Gelişen teknolojiyle daha etkin hale gelen bilgisayar destekli simülasyonlar, Ar-Ge ve üretim süreçlerinde, analitik ve sayısal çözümlerle bir ürünün ortaya çıkarılmasında, geliştirilmesinde, iyileştirilmesinde büyük önemi taşımaktadır ve bilgisayar destekli simülasyonlara ihtiyaç, hızla artmaktadır. Bu doğrultuda Numesys, bilgisayar ortamında birçok test ve deneyin simülasyonlarını Ansys ürünleri ile gerçekleştirerek; tasarım ve üretim aşamalarında karşılaşılabilecek problemleri öngörebilmektedir. Bu problemler çözülerek zaman, iş gücü ve maliyet alanlarında avantaj sağlanabilmektedir ve katma değeri yüksek teknolojiler geliştirilebilmektedir..
Tüm bu faktörler ve gelişmeler göz önünde bulundurulduğunda, simülasyonlarda zaman tasarrufu gerçekleştirmek ve birçok fiziği birleştirerek bileşen simülasyonu seviyesinden sistem simülasyonu seviyesine geçmek, kaçınılmaz olmaktadır. Zamana ve bilgisayar gücüne olan ihtiyacı azaltmak için sayısal çözümlerin ve analizlerin matematiksel ifadesinin İndirgenmiş Model (Reduced Order Model / ROM) olarak modellenerek analizlerin gerçekleştirilmesi sağlanabilmektedir.
İndirgenmiş model özelliği sayesinde, bileşenlerin ve sistemlerin farklı tasarım modellerinin, analiz ve test senaryolarının ve optimizasyonlarının elde edilmesi gibi sayısal analizler, çok daha az sayıda ve daha hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Böylece, zaman, bilgisayar gücü, iş gücü gibi birçok bakımdan avantaj sağlanmaktadır.
Sabit Mıknatıslı Fırçasız DC Motorun Elektromanyetik Analizleri ve İndirgenmiş Modelinin Elde Edilmesi
Numesys ve ANOVA Ar-Ge Teknolojileri iş birliğinde gerçekleştirilen bir çalışmada, sabit mıknatıslı fırçasız DC (BLDC) motorun tasarım modeli, motorun sürücü devresi ve elektromanyetik analiz modeli, Ansys Maxwell yazılımında oluşturulmuştur. Motorun belirlenen farklı hız ve motor sürücü devresinde, farklı kaynak giriş gerilimi değerlerinde, toplam 9 farklı elektromanyetik analizi gerçekleştirilmiştir. Ansys Workbench arayüzünde, Ansys DesignXplorer özelliği ile Ansys Maxwell yazılımında gerçekleştirilen elektromanyetik analizlerindeki farklı hız ve motorun sürücü devresindeki farklı kaynak giriş gerilim değerlerinin minimum ve maksimum değerlerinin arasındaki tüm değerlerde tork, akım sonuçları indirgenmiş modelde elde edilmiştir.
Motorun indirgenmiş modelinin simülasyonları, sistem yazılımı olan Ansys Twin Builder’da gerçekleştirilerek motorun nominal çalışma performansı; ayrıca farklı hız ve motorun sürücü devresindeki farklı kaynak giriş gerilim değerlerindeki akım, tork, çıkış gücü gibi çalışma performansları elde edilmiştir.
Motorun test değerleri ile indirgenmiş model simülasyonları karşılaştırıldığında, Tablo 1’deki sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Tablo 1’de görüldüğü gibi hız, akım, çıkış gücü ve kaynak giriş gerilimi değerleri dikkate alındığında, ortalama %96 oranında doğruluk oranı elde edilmiştir.
Tablo 1. Sabit mıknatıslı fırçasız DC (BLDC) motorun test değerleri ile indirgenmiş modeli (ROM) simülasyonlarının karşılaştırılması
| Değerler | Motorun Test Sonucu | Motorun İndirgenmiş Model Simülasyonu Sonucu | Doğruluk Oranı |
| Çıkış Gücü | 150 W | 155 W | %97 |
| Nominal Faz Akımı (RMS) | 5,5 A | 5,34 A | %97 |
| Nominal Hız | 16500 rpm | 16500 rpm | %100 |
| Giriş Kaynak Gerilimi | 24 VDC – 32 VDC | 25.26 VDC | %91 |
Ansys Maxwell yazılımında, motorun 1/4 simetrik yapıdaki iki boyutlu modelinde yapılan analizler, bilgisayarda 4 çekirdek kullanılarak toplam 4,5 saat sürede gerçekleştirilirken; gerçekleştirilen elektromanyetik analizlerle elde edilen indirgenmiş model ile yapılan simülasyonlar, bilgisayarda 1 çekirdek kullanılarak 10-20 saniye mertebesinde gerçekleştirilmiştir.
Ar-Ge ve üretim süreçlerinde bileşenlerin veya sistemlerin elektromanyetik analizleri ve indirgenmiş model simülasyonları çalışmaları incelendiğinde; zaman bakımından analiz sürelerinin indirgenmiş modelleriyle çok kısa sürelerde gerçekleştirildiği, optimizasyon çalışmaları için farklı çalışma durumlarında öngörüler elde edilebildiği, sistem simülasyonları için farklı fiziklerle çalışma adına önemli avantaj sağladığı söylenebilmektedir.
