Mô hình 2D Skew mang lại gì cho mô phỏng NVH
Thiết kế máy điện cho các ứng dụng ô tô đòi hỏi các kỹ sư phải đạt được đồng thời hai mục tiêu quan trọng: tối đa hóa mômen xoắn trên dải rộng tốc độ và giảm gợn sóng mômen bằng cách làm cho mômen quay càng mượt càng tốt. Gợn sóng mô-men xoắn trong suốt chu trình lái xe được phản ánh bằng tiếng ồn âm thanh và ở tốc độ cao hơn có thể trở thành nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn cho hành khách.
Trong các ứng dụng công nghiệp hơn, khi máy điện được kết nối thông qua các bộ phận điện tử công suất với lưới điện, gợn sóng mô-men xoắn có thể ảnh hưởng đến chất lượng của nguồn điện được phát trở lại lưới điện. Vì vậy, điều quan trọng là phải giảm gợn sóng mômen điện từ và các tiếng ồn liên quan, cả về cơ học và điện từ.
Ngoài ra, tốc độ mô phỏng và mức độ chính xác cũng quan trọng không kém khi phân tích phần tử hữu hạn () được áp dụng cho thiết kế máy điện. Trong hầu hết mọi trường hợp, sự cân bằng giữa tốc độ mô phỏng và độ chính xác của mô phỏng không phải là điều mà các nhà thiết kế sẵn sàng cân nhắc vì cả hai đều rất quan trọng.
Trong nhiều trường hợp, mặt cắt ngang 2D của hình học 3D được chọn cho mục đích mô hình hóa điện từ. Trong một số trường hợp này, câu hỏi lớn nhất là liệu mô hình 2D có đạt được độ chính xác cần thiết hay không.
Ví dụ, có những lý do tại sao mặt cắt 2D cho máy điện trường dạng hướng tâm có những hạn chế trong tính toán 3D - ví dụ, cuộn dây cuối (cuộn dây stato máy phát điện bên ngoài lõi stato được gọi là cuộn dây cuối), chiều dài trục khác nhau của cả stato và rôto, các loại lệch tâm khác nhau hoặc cấu trúc dạng xiên của các thiết kế rôto hoặc stato khác nhau như trong Hình 1 và Hình 2 tương ứng.
Hình 1. Cấu trúc rôto dạng xiên sử dụng nam châm vĩnh cửu, bao gồm hình dạng xiên tùy chỉnh (trái) và hình dạng xiên hình chữ V (phải).
Hình 2. Một phần hình học 3D của thiết kế máy điện cho thấy các rãnh stato thẳng (trái) và các rãnh stato xiên (phải).
Vì kiểu xiên trong động cơ vốn dĩ là một hiện tượng 3D, chúng ta hãy xem xét trường hợp thứ hai trong đó cấu trúc máy điện bao gồm cấu hình dạng xiên. Trong Hình 3, một kết quả mô phỏng 3D cho thấy sự khác biệt giữa gợn sóng mô-men xoắn đối với máy được tạo xiên và không được tạo xiên.
Và trong khi cách tiếp cận 3D này đạt được độ chính xác mong muốn của giải pháp, nó không giải quyết được tốc độ mô phỏng nhanh theo yêu cầu của quá trình thiết kế do thời gian mô phỏng 3D lâu hơn.
Hình 3. Biểu đồ mômen điện từ thay đổi theo thời gian cho thấy so sánh lời giải 3D giữa cấu trúc stato xiên và không xiên.
Hình 4. Biểu đồ mômen điện từ thay đổi theo thời gian cho thấy so sánh lời giải 2D giữa cấu trúc stato xiên và không xiên.
Đạt tốc độ mô phỏng 2D với độ chính xác 3D
Để giải quyết những thách thức này, Ansys Maxwell giới thiệu một thuật toán cho phép các nhà thiết kế tận dụng tốc độ 2D trong khi vẫn duy trì độ chính xác của mô phỏng 3D . Có vẻ như đầy thách thức, nếu không muốn nói là không thể, nhưng với công nghệ mới được phát triển để tính đến hình dạng máy điện stato và rôto bị xiên, nhiệm vụ này đã trở nên khả thi và thiết thực hơn trong phiên bản Ansys 2021 R2.
Hình 4 cho thấy gợn sóng mômen xoắn trong mô hình 2D sử dụng thuật toán mới này cho cả máy xiên và không xiên, đạt được sự tương đồng rất tốt so với mô hình 3D từ Hình 3. Maxwell cung cấp cấu hình xiên có thể tùy chỉnh trong giao diện người dùng của nó, nơi các kỹ sư có thể xác định cấu trúc rôto / stato dạng xiên của riêng họ.
Mặc dù tốc độ của 2D nhanh hơn nhiều so với 3D, Maxwell cũng cung cấp giải pháp tính toán hiệu suất cao (HPC) để phân phối tính toán phần tử hữu hạn của mỗi lớp cho một tác vụ giao thức truyền thông điệp (MPI) bằng cách sử dụng lược đồ giải ma trận khối song song. Điều này làm cho kết quả của bất kỳ cấu trúc xiên nào trở thành một giải pháp dễ dàng và nhanh chóng để thực hiện.
Bởi vì lược đồ xiên của máy điện có tác động đến gợn mô-men xoắn, nên bắt buộc phải có một quy trình làm việc nhanh và chính xác để đánh giá tác động của điều này đối với tiếng ồn trong suốt chu kỳ truyền động. Do đó, các lực điện từ được tính toán trên mỗi lớp của mô hình 2D và được chuyển đến bộ giải cơ học điều hòa để thực hiện phân tích tiếng ồn, độ rung () (Hình 5).
Hình 5. Biểu đồ thác nước thể hiện mức áp suất âm thanh (SPL) so với tốc độ rôto và tần số kích thích.
Tìm hiểu thêm về Ansys Maxwell
Ngoài các cải tiến cho hình dạng xiên, bản cập nhật Maxwell 2021 R2 thậm chí còn có nhiều hơn thế nữa. Ví dụ, để tăng cường quản lý nhiệt cho các cấu trúc với nam châm vĩnh cửu, Maxwell hiện hỗ trợ nhiều đặc tính khử từ phụ thuộc vào nhiệt độ, bảo toàn hình dạng của các đường cong đầu vào.
Cuối cùng, tôi không thể kết thúc blog này mà không nêu bật các cải tiến cụ thể cho , bao gồm các ứng dụng thực tế hơn để tăng mức độ chính xác:
- Các tùy chọn của chức năng cửa sổ cho chuyển đổi Fourier rời rạc
- Tính toán lực điều hòa dựa trên vật thể với mô hình lớp xiên tùy ý
- Đã thêm các đặc tính đàn hồi dị hướng để nâng cao mô hình hóa lực ma sát từ
Bài viết liên quan:
- Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech .,Jsc" hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này