Conception de PCB et co-simulation pour entraînement électriques

L'utilisation d'un logiciel de co-simulation améliore le fonctionnement et le résultat du développement électronique pour les entraînements du moteur. De nombreux facteurs d'influence compliquent la conception optimale d'un système de commande de moteur pour la technologie d'entraînement électrique. Pour cela, une simulation de la mécanique, de l'électronique et du logiciel, par exemple, simplifie l'optimisation du système d'entraînement pour toutes les conditions de fonctionnement.

Co-Simulation elektrischer Antriebe

Les co-simulations permettent une approche interdisciplinaire pour prendre en compte plusieurs effets et paramètres interactifs tels que la température, la taille et le positionnement des aimants, le courant et la mécanique, ainsi que les composants de l'électronique de puissance dans une simulation croisée.

Dans le passé, les composants d'un moteur (y compris le moteur, le système de commande du moteur, le groupe motopropulseur et la charge mécanique) étaient considérés individuellement et certaines conditions supposées. La simulation avec des profils de charge et des prototypes virtuels s'est maintenant établie. Les développeurs doivent s'assurer que le moteur fonctionne efficacement  et économise ainsi de l'énergie dans toutes les conditions physiques telles que le chauffage.

Avec la technologie d'aujourd'hui, les circuits peuvent être modélisés et de nombreux tests peuvent également être effectués virtuellement avec des simulations. Cela permet d'économiser du temps et de l'argent dans le processus de développement. La modélisation et la simulation PSpice d'un circuit avec des variables physiques en temps réel permettent d'analyser les contraintes des composants ou de vérifier le fonctionnement du circuit à la limite tolérable, ce qui n'est pas possible du tout ou seulement très coûteux avec des mesures. Grâce aux connaissances acquises, le circuit de contrôle, la commande et les matériaux peuvent être optimisés et économes en énergie.

Le système d'entraînement électrique est l'élément clé de l'électronique de puissance. Avec les outils de développement tels que Simplorer et Maxwell d'ANSYS, les cartes de perte de moteur peuvent être simulées sur la base des données CAO et de la méthode du couple maximal par ampère. L'efficacité du moteur est obtenue en minimisant les pertes. Des paramètres tels que la vitesse, la tension du bus DC ou le ratio PWM de la régulation et la fréquence de commutation sont pris en compte. 

 

Verlustkennfeld
Résultat de la simulation de la diagramme de perte d'un moteur conformément aux mesures.

Généralement, l'électronique du système de commande est créée par plusieurs développeurs. La liste des spécialistes impliqués varie selon l'application et l'industrie. Avec les possibilités actuelles de co-simulation, le savoir-faire des spécialistes peut déjà être intégré à un stade précoce du développement. Par exemple, le schéma de circuit du système de commande du moteur peut être simulé avec PSpice. Pour décrire le comportement du moteur en tant que charge du circuit, il est possible de simuler un modèle de moteur externe dans PSpice ou d'intégrer le bloc PSpice du circuit dans une simulation Simplorer. En combinant des domaines physiques simulables dans Simplorer ou une co-simulation, il est possible d'effectuer une analyse interdisciplinaire précise de l'électronique de puissance.

 

Kombination unterschiedlicher Modelle

Combinaison de différents modèles dans une co-simulation

 

La technologie des entraînements électriques s'est considérablement améliorée au cours des dernières décennies en termes de coût, de taille, de performance et d'efficacité, et est toujours sous pression constante pour augmenter l'efficacité et optimiser l'énergie.

Grâce à la puissance de calcul disponible, il est désormais possible de réaliser des simulations multiphysiques très détaillées des entraînements, des charges et de l’électronique du système de commande, et d’optimiser le rendement et les coûts du moteur.

Lors du développement de l'électronique du système de contrôle, le développeur peut optimiser son circuit PSpice en fonction des résultats de la simulation du système. Ce faisant, il considère la sélection de composants correspondante en fonction du coût et de la disponibilité et inclut son résultat partiel en tant que circuit PSpice dans la simulation du système. Dans la simulation du système, les conditions de fonctionnement peuvent être simulées à l'aide d'analyses thermiques et structurelle-mécaniques.

L'adoption précoce des techniques d'intégrité de l'alimentation et du signal dans la conception des circuits permet de contrôler la compatibilité CEM et EMI des circuits imprimés, du PCB et des câbles système.

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