Symulacja to więcej niż oprogramowanie
Większość rynku przejmuje zawsze firma, która pierwsza dotrze do konsumentów z produktem (ang. first-mover advantage). To uniwersalne prawo niektórym spędza sen z powiek – innym dodaje otuchy. 5% wyższa sprawność, pobór mocy niższy o 10%, większa wytrzymałość itd. Te z pozoru niewielkie zmiany pozycjonują produkt na rynku, a w dalszej perspektywie często prowadzą do gruntownych zmian w jego architekturze – powstaje nowa jakość. Świeczka, żarówka wolframowa i dioda LED mają dokładnie tę samą funkcjonalność, jednak to producent diod LED zaopatruje w swój produkt niemal wszystkie gałęzie przemysłu, czego nie można powiedzieć o producencie świeczek.
MESco jest biurem inżynierskim, które wspiera swoich klientów w konstruowaniu lepszych produktów poprzez stosowanie najnowocześniejszych narzędzi do analiz numerycznych na rynku – ANSYS. Od ponad dwudziestu lat prowadzi symulacje komputerowe z mechaniki, przepływów, elektromagnetyzmu, przetwórstwa tworzyw sztucznych. Dla swoich klientów MESco jest zewnętrznym biurem R&D, dostarczającym oprogramowanie i udzielającym wsparcia technicznego. Firma prowadzi również doradztwo IT (Preferowany Partner HP).
O ANSYS
Poprzez sukcesywną akwizycję liderów w poszczególnych branżach symulacji, ANSYS stał się największym producentem oprogramowania do analiz numerycznych. W ostatniej dekadzie ANSYS wykupił m.in. CFX, FLUENT, ANSOFT, Apache, Delcross, Esterel i wiele innych. Dzięki temu zwiększył dostęp do bardzo szerokiej gamy renomowanych narzędzi do analiz numerycznych i optymalizacji.
ANSYS rozszerza możliwości poszczególnych modułów o wykonywanie analiz sprzężonych w ramach wspólnej platformy ANSYS Workbench. Dodatkowo dzięki grupie programów eksperckich ANSYS umożliwia również szybkie prototypowanie maszyn elektrycznych (RMxprt) oraz dławików energoelektronicznych (PExprt).
Rys. 1. Przykład analizy sprzężonej
Analizy sprzężone
Analizy sprzężone pozwalają użytkownikowi jeszcze lepiej poznać zjawiska mogące towarzyszyć np. przepływowi prądu – zjawisko wypierania, zbliżenia czy też zmiany konduktywności materiału pod wpływem temperatury (wzrost strat). Bardzo dobrym przykładem symulacji sprzężonej może być analiza rozkładu temperatury oraz strat w szynoprzewodach rozdzielnicy będącej połączeniem analizy elektromagnetycznej (straty, siła) z analizą termiczną (temperatura) oraz mechaniczną (naprężenia/odkształcenia pochodzące od siły oraz temperatury).
Na rys. 2. przedstawiono praktyczny przykład obliczeniowy pokazujący proces projektowania oraz optymalizacji układu ładowania indukcyjnego w samochodzie elektrycznym, na który składa się część obwodowa (zasilanie, energoelektronika, zasobnik energii, układ rezonansowy) oraz część polowa w postaci dwóch cewek sprzężonych magnetycznie, przesyłających energię elektryczną na odległość.
W tym konkretnym przypadku wpływ na sprawność układu będzie miała konstrukcja cewek (kształt cewki, odległość, liczba zwojów, rdzeń magnetyczny itd.) oraz parametry obwodu zasilającego (obwód rezonansowy, układ sterowania), czyli sprzężenie części obwodowej (Simplorer) z magnetyczną (Maxwell).
Rys. 2. Schemat układu ładowania indukcyjnego
ANSYS Maxwell
ANSYS Maxwell umożliwia wykonanie obliczeń elektromagnetycznych mających na celu określenie liczby zwojów, kształtu cewki, materiałów magnetycznych (praca na liniowej części charakterystyki BH), wyznaczenie sił, momentów, indukcyjności własnych oraz wzajemnych, a także sprawdzenie wpływu odległości oraz przesunięcia cewek na sprawność układu magnetycznego. Maxwell znajduje również zastosowanie w projektowaniu układów elektromechanicznych, takich jak silniki, generatory, elektrozawory.
Rys. 3. Model polowy cewek w programie ANSYS Maxwell
Rys. 3. Model polowy cewek w programie ANSYS Maxwell
ANSYS Simplorer
ANSYS Simplorer pozwala na utworzenie modelu obwodu elektrycznego, składającego się z zasilania, przekształtnika, układu sterowania, obwodu rezonansowego, odbiornika oraz indukcyjności własnych i wzajemnych, które zostały wyliczone w Maxwellu. Simplorer umożliwia również wykonywanie analiz kompletnych systemów, składających się z komponentów elektrycznych, mechanicznych, przepływowych oraz współpracuje z innymi produktami rodziny ANSYS.
Rys. 4. Model obwodowy w programie ANSYS Simplorer
Rys. 5. Sprzężenie części obwodowej z polową
Połączenie Simplorera z Maxwellem
Połączenie programów ANSYS Simplorer oraz ANSYS Maxwell (sprzężenie modelu obwodowego z modelem polowym) pozwala na określenie sprawności kompletnego układu ładowania indukcyjnego z uwzględnieniem nieliniowej części magnetycznej. Połączenie Simplorera z Maxwellem bardzo często wykorzystywane jest do badania wpływu układu sterowania na dynamikę systemów elektromechanicznych oraz strat w obwodzie magnetycznym wywołanych zasilaniem prądem z zawartością wyższych harmonicznych.
Na rys. 6. zaprezentowano kompletny model symulacyjny z użyciem programów Maxwell i Simplorer oraz przebiegi napięcia i prądu (sieć zasilająca, prostownik, falownik układ rezonansowy, zasobnik energii oraz układ sterowania).
Rys. 6. Pełny model symulacyjny układu ładowania indukcyjnego
Rozwój produktu w oparciu o symulację komputerową daje możliwość lepszego poznania istniejących konstrukcji, jak również wspomaga prace nad nowymi, nowoczesnymi produktami. Dzięki sprawdzonej technologii ANSYS można prowadzić badania na modelu numerycznym i zmniejszyć liczbę kosztownych prototypów do absolutnego minimum. ANSYS również znacznie przyspiesza prace badawczo-rozwojowe, pozwalając na szybsze dotarcie produktu na rynek. Symulacja jest inwestycją w pewną przyszłość.
MESCO
ul. Górnicza 20A, 42-600 Tarnowskie Góry
tel. 32 768 36 36, fax 32 768 36 35
e-mail: info@mesco.com.pl
www.mesco.com.pl
source: Automatyka 7-8/2016