Ansys Motor-CAD

Motor-CAD

Phần mềm phân tích đa vật lý tích hợp cho thiết kế động cơ điện

Motor-CAD là phần mềm thiết kế động cơ điện hàng đầu thế giới cho phép mô phỏng đa trường vật lý của máy điện trên toàn bộ dải tốc độ - mô men xoắn.

Đánh giá các ý tưởng và các cấu trúc động cơ trên toàn bộ dải hoạt động và tạo ra các thiết kế được tối ưu cho kích thước, hiệu năng và hiệu suất. Bốn mô đun được tích hợp của phần mềm Motor-CAD – Emag, Therm, Lab và Mech – thực hiện tính toán đa trường vật lý một cách nhanh chóng và lặp lại, do đó bạn có thể đi từ ý tưởng đến thiết kế cuối cùng trong thời gian ngắn.

Với chu kì phát triển ngày càng giảm, người thiết kế động cơ cần phải đưa ra các thiết kế nhanh chóng, và chắc chắn họ sẽ không đối mặt với các vấn đề sau này. Quy trình tính toán nhanh và nhập dữ liệu được sắp xếp hợp lý giúp người dùng Motor-CAD có thêm thời gian để khám phá các cấu trúc của động cơ và đánh giá đầy đủ các tác động của các hiệu ứng tổn thất nâng cao ở giai đoạn đầu của thiết kế.

Điện từ

Tính toán mômen, công suất, dòng điện, hiệu suất, gợn sóng mômen quay (xem torque ripple là gì?), tổn hao (đồng, sắt và dòng điện xoáy), liên kết từ thông, điện cảm và lực.

Nhiệt

Tối ưu hóa khả năng làm mát của máy điện bằng cách sử dụng kỹ thuật lập mô hình nhiệt tham số tập trung (xem lumped-parameter là gì?), để tính toán điện trở nhiệt và điện dung.

Cơ khí

Ước tính biến dạng cơ học, ứng suất và chuyển vị gây ra trong rôto bởi lực ly tâm để định kích thước cho hiệu năng điện từ tối ưu.

Chu trình truyền động

Nhanh chóng tạo bản đồ hiệu suất và tổn thất, vẽ biểu đồ đặc tính mô-men xoắn/tốc độ và phân tích hiệu năng của máy điện trong suốt các chu kỳ truyền động.

Thiết kế chi tiết, phân tích và xác thực

Truyền mô hình Motor-CAD sang Ansys Maxwell, Ansys Icepak hoặc Ansys Fluent để phân tích hiệu ứng cuối (xem end-effects là gì?), khử từ, tổn thất lõi, từ trễ và NVH

Noise, Vibration, and Harshness (NVH) - còn được gọi là tiếng ồn và độ rung, là nghiên cứu và sửa đổi các đặc điểm tiếng ồn và độ rung của các phương tiện, đặc biệt là ô tô và xe tải. Viết tắt là NVH hay N&V.

Noise là tiếng ồn hay âm thanh không mong muốn. Tiếng ồn âm thanh là năng lượng truyền vào không khí gây ra nhiễu âm thanh. Có thể sử dụng các công cụ như lập bản đồ cường độ âm thanh và tách tiếng ồn đốt cháy/ cơ học để xác định phương pháp giảm tiếng ồn tốt nhất.

Vibration là rung động gây ra tiếng ồn và sự xáo trộn. Rung động thường được quan tâm do các tác động vật lý có thể gây ra xáo trộn cho con người, gián đoạn hệ thống điện và sự cố hoặc sự cố trong hệ thống cơ khí. Máy lắc và bộ điều khiển là các kỹ thuật được sử dụng để kiểm tra các vấn đề rung động.

Harshness thường được sử dụng để mô tả mức độ nghiêm trọng và khó chịu liên quan đến cả rung động và tiếng ồn. Nó là một hệ thống định tính dựa trên các đặc tính mong muốn hơn là dựa trên các phép đo có thể định lượng được, là sự đánh giá chủ quan.

 

(xem NVH là gì?).

Các gói Motor-CAD

Các tùy chọn: máy điện dùng nam châm vĩnh cửu, máy điện không đồng bộ có trường rôto cảm ứng và máy điện đồng bộ không có nam châm vĩnh cửu.

EMAG| Dự đoán hiệu năng điện từ

Sử dụng kết hợp giữa môi trường phần tử hữu hạn (FE) 2D và các thuật toán phân tích cho phép tính toán nhanh hiệu năng điện từ. Dễ dàng tối ưu hóa thiết kế với nhiều mẫu và hình học được tham số hóa.

Therm| Dự đoán hiệu năng nhiệt và thiết hệ thống làm mát nâng cao.

Đây là công cụ tiêu chuẩn công nghiệp cho việc phân tích nhiệt của máy điện, với hơn 20 năm sử dụng thành công. Tính toán nhiệt độ của các thành phần của động cơ trong điều kiện hoạt động ổn định hoặc theo thời gian và mô hình chính xác ứng xử nhiệt trong vài giây tính toán.

Lab| Lập bản đồ hiệu suất và hiệu năng trong một chu kỳ công suất

Cho phép phân tích chính xác và nhanh chóng của bất kì thiết kế loại máy điện nào trên toàn bộ dải hoạt động an toàn.

Thực hiện lập bản đồ hiệu suất và phân tích chu trình truyền động trong vòng một vài phút.

Mech| Phân tích cơ học

Sử dụng giải pháp dựa trên FEA

Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

2D trong Motor-CAD để phân tích ứng suất và chuyển vị trong rôto trong quá trình hoạt động.

Motor-CAD Emag

Môi trường phần tử hữu hạn 2D kết hợp và các thuật toán phân tích để tính toán nhanh hiệu năng điện từ.

Nhanh chóng thực hiện một loạt các bài kiểm tra hiệu năng điện từ trong các thiết kế nguyên mẫu với Motor-CAD Emag, bao gồm tính toán mô men xoắn, công suất, tổn hao, điện áp, dòng điện, điện cảm, liên kết từ thông, và lực. Nhập vào và tối ưu hóa thiết kế một cách dễ dàng với phạm vi lớn các mẫu và hình học được tham số hóa.

Các tính năng chính

Cung cấp một loạt các mẫu và hình học được tham số hóa.

• Tự động thiết lập tính toán cho các kiểm tra hiệu năng khác nhau.
• Cho phép tính toán mô men xoắn, công suất, tổn thất, điện thế, dòng điện, từ cảm, liên kết từ thông và các lực.
• Được hỗ trợ bởi các bộ giải FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  theo thời gian hoặc từ tĩnh 2D nhúng vào với chia lưới và thiết lập điều kiện biên tự động.
• Cho phép tính toán nâng cao, chẳng hạn như dòng điện xoáy trong nam châm hoặc thanh rôto máy cảm ứng và tính toán tổn thất cuộn dây AC.
• Cung cấp DX

  Digital Transformation (DX) - DX là viết tắt của Digital Transformation - Chuyển đổi số.

  F và hình học có thể lập trình, tùy chỉnh dạng sóng dòng điện và dạng rôto xiên nhiều lát.
• Kết hợp phương pháp tiếp cận phân tích mô hình và phần tử hữu hạn 2D đồng nghĩa với các thiết kế có thể được nhập và tính toán trong vài phút, cho phép người dùng tính toán sớm các hiệu ứng điện từ phức tạp trong quá trình thiết kế.
• Có thể tích hợp với Motor-CAD Therm để giải các tính toán nhiệt.
• Liên kết với ANSYS Maxwell cho phân tích FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  chi tiết.

Quy trình thực hiện

Bước 1| Định nghĩa động cơ của bạn

Nhập mô hình

• Nhập mô hình bằng cách sử dụng công cụ chỉnh sửa mẫu tham số EMag, nơi mà các tham số như – số lượng khe, số cực và độ rộng răng – có thể được xác định.
• Xem và thay đổi hình học từ góc độ hướng tâm và hướng kính, vẽ hình học 3D và dễ dàng xuất đến các công cụ CAD khác.

Xác định dây cuốn

• Bố trí các cuộn dây bằng công cụ chỉnh sửa dây cuốn trong Emag. Xác định sơ đồ dây cuốn hoặc cho phép Emag tự động tạo một sơ đồ dây dựa theo số pha, số vòng dây, bước dây và số lớp.
• Xem mặt cắt của các dây dẫn trong khe.
• Xác định dây theo hệ số lấp đầy hoặc theo kích thước dây, với một lựa chọn đặc biệt loại dây chữ nhật.

Nhập dữ liệu vật liệu

• Chọn các vật liệu từ thư viện vật liệu đầy đủ của bạn hoặc xác định các đặc tính vật liệu riêng của bạn, như đường cong B-H.

BƯỚC 2| TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

• Với động cơ đã xác định, chọn từ một loạt các bài kiểm tra hiệu năng như sức điện động ngược (Back EMF), mô men xoắn tương tác các răng ( Cogging Torque) và mô men xoắn trên tải (On Load Torque) cho loại máy BPM, hoặc điểm làm việc đơn (Single Load Point) và các bài kiểm tra tiêu chuẩn (roto bị khóa, tốc độ đồng bộ) cho loại máy dạng cảm ứng.
• Chia lưới tự động và xử lý điều kiện biên và đối xứng – bạn không cần kiến thức chuyên sâu của kĩ thuật mô phỏng số để thu được kết quả chính xác.
• Kết hợp với Moto-CAD Therm để giải các tính toán lặp về nhiệt
• Xuất thiết kế đầy đủ cho mô hình Maxwell có phụ thuộc thời gian để mô phỏng FE chi tiết.

BƯỚC 3| XUẤT KẾT QUẢ

• Bảng đầu ra Emag hiển thị dữ liệu số được tính toán từ bộ giải FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  , bao gồm điện áp, độ tự cảm, phần trăm dao động mô men xoắn (torque ripple), hằng số động cơ, dòng điện ngắn mạch và hệ số công suất.
• Các thành phần tổn hao có thể được phân tích, bao gồm tổn hao đồng dòng một chiều và xoay chiều, tổn hao nam châm, tổn hao sắt từ.

Motor-CAD Therm

Mô đun Motor-CAD Therm là công cụ tiêu chuẩn công nghiệp cho phân tích nhiệt của máy điện.

Motor-CAD Therm cho phép các nhà thiết kế tính toán nhiệt độ của các bộ phận động cơ ở điều kiện trạng thái ổn định hoặc theo thời gian để tạo mô hình chính xác về ứng xử nhiệt trong vòng vài giây tính toán.

Việc hiểu rõ các đường truyền nhiệt chính mang lại cho các nhà thiết kế động cơ cơ hội cải thiện đáng kể hiệu quả công suất đầu ra động cơ và tự tin đưa ra quyết định thiết kế.

Các tính năng chính

• Tính toán nhiệt độ của các thành phần động cơ trong điều kiện vận hành ổn định hoặc theo thời gian.
• Thiết lập mạng nhiệt và dòng chảy một cách tự động.
• Bao gồm truyền nhiệt hướng trục và hướng tâm trong mạng 3D.
• Cung cấp sự tính toán và thể hiện hình ảnh trực quan một cách chi tiết của các mặt cắt khe dây cuốn.
• Đưa ra mọi tính toán với CFD

  Computational Fluid Dynamics (CFD) - Tính toán động lực học chất lưu (chất lỏng, chất khí), là một nhánh của cơ học chất lưu sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để phân tích và giải quyết các vấn đề liên quan đến dòng chất lưu.

  Ansys Fluent và Ansys CFX là hai trong số các phần mềm mô phỏng CFD hàng đầu thế giới của hãng Ansys.

  , FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  và các mối tượng quan thực nghiệm.
• Hỗ trợ trong việc lựa chọn các yếu tố sản xuất phù hợp với kinh nghiệm đã được xây dựng trong phần mềm.
• Cho phép mô hình chính xác ứng xử nhiệt với vài giây tính toán.

Quy trình thực hiện

BƯỚC 1|XÁC ĐỊNH HỆ THỐNG LÀM MÁT

• Motor-CAD Therm cho phép bạn lực chọn kiểu làm mát, chẳng hạn như làm mát bằng nước hoặc phương pháp làm mát bằng quạt.
• Bạn có thể định nghĩa kích thước vỏ chẳng hạn như kích cỡ kênh hoặc cánh và chọn các thông số đầu vào phụ thuộc loại làm mát, chẳng hạn lưu lượng và đặc tính chất lưu.

BƯỚC 2| THIẾT LẬP CÁC ĐẶC TÍNH NHIỆT

• Motor-CAD Therm cho phép bạn chọn các đặc tính nhiệt cho vật liệu ngâm tẩm, lót khe và vật liệu vỏ.
• Bạn có thể chọn các yếu tố về mặt sản xuất, chẳng hạn như khe hở tiếp xúc giữa các cấu trúc lớp với vỏ hoặc độ tốt của vật liệu ngâm tẩm.

BƯỚC 3| TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ

• Khi bạn chọn ‘Solve’, Motor-CAD Therm tạo tự động một mạng nhiệt tương đương, mà có thể được sử dụng cho tính toán hiệu năng nhiệt.
• Tính toán nhiệt độ ở trạng thái ổn định, cũng như nhiệt độ theo thời gian của động cơ qua một chu kì làm việc.
• Nhập vào hoặc giải lặp các tổn thất với Motor-CAD Emag và Lab.

BƯỚC 4| TẠO CÁC KẾT QUẢ ĐẦU RA

• Dữ liệu đầu ra cho người sử dụng nguồn thông tin mở rộng về mô hình nhiệt, bao gồm nhiệt độ, phân bố nhiệt theo hướng trục, tổn thất, hệ số truyền nhiệt, nhiệt trở và nhiều hơn nữa. Tính toán nhiệt độ ở trạng thái ổn định, cũng như nhiệt độ theo thời gian của động cơ qua một chu kì làm việc.

Motor-CAD Lab

Lập bản đồ hiệu suất và hiệu quả trong một chu kỳ truyền động

Mô đun Motor-CAD được phát triển để cho phép phân tích chính xác và nhanh chóng bất cứ thiết kế máy điện nào trên toàn bộ dải hoạt động an toàn. Nó kết hợp với cả mô đun EMAG và Therm để cung cấp các đầu ra như bản đồ hiệu suất và đặc tính mô men xoắn/tốc độ.

Những tính năng chính

• Tạo bản đồ hiệu suất và tổn thất.
• Tính toán đặc tính mô men xoắn/tốc độ lúc cao điểm .
• Tính toán đặc tính mô men xoắc /tốc độ liên tục. Cung cấp sự tính toán và thể hiện hình ảnh trực quan một cách chi tiết của mặt cắt khe dây cuốn.
• Phân tích hiệu năng qua các chu trình truyền động phức tạp.
• Sử dụng các chiến lược điều khiển để đạt tỷ lệ mô men xoắn/ampe lớn nhất hoặc hiệu suất lớn nhất.

Quy trình thực hiện

BƯỚC 1| DỰNG MÔ HÌNH

Dựng mô hình bão hòa và tổn thất sử dụng bộ giải điện từ FEA

Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

. Quá trình này dựng một bộ các bề mặt đáp ứng trong một vài phút, mà sau đó được lưu nội bộ.

BƯỚC 2| TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

Tính toán bản đồ hiệu suất và đường cong mô men xoắn/tốc độ.

• Xác định các thông số đầu vào, như điện thế chuyển dòng một chiều, chiến lược điều khiển, dòng điện biến tần tối đa và độ sâu điều biến tối đa.
• Hoàn thiện việc xây dựng mô hình và tạo các đầu ra như bản đồ hiệu suất và đường cong mô men xoắn tối đa/ tốc độ trong vòng vài giây.

Tính toán phạm vi nhiệt và chu trình truyền động

• Mô-đun Motor-CAD Lab và Therm có thể được giải lặp để cung cấp đầu ra, chẳng hạn như mô-men xoắn/tốc độ liên tục, tính toán mô-men xoắn đầu ra liên tục tối đa trên phạm vi tốc độ trong một bộ nhiệt độ giới hạn của cuộn dây và rôto
• Mô đun Lab cũng tính toán tổn thất và sự tăng nhiệt độ của một thiết kế nguyên mẫu qua một chu kì truyền động.

BƯỚC 3| TÍNH TOÁN NHỆT ĐỘ

• Người dùng có thể vẽ, thể hiện hình ảnh và nghiên cứu một khoảng rộng các đầu ra khác nhau như đặc tính công suất/tốc độ, bản đồ tổn thất, bản đồ hiệu suất, hiệu suất chu kỳ truyền động và bản đồ nhiệt.
• Kết quả có thể được xuất ra dưới nhiều dạng hình thức dữ liệu tiêu chuẩn.
• Phần mềm Motor-CAD có thể được điều khiển và tự động hoàn toàn thông qua các công cụ lập trình như MATLAB và Excel cũng như các giải pháp tối ưu hóa bên thứ 3.

Motor-CAD Mech

Giải pháp 2D FEA

Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

trong Motor-CAD để phân tích ứng suất và chuyển vị trong roto trong suất quá trình hoạt động.

Phân tích ứng suất cơ học trong roto sử dụng Motor-CAD Mechanical Model.

Những tính năng chính

• Tính toán ứng suất và chuyển vị trong roto trong suất suất quá trình hoạt động.
• Tối ưu thiết kế của roto để đạt hiệu suất điện từ lớn nhất trong các giới hạn về cơ khí.
• Cung cấp bộ giải 2D FE với chia lưới tự động.
• Đảm bảo cấu hình bài toán chính xác.
• Cung cấp các lời giải nhanh chóng trong vòng vài giây.

Quy trình thực hiện

BƯỚC 1| XÁC ĐỊNH ROTO CỦA ĐỘNG CƠ

• Hình học của roto được nhập vào bằng công cụ điều chỉnh  mẫu Mech, nơi mà các tham số cơ bản như số lượng cực và đường kính ngoài đường kính trong được xác định.
• Đối với loại máy IP

  Ingress protection (IP) - là xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập hoặc xếp hạng IP, đề cập đến mức độ bảo vệ được cung cấp bởi vỏ bọc điện, chống lại chất rắn và chất lỏng. Trong môi trường mà bụi hoặc nước có thể làm hỏng các linh kiện điện tử, một vỏ bọc kín được sử dụng để ngăn chặn sự xâm nhập đó và giữ an toàn cho các thiết bị điện tử. 

  M, các tham số cơ bản khác chẳng hạn như khoảng hở nam châm, rào cản từ thông, cầu nối roto có thể được thay đổi.
• Vật liệu roto có thể được chọn từ thư viện vật liệu của Motor-CAD hoặc bạn có thể xác định các thống số vật liệu riêng của bạn.
• Mô đun Young, khối lượng riêng, hệ số Poisson được định nghĩa và được sử dụng ở trong phân tích ứng suất cơ học. Các đặc tính như độ bền dẻo, độ bền kéo cũng có thể được nhập và được sử dụng như tài liệu tham khảo cho việc đưa ra các quyết định thiết kế sau này.

BƯỚC 2| ĐỊNH NGHĨA CÁC CÀI ĐẶT

• Với roto đã được định nghĩa, bạn có thể điều chỉnh lưới ở vùng có ứng suất cao để thu được kết quả chính xác hơn. Bộ giải FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  của phần mềm Motor-CAD xử lý tự động điều kiện biên và đối xứng để tăng tốc tính toán.
• Tốc độ roto được nhập vào và được sử dụng bởi bộ giải FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  để tính toán áp suất ly tâm cho kết cấu roto.
• Bạn có thể chọn bao gồm cả các nam châm (BPM) hoặc các thanh ngang (IM) vào trong lõi roto để đánh giá dự tác động lên độ bền cơ học roto.
• Đối với loại máy IP

  Ingress protection (IP) - là xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập hoặc xếp hạng IP, đề cập đến mức độ bảo vệ được cung cấp bởi vỏ bọc điện, chống lại chất rắn và chất lỏng. Trong môi trường mà bụi hoặc nước có thể làm hỏng các linh kiện điện tử, một vỏ bọc kín được sử dụng để ngăn chặn sự xâm nhập đó và giữ an toàn cho các thiết bị điện tử. 

  M, bạn có thể làm mềm tiếp xúc giữa các nam châm và roto để tính đến sự bám dính giữa nam châm và lá thép, để đảm bảo kết quả thực tế.

BƯỚC 3| TẠO KẾT QUẢ ĐẦU RA

• Khi bài toán đã được giải, bạn có thể hiển thị kết quả FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  , chẳng hạn như chuyển vị có hướng và phân bố ứng suất Von-Mises, bên trong mặt cắt hướng tâm của roto.
• Cửa sổ đầu ra của Mech biểu diễn dữ liệu số được tính toán từ bộ giải FEA

  Finite Element Analysis (FEA) - là mô phỏng một hiện tượng vật lý bằng cách sử dụng một kỹ thuật toán học thuộc về số được gọi là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite  Element Method). Quá trình này là cốt lõi của kỹ thuật cơ khí, cũng như nhiều ngành khác.

  , bao gồm ứng suất Von-Mises trung bình, ứng suất Von-Mises lớn nhất và hệ số an toàn ứng với độ bền dẻo
• Motor-CAD có công cụ phân tích độ nhạy tích hợp để thực hiện một loạt phân tích nếu-thì trên các biến thể thiết kế.