CFX Berlin - PExprt

PExprt für die Vorauslegung induktiver Bauelemente

PExprt ist ein etabliertes Software-Werkzeug für die effiziente Vorauslegung und Analyse von magnetischen Bauelementen (Transformatoren, Drosseln, Messwandler etc.). Auf Basis von analytischen Berechnungen und FEM-Analysen mit der PExprt-Software sind Ingenieure in der Lage, Design und Dimensionierung von elektromagnetischen Komponenten bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen schnell virtuell zu bestimmen.

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Power Electronics Expert (PExprt) ist ein interaktives Designwerkzeug, mit dem mittels analytischer Verfahren magnetische Bauteile wie Transformatoren und Drosseln ausgelegt werden können: 

  • Design von Drosseln, Transformatoren mit mehreren Wicklungen, gekoppelten Induktivitäten und Wandlern
  • basierend auf Wellenformen oder Wandlerdaten
  • geeignet für Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller, Tief-Hochsetzsteller, Durchflusswandler, Gegentaktwandler, Halb- und Vollbrückenumrichter, Sperrwandler
  • Optimierung von Konstruktionsparametern wie Kerngröße, Kernmaterial, Windungszahl, Luftspaltlänge, Drahtquerschnitt
  • Berechnung von Leistungsparametern wie Wicklungsverlusten, Kernverlusten, Flussdichten, DC-und AC-Widerstand, Irms-Strömen, Magnetisierungsinduktivität, Streuinduktivität und Erwärmung
  • Berücksichtigung von Skin- und Proximity-Effekten
  • Generierung von Ersatzschaltbildern für Maxwell, SPICE, PSpice, SIMPLORER und Saber

Komponentenbibliothek

Unter Berücksichtigung von Kerngröße, Kernform, Kernmaterial, Luftspalt, Windungszahl, Windungsdraht und Windungsform werden elektromagnetische Optimierungen schnell und effizient durchgeführt. Dem Nutzer stehen hierfür umfangreiche Datensammlungen diverser Hersteller, Kernformen und Leiter zur Verfügung:

  • Hersteller: Ferroxcube®, Epcos®, AVX®, Magnetics®, Micrometals, Steward, TDK, Metglas und Electrical Steel
  • Kernformen: POT, RM, EE, EI, EFD, ETD, UU, EP, PQ, toroidal, T, I, DRUM, UI und Laminated
  • Leiter: litz, solid, planar tracks, planar technologies, twisted, square und foil
PExprt unterstützt die Auswahl und Optimierung magnetischer Bauelemente für Anregungen mit tastverhältnisabhängiger Rechteckspannung und sinusförmiger Spannung oder basierend auf leistungselektronischen Wandlertopologien.
Am Beispiel eines Transformators in Sperrwandler-Topologie sind die Möglichkeiten des Aufbaus mittels Planar-Technologie, eines Ringkerns und konzentrierter Wicklung dargestellt. Die Designs sind mit der analytischen Berechnung in PExprt entworfen.

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Ergebnisse der Vorauslegung

Durch die Vorauslegung auf der Basis von analytischen Berechnungen und FEM-Analysen stehen folgende Ergebnisse in PExprt zur Verfügung:

  • Magnetisierung,
  • frequenzabhängige Streuinduktivitäten,
  • Eigen- und Koppelkapazitäten,
  • Spitzenwerte für die magnetischen Flußdichten,
  • Stromdichte und Effektivwerte in den Windungen,
  • Gleich- und Wechselstromwicklungswiderstand (auch Angabe für den Kurzschlussfall),
  • Gleich- und Wechselstromwicklungsverluste,
  • Wirbelstromeffekte,
  • Kernverluste und
  • Temperaturverhalten.
Nach der Verlustleistung sortierte Design-Varianten in PExprt als Ergebnis der automatisierten Vorauslegung

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Vorauslegung & Feldsimulation

Die Kombination aus analytischer Berechnung und Vorauslegung (PExprt) sowie 2D/3D-Feldsimulation mit der Maxwell-Software (FEM-Methode) liefert dem Benutzer qualitative und quantitative Aussagen über elektromagnetische Größen (z. B. Kräfte und Impedanzen) sowie die Feldentwicklung (statisch und transient). Auf Basis der Simulationsergebnisse kann der Ingenieur Schwachstellen gezielt erkennen und beseitigen, sowie umfangreiche Parameter- und Designstudien am Rechner durchführen.

Feldsimulation in Maxwell zur Darstellung der Flusslinien im Sperrwandler-Transformator, der Größenordnung der Ströme sowie der Stromdichte in den Primär- und Sekundärwicklungen sowie zur Berechnung des Leiterstroms im einzelnen Leiter der Primär- und Sekundärwicklung.

PExprt-Arbeitsfenster für die Optimierung der Wicklungsstrategie und Berechnung der Parameter des frequenzabhängigen Ersatzschaltbilds mittels automatischer Finite Elemente Analyse in Maxwell 2D.

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Datenexport für Systemsimulation

PExprt ist in der Lage, Modelle für Simplorer, PSpice oder Saber mit allen magnetischen und thermischen Eigenschaften zur weiteren Verwendung in Systemsimulationen zu exportieren, um exakte Berechnungen für z.B. Schaltvorgänge, Leistungsverlustanalysen kompletter Regelkreise und Systemstabilität durchzuführen.

Berechnung der Parameter des Ersatzschaltbildes unter Berücksichtigung aller Frequenzen bei der Leistungsübertragung und/oder -wandlung.

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