Simulación de máquinas eléctricas

¿Qué son las máquinas eléctricas?

Utilizamos máquinas eléctricas para convertir energía mecánica en eléctrica como un generador, para transformar y distribuir energía eléctrica y para convertir energía eléctrica en mecánica como un motor. Las máquinas eléctricas sustentan nuestra vida moderna de múltiples maneras y son indispensables para la electrificación en nuestro camino hacia un futuro más sostenible con menos emisiones de carbono. Maximizar la eficiencia energética de las máquinas eléctricas es crucial para minimizar el consumo de recursos.

¿Qué ventajas tiene la simulación de máquinas eléctricas?

La simulación electromagnética contribuye a los objetivos de rendimiento y sostenibilidad de estas maneras:

• ayudando a crear motores eléctricos eficientes que utilicen menos materiales
• proporcionan una mayor eficiencia
• producen menos ruido y vibraciones.

Los ingenieros pueden optimizar sus diseños electromagnéticos para obtener la máxima eficiencia en el régimen de funcionamiento requerido y encontrar las mejores compensaciones entre los factores de diseño que compiten entre sí.

¿Cómo se simulan los motores eléctricos?

Los motores eléctricos son dispositivos complejos que, por definición, requieren funcionalidades de simulación multifísica. Las fuerzas electromagnéticas se traducen en par en un motor eléctrico. A la inversa, un generador utiliza la rotación mecánica para generar energía electromagnética. En los vehículos eléctricos modernos, el mismo motor eléctrico de tracción sirve también como generador para recuperar energía mediante el frenado regenerativo. Analizar la conversión entre ambos requiere un análisis de movimiento, que capte el comportamiento cambiante de la máquina a lo largo del tiempo.

Las ondulaciones en la curva de par pueden dar lugar a ruidos y vibraciones en la máquina. Las grandes corrientes en el interior de las máquinas eléctricas también pueden provocar un calentamiento importante. La evaluación precisa del acoplamiento de las fuerzas eléctricas a las mecánicas requiere amplias opciones de modelado de materiales. Además de las pérdidas eléctricas tradicionales en conductores modelados de forma realista, las opciones de modelado también incluyen los efectos de magnetización y desmagnetización de los materiales en servicio. Podemos considerar explícitamente las pérdidas en el hierro, tales como las pérdidas por corrientes de Foucault, histéresis y pérdidas adicionales/rotacionales, durante la simulación. Las pérdidas pueden utilizarse en un análisis térmico de la máquina.

Simulación de un sistema de propulsión eléctrica

Una máquina eléctrica siempre forma parte de un sistema mayor, con circuitos eléctricos y controladores por un lado y mecanismos de transmisión y cajas de cambios por otro. El modelo de simulación puede conectarse como una unidad de maqueta funcional a una representación del sistema completo, incluidos los controladores, para una simulación del comportamiento de la máquina en escenarios reales.

Entre los KPI de máquinas eléctricas que pueden calcularse con simulación se incluyen:

• Eficiencia
• Inductancias
• Curvas de saturación
• Análisis de cortocircuitos
• Análisis de circuito abierto
• Prueba de carga/corriente de entrada
• Transitorios de activación
• Pérdidas: cobre, corriente de Foucault, histéresis
• Fuerzas dinámicas en bobinas
• Ruido y vibraciones