Difference between revisions of "3. lecke példája"

From Maxwell
Jump to: navigation, search
(Az eredmények kiértékelése)
(Az eredmények kiértékelése)
Line 54: Line 54:
  
 
== Az eredmények kiértékelése ==
 
== Az eredmények kiértékelése ==
 +
A példa célja bemutatni a villamos gépek nemkívánatos jelenségeinek forrását. A melegedés forrása a gép különböző részeiben keletkező veszteség. Az örvényáram veszteséggel az előző leckében már találkoztunk. Azonban az úgynevezett [https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_steel elektromos acéloknál] több összetevője van a vasveszteségnek
  
Az idöfüggő szimulációnál, ahogy a neve is mutatja, az idő függvényében vizsgálom a jelenségeket. Természetesen van mód az idő- és frekvenciatartomány közötti átjárásra ([https://hu.wikipedia.org/wiki/Fourier-transzform%C3%A1ci%C3%B3 Fourier-transzformáció] és az inverz Fourier-transzformáció). Az 1. lecke példájánál látott változókon (induktivitás, erő) túl meghatározhatjuk a vasdarabban, a tekercsben létrejövő veszteségeket. Ezek a mennyiségek a frekvencia függvényében (''Frequency Sweep'' lehetősége) is vizsgálhatóak.
+
<math> p_{\text{vas}} = K_{\text{h}}f(B_{\text{max}})^2 + K_{\text{c}}(f B_{\text{max}})^2 + K_{\text{e}}(f B_{\text{max}})^1.5
  
 
Az [ ANSYS Maxwell] automatikusan kiszámítja a veszteségeket a feladatban, azonban ha arra vagyunk kíváncsiak, egy-egy térrészben (pl. az öntöttvas rúdban) mekkora az örvényáram okozta veszteség, akkor azt nekünk kell kiszámolni a ''Calculator'' (Maxwell 3D <math>\to</math> Fields <math>\to</math> Calculator...) segítségével. Az örvényáramú veszteség a következő összefüggéssel számítható
 
Az [ ANSYS Maxwell] automatikusan kiszámítja a veszteségeket a feladatban, azonban ha arra vagyunk kíváncsiak, egy-egy térrészben (pl. az öntöttvas rúdban) mekkora az örvényáram okozta veszteség, akkor azt nekünk kell kiszámolni a ''Calculator'' (Maxwell 3D <math>\to</math> Fields <math>\to</math> Calculator...) segítségével. Az örvényáramú veszteség a következő összefüggéssel számítható

Revision as of 07:03, 8 March 2019

Állandó mágneses motor

AudiEtron.jpg

PMMotor Prius2004.gif

Audi A3 Sportback e-tron hajtásláncának meghajtó egysége. [1] Állandó mágneses szinkron motor üzem közben. [Kattints a képre az animáció megtekintéséhez].

Oktató

  • Marcsa Dániel (óraadó)
  • Előadás: Kedd, 13:05 - 14:45 (D201), 14:50 - 15:35 (D105)
  • Fogadóóra: egyeztetés alapján

További oktatók:

  • -
  • Fogadóóra: -.

A feladat célja

A hallgató megismerje a végeselem-módszer főbb lépéseit, mint a modell előkészítése (geometria elkészítése vagy importálása), anyagparaméterek, peremfeltételek és gerjesztés megadása egy időfüggő szimuláción keresztül. Elősegítse a villamos forgógépekben jelentkező jelenségek - zaj, rezgés, melegedés - forrásának megértését.

A feladat megoldásához szükséges ismeretek

  • A végeselem-módszer lépései;
  • Az időben változó mágneses térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés megadásához);
  • Alapvető ismeretek a villamos gépek működéséről.

A feladat megoldásának lépései

Az ANSYS Electronics Desktop elindítását követően a File [math]\to[/math] Open almenü segítségével nyissuk meg a PM_Motor_Oktatas.aedt fájlt.

Az ANSYS Maxwell használatához a Help menüje és a YouTube-on fellelhető videók sok segítséget nyújtanak.

A feladat definiálása

A feladat megoldásához egy lehetséges felbontás.
A feladat megoldásához egy lehetséges felbontás.

Ebben az esetben a feladat geometriája és a feladat definiálása előre elkészített. Ennek oka, a hosszadalmas beállítás elkerülése és az, hogy alapvetően a példa azt a célt szolgálja, hogy a nemkívánatos jelenségek forrásait (erő, veszteség) áttekintsük egy villamos forgógép példáján.

A futtatás előtt és közben röviden áttekintjük a feladat beállításait.

Fontos megjegyezni, hogy az előző két példa esetében az adaptív hálozó finomította a felbontást. Azonban időfüggő (tranziens) esetben nincs lehetőség az adaptív hálózó használatára, így nekünk kell előre definiálni a feladat felbontását különböző hálózási műveletekkel.

A megoldó beállítása, a szimuláció futtatása

A megoldónál definiálni kell az időtartomány végét, ameddig futtani szeretnénk a szimulációt, valamint az időlépést. Ennél a példánál 15 ms legyen az időtartomány vége (Stop time) és 0,05 ms (periodusonként 100 időlépés) az időlépés (Time step).

Itt már szükség lehet a nemlineáris megoldó beállításaira is, mivel az állórészt és forgórészt alkotó acél mágnesezési görbéje ([math]\vec{B} - \vec{H}[/math] kapcsolat) nemlineáris. Erre jó példa a lenti ábra, ahol látható, hogy milyen nagy mértékben különbözhet helyről-helyre a relatív permeabilitás értéke.

Ahhoz, hogy a szimuláció lefutását követően több időpillanatban megjelenítsük az eredményt, szükség van megadni, melyik időlépésben szeretnénk a megoldást elmenteni. Ha ezt nem tesszük meg, automatikusan az utolsó időlépést menti el, ebben az időpillanatban lehet a térváltozókat ([math]\vec{A}; \vec{B}; \vec{H}[/math]; ...) és az azokból származtatott mennyiségeket ([math]\text{veszteség}, \text{energia}, ...[/math]) megjeleníteni.

Az eredmények kiértékelése

A példa célja bemutatni a villamos gépek nemkívánatos jelenségeinek forrását. A melegedés forrása a gép különböző részeiben keletkező veszteség. Az örvényáram veszteséggel az előző leckében már találkoztunk. Azonban az úgynevezett elektromos acéloknál több összetevője van a vasveszteségnek

[math] p_{\text{vas}} = K_{\text{h}}f(B_{\text{max}})^2 + K_{\text{c}}(f B_{\text{max}})^2 + K_{\text{e}}(f B_{\text{max}})^1.5 Az [ ANSYS Maxwell] automatikusan kiszámítja a veszteségeket a feladatban, azonban ha arra vagyunk kíváncsiak, egy-egy térrészben (pl. az öntöttvas rúdban) mekkora az örvényáram okozta veszteség, akkor azt nekünk kell kiszámolni a ''Calculator'' (Maxwell 3D \ltmath\gt\to[/math] Fields [math]\to[/math] Calculator...) segítségével. Az örvényáramú veszteség a következő összefüggéssel számítható

[math] P_{ö} = \frac{1}{2}\int_{V} \vec{J}\cdot\vec{E}^{*}\,\text{d}V = \int_{V} \frac{\vec{J}\cdot\vec{J}^{*}}{2\sigma}\,\text{d}V[/math] [W].

Azonban a fenti összefüggés helyett a Calculator-ban a következő lépéseket kell elvégezni

  • Input [math]\to[/math] Quantity [math]\to[/math] OhmicLoss
  • Input [math]\to[/math] Geometry [math]\to[/math] Itt kiválasztjuk a térfogatot, ahol számolni szeretnénk a veszteséget
  • Scalar [math]\to[/math] [math]\int[/math] (Integrálás)
  • Output [math]\to[/math] Eval

A térváltozók is megjeleníthetőek különböző formában erre mutat egy-egy példát a következő két ábra.

PMMotor CoreLossResults.png

PMMotor RelativePermeability.png

PMMotor EdgeForce.gif

A vasveszteség és annak összetevői az idő függvényében. A relatív permeabilitás az álló- és forgórészben. A fogerő változása az idő függvényében [Kattints a képre az animáció megtekintéséhez].

Irodalomjegyzék

  1. Audi Technology Portal - https://www.audi-technology-portal.de/en/mobility-for-the-future/audi-future-lab-tron-experience_en/audi-a3-e-tron_en