Simulation elektrischer Maschinen

Was sind elektrische Maschinen?

Wir verwenden elektrische Maschinen als Generator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, zur Umwandlung und Verteilung elektrischer Energie und zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie als Motor. Elektrische Maschinen unterstützen unser modernes Leben auf vielfältige Weise und sind für die Elektrifizierung auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Zukunft mit weniger Kohlenstoffemissionen unverzichtbar. Die Maximierung der Energieeffizienz elektrischer Maschinen ist für die Minimierung des Ressourcenverbrauchs von entscheidender Bedeutung.

Was sind die Vorteile der Simulation von elektrischen Maschinen?

Die elektromagnetische Simulation unterstützt Leistungs- und Nachhaltigkeitsziele durch:

• die Entwicklung effizienter Elektromotoren mit weniger Material
• höhere Effizienz
• Erzeugung von weniger Geräuschen und Schwingungen

Ingenieure können ihre elektromagnetischen Konstruktionen optimieren, um eine maximale Effizienz unter den erforderlichen Betriebsbedingungen zu erzielen und die besten Kompromisse zwischen konkurrierenden Konstruktionsfaktoren zu ermitteln.

Wie werden elektrische Maschinen simuliert?

Elektrische Maschinen sind komplexe Geräte, die definitionsgemäß Multiphysik-Simulationsfunktionen erfordern. Elektromagnetische Kräfte werden in einem E-Motor in Drehmoment umgewandelt. In umgekehrter Richtung erzeugt ein Generator durch mechanische Drehung elektromagnetische Energie. In modernen Elektrofahrzeugen dient der gleiche elektrische Fahrmotor auch als Generator zur Energierückgewinnung durch regeneratives Bremsen. Für die Analyse der Konvertierung zwischen den beiden muss eine Bewegungsanalyse durchgeführt werden, um das sich ändernde Verhalten der Maschine im Laufe der Zeit zu erfassen.

Wellen in der Drehmomentkurve können zu Geräuschen und Schwingungen in der Maschine führen. Die hohen Ströme in elektrischen Maschinen können auch zu einer erheblichen Erwärmung führen. Die präzise Bewertung der Kopplung elektrischer und mechanischer Kräfte erfordert umfassende Materialmodellierungsoptionen. Neben den herkömmlichen elektrischen Verlusten in realistisch modellierten Leitern umfassen die Modellierungsoptionen auch Magnetisierungs- und Entmagnetisierungseffekte von Materialien im Einsatz. Eisenverluste wie Wirbelstrom, Hysterese und Überschuss-/Rotationsverluste können explizit während der Simulation berücksichtigt werden. Die Verluste können in einer thermischen Analyse der Maschine dargestellt werden.

Systemsimulation eines Elektroantriebs

Eine elektrische Maschine ist immer Teil eines größeren Systems mit elektrischen Schaltkreisen und Steuergeräten auf einer Seite und Getriebemechanismen und Getrieben auf der anderen. Das Simulationsmodell kann als funktionsfähige Modelleinheit mit einer Darstellung des gesamten Systems, einschließlich der Steuerungen, verbunden werden, um eine Systemsimulation des Verhaltens der Maschine in realen Szenarien zu ermöglichen.

Zu den KPIs für elektrische Maschinen, die mit der Simulation berechnet werden können, gehören:

• Effizienz
• Induktivitäten
• Sättigungskurven
• Kurzschlussanalyse
• Analyse offener Schaltungen
• Einschaltstrom/Lasttests
• Einschalttransienten
• Verluste – Kupfer, Wirbelstrom, Hysterese
• Dynamische Kräfte auf Spulen
• Geräusche und Schwingungen