» ANSYS Maxwell – symulacje pracy maszyn elektrycznych

ANSYS Maxwell – symulacje pracy maszyn elektrycznych

ANSYS Maxwell to pakiet o ogromnych możliwościach w zakresie symulacji pracy maszyn elektrycznych. Pozwala na wykonywanie analiz polowych silników elektrycznych, generatorów, transformatorów, oraz szeregu innych urządzeń elektrycznych. Maxwell umożliwia symulacje układów statycznych, a także tych wymagających rozwiązania w domenie częstotliwości oraz czasu.

Proces symulacji w ANSYS Maxwell

Program posiada prosty i intuicyjny interfejs użytkownika ANSYS Electronics Desktop (AEDT) oparty na standardzie modelowania ACIS. Pozwala na przygotowanie geometrii w 2D lub 3D od zera, a także na bezpośredni import geometrii z popularnych programów CAD / ECAD. ANSYS Maxwell jest również w pełni kompatybilny z ANSYS SpaceClaim.

ANSYS Maxwell tworzenie modelu
Automatyczne budowanie modelu CAD w ANSYS Maxwell

Dużą przewagą ANSYS Maxwell jest możliwość wykonywania kosymulacji, czyli bezpośredniego sprzężenia modelu polowego z modelem obwodowym. W przypadku kosymulacji model polowy jak i obwodowy wymieniają informacje w czasie rzeczywistym, dzięki czemu możemy zaobserwować np. wpływ układu sterowania na straty w silniku. Pozwala to na połączenie części elektromagnetycznej z częścią obwodową umożliwiając tym samym projektowanie i analizę nie tylko pojedynczych komponentów, ale także kompletnych systemów energoelektronicznych lub mechatronicznych.

Kolejną dużą zaletą ANSYS Maxwell jest adaptacyjne tworzenie siatki elementów skończonych. Program sam decyduje w których miejscach należy zagęścić siatkę na podstawie określonego przez użytkownika poziomu zbieżności. To znacznie skraca czas przygotowania modelu numerycznego przy równoczesnej redukcji wielkości modelu numerycznego.

siatka adaptacyjna ansys maxwell
Adaptacyjne zagęszczanie siatki w ANSYS Maxwell

Możliwości ANSYS Maxwell

Program znajduje szerokie zastosowanie w symulacji pracy i projektowaniu wszelkiego rodzaju maszyn elektrycznych: asynchroniczne, synchroniczne, komutatorowe, bezkomutatorowe indukcyjne, prądu stałego, z magnesami trwałymi, bezszczotkowe, reluktancyjne, SRM, IPM, PMSM, SynRM, PMDC, DC Motor, itp.. Poniżej znajduje się krótka lista aplikacji:

ANSYS Maxwell - efekt halla
Symulacja efektu Halla w ANSYS Maxwell
  • silniki, generatory, magnesy trwałe, czujniki
  • transformaty elektroniczny i energetyczny
  • elementt magnetyczne, dławiki, kondensatory
  • urządzenia elektryczne, rozdzielnice, szynoprzewody, cewki
  • układy ładowania bezprzewodowego (WPT – Wireless Power Transfer)
  • siłowniki, elektrozawory, elektromagnesy
  • przepusty izolacyjne
  • nagrzewanie indukcyjne
  • urządzenia elektromechaniczne
  • urządzenia energetyczne

Oprócz podstawowych opcji związanych z obliczeniami pól elektromagnetycznych program pozwala na wykonywanie analiz sprzężonych z modułami mechanicznymi (ANSYS Mechanical) i przepływowymi (ANSYS CFD). DObrye studium przypadku tego typu symulacji znajduje się w tym artykule: Analiza termiczna rozdzielnicy niskiego napięcia.

Analizy sprzężone pozwalają na lepsze zrozumienie zagadnień towarzyszącym pracy naszego urządzenia jak np. zmiana konduktywności materiału pod wpływem wzrostu temperatury (=wzrost strat), wyznaczanie sił zwarciowych podczas stanów awaryjnych (sprzężenie solvera EM z mechanicznym). Temperatura ma również wpływ na naprężenia i odkształcenia elementów z uwagi na rozszerzalność cieplną stosowanych materiałów.

ANSYS Maxwell - analiza sprzężona
Schemat symulacji sprzężonej: symulacja elektryczna + termika + mechanika. Symulacja może być sprzężona dwukierunkowo.

Podsumowanie

Oprogramowanie pozwala na symulację rzeczywistych urządzeń i zjawisk w nich zachodzących. Symulacja pozwala zobaczyć i uwzględnić efekty takie jak np. zbliżenie, wypieranie prądu czy indukowania się prądów wirowych w pobliskich elementach konstrukcyjnych. Dzięki nowoczesnym metodom numerycznym wyznaczysz moment zaczepowy silnika, moment elektromagnetyczny generatora, sprawdzisz jak poprawnie układać kable energetyczne aby każda z żył była odpowiednio obciążona, a także to czy nie dojdzie do przebicia izolacji transformatora. To tylko wybrane zagadnienia, które możesz policzyć za pomocą ANSYS Maxwell.

Masz pytanie? Chcesz wypróbować ANSYS Maxwell?