多物理模拟驱动智慧城市技术

文章作者:Sarah Fields

现代风格电源盒（或喂食器支柱，因为它们在美国以外的），安装在街道上，并控制邻近住宅的电气供应。随着居民越来越优先考虑美学并继续对城市生活施加高价值，需要对较小的电源箱。

但事实证明，动力箱体积庞大是有原因的。传统设计的尺寸容纳了必要的硬件，以减少长途电力线的高功率，使之适合分配到家庭和企业。减小电源箱尺寸的目标是有价值的，同时考虑到阻力和洛伦兹力，还需要考虑以相当小的面积布线电源的额外挑战，这是一个不容忽视的任务。

Ishant Jain是Raychem RPG的首席研发人员，他将自己多年的模拟经验用于创造一个智能城市和空间意识的电源箱。他和他在Raychem的团队招募了多物理模拟来解决伴随着这种激进的新设计创造的工程挑战。

力量箱如何工作

由于这篇文章，您将提醒您在边路附近的那个突兀的金属盒。但是电源箱有多工作？

电源箱的外壳为配电系统提供保护。它的目的是将适合短途电力运输的低压供电线路的电流分配到家庭和企业。电源箱既用于减少电力的物理损耗，也用于更精确地分配和说明电力的使用。

“电力盒占据了较少空间的强大有益，”Jain说，“我们可以创建一个模块化单元，其中包含原始模型的所有功能，适用于21世纪城市的需求。”

Jain和他的团队很快注意到经典电源箱设计的许多方面需要改进。这些升级包括降低成本和由于不符合标准的连接而造成的电力损失，以及在安全性、尺寸、安装方便性、可操作性和美学方面的改进。

jain和他的团队也有动力创造一个未来派的电源盒，智能城市将随时采用。这款新电源盒将包括智能功能，以便在线监控能源使用，并监控系统的健康和单个保险丝。

最小化电动势

将配电系统的几何形状调整到一个非常小的外壳中，面临的直接挑战是需要减轻设计中变化所产生的竞争电磁力。

由于物理的动态性质和几何形状的复杂性，在确保设计稳定性方面，对设计的稳定性的需求立即明显。

为了实现如此大幅度的减小电源箱的尺寸，工程师们需要创建一个母线系统，能够分配相同数量的功率，但又适合较小的几何形状(图1)。

图1：创新的母线系统用于分配相同的功率，但包含在比传统电源箱的较小空间内。

Jain和他的团队创建了一个2D模拟，以确保他们的设计适合于减少电磁力的累积影响(图2和3)。面板的120°对准用于平衡作用在母线上的力。

“模拟给了我们信心，让我们相信这个设计是可行的，”Jain解释说，“我们可以知道，电动势将通过120°校准平衡。”

图2:三相电源箱，显示磁通密度范围，表面图和麦克风表面应力张量（n / m2），箭头图。

图3：整个电源箱中的磁通密度。

通过仿真确保热和结构的完整性

另一个重要的考虑因素是电源箱的整体结构声音。为此，Jain和团队开发了一个结构模拟，允许它们评估其耐用性。从时间依赖于吹入结构的风吹入的时间，确定电源箱在结构上的声音（图4）。工程师还慢慢增加边界负荷，直到诱导的应力达到临界值并确定设计安全到570m / s的风速度。

图4：诱导von误导速度为103米/升的速度。

为保证系统运行时的热完整性，对整个面板组件进行了瞬态传热分析。经过验证的模拟允许团队计算无法通过实验评估的条件下的温升。经过热优化的连接器使最终设计比之前的设计更安全、更高效(图5)。最终设计也是模块化和可扩展的(图6)。

图5：仿真结果来自电源箱的热型材（左）电源盒和连接器（右）的瞬态分析。

多功能建模，用于更好的设计

jain和他的团队能够创建一个更小的设计（图6），但仍然可以消散与传统电源盒相同的电源和电流。最终的电源盒设计占据市场上所有电源箱的最少空间，并且热声和高效

“使用多发性仿真，我们能够确保最终当代设计的完整性，”耆那教结束，“我们认为，由于它在世界范围内采用了效益和影响将是深远的。”

最终设计包括智能功能，如安全和防盗系统，以及远程监控能源、保险丝健康和热特性的能力。它包括绝缘的保险丝外壳，在系统运行时安全工作，以及电阻损耗较低的连接器。

就足够说，在开发一个是行业标准大小的电源箱，jain和他的团队随着每一步的多发性仿真，jain和他的团队将jain和他的团队成功地重塑电源箱。

图6：Raychem工程师开发了一种创新，智能城市准备好的电源箱设计。

这项工作得到了Raychem RPG Ltd.的支持支持，我们谨此感谢Raychem Innovation Center的D Sudhakar Reddy以获得他在该项目期间的指导。我们感谢Sumit Zanje，Nitin Pandey，Sanjay Mhapralkar，以及Jayesh Tandlekar在完成工作过程中的无情和承诺。我们要感谢Comsol团队（班加罗尔和浦那），提供了洞察力和专业知识，这是极大地协助的研究。