Simulation is more than Software

Directcontact
0
Wishlist
0 0
Cart
EN
Power Electronics

Friday, June 18, 2021 | 01:00 pm  – 04:15 pm

CADFEM Elektromagnetics Technology Days 2021

How do I create a workflow to simulate an electric motor?

Electric drives are the future. One aspect of this – though not the whole story – is electric mobility. Engineers engaged in the development of motors face the challenge of creating products that are energy efficient, light, and yet robust, and that must fulfill additional boundary conditions – for instance issues relating to installation space, legal regulations, and even final disposal. In the next months we will explore the following topics „Multiphysical Simulation“, „EM Best Practice“, „Power Electronics“ and „ROMs and Systemintegration“.

Power Electronics

During this technology days the focus is on: High-frequency electromagnetics, temperature field computation and reliability analysis.

Right now, we are in the center of the storm hitting the automobile industry: The E-mobility is arriving in all households. Also, in other industry sectors controlled motors play a significant role. Whoever designs an electric motor, must consider the power electrics, as the whole system must fulfill higher demands. With higher revolution speed, switching speed and data rates will rise. Additionally, the package envelope gets smaller, and all components have to be lighter, more efficient and low-cost.

Agenda

Friday, June 18, 2021 | 01:00 pm – 04:15 pm

The lectures are held in the language of the lecture title.

01:00 – 01:15Opening
01:15 – 01:55Vergleich zwischen hardware- und simulationsbasiertem Entwicklungsprozess am Beispiel eines WBG-Leistungsmoduls
Holger Gerstner (Fraunhofer Institute for Integrated System and Device Technology IISB)
01:55 – 02:35 Zuverlässige Elektronikbaugruppen entwickeln - Design for Reliablity
Frank Weiand (CADFEM GmbH)
02:35 – 02:50Break
02:50 – 03:30Neue Möglichkeiten in Maxwell zur Simulation von Leistungselektronik
Rene Fuger (CADFEM Austria GmbH)
03:30 – 04:10"Wie bleiben Sie cool?" Kühlkonzepte mit Ansys Discovery entwerfen und überprüfen
Lucas Ziegler (CADFEM GmbH)
04:10 – 04:15Conclusion and Outlook
Abstract/Vita | Holger Gerstner (IISB) | Vergleich zwischen hardware- und simulationsbasiertem Entwicklungsprozess am Beispiel eines WBG-Leistungsmoduls
Abstract

Die Verwendung von Halbleiterbauelementen mit weiter Bandlücke (WBG) in Antriebsumrichtern bietet deutliche Effizienzvorteile im Vergleich zu herkömmlichen siliziumbasierten Leistungshalbleiterschaltern. Die reduzierten Interelektrodenkapazitätswerte als eine Komponente für verringerte Verluste in hartschaltenden Anwendungen haben jedoch in der Ansteuerung der WBG-Leistungshalbleiter nur teilweise Vorteile. So muss die Einhaltung des Spannungsratings am Gate im gesamten Betriebsbereich auch für niedrigere Gate-Kapazitäten sichergestellt werden. Darüber hinaus begünstigen niedrige Schwellenspannungswerte bei den derzeit kommerziell erhältlichen WBG-Schaltern zusätzlich Fehlfunktionen wie beispielsweise parasitäres Einschalten. Maßgeblich für das Gesamtsystemverhalten sind neben dem Funktionsumfang und den elektrischen Eigenschaften des Treiber-ICs vor allem die parasitären Eigenschaften der Zuleitungen sowie der passiven Bauelemente im Leistungs- und Ansteuerpfad der Schaltzelle. Bei einem herkömmlichen hardwarebasierten Entwurfsprozess wird diese Wechselwirkung zwischen Leistungshalbleiterschalter und der Eigenschaften der elektrischen Umgebung jedoch erst nach einem ersten Hardware-Aufbau der Schaltzelle offensichtlich.

Der Vortrag zeigt wie mit Hilfe der Schaltungssimulation vor einem ersten Hardwareaufbau das Schaltverhalten evaluiert werden kann. Dadurch wird sowohl der Entwicklungsprozess unterstützt als auch die Inbetriebnahme erleichtert und beschleunigt. Ein Schwerpunkt liegt in dem Vergleich und der Bewertung der beiden Entwicklungsmethoden (hardwarebasiert, simulativ) sowie in der Gegenüberstellung und Diskussion der Mess- und Simulationsergebnisse.

Vita

Holger Gerstner (M.Sc.) studierte von 2009 bis 2015 Mechatronik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Seit 2015 arbeitet er am Fraunhofer IISB in Erlangen an der Entwicklung und Charakterisierung sowie der Modellbildung leistungselektronischer Komponenten. Der Schwerpunkt seiner Arbeit liegt im simulationsunterstützten Designentwurf von Schaltzellen, insbesondere bei der Verwendung von WBG-Leistungshalbleiterschaltern.

Abstract/Vita | Frank Weiand (CADFEM GmbH) | Zuverlässige Elektronikbaugruppen entwickeln - Design for Reliablity
Abstract

Die Entwicklung von leistungselektronischen Komponenten stellt heute eine Herausforderung für die beteiligten Ingenieure dar. Auf elektrischer Seite müssen die Versorgungs- und Signal-Integrität sichergestellt werden. Ebenso muss die elektromagnetische Verträglichkeit berücksichtigt werden. Da in der Leistungselektronik hohe Ströme fließen, spielt zusammen mit der zunehmenden Miniaturisierung der Komponenten die Erwärmung eine große Rolle. So müssen schon in der Konzeptphase Kühlungsstrategien entwickelt werden, um die thermische Zuverlässigkeit sicherzustellen. Ein weiterer Punkt ist die mechanische Zuverlässigkeit. Es muss gewährleistet werden, dass aufgrund von thermischen Dehnungen oder äußeren Einflüssen wie Vibration keine Beschädigungen im Aufbau der Baugruppe, beispielsweise durch ein Versagen von Lötstellen, entstehen.  Es ist also ein Wechselspiel der physikalischen Disziplinen Elektromagnetik, Temperaturfeld und Mechanik. 

In diesem Vortrag wird gezeigt, wie mittels numerischer Simulation diese Effekte schon früh im Produktentwicklungsprozeß untersucht werden können, deren Wechselwirkungen berücksichtigt und die Komponente optimiert werden kann. Ebenso wird gezeigt, wie mit den Ergebnissen der Simulation die Ausfallwahrscheinlichkeit über einen vorgegebenen Zeitraum berechnet werden kann.

Vita

Frank Weiand beschäftigt sich seit seinem Studium der Elektrotechnik mit der numerischen 
Simulation. Neben Anwendungen aus der Elektromagnetik und Elektronik befasst er sich auch mit thermischen und gekoppelten Aufgabenstellungen. Er arbeitet seit 2019 bei CADFEM im Elektronikteam.

Abstract/Vita | Rene Fuger (CADFEM Austria GmbH) | Neue Möglichkeiten in Maxwell zur Simulation von Leistungselektronik
Abstract

Was sind die Herausforderungen bei der Auslegung von Komponenten in der Leistungselektronik? Die Antwort darauf ist in den meisten Fällen die Verluste und die daraus folgenden Temperaturen. Der Transport von Strom führt zu Verlusten und dieser ist nicht nur von den Strömen und Spannungen abhängig sondern auch von Geometrie, Frequenzen, Temperaturen und Materialeigenschaften. Daraus folgt das die Verluste lokal sehr stark variieren können und zu lokalen Temperaturspitzen führen können. In diesem Vortrag möchten wir ihnen neue Möglichkeiten mit Ansys Maxwell zur Berechnung der lokalen Verluste von Sammelschiene, Umrichter Platinen und anderen Leistungselektronik Komponenten vorstellen.

Vita

Herr Fuger ist Experte im Bereich elektromagnetischer, thermischer und System Simulation. Er studierte und promovierte an der Technischen Universität Wien im Bereich Angewandte Physik. Es folgte ein Forschungsaufenthalte in Japan und ein Anstellung bei Guina Energy Pty Ltd in Australien, wo er sich unter anderem mit der Entwicklung von elektrischen Maschinen beschäftigte. Herr Fuger ist seit 2016 Teil des CADFEM-Technikteams und in verschiedenen Geschäftsbereichen tätig, z. B. Beratung, Schulung und Business Development.

Abstract/Vita | Lucas Ziegler (CADFEM GmbH) | Wie bleiben Sie cool? Kühlkonzepte mit Ansys Discovery entwerfen und überprüfen
Abstract

Neben den etablierten Ansys Experten sollen im Idealfall auch Entwickler und Konstrukteure von den Vorteilen der Simulation profitieren um insgesamt zu den unternehmerischen Zielen beizutragen. Ansys Discovery ist nicht nur eine logische Erweiterung der Ansys Expertenwelt, sondern verkörpert essentielle Eigenschaften um Entwicklungsingenieure nicht nur zu befähigen, sondern auch zu begeistern. In diesem Vortrag geht es im Speziellen um die Designfindung von Komponenten im Themenbereich Kühlung. Beleuchtet werden sowohl einfache schnelle Abschätzungen als auch hochgenaue Analysen inklusive Wechselwirkung von Fluid- und Struktur-Bauteilen.

Vita

Lucas Ziegler studierte bis 2016 Bauingenieurwesen und spezialisierte sich mit dem "Master Applied Computational Mechanics" im Bereich numerischer Simulation. Seit 2016 ist er bei CADFEM Berechnungsingenieur und hat sich im Bereich CFD vertieft. Neben Tätigkeiten in den Bereichen Support, Seminare und Consulting Dienstleistungen ist er darüber hinaus Produktverantwortlicher für Ansys Discovery.

Frequently Asked Questions

How can I register for the other technology days?

Here are the links to info and registration sites of all four technology days: Coupled Simulation, EM Best Practice, Power Electronics and ROMS and System Integration.

Can I ask questions during the event?

Yes, during event it is possible to ask questions through the Q&A area or the Chat function.
The 40 minute slots contain a 30 minute talk (or live demo) and 10 minutes of Q&A.

Further questions? Please contact:

Philipp Siehr
psiehr@cadfem.de
+49 (0)8092-7005-129

Registration

Please click here and fill in the registration form. The event is free-of charge.