Wenn Sie die richtigen Transformatoren und Trockenreaktoren suchen, um nicht nur Standardanforderungen, sondern auch spezifische Bedürfnisse zu erfüllen, sind Sie bei TMC Transformers SpA genau richtig.
TMC wurde 2017 nach einer Übernahme gegründet, bei der das vorhandene Know-how übernommen wurde, und hat sich innerhalb weniger Jahre aufgrund seiner Expertise und Fähigkeit, die Kundenanforderungen zu erfüllen, selbst in sehr spezialisierten Industrien wie Marine und Offshore, Wind und Eisenbahn,etabliert.
Unser Team aus rund 250 Experten und Expertinnen, die sich der Innovation und Qualität verpflichtet haben (die meisten arbeiten an unserem italienischen Firmensitz in Busto Arsizio), ist die solide Basis des Unternehmens.
Flexibilität und Agilität bei der Beantwortung von Kundenfragen sind zwei besondere Eigenschaften dieses jungen Unternehmens, das für seine Expertise geschätzt wird und das sich mit den großen etabilierten Unternehmen in jeder Weise messen kann. Die Kundenzufriedenheit schlägt sich auch in Zahlen nieder: Seit 2017 ist der Umsatz von TMC exponentiell gestiegen, selbst während der Pandemie.
Ein Transformator für alle Anforderungen
Heutzutage konzentriert sich der Markt für Transformatoren auf zwei Hauptanforderungen: Geräteeffizienz, was geringe Verluste impliziert, und Marktpreise, die begrenzt werden müssen.
„Diese beiden Eigenschaften sind nicht zu ignorieren“, erklärt Salvatore Iovieno, ein Ingenieur der technischen Abteilung bei TMC und Experte seit 2004 in Multiphysik-Simulationen mit finiten Elementen.
„Dann gibt es jene Industrien mit speziellen Anforderungen und Bedürfnissen, die spezifische Rohstoffe oder Transformatoren benötigen, die basierend auf individuellen Parameter wie Kreisläufe und Geometrie optimiert sind.“
Hier hebt sich TMC hervor, indem es höchst kundenspezifische Anwendungen anbietet. „Wir entwickeln individuelle Lösungen mit einem hohen Maß an Personalisierung. Zum Beispiel Transformatoren mit einer Primärwicklung und 27 Sekundärwicklungen, Lösungen mit einer Spannungsklasse von 52 kV und besonders strikten Phasenverschiebungswinkeln. Alternativ bieten wir bei neuen Anwendungen innovative Lösungen für unsere Kunden in Bezug auf Materialien und Strukturen.“
Simulationen, ein wichtiges Instrument für das Qualitätsdesign
Auf Grundlage der oben genannten Punkte wird der Grund, warum Simulationen ein wichtiges Element beim Design von Transformatoren sind, ersichtlich. Je komplexer ein Objekt wird und/oder von der Standardkonstruktion abweicht, desto wichtiger ist es, es unter Simulation seines realen Betriebs gemäß den erforderlichen Bedingungen zu entwerfen. Und weil Transformatoren durch Physik in der realen Welt beeinflusst werden, sind Multiphysik-Simulationen notwendig, um sich der Realität möglichst dicht anzunähern.
Welche physikalischen Kräfte sollten vor allem bei Transformatoren berücksichtigt werden?
„Transformatoren werden oft als Maschinen wahrgenommen, bei denen die grundlegende Physik elektromagnetisch ist. Das stimmt, aber Transformatoren sind extrem komplexe Geräte, in denen eine stärker vernetzte Physik am Werk ist“, erklärt Iovieno.
Zum Beispiel verursacht die Elektrizität, die durch die Wicklungen fließt, ein Aufheizen der Maschine. Für ein gutes Design ist es wichtig, die Temperaturverteilung in den verschiedenen Teilen des Transformators (d.h. Kern und Wicklungen) und ihre Reaktion auf Temperaturanstiege zu beobachten.
Auch wenn Transformatoren keine beweglichen Komponenten besitzen, ist eine mechanische und strukturelle Analyse notwendig, um die Dichtigkeit der Wicklungen im Fall von Kurzschlüssen sicherzustellen.
Näher an der Realität mit Multiphysik-Analysen mit finiten Elementen
Die höchste Ebene der Multiphysik-Simulationen ist die Finite-Elemente-Analyse.Wie Iovieno erklärt, erzeugt die Simulation ein „Netz“ für jede Komponente und Geometrie und diskretisiert so die betreffende Komponente.
„Bei diesem Schritt unterteilt die Software nach genauer Anleitung des Bedieners die Komponente in viele Untergruppen auf und die Differenzialgleichungen, die die jeweilige Physik beschreiben, wird auf jede einzelne angewendet. Im Fall von Elektromagnetismus werden beispielsweise Maxwell-Gleichungen für jedes einzelne Element angewendet, die die Grundregeln darstellen, die für elektromagnetische Wechselwirkungen gelten. Finite-Elemente-Simulationen bieten eine extrem genaue Analyse der Komponente und definieren die Gradienten für jede Art der berücksichtigten Physik.“
Für Transformatoren sind die häufigsten untersuchten Aspekte in der Multiphysik-Analyse vor allem Elektromagnetismus, Mechanik und thermale Physik.
Der Mehrwert der Multiphysik-Simulationen
Bei der Entwicklung von TMC-Produkten kommt die Multiphysik-Analyse direkt ab dem Angebot ins Spiel, das auf den technischen Spezifikationen des Kunden basiert. Es ist daher möglich, sogar am Anfang, zu verstehen, ob die vorgeschlagenen Geometrien die am besten geeigneten sind und ob eine Optimierung notwendig ist.
„Die Multiphysik-Analyse ist sehr nützlich, wenn Designwege ausgeschlossen werden müssen, die angesichts der Simulationsergebnisse nicht praktikabel sind.“ Multiphysik-Simulatioren werden auch von den Kunden sehr geschätzt.
„Wir verwenden zum Beispiel einen Transformator, der die Kurzschlussfestigkeit garantieren muss. Um sicherzugehen, dass das Gerät den Anforderungen entspricht, könnte der Kunde einen Test bei zertifizierten externen Laboratorien in Auftrag geben, der allerdings auch weitere beträchtliche Kosten bedeutet. Mit der Multiphysik-Analyse mit finiten Elementen bieten wir dem Kunden immer einen sehr ausführlichen Analysebericht, der alle Daten enthält und garantiert, dass das Gerät so entworfen wurde, dass es die spezifischen Anforderungen an Kurzschlussfestigkeit erfüllt, sodass der Test oft irrelevant wird.“
Im Wesentlichen bringt diese Art von Analyse einen Mehrwert sowohl für das Unternehmen, das Produkte anbietet, die auf solider wissenschaftlicher Basis entwickelt wurden, als auch für den Kunden, der die Garantie hat, dass das von TMC gelieferte Produkt seine Anforderungen erfüllt, mit modernsten Tools hergestellt wurde und das Ergebnis einer erstklassigen Analyse ist.
Kontinuierliche Innovation
Was passiert, wenn neue Parameter analysiert werden müssen, die noch nicht von der Analysesoftware abgedeckt werden?
„Die Unternehmen, die Software für die Multiphysik-Analyse entwickeln, gehen sehr genau auf die Kundenanforderungen ein. Immer wenn wir neue Parameter erwägen müssen, die noch nicht in der Software implementiert sind, integriert der Entwickler auf Anfrage schnell die zusätzlichen Funktionen. Simulationssoftwareprogramme werden nach den Kundenanforderungen weiterentwickelt. Darüber hinaus haben wir auch viele Verbesserungen bezüglich der Nutzung von Speicher und Rechenzeiten im Laufe der Jahre beobachtet. Zum Beispiel kann die gleiche Analyse, die noch vor wenigen Jahren viele Stunden an Rechenleistung benötigte, heute in wenigen Minuten erstellt werden. Fortschritte in der Software sind wirklich maßgebend.“
Schwerpunktsetzung
Multiphysik-Simulationen sind zwar für sich genommen leistungsstarke Tools, erfordern aber mehrere Kompetenzen, die alle unterschiedlich sind. Darüber hinaus spielt die Benutzererfahrung eine grundlegende Rolle bei der Analyse.
„Zum Beispiel ist die Wahl der besten Diskretisierung der Komponente, d.h. derjenigen, die die beste Visualisierung der auf die einwirkenden Kraftgradienten ermöglicht, auch das Ergebnis vorheriger Erfahrungen, die uns gelehrt haben, wo solche Kräfte ausgeübt werden und welche Punkte ausführlicher behandelt werden müssen. Da es nicht so etwas wie Standardisierung gibt, baut jedes Unternehmen seine eigenen Kenntnisse und Fertigkeiten basierend auf den Erfahrungen und der Analyse auf, die es bei der Entwicklung der verschiedenen Produkte gemacht hat. Dieses Wissen ist das wahre Geschäftstool, das für Weiterentwicklungen verwendet wird.“
Eine Analyse für drei Arten von Physik
Ein besonders aktueller und illustrativer Fall, für den TMC eine komplexe Multiphysik-Analyse mit finiten Elementen durchgeführt hat, war ein Transformator für ein Eisenbahn-Unterwerk mit zwei Sekundärwicklungen, die in Verbindung mit einem 12-Impuls-Frequenzumrichter arbeiteten, der eine bestimmte Kurzschlussfestigkeit garantieren musste.
„In diesem Fall hat die Finite-Elemente-Analyse die Stromverdichtung an beiden Enden der Leiter bei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen hervorgehoben, ein Detail, das zur Optimierung der Leiter selbst führte. Diese Analyse zeigt die Dichte an Verlusten, die zur Erhitzung in verschiedenen Teilen des Transformators führt, und berechnet die Temperaturen mittels Wärmesimulation. Für das gleiche Gerät wurden auch mechanische Simulationen durchgeführt, um die Kurzschlussfestigkeit zu garantieren. Ein ausführlicher technischer Analysebericht wurde erstellt und dem Kunden als weitere Garantie der Produktqualität überreicht.“
TMC software
Bei TMC wird die Multiphysik-Analyse mit finiten Elementen seit dem "Tag seiner Gründung“ angewendet. Von Anfang an nutzt TMC die Software Comsol Multiphysics®, die sich für moderne technologische Herausforderungen eignet und auf fortschrittlichsten numerischen Methoden basiert.