۳۳-کنترل نویز و ارتعاشات مغناطیسی درایوهای الکتریکی با استفاده از نرم‌افزار SIMULIA Manatee و Magnetic Noise & Vibration Control of Electric Drives using SIMULIA Manatee Software
۳۳-Magnetic Noise & Vibration Control of Electric Drives using SIMULIA Manatee Software
چکیده
گنجاندن الزامات e-NVH با سرعت متغیر در یک گردش کار نمونه‌سازی مجازی درایوهای الکتریکی می‌تواند به دلیل ماهیت چندفیزیکی نویز مغناطیسی و ارتعاشات، یک گلوگاه شبیه‌سازی باشد. تفسیر نتایج ممکن است دشوار باشد زیرا هارمونیک‌های تحریک و حالت‌های ساختاری زیادی درگیر هستند.
SIMULIA Manatee از الگوریتم‌های تخصصی برای تسریع زمان محاسبات e-NVH استفاده می‌کند و ابزارهای اختصاصی برای شناسایی سریع علت اصلی نویز و ارتعاشات ارائه می‌دهد. علاوه بر این، تکنیک‌های کاهش نویز مانند برش و کج‌شدگی را می‌توان به طور موثر در همان رابط کاربری گرافیکی پیاده‌سازی کرد.
این گفتگوی فنی، جابجایی پارامترهای مختلف را ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که کدام متغیرها بیشترین تأثیر را دارند. کاهش نویز ۱۰ دسی‌بل با کمتر از ۱۰ دقیقه محاسبات با استفاده از تکنیک برش روتور به دست می‌آید.
نکات برجسته:
درباره خطرات اصلی e-NVH در یک سیستم انتقال قدرت الکتریکی معمولی که توسط یک IPMSM 8 قطبی با ۴۸ شیار رانده می‌شود، اطلاعات کسب کنید.
درباره ارتباط بین پارامترهای طراحی ماشین الکتریکی و نیروهای تحریک اطلاعات کسب کنید.
درباره کارآمدترین تکنیک‌های کاهش نویز در IPMSM کششی اطلاعات کسب کنید.
Including variable speed e-NVH requirements in a virtual prototyping workflow of electric drives can be a simulation bottleneck due to the multiphysics nature of magnetic noise & vibrations. Results may be difficult to interpret as many excitation harmonics and structural modes are involved.
SIMULIA Manatee uses specialized algorithms to accelerate e-NVH computing time, and provides dedicated tools to quickly identify the root cause of noise and vibrations. Besides, noise mitigation techniques such as notching and skewing can be efficiently implemented in the same GUI.
This Tech Talk presents different parameter sweeps, demonstrating which variables are the most influential. A 10dB noise reduction is obtained with less than 10mn of calculations using the rotor notching technique.
- learn about main e-NVH risks in a typical electric powertrain driven by a 48-slot 8-pole IPMSM
- learn about the link between electrical machine design parameters and excitation forces
- learn about the most efficient noise mitigation techniques in traction IPMSM
کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در درایوهای الکتریکی با نرم‌افزار SIMULIA Manatee: راهکاری جامع برای بهینه‌سازی NVH
با گسترش روزافزون وسایل نقلیه الکتریکی، لوازم خانگی هوشمند و سیستم‌های صنعتی خودکار، درایوهای الکتریکی به قلب تپنده بسیاری از این محصولات تبدیل شده‌اند. در حالی که الکتریکی‌سازی مزایای فراوانی از جمله بهره‌وری بالاتر و کاهش آلایندگی به همراه دارد، چالش‌های جدیدی را نیز مطرح می‌کند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها کنترل نویز، ارتعاش و سختی (NVH) است. نویز و ارتعاش مغناطیسی، که ناشی از برهم‌کنش میدان‌های الکترومغناطیسی در موتورهای الکتریکی هستند، می‌توانند تأثیرات نامطلوبی بر راحتی کاربر، قابلیت اطمینان محصول و حتی انطباق با مقررات داشته باشند. در این راستا، نرم‌افزار SIMULIA Manatee به عنوان یک راهکار پیشرو، ابزارهای جامعی را برای تحلیل و کنترل این پدیده‌ها ارائه می‌دهد.
چالش NVH در درایوهای الکتریکی: چرا کنترل آن اهمیت دارد؟
الکتریکی‌سازی به معنای حضور موتورهای الکتریکی در محیط‌هایی است که قبلاً توسط موتورهای احتراق داخلی اشغال شده بودند. این تغییر، به طور خاص در صنعت خودروسازی، مستلزم کاهش قابل توجه نویز و ارتعاش از موتورهای الکتریکی است، زیرا صدای موتورهای احتراقی دیگر وجود ندارد تا نویز مغناطیسی را پوشش دهد. این امر، نیاز به رویکردهای مهندسی نوین برای کنترل NVH را از همان مراحل اولیه طراحی ضروری می‌سازد. درایوهای الکتریکی در حال حاضر مسئول حدود ۲۰ درصد از نویز و ارتعاش در خودروهای الکتریکی هستند که این سهم در حال افزایش است و می‌تواند به حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد در آینده نزدیک برسد.
کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در مراحل اولیه طراحی از اهمیت حیاتی برخوردار است. چرا که:
- کاهش هزینه‌ها: شناسایی و رفع مشکلات NVH در مراحل پایانی توسعه، بسیار پرهزینه‌تر و زمان‌برتر است.
- کیفیت محصول: نویز و ارتعاش بیش از حد، تجربه کاربر را تحت تأثیر قرار داده و می‌تواند به عنوان یک نقص در کیفیت محصول تلقی شود.
- انطباق با استانداردها: بسیاری از صنایع دارای الزامات سختگیرانه NVH هستند که باید رعایت شوند.
معرفی نرم‌افزار SIMULIA Manatee: راهکاری برای NVH مغناطیسی
SIMULIA Manatee نرم‌افزاری اختصاصی است که برای تحلیل و کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در درایوهای الکتریکی توسعه یافته است. این نرم‌افزار، بخشی از پورتفولیوی گسترده SIMULIA در داسو سیستمز، قابلیت‌های شبیه‌سازی چندفیزیکی را برای مهندسان NVH، مکانیک و برق فراهم می‌کند تا بتوانند به طور جامع رفتار دینامیکی موتورهای الکتریکی را درک و بهینه‌سازی کنند. Manatee به طور خاص بر NVH ناشی از نیروهای مغناطیسی تمرکز دارد و ابزارهایی برای تحلیل دقیق و بهینه‌سازی طراحی درایوهای الکتریکی از نظر آکوستیکی ارائه می‌دهد.
گردش کار Manatee برای کنترل NVH
Manatee یک گردش کار یکپارچه را برای تحلیل NVH مغناطیسی ارائه می‌دهد که مراحل کلیدی زیر را پوشش می‌دهد:
- تعریف ماشین الکتریکی: این مرحله شامل وارد کردن مشخصات هندسی و الکتریکی موتور به نرم‌افزار است. Manatee از مدل‌های مختلف ماشین‌های الکتریکی از جمله موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) پشتیبانی می‌کند.
- محاسبه مغناطیسی و جدول جستجوی مغناطیسی (MLU): در این مرحله، Manatee نیروهای مغناطیسی شعاعی و مماسی را که توسط برهم‌کنش میدان‌های مغناطیسی در موتور ایجاد می‌شوند، محاسبه می‌کند. این نیروها، که مسئول اصلی نویز و ارتعاش مغناطیسی هستند، در یک “جدول جستجوی مغناطیسی” (Magnetic Look-up Table – MLU) ذخیره می‌شوند. MLU امکان ارزیابی سریع پاسخ‌های مغناطیسی به تغییرات مختلف را فراهم می‌کند.
- تحلیل ارتعاشی و آکوستیکی: نیروهای مغناطیسی محاسبه شده از MLU به عنوان ورودی به مدل‌های مکانیکی و آکوستیکی منتقل می‌شوند. Manatee از روش‌های اجزا محدود (FEM) برای تحلیل پاسخ ارتعاشی ساختار موتور و همچنین انتشار نویز صوتی استفاده می‌کند. این شامل تحلیل‌های مدال برای شناسایی فرکانس‌های رزونانس و تحلیل پاسخ فرکانسی برای ارزیابی سطح نویز در دامنه شنیداری است.
قابلیت‌ها و ویژگی‌های کلیدی Manatee
SIMULIA Manatee با مجموعه‌ای از قابلیت‌های پیشرفته، امکان تحلیل جامع و بهینه‌سازی NVH را فراهم می‌کند:
- محاسبات سریع و دقیق: با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته و مدل‌های تحلیلی، Manatee می‌تواند نیروهای مغناطیسی و پاسخ‌های NVH را با سرعت بالا و دقت قابل قبول محاسبه کند. این امر به مهندسان اجازه می‌دهد تا به سرعت سناریوهای طراحی مختلف را بررسی کنند.
- کوپلینگ چندفیزیکی (Multi-Physics Coupling): Manatee امکان کوپلینگ بین فیزیک‌های مختلف را فراهم می‌کند:
- الکترومغناطیس به مکانیک: انتقال دقیق نیروهای مغناطیسی به مدل مکانیکی برای تحلیل ارتعاش.
- مکانیک به آکوستیک: انتقال ارتعاشات سطح به مدل آکوستیکی برای پیش‌بینی نویز منتشر شده.
- بهینه‌سازی طراحی: نرم‌افزار به مهندسان کمک می‌کند تا پارامترهای طراحی موتور (مانند شکل شکاف‌ها، تعداد قطب‌ها، چیدمان سیم‌پیچ‌ها) را برای به حداقل رساندن نویز و ارتعاش بهینه کنند.
- ابزار کاربرمحور: Manatee با یک رابط کاربری شهودی و گردش کار گام به گام، به کاربران اجازه می‌دهد تا به سرعت مدل‌های خود را تنظیم و تحلیل کنند.
- یکپارچگی با پلتفرم 3DEXPERIENCE: Manatee به عنوان بخشی از اکوسیستم SIMULIA و پلتفرم 3DEXPERIENCE، به طور کامل با سایر ابزارهای CAD، CAE و PLM یکپارچه شده است. این یکپارچگی امکان تبادل داده روان و یک گردش کار همگن را از طراحی تا شبیه‌سازی و تولید فراهم می‌کند.
انواع تحلیل در Manatee
Manatee امکان انجام انواع تحلیل‌های مهم NVH را در درایوهای الکتریکی فراهم می‌کند:
- نیروهای شعاعی و مماسی: محاسبه و تحلیل مولفه‌های فضایی و زمانی نیروهای مغناطیسی در استاتور و روتور.
- پاسخ ارتعاشی: تحلیل پاسخ دینامیکی ساختار موتور به نیروهای مغناطیسی، شامل جابجایی‌ها، سرعت‌ها و شتاب‌ها.
- سطح توان صوتی (Sound Power Level): پیش‌بینی میزان کلی نویز منتشر شده از موتور.
- تحلیل مدال: شناسایی فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی موتور که برای اجتناب از رزونانس حیاتی است.
- پاسخ‌های گذرا: تحلیل رفتار NVH موتور در شرایط عملکردی دینامیک (مانند تغییرات سرعت یا گشتاور).
مزایای استفاده از Manatee
استفاده از SIMULIA Manatee در فرآیند طراحی و توسعه درایوهای الکتریکی مزایای قابل توجهی دارد:
- کاهش زمان عرضه به بازار: با شناسایی زودهنگام مشکلات NVH و امکان بهینه‌سازی سریع، زمان کلی توسعه محصول کاهش می‌یابد.
- صرفه‌جویی در هزینه: نیاز به ساخت و آزمایش نمونه‌های اولیه فیزیکی متعدد به حداقل می‌رسد.
- بهبود کیفیت محصول: کاهش نویز و ارتعاش به معنای محصولی راحت‌تر، قابل اطمینان‌تر و با طول عمر بیشتر است.
- رعایت الزامات NVH: اطمینان از انطباق با استانداردهای سختگیرانه صنعتی و نظارتی.
- تصمیم‌گیری آگاهانه: ارائه بینش‌های عمیق در مورد رفتار NVH به مهندسان کمک می‌کند تا تصمیمات طراحی بهتری بگیرند.
همکاری مهندسان: برق و مکانیک/NVH
نرم‌افزار Manatee با ایجاد یک واسط کاربرپسند، همکاری بین مهندسان برق و مکانیک/NVH را تسهیل می‌کند. مهندسان برق می‌توانند مشخصات ماشین الکتریکی را تعریف کرده و محاسبات مغناطیسی را انجام دهند و “جدول جستجوی مغناطیسی” (MLU) را تولید کنند. سپس، مهندسان مکانیک یا NVH می‌توانند از این MLU به عنوان ورودی برای تحلیل‌های ارتعاشی و آکوستیکی استفاده کرده و بهینه‌سازی‌های لازم را برای کاهش نویز و ارتعاش انجام دهند.
نتیجه‌گیری
کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی یک عنصر حیاتی در طراحی و توسعه درایوهای الکتریکی کارآمد و با کیفیت است. نرم‌افزار SIMULIA Manatee با ارائه یک رویکرد جامع و یکپارچه، مهندسان را قادر می‌سازد تا این پدیده‌ها را به طور دقیق تحلیل، پیش‌بینی و کنترل کنند. از سنتز نیروهای مغناطیسی گرفته تا تحلیل پاسخ ارتعاشی و آکوستیکی، Manatee یک راهکار قدرتمند برای رسیدگی به چالش‌های NVH در عصر الکتریکی‌سازی فراهم می‌آورد. این نرم‌افزار نه تنها به بهبود کیفیت محصول و رضایت مشتری کمک می‌کند، بلکه به سازمان‌ها این امکان را می‌دهد تا محصولات خود را با سرعت و کارایی بیشتری به بازار عرضه کنند و در عین حال، به بالاترین استانداردهای ایمنی و عملکرد دست یابند.
متا دیسکریپشن: کشف کنید چگونه SIMULIA Manatee به کنترل نویز و ارتعاش مغناطیسی در درایوهای الکتریکی کمک می‌کند. راهکاری جامع برای بهینه‌سازی NVH، افزایش کیفیت محصول و تسریع توسعه.
کلمات کلیدی برای سئو: SIMULIA Manatee، نویز مغناطیسی، ارتعاش مغناطیسی، درایوهای الکتریکی، NVH، شبیه‌سازی NVH، موتور الکتریکی، مهندسی آکوستیک، الکتریکی‌سازی، 3DEXPERIENCE، شبیه‌سازی چندفیزیکی، کنترل نویز، بهینه‌سازی طراحی، تحلیل ارتعاش، MLU.
