Ansys Motor-CAD – symulacja silników elektrycznych
Oprogramowanie Ansys Motor-CAD, rozwijane przez firmę Ansys, wspiera proces projektowania silników elektrycznych poprzez symulację komputerową.
Motor-CAD, jedno z najbardziej zaawansowanych narzędzi projektowych, 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 i dokładnych analiz wielofizycznych już na wczesnych etapach projektowania, co pozwala na optymalizację konstrukcji pod kątem sprawności, niezawodności i kosztów.
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. Innymi słowy, Motor-CAD jest niezastąpiony dla projektantów poszukujących intuicyjnego narzędzia, które łączy w sobie szybkość obliczeń i precyzję wyników.
Dlaczego Ansys Motor-CAD?
Współczesne realia inżynierii wymagają szybkich i trafnych decyzji na każdym etapie projektu. Motor-CAD oferuje szereg funkcji, które wspierają inżynierów w podejmowaniu świadomych decyzji technicznych.
- Skrócenie czasu projektowania
Wielowariantowe analizy pozwalają na szybkie porównywanie różnych topologii i koncepcji maszyn. - Kompleksowość
Cztery w pełni zintegrowane moduły (EMag, Therm, Lab i Mech) pozwalają na przeprowadzenie pełnej analizy wielofizycznej w jednym środowisku. Moduły elektromagnetyczny, termiczny i mechaniczny zapewniają ograniczenie do absolutnego minimum liczby specjalistów pracujących nad rozwojem konstrukcji, dzięki czemu konstruktor ma większą kontrolę i może podejmować świadome decyzje. - Precyzja
Połączenie metod analitycznych i obliczeń numerycznych zapewnia wiarygodne wyniki w krótkim czasie. - Intuicyjność
Intuicyjny interfejs graficzny użytkownika oraz gotowe szablony maszyn (indukcyjnych, synchronicznych, reluktancyjnych, z magnesami trwałymi itd.) znacznie upraszczają proces projektowania. Dodatkowo, Motor-CAD umożliwia import szablonów, co pozwala na analizę niestandardowych geometrii i bardziej zaawansowane dostosowanie projektu.
Moduły dostępne w Motor-CAD
EMag | Weryfikacja parametrów elektromagnetycznych i właściwości ruchowych Moduł EMag pozwala na szybkie obliczenia parametrów elektromagnetycznych i właściwości mechanicznych maszyn elektrycznych. Zakres analiz obejmuje moment, moc, straty, napięcia, prądy, indukcyjności oraz charakterystyki mechaniczne. Dzięki kombinacji zaawansowanych równań analitycznych i metody elementów skończonych (MES 2D), użytkownicy mogą dokładnie wyznaczyć straty, które następnie mogą zostać wykorzystane w analizach termicznych. | |
Therm | Temperatura oraz zaawansowane układy chłodzenia maszyn elektrycznych Moduł Therm jest unikalnym narzędziem do modelowania układów chłodzenia i wyznaczania temperatury w maszynach elektrycznych. Umożliwia analizy w stanie ustalonym i dynamicznym, uwzględniając chłodzenie konwekcyjne, wymuszone, cieczą i inne metody. Dzięki zastosowaniu modelowania termicznego możliwe jest usprawnienie układów chłodzenia, w tym optymalizacja takich rozwiązań jak płaszcze wodne. | |
Lab | Efektywne wyznaczanie map sprawności z uwzględnieniem cyklu pracy Moduł Lab umożliwia szczegółową analizę sprawności maszyn w rzeczywistych warunkach pracy. Pozwala na wyznaczanie sprawności z uwzględnieniem cyklu pracy, takich jak normy WLTP dla pojazdów elektrycznych. Dzięki temu inżynierowie mogą dokładnie analizować wpływ cyklu pracy na straty i temperatury, co przekłada się na optymalizację konstrukcji. | |
Mech | Analiza mechaniczna konstrukcji Moduł Mech wspiera projektantów w analizie mechanicznej maszyn, obejmując obliczenia naprężeń i przemieszczeń konstrukcji podczas pracy. Dzięki wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES 2D) możliwa jest dokładna ocena wytrzymałości mechanicznej projektu. Dodatkowo, moduł umożliwia analizę NVH (hałas, wibracje i chropowatość), co pozwala na identyfikację źródeł hałasu i wibracji oraz optymalizację konstrukcji pod kątem komfortu akustycznego i mechanicznego. |
Praktyczne zastosowania Motor-CAD
Motor-CAD jest idealnym narzędziem do projektowania maszyn elektrycznych w różnych sektorach przemysłu, takich jak motoryzacja, energetyka czy lotnictwo. 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.
Unikalne funkcje Motor-CAD
Motor-CAD wyróżnia się na tle konkurencji kilkoma kluczowymi cechami:
- Sprzężenie dwustronne
Automatyczna iteracja pomiędzy modułami elektromagnetycznym i termicznym. Użytkownik może definiować kryteria zbieżności, co pozwala na dokładną optymalizację. 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. - Szybkość i dokładność
Połączenie metod analitycznych z MES gwarantuje wiarygodne wyniki w krótkim czasie. - Intuicyjne szablony
Gotowe wzorce dla maszyn indukcyjnych, synchronicznych, reluktancyjnych czy z magnesami trwałymi. - Dynamiczna integracja z innymi narzędziami Ansys
Możliwość eksportu wyników do innych programów Ansys, takich jak Ansys Fluent czy Ansys Maxwell, dla bardziej szczegółowych analiz wielofizycznych. - Biblioteka materiałów
Rozbudowana baza materiałów z możliwością dodawania niestandardowych właściwości materiałowych przez użytkownika.
Ansys Motor-CAD – korzyści
Ansys Motor-CAD to kompleksowe narzędzie, które pozwala inżynierom na efektywne projektowanie i optymalizację maszyn elektrycznych. Dzięki integracji modułów, intuicyjnemu interfejsowi oraz zaawansowanym funkcjom analitycznym, program zapewnia:
- skrócenie czasu projektowania,
- redukcję kosztów prototypowania,
- większą precyzję i niezawodność konstrukcji.
Jeśli szukasz narzędzia, które pozwoli Ci osiągnąć sukces w projektowaniu maszyn elektrycznych, Ansys Motor-CAD to idealny wybór. Skontaktuj się z naszymi ekspertami i zacznij projektować już dziś!