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

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.

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