Simulationen leicht gemacht

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Halbautomatisierte Tools für die Produktentwicklung

Wie unterstützt ABB diesen Trend zu erschwinglichen Simulationswerkzeugen, die auch Kunden einen Mehrwert bieten? Im Folgenden sollen drei halbautomatisierte Tools vorgestellt werden, die von ABB für den Einsatz in der Produktentwicklung konzipiert wurden.

Die Verifizierung des Designs und die Optimierung der magnetischen Abschirmung sind wichtige Aspekte bei der Herstellung von Transformatoren, denn es gilt, die in den Metallteilen des Trafos unter Einwirkung von Magnetfeldern erzeugten Streuverluste zu reduzieren. Die Erstellung entsprechender numerischer Modelle erfordert fundierte Kenntnisse auf dem Gebiet der Simulationssoftware, Fertigkeiten in der 3D-Modellierung und Erfahrung in der Auswertung der Ergebnisse – alles Fähigkeiten, die normalerweise nur für tägliche Anwender von Simulationspaketen, aber nicht unbedingt für Elektrokonstrukteure relevant sind. Vor diesem Hintergrund hat ABB Study-Trafo entwickelt, ein halbautomatisiertes Tool zur Vorhersage von Heißpunkten, das für Simulationsexperten ebenso wie für gelegentliche Nutzer geeignet ist.

Schnelle Generierung von Simulationsmodellen von Trafos

Die Bedienoberfläche des Tools ermöglicht eine einfache und schnelle Generierung von Simulationsmodellen auf der Grundlage der eingegebenen mechanischen Abmessungen der Transformatorkomponenten wie Kern- und Jochpresselemente, Wicklungen, Kessel und Abschirmung. Die Simulationsmodelle werden in einer kommerziellen Software für elektromagnetische und thermische Berechnungen mithilfe von integrierten 3D-Primitiven wie Blöcken, Zylindern usw. und geometrischen Operationen generiert.

Randbedingungen und Simulationseinstellungen werden den generierten Modellen automatisch zugewiesen. Sämtliche Parameter werden auf der Grundlage Dutzender getesteter Exemplare kleiner, mittelgroßer und großer Leistungstransformatoren, die von ABB weltweit gefertigt wurden, statistisch angepasst. Eine speziell für solche Berechnungen vorgesehene Werkstoffbibliothek wurde von ABB-Wissenschaftlern mithilfe von Labormessungen entwickelt.

Transformatoren an einem Tag optimieren

Study-Trafo ist in C# geschrieben, und Eingabedaten können manuell eingegeben oder direkt aus einem Designsystem importiert werden. Letzteres ermöglicht eine sofortige Erstellung von Simulationsmodellen. Das Ergebnis ist eine relativ kurze Simulationszeit, die es Ingenieuren erlaubt, die komplette Optimierung eines Transformatordesigns innerhalb eines Tages durchzuführen. Die Endergebnisse werden in Form einer Tabelle dargestellt, die die Verteilung der Verluste und die Höchsttemperaturwerte zeigt.

Die Methodik ist praktisch und kostengünstig. Im Vergleich zu anderen verfügbaren Tools und Analysemethoden für die Berechnung von Streuverlusten ist die Standardabweichung zwischen den gemessenen und berechneten strukturellen Verlusten um den Faktor zwei geringer.

Darüber hinaus beschränkt sich der Nutzen von Computersimulationen nicht auf Kosten- und Zeiteinsparungen für einzelne Transformatoreinheiten, sondern ermöglicht auch ein besseres Verständnis der physikalischen Vorgänge während des Betriebs. Ferner bietet der Ansatz die Möglichkeit, verschiedene Lösungen durch Simulation zu testen, was wiederum zu verbesserten Designs mit niedrigeren Streuverlusten und einer höheren Effizienz führt.

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