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Hallo zusammen!

Ich habe ein Problem mit einem 2D Modell einer elektrischen permanentmagneterregten Maschine. Im Generatorbetrieb möchte ich für ein vorgegebenes Moment am Rotor über induzierte Spannungen im Lufstspalt die Stromstärke in den Statorspulen bestimmen. Wie gebe ich ein Moment auf und wie greife ich dann die Stromstärke ab?

Bisher habe ich die Maschine im stationären Motorbetrieb für eine vorgegeben Stromstärke berechnet. Das funktioniert ganz gut. Nur wie schaffe ich den umgekehrten Weg?

Ich freue mich sehr über jeden Tipp!

[Diese Nachricht wurde von Andy2011 am 03. Aug. 2011 editiert.]

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Hi,

eine Nachfrage, womit rechnest du ANSYS oder Maxwell!?

Gruß

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Hallo,

ich rechne mit ANSYS APDL. Mir ist aber nicht ganz klar wie die Randbedingungen zu setzen sind, damit ich bei einem vorgegebenen Moment am Rotor die entstehenden Ströme an den Spulen des Stators bekomme.

Um das mechanische Moment am Rotor zu bestimmen gebe ich über den Befehl: "BFE,ALL,JS,,,,PHASENWINKEL*STROMDICHTE" jeweils die Betstromung der Spulen vor und kann später mit dem Kommando "TORQC2D,Radius,300" das Moment ausgeben. Wie funktioniert der umgekehrte weg in ANSYS?

Gibt es überhaupt die Möglichkeit für diesen Weg in ANSYS oder ist es eventuell nur mit Maxwell möglich? Mit Maxwell habe ich noch keinerlei Erfahrungen.

Ich bin für jede Hilfe dankbar. Grüße Andreas

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Hallo,

zunächst einmal würde  ich sagen, dass kein Moment sondern eine Drehgeschwindigkeit vorzugeben ist.
In deinem ersten Fall wird ein Strom als Eingangsgröße vorgegeben und das Moment am Stator ist das Ergebnis. Im zweiten Fall um eine Spannung induziert zu bekommen ist eine Bewegung des Rotors notwendig. Je schneller er sich bewegt, desto größer die induzierte Spannung. Um in der Realität eine gewisse Drehzahl zu erreichen ist natürlich auch ein gewisses Drehmoment erforderlich. In der Simulation würde ich aber zunächst mit einer Geschwindigkeit arbeiten.

Die Problemstellung kann grundsätzlich in ANSYS Classic gelöst werden ist aber (wirklich!!!) nicht einfach. Dazu muss eine transiente Analyse durchgeführt werden und manuell ein Interface definiert werden an dem die Bewegung des Rotors abgebildet wird.
In Maxwell ist so etwas relativ einfach zu realisieren. Dabei wird ein Motion-Band definiert und dem Rotor eine Drehzahl vorgegeben. Als Ergebnis kann man sich die induzierten Spannungen ausgeben lassen.

Handelt es sich hierbei um eine Abschlussarbeit? (Studien-, Diplom-, Bachelor- oder Masterarbeit) Falls ja sollte dein Betreuer bereits sehr gute Kenntnisse im Bereich APDL und transienter Analyse haben.

Gruß simulmi

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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Hallo Simulmi,

das Thema ist ein Teil meiner Diplomarbeit, in der eine bessere Anordnung von Permanentmagneten einer Synchronmaschine gesucht wird. Ich komme ursprünglich von der strukturmechanischen Seite und benötige die Kräfte aus der Feldberechnung für die weiteren Festigkeitsuntersuchungen um verschieden Rotorkonfigurationen zu bewerten. Mein Betreuer hat ausgezeichnete Kenntnisse mit der APDL Programmierung, allerdings ist eine elektromagnetische Analyse auch Neuland für ihn und ich muss mir das erarbeiten. Macht ja auch Spaß, wenn man sieht das es funktioniert.

Richtig, mein Fehler! Die Vorgabe muss eine Geschwindigkeit sein um induzierte Spannungen zu erhalten! Danke für die Korrektur :-) Die Notwendigkeit einer transienten Berechnung macht mich aber gar nicht Glücklich. Thermische Probleme habe ich bereits transient gerechnet, aber dabei hat sich nichts bewegt und das Netz ist über der Zeit gleich geblieben. Wenn ich aber nun mit einer Geschwindigkeit rechne und den Rotor um einen bestimmten Winkel weiter drehe, dann muss ich doch zumindest das Gitter im Luftspalt neu vernetzen. Im Motorbetrieb bin ich drum herum gekommen, da ich dort für gewissen Zeitpunkte stationär rechnen konnte.

Grüße, Andreas

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Hallo Andreas,

nun Elektromagnetik ist nicht gleich Struktumechanik.

Ich habe noch ein Beispiel im FEM für Praktiker Band 4 Seite 430 gefunden. Das ist ein Beispiel zur Bestimmung von bewegungsinduzierten Strömen. Dabei ist die Bewegung linear und wird mit dem plane53 und Keyoption 2 genutzt. Dann kann das auch statisch berechnet werden. Ich bin mir aber nicht sicher ob das auch bei rotatorischen Bewegungen funktioniert.

Um eine transiente Analyse des Generators durchzuführen darf der Luftspalt nicht neu vernetzt werden. Folgendes zwei Vorgehensweisen sind möglich:
1) Clicking Mesh
Hierbei wird im Lufspalt ein gleichmäßiges Netz mit mindestens zwei Elementen in der Dicke erstellt. Dann kann eine "quasi-transiente" Analyse durchgeführt werden indem viele Lastschritte hintereinander gerechnet werden und der Rotor um jeweils ein Element weiter gedreht wird. Natürlich muss der nächste Lastschritt mit den Ergebnissen des vorherigen weiter rechnen. Um die induzierten Ströme zu rechnen ist es ja gerade notwendig die Änderung der magnetischen Induktion zu Erfassen. Denn daraus resultiert die Induktion.

2) Transiente Analyse mit Interface
Hierbei wird ähnlich zu 1 im Luftspalt ein gleichmäßiges Netz erstellt. Dann müssen manuell einige Funktionen geschrieben werden um das magnetische Potential an diesem Interface zwischen bewegter und stehender Netzstruktur zu übergeben. Dabei muss zum einen die Magnitude je nach Position der Netzknoten zueinander interpoliert werden und zum anderen natürlich auch die Vorzeichen berücksichtigt werden. Ich hatte mal auf einem fortgeschrittenen Seminar bei Cadfem so ein Beispiel gerechnet. Herausgekommen sind einige Seiten Quellcode. Das ganze ist nicht trivial und auch nicht mal kurz zu lösen.

Prinzipiell frage ich mich aber warum dich die induzierten Ströme interessieren wenn es dir hauptsächlich um Festigkeitsuntersuchungen geht und dabei ja eigentlich die Kräfte interessieren!?

Gruß Matthias

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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