Numerische Analyse elektromagnetischer Felder mittels Proper Generalized Decomposition in elektrischen Maschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Hameyer
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347941356

Für die Neuentwicklung und Verbesserung elektromagnetischer Kreise werden heute durchweg numerische Methoden eingesetzt. Zur Analyse von Fragestellungen bzgl. der elektrischen Maschinen hat sich aufgrund der Kompliziertheit der Geometrie die Methode der Finiten Elemente weitestgehend durchgesetzt. Die Auswertung und eigentliche Analyse der simulierten Feldlösung geschieht im Post-Prozess. Zwei- und auch numerisch aufwändige dreidimensionale Modelle stellen in ihrer Anwendung den Stand der Technik dar. Jede einzelne Simulation repräsentiert ein spezifisch definiertes Feldproblem für jeweils genau definierte Randbedingungen. Parametervariationen, seien sie geometrischer oder felderregender Art, werden in a-priori starr festgelegten Sequenzen der numerischen Analysekette durchgeführt. Eine vom Berechner spontan gewünschte Variation eines oder mehrerer Parameter und der unmittelbaren Beobachtung der Wirkung dieser Veränderung auf das Feldproblem sind aufgrund der hohen Simulationszeiten heute nicht möglich. Das beantragte Projekt soll einen ersten Schritt in Richtung einer numerischen Echtzeit-Simulation darstellen.Die Reduzierung der Modellordnung des zu simulierenden Feldproblems nimmt hier eine wichtige Schlüsselrolle ein, um die Rechenzeiten signifikant zu verringern. Methoden hierfür sollen im Projekt auf ihre Einsatzfähigkeit für Magnetfeldprobleme aus dem Themen¬gebieten der Analyse von elektrischen Maschinen untersucht werden. Das Projekt verfolgt die Umsetzung von Modellreduktionsansätzen auf nicht-lineare, zeitabhängige und anregungsveränderliche elektromagnetische Feldprobleme. Dies sind typische Aufgabenstellungen für die Analyse von elektrischen Maschinen. Diese Umsetzung existierender Modellreduktionstechniken auf ein derartiges Feldproblem gibt es noch nicht und ist somit neu. Die Ergebnisse der ersten zwei bewilligten Projektjahre zeigen deutlich, dass eine Verwendung der Proper Generalized Decomposition im Bereich der elektromagnetischen Felder geeignet und sinnvoll ist. Das Verfahren der Proper Generalized Decomposition kann in die Finite Elemente Methode integriert werden und in Kombination mit den neu entwickelten Fehlerkriterien ist eine generelle Anwendung auf verschiedenste Problemklassen möglich. Statische und transiente Fragestellungen wurden bereits im laufenden Projektzeitraum gelöst und die Modellordnung signifikant verringert. Zusammen mit den darauf aufbauenden Forschungsfragen des Projekts wird es ermöglicht werden, gezielt lokale Effekte in der Lösung in definierter Genauigkeit zu isolieren, um den numerischen Aufwand für eine neue Gesamtlösung bei Parametervariation zu verringern. Dies wird die Analyse von örtlich konzentriert auftretenden Effekten des Magnetfeldes wesentlich verbessern und vereinfachen. Als Beispiel einer solchen Analyse können hier die lokal verteilten Verluste in dem Eisenkreis einer elektrischen Maschine genannt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen