Wärmekopplung in EMWORKS

Thermische Kopplung in EMWORKS

Die thermische Kopplung in EMWORKS verknüpft elektromagnetische Löser mit stationärem oder transientem Wärmeübergang. Sie ermöglicht es, elektromagnetische Verluste als Wärmequellen zu verwenden und bei Bedarf die Temperatur zurück in das EM-Modell zu speisen, um temperaturabhängige Materialeigenschaften zu berücksichtigen.

Typische Anwendungen:

• Abbildung von Joule- (I²R), Kern-, Dielektrik- und Wirbelstromverlusten aus der EM-Analyse auf ein thermisches Modell

• Berechnung von Temperaturverteilung, Wärmestrom und Kühlleistung in Festkörpern und Fluiden

• Optional: Aktualisierung der EM-Materialeigenschaften (z. B. Leitfähigkeit, Permeabilität, Widerstand) basierend auf der Temperatur für iterative EM–Thermal-Kopplungen

Funktionen der thermischen Kopplung in EMWORKS

• EM-Verluste als Wärmequelle
  Verwendung von Joule- (I²R), Kern-, Wirbelstrom- und Dielektrikverlusten aus der EM-Analyse als Volumen- oder Oberflächen-Wärmequellen.

• Stationäre und transiente Wärmeanalysen
  Lösung von stationären und zeitabhängigen Temperaturfeldern in Festkörpern und ggf. Kühlbereichen.

• Temperaturverteilung und Hotspots
  Berechnung von Temperatur, Temperaturgradienten und Wärmestrom, um Hotspots zu identifizieren und Kühlleistung zu bewerten.

• Temperaturabhängige EM-Eigenschaften
  Aktualisierung von Leitfähigkeit, Permeabilität, Permittivität oder Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur für iterative EM–Thermal-Kopplungen.

• Thermo-strukturelle Kopplung
  Export von Temperaturfeldern in die Strukturanalyse zur Bewertung von thermischer Ausdehnung, Spannung und Verformung.

• Material- und Kühlungsvergleich
  Vergleich von Materialien, Kühlkörpern und Kühlkonfigurationen hinsichtlich Temperaturgrenzen und Derating-Kurven.

Anwendungen der thermischen Kopplung

Typische Einsatzbereiche:

• Elektrische Maschinen (Motoren, Generatoren): Kupfer- und Kernverluste → Temperaturanstieg in Stator, Rotor, Nuten, Endwicklungen; Prüfung der Isolationsgrenzen und Derating.

• Transformatoren und Reaktoren: Wicklungs- und Kernverluste → Öl-/Lufttemperatur, Hotspot-Bewertung, Kühlungsdesign, Lebensdauerabschätzung.

• Leistungselektronik (Inverter, Konverter, Gleichrichter): Halbleiter- und Leiterverluste → Gehäuse- und Junction-Temperaturen, Kühlkörper- und Kühlungsbewertung.

• Sammelschienen, Kabel und Steckverbinder: I²R-Verluste → Leiter- und Kontakttemperaturen, Ampacity-Prüfungen, Überhitzungsrisiko.

• Batteriepacks und Energiespeicher: Verluste in Zellen und Sammelschienen → Temperaturverteilung, Risiko thermisches Durchgehen, Kühlstrategie.

• Leistungs- und HF-Geräte: Dielektrik-, Leiter- und Spulenverluste → Temperaturanstieg in Spulen, Resonatoren, Antennen, Anpassnetzwerken.

• Industrielle und Automobilsysteme: EM-Verluste in Antrieben, Ladegeräten, Hilfssystemen → Temperaturgrenzen für Bauteile und Gehäuse.

• Medizin- und Forschungsausrüstung: Spulen und Leistungsmodulen in MRI, NMR, Laborgeräten → Temperaturkontrolle, Duty-Cycle-Limits.

Ergebnisse der thermischen Kopplung in EMWORKS

Nach Durchführung einer Studie mit aktivierter thermischer Lösung können folgende thermische Größen angezeigt werden:

Temperatur

• Temperaturverteilung

Temperaturgradienten:

• TGx: Temperaturgradient in x-Richtung

• TGy: Temperaturgradient in y-Richtung

• TGz: Temperaturgradient in z-Richtung

• TGr: Resultierender Temperaturgradient

Wärmestrom:

• FLx: Wärmestrom in x-Richtung

• FLy: Wärmestrom in y-Richtung

• FLz: Wärmestrom in z-Richtung

• FLr: Wärmestromgradient

(x, y und z beziehen sich auf das globale Koordinatensystem)