» ANSYS Motor-CAD – oprogramowanie do symulacji silników elektrycznych

ANSYS Motor-CAD – oprogramowanie do symulacji silników elektrycznych

ansys motorcad

Oprogramowanie ANSYS Motor-CAD, rozwijane przez firmę ANSYS, wspiera proces projektowania silników elektrycznych poprzez symulację komputerową. Firma MDL jest niekwestionowanym liderem w tworzeniu zaawansowanych narzędzi i programów do szybkiego prototypowania maszyn elektrycznych.

Motor-CAD umożliwia użytkownikowi sprawdzenie wielu koncepcji oraz topologii maszyn w pełnym zakresie ich pracy, a także optymalizację pod kątem wymiarów geometrycznych, właściwości ruchowych czy sprawności. Motor-CAD to cztery w pełni zintegrowane moduły – EMag, Therm, Lab oraz Mech – pozwalające na wykonywanie szybkich wielowariantowych obliczeń wielofizycznych w bardzo krótkim czasie.

Obecnie na rynku obserwujemy znaczące skrócenie cyklu rozwoju produktów. Projektanci maszyn elektrycznych muszą odważnie podejmować kluczowe decyzje, które w późniejszym czasie mogą zaważyć na powodzeniu danego projektu. Szybkie obliczenia i sprawny proces modyfikacji danych wejściowych pozwalają użytkownikom Motor-CAD na sprawdzenie większej liczby wariantów maszyny oraz ocenę wpływu strat na początku procesu projektowania.

Program ma intuicyjny interfejs graficzny, oparty na zdefiniowanych szablonach maszyn: indukcyjnych, synchronicznych, reluktancyjnych, z magnesami trwałymi itd.

Moduły elektromagnetyczny, termiczny i mechaniczny zapewniają Moduły elektromagnetyczny, termiczny i mechaniczny zapewniająograniczenie do absolutnego minimum liczby specjalistów pracujących nad rozwojem konstrukcji, dzięki czemu konstruktor ma większą kontrolę i może podejmować świadome decyzje.

Dostępne moduły

EMag | Weryfikacja parametrów elektromagnetycznych i właściwości ruchowych
Moduł EMag służy do szybkich obliczeń parametrów elektromagnetycznych i ruchowych maszyn elektrycznych. Wykorzystuje kombinację zaawansowanych równań analitycznych i obliczenia bazujące na metodzie elementów skończonych (2D).
Therm | Temperatura oraz zaawansowane układy chłodzenia maszyn elektrycznych
Moduł Therm to unikalne narzędzie do analiz termicznych maszyn elektrycznych (dostępne na rynku od ponad 20 lat). Pozwala na wyznaczanie temperatury w stanie ustalonym i nieustalonym, do czego wykorzystuje zaawansowane modele sieci termicznych.
Lab | Efektywne wyznaczanie map sprawności z uwzględnieniem cyklu pracy
Narzędzie Lab umożliwia szybką i dokładną analizę dowolnej maszyny elektrycznej w pełnym zakresie pracy, w tym wyznaczenie sprawności z uwzględnieniem cyklu pracy.
Mech | Analiza mechaniczna konstrukcji
Moduł Mech wykorzystuje metodę elementów skończonych (2D) do analizy naprężeń i przemieszczeń podczas pracy maszyny elektrycznej.

Kultura pracy w ANSYS Motor-CAD

W odróżnieniu do innych produktów z rodziny ANSYS Motor-CAD skupia się na rozwiązywaniu problemów z zakresu wirujących maszyn elektrycznych. Do obliczeń wykorzystuje kombinację metody elementów skończonych i równań analitycznych, więc łączy dwie kluczowe dla każdego konstruktora cechy: szybkość i dokładność obliczeń.

Przyjrzyjmy się teraz możliwościom programu w zakresie obliczeń EM, a te są imponujące. Program pozwala na wyznaczanie momentów, mocy, strat, napięć, prądów, indukcyjności oraz charakterystyk ruchowych, obliczonych na podstawie: wprowadzonej geometrii stojana, wirnika, parametrów materiałowych, danych nawojowych uzwojenia, a także rodzaju pracy maszyny (silnikowa, generatorowa, hamulcowa). Otrzymane wyniki, np. straty, w kolejnym kroku mogą zostać wykorzystane do wyznaczenia temperatury maszyny (z uwzględnieniem konwekcji naturalnej i wymuszonej, chłodzenia cieczą i in.). Jeżeli wyznaczona temperatura jest zbyt wysoka, mamy możliwość zmiany lub optymalizacji zastosowanego układu chłodzenia, np. przez zabudowanie płaszcza wodnego w kadłubie silnika. Użytkownik, który ma wszystkie niezbędne informacje na temat strat w maszynie (m.in. strat w uzwojeniu, żelazie, łożyskach i in.), może od razu przejść do modułu termicznego Motor-CAD oraz badać wpływ konstrukcji mechanicznej i sposobu chłodzenia na oddawanie ciepła do otoczenia.

  

Największą zaletą programu jest opcja wykonywania tzw. sprzężenia dwustronnego pomiędzy modułem elektromagnetycznym i termicznym. W takim przypadku użytkownik szacuje wartości temperatury dla modelu elektromagnetycznego (warto przypomnieć, że straty m.in. w uzwojeniu zależą od temperatury, podobnie jak własności magnesów trwałych), a potem wykonuje obliczenia termiczne.

Następnie wartości temperatury wyznaczone w module termicznym są przenoszone do modułu elektromagnetycznego, gdzie na ich podstawie wyznaczane są nowe parametry uwzględniające zmianę temperatury. Użytkownik może zdefiniować kryterium zbieżności, dzięki któremu program w sposób automatyczny wykona kilka iteracji pomiędzy modułem EM a termicznym do momentu, gdy temperatura pomiędzy poszczególnymi iteracjami nie zmieni się o więcej niż np. o 0,5%.

Bardzo często użytkownicy chcą wiedzieć, do jakiej temperatury nagrzeje się maszyna podczas pracy w rzeczywistym środowisku. Załóżmy, że jesteśmy konstruktorami napędu do pojazdu elektrycznego i obowiązuje nas norma WLTP, określająca cykl pracy silnika w rzeczywistym środowisku (prędkość pojazdu, moment, straty itd.). Tu z pomocą przychodzi nam moduł Lab, w którym zdefiniujemy cykl pracy. Na tej podstawie program oszacuje m.in. moment oraz straty w funkcji czasu (bazując na module EM), a to z kolei pozwoli na wyznaczenie przyrostów oraz rozkładu temperatury dla rzeczywistego cyklu pracy maszyny.

Warto nadmienić, że to tylko wybrane funkcjonalności oprogramowania ANSYS Motor-CAD. W przypadku dodatkowych pytań zachęcamy do kontaktu z firmą MESco.

Autor: Tomasz Kądziołka, MESco sp. z o.o.