Elektrikli Makine Tasarımları İçin Sadece Elektromanyetik Analiz Yeterli mi?
Mühendisler, elektrikli makine tasarımlarını gerçekleştirirken, giderek artan müşteri talepleri ve yasal gerekliliklerle karşı karşıya kalmaktadır. Bu talepleri karşılayabilmek için farklı fiziksel analizlere ihtiyaç duyulmaktadır.
Klasik geliştirme stratejileri, sadece bir fiziksel analize odaklığından, optimum tasarımı elde ederken doğruluk açısından sakıncalı olabilmektedir.
Elektrikli Makine Tasarımlarında Multifizik Analizler
E-makinelerin tasarımında, farklı fiziksel çözücüleri kontrol eden ve bu çözücüler arasında veri transferi yapan otomatik süreçler geliştirmek en uygun yöntemdir. Bu tür işlemler, hedeflerin gerçekleştirilebilmesi ve farklı gereksinimler arasında bir dengenin sağlanabilmesi için optimizasyon araçları ile kontrol edilmelidir.
Altair ve Porsche tarafından gerçekleştirilen multifizik çalışmayı inceleyebilirsiniz.
Elektrikli Makinelerin Termal Özellikleri
Elektrikli makinelerin, elektromanyetik performasının yanı sıra termal özellikleri de çok önemlidir. Sargılarda oluşan omik kayıplar, lamine çekirdekteki demir kayıpları ve eddy current kayıpları makine üzerinde dağıtılması gereken ısı üretmektedir. Aksi takdirde, makinede hasara yol açabilecek “peak” sıcaklık değerleri oluşabilmektedir. Dağıtılacak ısı değerinin çok yüksek olması durumunda, soğutucu sistem tasarımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Simülasyon gerçekleştirilirken, termal etkisi olan tüm yapılar dikkate alınmalıdır. İlk olarak elektromanyetik analiz gerçekleştirilerek ısı şeklinde açığa çıkan kayıplar elde edilir. Daha sonra bu kayıplar, CFD yazılımlarında ısı kaynağı şeklinde temsil edilerek cihaz üzerindeki sıcaklık dağılımı hesaplanır. Malzeme özellikleri, sıcaklığa bağlı olarak önemli ölçüde değişiyorsa, elektromanyetik ve termal simülasyonlar arasında iteratif bir prosedür gerçekleştirilmelidir.
Elektrikli Makinelerin Vibroakustik Analizleri
Elektrikli motorların neden olduğu gürültünün, her geçen gün önem kazanarak günlük hayatta bir kalite-konfor parametresi haline dönüştüğünü söyleyebiliriz. NVH gereksinimleri artık sadece otomotiv sektöründe değil, diğer sektörlerdeki mühendisler için de tasarımda dikkat etmesi gereken önemli bir problemdir.
Elektrikli makinelerin çalışma prensibinden dolayı, genel yapıyı tahrik eden ve gürültüye neden olan kuvvetler ortaya çıkmaktadır. Termal analizlere benzer şekilde akustik analizler de bir kaç adımda gerçekleştirilmektedir. İlk adım olarak, elektromanyetik analiz ile yapıyı tahrik ederek titreşime ve gürültüye neden olan kuvvetler hesaplanır. Daha sonra bu kuvvetler yapısal çözücülere aktarılarak, ERP (Equivalent Radiated Power) analizi ile ses gücü elde edilir.
Elektrikli Makinelerin Ön Tasarımında “Multifizik”
E-makinelerin NVH ve termal değerlendirmesi, tasarım sürecinin hemen başında yapılmalıdır. Tasarım başında bu etkileri dikkate almak; e-makinelerin topolojisine, boyutlarına, kutup sayısına ve sargı şemalarına karar verirken yardımcı olmaktadır.
Örneğin, akım değerlerinin değişimine bağlı olarak sıcaklık değerlerini görüntülemek motorun soğutma stratejisini belirleme konusunda fikir vermektedir. Tasarım aşamasında olasılıklar sonsuz olsada amaç her zaman maliyeti arttıracak tasarım döngülerinden kaçınmaktır.
Altair FluxMotor yazılımı 2020 versiyonuyla birlikte; her zamanki kullanım kolaylığı ve kısa sürede hesaplama yeteneğine ek olarak Termal ve Vibroakustik analizleri de kullanıcıyla sunmaktadır.
Kullanıcılar ek bir lisansa ihtiyaç duymadan, sadece FluxMotor arayüzünde elektromanyetik, termal ve gürültü analizini gerçekleştirebilmektedir.
