Nuevas funciones se presentan en los programas de simulación electromagnética Simcenter MAGNET y Simcenter Motorsolve 2020.1 para crear un gemelo digital comprensivo, amplian la multi física y mejoran la interfase. Las aplicaciones atienden los retos que enfrentan los diseñadores de motores en la industria con el nuevo modelado de pérdidas de corriente, la predicción de desmagnetización, y el modelado de de circuitos concentrados por elementos finitos que es crucial para los diseñadores de Bus Bars o electroductos.

 

Simcenter Motorsolve

 

Aquí están las 6 cosas que debes saber:

Gemelos Digitales comprensivos para electromagnetismo.

 

1.-Modelos de Desmagnetización 3D

Considere la alta demanda de motores de imán permanente en los autos eléctricos y aplicaciones aeroespaciales, seria debido a la alta densidad de potencia de estos motores tipo PM. Sin embargo, hay algunos inconvenientes que provocan desmagnetización:

  • Sobrecarga de corriente. Durante la aceleración
  • Aumento de temperatura. Cuando el motor pasa por el ciclo de manejo.

Además, los efectos 3D pueden ser significativos. La desmagnetización irreversible de los imanes permanentes acorta la vida útil de estos motores, esto debe evitarse, pero sin una ingeniería excesiva, ya que los imanes permanentes son costosos.

rebobinado en azul contra modelo lineal en las nuevas funciones de desmagnetizacion 3D

 

Sin embargo, este fenómeno es retador para simular, porque toma en cuenta factores dinámicos (por ejemplo, la operación del imán en términos de características no lineales y el punto de operación en términos de carga y temperatura) y requiere datos para capturar las características magnéticas con precisión.

Con Simcenter MAGNET 2020.1, hay un modelo de desmagnetización para imanes permanentes estáticos, transitorio y transitorio con solvers de movimiento en 3D. En el cual se pueden modelar materiales de imanes permanentes no lineales:

  • Con permeabilidad constante antes del punto de rodilla
  • Con comportamiento irreversible dinámico (se requiere las curvas de la bobina en el segundo cuadrante)
  • Imanes fáciles de definir, desde información que esta disponible en hojas de cálculo.
  • Cálculos rápidos en el mismo orden que el modelo lineal.

 

campo de mesmagnetizacio Simcenter Magnet 

campo de mesmagnetizacio Simcenter Magnet

 

 

2.- Componentes del circuito concentrado (lumped circuit components) en la solución electromagnética.

En muchos casos es necesario insertar componentes de circuitos en la geometría del modelo para crear un gemelo digital realista. Por esta razón se permite agregar componentes de circuitos en las interfaces de bobina dentro de la solución de campo electromagnético. Como resultado se pueden modelar los efectos de corriente parásitos y otros fenómenos lógicos en una sola solución transitoria.

Por ejemplo, una aplicación que se beneficia de esto es la “Bus Bar” o la barra colectora eléctrica, estas juegan un rol importante en aplicaciones de potencia, creando interfaces entre el módulo de potencia y el resto del sistema. El rango de aplicaciones va desde potencia electrónica a grandes transformadores.

Para ilustrarlo, la imagen de abajo muestra parte de un 1GBT, es posible agregar un encadenamiento de switch de dos brazos de una barra colectora eléctrica (bus bar)  y luego simular y realizar la prueba de doble pulso con una sola ejecución transitoria.

 

bus bar que contiene diodos y conmuta entre superficies de bobinas de terminales múltiples

 Las gráficas de densidad de flujo y corriente muestran las ramas paralelas asimétricas de la bus bar 

 

3.-Perdidas de corriente en materiales laminados

Otra área de interés para aplicaciones automotrices y aeroespaciales es la estimación de pérdidas en máquinas de alta densidad de potencia (High Power Density Electric Machines) usadas en vehículos híbridos. En consecuencia, las mejoras en los cálculos de pérdida en el núcleo usan el método anhisteretico por la velocidad de los cálculos que este ofrece.

Específicamente, se han agregado dos nuevos modelos de ajuste de datos y se implementó un coeficiente de pérdida de corriente de Foucault analítico (Eddy loss).

Lo más notable es que el error absoluto se ajusta a la identificación de los coeficientes de Steinmetz para determinar las pérdidas en el fierro vaciado. El ajuste de error absoluto funciona muy bien a niveles de inducción magnética moderada a alta y a frecuencias medias a altas. 

 

Ampliando la  multifisica

4.-Exportar las perdidas en el tiempo

Otra mejora es la exportación de fuerzas nodales y campos de densidad de fuerza presentadas en Simcenter MAGNET y Simcenter Motorsolve 2019.1, incluidas las pérdidas totales promedio de tiempo para su uso en análisis térmicos y CFD.

Además, para Simcenter Motorsolve, las pérdidas totales promedio de tiempo en cada componente se exportan por separado.

• Núcleo del rotor

• Estator trasero hierro + dientes

• Lados de la bobina del estator

• Imanes de rotor

 

perdidas de corriente Eddy en Simcenter Motorsolve 2020.1

Campos de pérdida en Simcenter 3D: pérdida de hierro en estator y acero de rotor, pérdida de corriente parásita en imanes permanentes, pérdida de bobinado 

 

Mejoras en interfase

5. Reduzca las discrepancias al ingresar los datos de material

A continuación, analicemos los datos de materiales. Al ingresar los coeficientes de las ecuaciones de Steinmetz para el cálculo de la pérdida en hierro o al entrar una rama creciente o decreciente del lazo de histéresis para la identificación de los parámetros de Jiles-Atherton, se puede estudiar la calidad del ajuste para garantizar que no haya discrepancias.

 

perdida maegnetica 

 

6. Evite problemas de optimización mal definidos

Finalmente, a veces es difícil determinar si el espacio de diseño de un problema de optimización satisface las restricciones definidas por el usuario. Como resultado, esto puede afectar la convergencia del algoritmo de optimización y la solución puede fallar, lo que puede ser una pérdida de tiempo muy frustrante.

Por esa razón, se ha agregado un preprocesador al programa Simcenter MAGNET Design Optimization 2020.1 para tratar problemas de optimización de diseño mal definidos, que involucran varios objetivos, restricciones y variables de diseño que satisfacen las restricciones.

 

Por: Chad Ghalamzan desde el blog de Simcenter de Siemens

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