommen. Sprechen Sie uns gerne dazu an.

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN