Мощные инструменты, такие как автоматизированное проектирование (CAE) и численные расчеты потоков (CFD), позволяют быстро создавать виртуальные прототипы. Однако из-за сложности этих инструментов их использование в основном ограничено опытными пользователями. Важным двигателем инноваций является демократизация технологий. Имея это в виду, компания АББ выпустила три полуавтоматические платформы, предназначенные для быстрого, простого и надежного численного моделирования. Новые инструменты снижают стоимость прототипирования и позволяют тестировать десятки вариантов дизайна в приемлемые сроки.
Картинная галерея
Как дизайнер находит правильную золотую середину?
Одним из ключевых вопросов при разработке электрических устройств является степень, в которой они способны снизить производственные и эксплуатационные расходы. Хотя, с одной стороны, существует потребность в уменьшении веса, размера и сложности таких устройств, с другой стороны, они должны быть надежными, доступными и эффективными. При таких обстоятельствах, как дизайнеры могут найти наилучшее возможное решение для конкретного приложения в кратчайшие сроки?
Программное обеспечение для моделирования поддерживает дизайнеров в разработке
Ответ на этот вопрос сложен, потому что, например, B. Возможное уменьшение размера электрического устройства зависит от различных факторов, таких как электрические расстояния (свойства изоляции) и тепловое управление устройством. Однако определение электрических и тепловых свойств с помощью физических испытаний обычно является дорогостоящим и длительным.
Тем не менее, имеются мощные инструменты, которые могут помочь дизайнерам визуализировать, количественно и точно прогнозировать все новые и новые свойства устройства уже на этапе разработки. Итак, з. Например, инструменты CAE (Computer Aided Engineering), такие как FEM (метод конечных элементов) и CFD (Computational Fluid Dynamics), могут значительно сократить расходы и время тестирования, помогая создавать виртуальные прототипы и анализировать десятки вариантов. включить относительно короткое время.
Благодаря новейшему программному обеспечению для моделирования и повышению производительности высокопроизводительных компьютеров, готовые устройства можно тестировать виртуальным способом с точностью, отличающейся от реальных испытаний всего на несколько процентных пунктов.
Дизайнеры борются с тремя главными препятствиями
Однако это не означает, что началась эра безупречных испытаний виртуальных продуктов. Дизайнеры по-прежнему сталкиваются с тремя основными трудностями: стоимостью программного обеспечения, стоимостью высокопроизводительных компьютеров и отсутствием знаний о создании имитационных моделей и настройке решателей.
моделирование
Шесть проблем, которых следует избегать при использовании симуляции в строительстве
Демократизация симуляции
Но решения также доступны здесь: например, дорогое коммерческое программное обеспечение часто можно заменить программами с открытым исходным кодом. Вместо локальных высокопроизводительных компьютеров могут использоваться облачные решения, а в некоторых случаях создание модели и настройка решателя могут выполняться с использованием специального программного обеспечения с предопределенными шаблонами и настройками, которые не требуют никаких изменений со стороны пользователя. В этом развивающемся ландшафте инженеры теперь имеют удобный пользовательский интерфейс с понятными опциями, которые обеспечивают результаты в форме отчетов. Этот подход, также известный как «демократизация моделирования», позволяет почти каждому инженеру использовать такую систему вместо нескольких специалистов по численным расчетам.
моделирование
Как новое программное обеспечение для моделирования делает физику всех изложенных идей видимой
моделирование
Моделирование так же просто и быстро, как в Excel? - Ansys Discovery Live интегрирован в Creo
Полуавтоматические инструменты для разработки продукта
Как ABB поддерживает эту тенденцию к доступным инструментам моделирования, которые также предлагают клиентам добавленную стоимость? Ниже приведены три полуавтоматических инструмента, которые были разработаны компанией ABB для использования при разработке продуктов.
Исследование трансформатора облегчает работу для электриков
Проверка конструкции и оптимизация магнитного экранирования являются важными аспектами при изготовлении трансформаторов, поскольку важно снизить потери от утечки, возникающие в металлических частях трансформатора под воздействием магнитных полей. Создание соответствующих числовых моделей требует глубоких знаний в области программного обеспечения для моделирования, навыков в 3D-моделировании и опыта в оценке результатов - все навыки, которые обычно актуальны только для ежедневных пользователей пакетов моделирования, но не обязательно для инженеров-электриков. Исходя из этого, АББ разработала Study-Transformer, полуавтоматический инструмент прогнозирования горячих точек, который подходит как для специалистов по моделированию, так и для случайных пользователей.
Быстрое создание имитационных моделей из трансформаторов
Пользовательский интерфейс инструмента обеспечивает простую и быструю генерацию имитационных моделей на основе введенных механических размеров компонентов трансформатора, таких как стержневые и вилочные пресс-элементы, обмотки, котлы и экранирование. Имитационные модели создаются в коммерческом программном обеспечении для электромагнитных и тепловых расчетов с помощью встроенных трехмерных примитивов, таких как блоки, цилиндры и т. Д., И геометрических операций.
Модели автоматически получают подходящие настройки
Граничные условия и настройки моделирования автоматически назначаются сгенерированным моделям. Все параметры статистически корректируются на основе десятков протестированных малых, средних и больших силовых трансформаторов, произведенных АББ по всему миру. Библиотека материалов, специально разработанная для таких расчетов, была разработана учеными АББ с использованием лабораторных измерений.
Оптимизировать трансформаторы за один день
Исследование трансформера написано на C #, а входные данные можно вводить вручную или импортировать напрямую из системы проектирования. Последнее позволяет создавать имитационные модели немедленно. Результатом является относительно короткое время моделирования, которое позволяет инженерам полностью оптимизировать конструкцию трансформатора в течение дня. Окончательные результаты представлены в виде таблицы, показывающей распределение потерь и максимальные значения температуры.
Моделирование улучшает понимание физических процессов
Методология практична и недорога. По сравнению с другими доступными инструментами и методами анализа для расчета рассеянных потерь стандартное отклонение между измеренными и рассчитанными структурными потерями в два раза меньше.
Кроме того, использование компьютерного моделирования не ограничивается экономией затрат и времени для отдельных трансформаторных блоков, но также позволяет лучше понять физические процессы во время работы. Этот подход также дает возможность тестировать различные решения путем моделирования, что, в свою очередь, приводит к улучшению конструкции с меньшими потерями рассеяния и более высокой эффективностью.
Для разработки электродвигателей: CFD для MCCU
MCCU-CFD - это полуавтоматический инструмент для выполнения экспериментального численного моделирования потока (Computational Fluid Dynamics, CFD) электродвигателей, который был разработан как часть MCCU (Multiphysics Cascaded Controlling Unit). Программное обеспечение предлагает возможность контролировать и автоматизировать различные физические явления, которые часто используются инженерами-исследователями для изучения работы электродвигателей. Итак, з. Например, можно проверить, как изменение размеров или рабочих параметров влияет на приблизительную мощность двигателя.
Цель: автоматизировать моделирование CFD
MCCU объединяет несколько инструментов в едином пользовательском интерфейсе, к которому можно получить доступ через веб-сайт. Цель этого инструмента - предложить инженерам по исследованиям и разработкам возможность автоматизировать создание полного моделирования CFD на основе предварительно определенных параметров.
С помощью инструмента MCCU-CFD пользователи могут выполнять моделирование CFD двигателя одним щелчком мыши. Входные данные для моделирования, которые включают размеры и рабочие параметры двигателя, предоставляются программным обеспечением ADEPT, всеобъемлющей средой проектирования для электрических двигателей.
Книга «Практическое руководство по проектированию привода» помогает в выборе основных компонентов систем электропривода: двигателя, коробки передач, привода, сетевого питания и их дополнительных компонентов. Расчет также ведется интенсивно.
Инструмент создает 3D-модель для моделирования
Инструмент создает репрезентативную трехмерную модель двигателя, которая подходит для выполнения моделирования воздушного потока или совместного моделирования теплового и воздушного потока с использованием программы с открытым исходным кодом, такой как Open Foam. Как только сценарии завершают создание сеток конечного объема для активных частей и воздушного пространства, они обеспечивают правильное назначение свойств материала, источников тепла и граничных условий для всех компонентов двигателя.
Когда модель завершена, симуляция рассчитывается на сервере до достижения стабильного состояния. В конце процесса моделирования происходит автоматическая постобработка с использованием программного обеспечения, такого как Para-View. MCCU-CFD собирает результаты моделирования в виде рисунков, диаграмм и таблиц и использует их для создания отчета, который отправляется пользователю.
Dry-Foam: инструмент для тепловых расчетов
Благодаря своей конструкции трансформаторы сухого типа чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры. Из-за охлаждающей среды (воздуха) и того факта, что тепло передается естественной конвекцией, их тепловое поведение хуже, чем у заполненных жидкостью трансформаторов. Поэтому для оптимизации конструкции трансформаторов сухого типа важно, чтобы разработчик имел надежные инструменты для тепловых расчетов.
Они могут варьироваться от упрощенных систем с сосредоточенной массой до очень деликатных сетевых моделей. Численные расчеты расхода выходят за пределы ограничений моделей с усредненными параметрами и предлагают возможность картирования эффектов турбулентности, радиации, плавучести и геометрических характеристик в трансформаторах сухого типа.
Облачные вычисления открывают широкий спектр возможностей для CFD
С момента появления облачных вычислений вычислительные затраты были ниже, чем когда-либо, и больше не являются узким местом для системы численного анализа, такой как CFD. В прошлом стоимость коммерческого лицензирования часто препятствовала широкому использованию доступных платформ. В этом новом ландшафте Open Foam конкурирует как альтернатива с открытым исходным кодом с коммерческими пакетами программного обеспечения.
Отличная производительность при низких затратах
С Open Foam моделирование может быть распределено по нескольким вычислительным ресурсам, так что высокая вычислительная мощность может быть достигнута при низких затратах. Для повторяющихся задач, таких как строительство трансформатора, автоматическая платформа на основе Open Foam является хорошим решением для точных тепловых расчетов.
Автоматизация моделирования CFD на основе предварительно определенных параметров
Dry-Foam («Сухой» для трансформаторов сухого типа и «FOAM» для открытой пены) возвращается к семинару в 2016 году под названием «Тематические вопросы по электрическим машинам». Обмен опытом в области вычислений с открытым исходным кодом, управления теплом, разработки программного обеспечения для моделирования и новых процессов в облачных вычислениях привел к реализации ИТ-проекта в 2017 году со следующими целями:
- Предоставление простого и надежного инструмента для выполнения потока жидкости и теплового моделирования трансформаторов сухого типа
- Использование технологий с открытым исходным кодом для снижения эксплуатационных расходов.
- Используйте облачные вычисления (Microsoft Azure), чтобы сократить вычислительные затраты
- Простая конструкция решения, позволяющая использовать его любому инженеру на заводе сухих трансформаторов, независимо от его базовых знаний в области динамики теплоносителя.
Сухая пена автоматически извлекает геометрические параметры
Dry-Foam начинается с одного универсального входного файла, который также используется системой общего проектирования (CDS) АББ для проектирования трансформаторов. Система автоматически извлекает геометрические параметры, такие как обмотка, размеры сердечника и корпуса, нагрузки (потери) и граничные условия (температура окружающей среды). Сценарии Octave (другая система с открытым исходным кодом, аналогичная коммерческому программному обеспечению Matlab) затем берут на себя создание осесимметричной репрезентативной 2D-модели трансформатора, включая сердечник, обмотки, каналы охлаждения, корпус, вентиляционные отверстия и воздушное пространство вокруг устройства.
Сетки с конечным объемом генерируются в соответствии с требованиями методов CFD, так что обеспечивается необходимое качество элементов и деталей пограничных слоев для расчета токов у стены с естественной и принудительной конвекцией.
И наконец, рабочий процесс сухой пены обеспечивает назначение источников тепла, свойств материала, граничных условий и настроек решателя. Когда модель закончена, Dry Foam начинает расчеты и создает отчет, как только решатель найдет устойчивое решение.
Компендиум дизайн машины
Разумный дизайн
Автоматизированные отчеты показывают дизайнерам абстрактную информацию
Автоматическая отчетность является одной из основных функций Dry Foam, так как она упрощает передачу результатов в формате, доступном для чтения всем дизайнерам. Сложность моделирования абстрактна, и наиболее важная информация о тепловом поведении сердечника и обмотки отображается проектировщикам. Таким образом, вы знаете не только среднюю температуру обмотки, но также температуру и расположение горячих точек. Затем отчет можно загрузить или сохранить в системе.
Перспективный подход с сухой пеной в облаке
С точки зрения реализации, Dry Foam полностью упакован и поэтому может использоваться на ноутбуке, рабочей станции или в облаке. Облачные решения кажутся особенно многообещающими, так как предопределенный облачный пользовательский интерфейс для сухой пены обеспечивает безопасность данных и позволяет быстро и легко вводить и выгружать файлы, загружать отчеты и онлайн / в режиме реального времени отображать параметры для стабильности решения на разных итерациях., В своем нынешнем виде программное обеспечение для сухой пены позволяет проводить 2D-расчеты двух типов конструкций, но существуют планы более подробных 3D-расчетов, которые позволяют моделировать трансформаторы других типов, например, Resibloc или тяговые трансформаторы. Прежде всего, рамки инструмента могут быть легко адаптированы для моделирования других продуктов ABB.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ На семинаре «Методы проектирования по стоимости» докладчик рассказывает об эффективном использовании и сочетании наиболее важных методов DTC, основываясь на своем многолетнем опыте работы в качестве менеджера по затратам и бизнес-консультанта.
Следующая информация
* Богуслав Самул, Анджей Коберски, Януш Дюк: ABB Corporate Research, Краков, Польша
* Jaydeep Deshpande, ABB Power Grid, Сухие трансформаторы, Роли, Северная Каролина, США
* Ян Вестерлунд, ABB Motors and Generators Technology, Хельсинки, Финляндия
* Дитрих Бонманн, ABB Power Grid, Силовые трансформаторы, Бад-Хоннеф, Германия