SETTEMBRE 2014
AUTOMAZIONE OGGI 375
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AO
SPECIALE
I
prodotti odierni si evolvono sempre più, diventano più
‘smart’e spesso includono interazioni complesse tra com-
ponenti, sottoinsiemi e sistemi. In settori quali l’automo-
tive, l’aerospaziale e l’automazione industriale, le aziende
utilizzano molto la simulazione a livello di sistema per
identificare potenziali problemi fin dalle prime fasi di proget-
tazione, cosa che non possono fare con altri metodi. In par-
ticolare, nell’industria automobilistica è in costante aumento
la quantità di elettronica di potenza in applicazioni meccatro-
niche per soddisfare le esigenze dei consumatori e i requisiti
legislativi e di tutela dell’ambiente. Ingegneri e progettisti ri-
volgono le loro attenzioni ai sistemi di propulsione elettrica
per fornire un vantaggio in termini di peso e riduzione dei
costi, maggiore affidabilità dei sistemi elettrici, controllo e au-
tomazione tramite mezzi elettronici per migliorare l’efficienza.
Un approccio multidominio alla simulazione con solutori
strettamente integrati consente agli ingegneri di progettare,
simulare, analizzare e ottimizzare sistemi complessi: elettro-
meccanici, elettromagnetici, di elettronica, di potenza e mec-
catronici. I progettisti possono creare
design accurati in più domini in modo
altamente efficiente fino ad arrivare a
simulazioni ad alta fedeltà di interi si-
stemi complessi.
Progettazione
dell’elettronica
di potenza
I sistemi elettronici di potenza spesso
includono inverter, convertitori elet-
trici, carichi meccanici o idraulici, sen-
sori, semiconduttori (Igbt a frequenze
di commutazione PWM richiesti), ef-
fetti parassiti da circuiti e cavi e algo-
ritmi di controllo.
Questioni importanti da considerare
sono le perdite, le prestazioni termi-
che, i picchi di corrente, le tensioni
durante la commutazione, le emis-
sioni condotte e irradiate (EMI/EMC) a causa degli scambi di
frequenza. Il software di simulazione dovrebbe supportare i
dispositivi e gli strumenti di caratterizzazione dei componenti,
tra cui il modello di generazione Igbt di comportamento, e i
modelli di media e/o dinamici. Tali funzionalità consentono agli
utenti di selezionare facilmente la simulazione più accurata.
Questi modelli descritti rappresentano le prestazioni elettri-
che e termiche del semiconduttore di commutazione e, quindi,
sono adatti per prevedere le prestazioni termiche del sistema.
La prestazione termica viene potenziata estraendo la rete
termica del sistema di potenza elettronico. Metodi di model-
lazione di ordine ridotto possono estrarre in modo efficiente
i dati provenienti da modelli CFD per l’uso in un sistema di
simulazione, dando origine a simulazioni elettrotermiche
dell’intero sistema. L’utilizzo di modelli di ordine ridotto pro-
duce vantaggi anche in altre applicazioni, come ad esempio
la progettazione delle prestazioni elettrotermiche dei sistemi
a batteria, che incorporano componenti meccanici da analisi
agli elementi finiti inclusi modelli magnetici dipendenti dalla
Elettronica di potenza
per veicoli elettrici ibridi
Nello sviluppo di un sistema di propulsione elettrica o nella fase di
integrazione di un dispositivo elettrico a motore, la tecnologia di
simulazione è essenziale per esplorare virtualmente ogni aspetto
del progetto. Ecco la testimonianza di Ansys
di
Mark Solveson
Courtesy of Ansys Inc.
Nell’automotive, ingegneri
e progettisti rivolgono le loro
attenzioni ai sistemi di propulsione
elettrica per fornire un vantaggio
in termini di peso
e riduzione dei costi
