CFX Berlin - elektromagnetische Feldsimulation

Elektromagnetische Feldsimulation im Kundenauftrag

CFX Berlin bietet Ihnen Modellaufbau sowie elektromagnetische Feldberechnungen auf der Basis des ANSYS Maxwell-Softwarepakets als Dienstleistung an. Im Rahmen von Simulationsprojekten beraten wir Sie selbstverständlich auch hinsichtlich der Auswertung und richtigen Interpretation der Simulationsergebnisse und entwickeln aufbauend auf den Erkenntnissen gemeinsam mit Ihnen geeignete Optimierungsvorschläge für Ihre Anwendungen.

Überblick Elektromagnetiksimulation mit ANSYS-Software
Überblick Elektromagnetiksimulation mit ANSYS-Software
Bild Stromdichte und B-Feld einer PM-Synchronmaschine
Ergebnisvisualisierung der Simulation einer Permenentmagnet-erregten Synchronmaschine
Bild Darstellung B-Feld und H-Feld von einem Transformator
Darstellung von B-Feld und H-Feld für einen Sperrwandlertransformator
Bild Kopplung PExprt und ANSYS Simplorer
Intuitiv: Oberfläche ANSYS Simplorer mit Einbindung eines Simulationsmodells aus PExprt
Screenshot Maxwell und RMxprt
Intuitiv: Benutzeroberfläche von ANSYS Maxwell und RMxprt

Der mögliche Leistungsumfang in einem Consulting-Projekt im Bereich Elektromagnetik umfasst unter anderem

  • Aufbau von zwei- oder dreidimensionalen Geometriemodellen nach Ihren Konstruktionsunterlagen
  • Durchführung von elektromagnetische Feldberechnungen
  • Auswertung, grafische Aufbereitung und Dokumentation der Ergebnisse sowie Ermittlung von Kennzahlen
  • Beratung bei der Interpretation von elektromagnetischen Effekten
  • Auslegung und Optimierung von Elektromotoren, elektromagnetischen Aktuatoren oder Leistungskomponenten

Die beiden Programme PExprt und RMxprt erlauben die Vorauslegung von leistungselektronischen Komponenten bzw. rotierenden Maschinen und den automatischen Modellaufbau für die Feldsimulation in ANSYS Maxwell. Sollte ihre Problemstellung mit diesen Programmen abbildbar sein, dann vereinfachen sich Geometrieaufbau, Materialauswahl und die Definition von Anregungen und Bewegungen beträchtlich.

Haben wir Ihr Interesse geweckt? Für eine Anfrage können Sie gern unser Projektanfrageformular verwenden! Die folgenden Punkte geben Ihnen Hinweise, was wir für die Simulation von Ihnen benötigen und was für Entscheidungen wir mit Ihnen treffen. Je mehr und je genauere Informationen Sie uns schon in der Angebotsphase geben, umso besser können wir das Angebot schreiben und dann Ihren Auftrag bearbeiten.

Geometrieimport & Geometriebearbeitung

Für die Erstellung des Simulationsmodells können wir Ihre CAD-Daten direkt einlesen. Mögliche Formate sind:

  • ACIS (.sat, .sab)
  • AutoCAD (.dwg, .dxf)
  • CATIA V4 (.model, .exp)
  • CATIA V5 (.catpart, .catproduct)
  • GDSII (.gds)
  • IGES (.igs, .iges)
  • NASTRAN (.nas)
  • Parasolid (.x_t, .x_b)
  • Pro/ENGINEER (.prt, .asm)
  • STEP (.stp, .step)
  • STL (.stl)
  • Unigraphics (.prt)

Alternativ können wir auch geeignete Simulationsmodelle nach Ihren Konstruktionsunterlagen innerhalb der Software aufbauen - beispielsweise erlaubt das Programm RMxprt den schnellen, Modellaufbau für rotierende Maschinen bestehend aus Rotor, Stator, Luftspalt, Spulenwicklung, Magnetform, Schrägung und der Anregung.

Screenshot Maxwell und RMxprt
Intuitiv: Benutzeroberfläche von ANSYS Maxwell und RMxprt

Oftmals ist eine Nachbearbeitung der Ausgangsgeometrie notwendig, wenn z.B.

  • die Geometrie nicht "sauber" ist, z.B. kleinste Spalte vorhanden sind,
  • sehr kleine Geometriedetails (Bohrungen, Fasen) den Rechenaufwand stark erhöhen würden, für die Lösung aber keine Rolle spielen oder
  • Symmetrien ausgenutzt werden könnten, um den Rechenaufwand zu verkleinern.

Unsere Mitarbeiter führen diese Nachbearbeitung im Dialog mit Ihnen durch, so dass für Sie wichtige Details erhalten bleiben.

Bild Geometrieaufbereitung
ANSYS-Software bietet vielfältige Möglichkeiten zur Geometrieaufbereitung

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Auswahl des Lösers

ANSYS Maxwell bietet sowohl für den elektrischen als auch für den elektromagnetischen Bereich jeweils einen stationären, einen harmonischen und einen transienten Löser an. Der stationäre Löser kann nur statische Felder berechnen und der harmonische Löser Felder zu harmonischen, sinusförmigen Anregungen. Dem transienten Löser können beliebige Anregungen vorgegeben werden, zusätzlich sind bewegte Teile (Translation und Rotation) möglich, wobei die Bewegung vorgegeben oder aufgrund der angreifenden Kräfte berechnet werden kann.

Mit den erweiterten Möglichkeiten des transienten Lösers geht ein deutlich höherer Aufwand in der Modellerstellung und in der Lösung einher.

Video: zwei Magnete
Video: zwei Magnete

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Festlegung der Materialeigenschaften

ANSYS Maxwell enthält bereits eine umfangreiche Datenbank mit Materialeigenschaften für die elektromagnetische Feldberechnung. Viele gebräuchliche Materialien für elektrische Leiter, magnetische Leiter (Ferromagnete) oder Permanentmagnete sind bereits enthalten.

Für die Feldberechnung z.B. in einem Magentventil spielt aber die BH-Kurve des ferromagnetischen Stahls des Jochs eine entscheidende Rolle, so dass die Unterschiede zwischen den Datenbank-Stählen und Ihrem Stahl wesentlich sein können. Oder ob Ihr Permamentmagnet durch die Angabe von Koerzitivfeldstärke und Remanenzinduktion und die Annahme eines linearen Verlaufs im 3. Quadranten hinreichend beschrieben wird oder ob eine genaue BH-Kurve wichtig ist, müssen Sie mitentscheiden.

Materialmodellierung mit Hysterese
Materialmodellierung mit Hysterese erlaubt genauere Simulation und bessere Prognosequalität

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Ausgabegrößen & Darstellung

Eine elektromagnetische Feldsimulation liefert eine große Menge an Daten: Für jeden Gitterpunkt des Rechengebiets und jeden Zeitschritt liegen alle berechneten Größen wie z.B. magnetische Feldstärke, magnetische Induktion und Stromdichte vor.

Für die richtige Auswertung müssen wir wissen, was Sie wo an Effekten erwarten und sehen möchten oder mit welchen experimentellen Werten, wie z.B. dem Feldstärkeverlauf an einer bestimmten Messstelle, Sie die Simulation vergleichen wollen. Wir können entsprechend eher qualitative Darstellungen, z.B. zwei- und dreidimensionale Darstellungen mittels Farbverläufen oder Vektoren, und eher quantitative Darstellungen, z.B. die Feldstärke im Luftspalt eines Motors oder den Zeitverlauf einer Kraft, auswählen.

Viele Auswertungen können im nachhinein aus den bestehenden Ergebnissen erfolgen und können im Dialog mit unserem Mitarbeiter nachgefordert werden, einige Auswertungen müssen aber bereits im Modellaufbau berücksichtigt werden, so dass eine frühzeitige Spezifikation wichtig ist.

Drehmoment einer Synchronmaschine als Ergebnis der Vorauslegung in RMxprt
Berechnung der Stromdichteverteilung in Maxwell des Innenlebens eines leistungselektronischen Halbleiterschalters, bestehend aus zwei IGBTs und zwei Dioden auf einer Trägerplatte mit elektrischen Kontaktierungen
Rotationssymmetrisches Modell eines Lasthebemagneten in Maxwell 2D: Permanentmagnet (rot), Spule (ocker), Rückschluss (grau-blau), Blech (grau) mit Flusslinien.
Bild Darstellung B-Feld und H-Feld von einem Transformator
Darstellung von B-Feld und H-Feld für einen Sperrwandlertransformator
Maxwell Postprozessing
Post-Prozessing von elektrischen und magnetischen Feldern unter Verwendung von nichtmodellbasierten Flächen
Bild Stromdichte und B-Feld einer PM-Synchronmaschine
Ergebnisvisualisierung der Simulation einer Permenentmagnet-erregten Synchronmaschine
B-Feld und Vektoren einer Permanentmagnet-erregten Maschine
Co-Simulation von Simplorer mit PExprt für die analytische Analyse eines Sperrwandler-Transformators mit Strom- und Spannungsverlauf

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Ergebnisübergabe & Präsentation

Standardmäßig dokumentieren wir die Arbeitsschritte und Ergebnisse in Powerpoint; sie erhalten zu bestimmten Zeitpunkten Zwischenstände im PDF-Format, die Sie bitte bestätigen, damit unsere weitere Arbeit auf einer beiderseits akzeptierten Basis abläuft. 

Zu Projektende erhalten Sie eine Abschlusspräsentation, die den gesamten Projektablauf und die Ergebnisse darstellt. Diese Präsentation können wir, wenn Sie dies wünschen, bei Ihnen persönlich oder über das Web vorstellen.

Weitere Ergebnisdaten (z.B. Feldstärke im Luftspalt oder Rastmoment über der Zeit) sowie die eigentlichen Simulationsdaten (Setup und Ergebnisse) können auf Wunsch ebenfalls übergeben werden.

Video: Simulation eines Sperrwandler-Traformators
Video: Ergebnisvisualisierung der Simulation eines Sperrwandler-Transformators

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