Simulazione di macchine elettriche
Simulazione di motori elettrici, generatori e trasformatori
La simulazione di macchine elettriche
Cosa sono le macchine elettriche?
Le macchine elettriche vengono utilizzate per convertire l'energia meccanica in energia elettrica, come un generatore per trasformare e distribuire energia elettrica e come un motore per convertire l'energia elettrica in meccanica. Le macchine elettriche supportano la nostra vita moderna in molti modi e sono indispensabili per l'elettrificazione nel percorso verso un futuro più sostenibile con minori emissioni di carbonio. Ottimizzare l'efficienza energetica delle macchine elettriche è fondamentale per ridurre al minimo il consumo di risorse.
Quali sono i vantaggi della simulazione di macchine elettriche?
La simulazione elettromagnetica supporta gli obiettivi di prestazioni e sostenibilità:
- contribuendo a creare motori elettrici efficienti che utilizzano meno risorse,
- fornendo una maggiore efficienza
- e producendo meno rumore e vibrazioni.
Gli ingegneri possono ottimizzare i loro progetti elettromagnetici per produrre la massima efficienza nel regime di funzionamento richiesto e per trovare il miglior compromesso tra fattori di progettazione concorrenti.
Come vengono simulati i motori elettrici?
I motori elettrici sono dispositivi complessi che, per definizione, richiedono funzionalità di simulazione multifisica. Le forse elettromagnetiche si trasformano in coppia all'interno del motore elettrico. Al contrario, un generatore utilizza la rotazione meccanica per generare potenza elettromagnetica. Nei veicoli elettrici moderni, lo stesso motore di trazione elettrico funge anche da generatore per recuperare energia attraverso la frenata rigenerativa. L'analisi della conversione tra i due richiede un'analisi del movimento, che acquisisce il comportamento mutevole della macchina nel tempo.
Le increspature nella curva di coppia possono generare rumore e vibrazioni nella macchina. Anche le correnti elevate all'interno delle macchine elettriche possono causare un riscaldamento significativo. La valutazione precisa dell'accoppiamento tra forze elettriche e meccaniche richiede opzioni complete di modellazione dei materiali. Oltre alle tradizionali perdite elettriche nei conduttori modellati in modo realistico, le opzioni di modellazione includono anche gli effetti di magnetizzazione e smagnetizzazione dei materiali in servizio. Durante la simulazione è possibile prendere in considerazione esplicitamente le perdite di ferro, come le correnti parassite, l'isteresi e le perdite in eccesso/rotazionali. Le perdite possono essere utilizzate in un'analisi termica della macchina.
Simulazione del sistema di una trasmissione elettrica
Una macchina elettrica fa sempre parte di un sistema più grande, con circuiti elettrici e centraline su un lato e meccanismi di trasmissione e cambi sull'altro. Il modello di simulazione può essere collegato come unità di mock-up funzionale a una rappresentazione dell'intero sistema, comprese le centraline, per una simulazione del comportamento della macchina in scenari reali.
I KPI delle macchine elettriche che possono essere calcolati con la simulazione includono:
- Efficienza
- Induttanze
- Curve di saturazione
- Analisi di cortocircuiti
- Analisi di circuiti aperti
- Test corrente di spunto/carico
- Transitori di accensione
- Perdite (rame, correnti parassite, isteresi)
- Forze dinamiche su bobine
- Rumori e vibrazioni
Applicazioni della simulazione di macchine elettriche
- Mappe di efficienza
- Transitori di accensione
- Analisi del campo di dispersione e della schermatura
- Rumori e vibrazioni
- Modellazione dei sistemi
Mappe di efficienza
L'efficienza energetica è fondamentale per ridurre i costi di esercizio, aumentare la gamma dei veicoli e raggiungere gli obiettivi di sostenibilità. La simulazione può ottimizzare le macchine elettriche per aumentare l'efficienza. L'efficienza varia in genere in base alla velocità e alla coppia; la simulazione automatizzata può calcolare e mappare rapidamente l'efficienza nell'intero regime operativo senza i tempi e i costi dei test fisici.
Transitori di accensione e corrente di spunto
Quando si accende un macchinario, la corrente affluisce nelle bobine. Questa corrente produce effetti transitori diversi dal funzionamento stazionario della macchina. La simulazione nel dominio del tempo modella il comportamento della macchina nei primi momenti critici e contribuisce a garantire prestazioni ottimali a partire da uno stato stazionario.
Analisi del campo di dispersione e della schermatura
L'intensità del campo all'interno di un motore o di un generatore di grandi dimensioni può essere immensa e questi campi sono in grado di interferire con i dispositivi sensibili. La schermatura previene le perdite di campo ma aggiunge costi e peso. La simulazione consente l'ottimizzazione della schermatura nei punti in cui è più necessaria per soddisfare i requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC) e i requisiti di peso.
Rumori e vibrazioni
Per molte applicazioni, specialmente per i motori destinati a elettrodomestici e veicoli elettrici, il rumore e la vibrazione sono due dei principali KPI da prendere in considerazione. Il rumore può essere causato da effetti magnetici (ad esempio coppia di serraggio), effetti meccanici (ad esempio cuscinetti) o vento (flusso d'aria attraverso la macchina). La simulazione multifisica può modellare le diverse fonti che causano rumore e vibrazione, aiutando così a minimizzare o mitigare questi fenomeni.
Modellazione dei sistemi
Le macchine elettriche sono spesso controllate da sistemi elettronici. Il sistema eroga potenza corrispondente al carico e alla velocità di funzionamento richiesti dal motore. Per comprendere le prestazioni è necessario considerare le centraline. La simulazione del sistema può integrare il modello della macchina elettrica in una rappresentazione dell'intero sistema per modellare la coppia e l'efficienza in condizioni di carico realistiche.
Inizia il tuo viaggio
Scopri i progressi tecnologici, le metodologie innovative e le esigenze di settore in continua evoluzione che stanno ridefinendo il mondo della simulazione delle macchine elettriche. Resta sempre un passo avanti con SIMULIA. Maggiori dettagli.
Domande frequenti sulla simulazione di macchine elettriche
Un motore elettrico converte l'energia elettrica in movimento meccanico. Questo movimento può essere traslazionale per un motore lineare o rotazionale per un motore rotante. Il principio di funzionamento fondamentale di un motore si basa sulla forza esercitata su un filo che trasporta corrente, esposto a un campo magnetico. Questa forza, nota anche come forza Lorentz, genera un moto in una certa direzione, data dall'orientamento della corrente elettrica e dalla densità del flusso magnetico (che può essere calcolata utilizzando la regola della mano destra).
Esistono due gruppi principali di motori elettrici. Come suggerisce il nome, i motori CC sono alimentati a corrente continuae quelli CA a corrente alternata. In un classico motore CC con spazzole, l'alimentazione viene erogata al rotore, che richiede spazzole per stabilire il contatto e un commutatore per commutare la direzione della corrente. I motori CC senza spazzole (motori BLDC) utilizzano l'elettronica per commutare la corrente continua negli avvolgimenti dello statore, mentre il rotore è dotato di magneti permanenti, con conseguente riduzione della manutenzione.
I motori CA si suddividono in due grandi categorie. I motori asincroni, detti anche motori a induzione, si basano su una certa differenza tra la velocità del rotore e il campo magnetico dello statore (slittamento), mentre nei motori sincroni la velocità del rotore e quella del campo magnetico rotante nello statore sono uguali. Il motore sincrono a magnete permanente (PMSM) è un tipo di motore CA che ha acquisito popolarità nei veicoli elettrici.
Oltre all'imminente passaggio dai motori a combustione interna ai motori a trazione elettrica, esistono molti casi di utilizzo per i motori in ogni vettura moderna. Partendo da elementi essenziali come tergicristalli, soffiatori, ventole e varie pompe, fino alle caratteristiche pratiche, come la regolazione elettrica del sedile, alzacristalli e dispositivi di apertura delle portiere. Le nostre case sono piene di elettrodomestici a motore. Sono indispensabili per l'automazione industriale e la robotica.
Scopri anche
Simulazione di campi elettromagnetici elettrostatici, magnetostatici e a bassa frequenza
Test di conformità virtuale con gli standard EMC
Integrare la simulazione nei flussi di lavoro EDA (Electronics Design Automation)
Simulazione elettromagnetica SIMULIA per una progettazione efficiente delle antenne
Simulazione efficiente di strutture altamente risonanti
Analizzare l'interazione dei campi elettromagnetici con il corpo umano
Simulazione di particelle nei campi elettromagnetici
Simulazione di circuiti fotonici, grafene, metamateriali e cristalli fotonici
Scopri cosa possono fare per te le soluzioni SIMULIA
Parla con un esperto SIMULIA per scoprire in che modo le nostre soluzioni consentono a organizzazioni di ogni dimensione di ottimizzare la collaborazione e promuovere un'innovazione sostenibile.
Per iniziare
Sono disponibili corsi e lezioni per studenti, accademici, professionisti e aziende. Trova le risorse di formazione SIMULIA più adatte alle tue esigenze.
Ottieni assistenza
Trova informazioni sulle certificazioni software e hardware, scarica software e documentazione per gli utenti, contatta l'assistenza e scopri le offerte di servizi