Quando l’esigenza è quella di trovare i giusti trasformatori e induttanze a secco, in grado non solo di rispondere a requisiti standard, ma anche di adattarsi a richieste particolari, allora l’indirizzo giusto è quello di TMC Transformers.
Costituita nel 2017 dopo un’acquisizione di cui ha raccolto il know-how, in pochissimi anni TMC si è affermata sul mercato per la sua competenza e per la capacità di rispondere alle richieste del cliente, anche in campi molto specifici come il settore Marine & Offshore, Wind e Rail.
Il team di specialisti, esperto e dedito all’innovazione e alla qualità, di circa 250 persone assicura all‘Azienda la sua solidità. Flessibilità e agilità nel rispondere alle richieste del Cliente sono due caratteristiche peculiari di questa giovane azienda che si fa apprezzare per competenze che non hanno nulla da invidiare ai grandi player internazionali. La soddisfazione del Cliente è visibile anche dai numeri: dal 2017 ad oggi il fatturato di TMC ha avuto una crescita esponenziale, anche nel corso della pandemia.
Un trasformatore per ogni esigenza
Il mercato dei trasformatori oggi è guidato da due richieste principali: il rendimento delle macchine – che devono avere basse perdite – e i costi di mercato, che devono essere contenuti.
“Queste due caratteristiche non possono mai mancare” spiega l’ing. Salvatore Iovieno, del Dipartimento Tecnico di TMC, esperto dal 2004 in simulazione multifisica a elementi finiti. “Poi ci sono i settori che hanno domande ed esigenze specifiche, che richiedono una ottimizzazione del trasformatore rispetto a determinati parametri come quelli circuitali e geometrici oppure richieste di specifici materiali”.
È qui che TMC fa la differenza riuscendo ad offrire applicazioni completamente customizzate: “Abbiamo realizzato soluzioni assolutamente fuori dallo standard e con elevati livelli di personalizzazione. Ad esempio, trasformatori con un avvolgimento primario e 27 secondari, soluzioni con classe di tensione 52kV e angoli di sfasamento molto stringenti. Oppure, per applicazioni nuove abbiamo offerto ai nostri clienti soluzioni innovative in termini di materiali e strutture”.
La simulazione, strumento indispensabile per progettare la qualità.
Da quanto detto, risulta chiaro perché la simulazione sia un elemento essenziale nella progettazione di trasformatori. Più un oggetto diventa complesso e/o si distacca da una costruzione standard, più diventa importante progettarlo simulando il suo funzionamento reale, alle condizioni richieste. E poiché il trasformatore è soggetto alla fisica del mondo reale, allora è necessaria una simulazione multifisica per avvicinarsi maggiormente alla realtà. In particolare, nel caso del trasformatore, quali sono le forze fisiche da considerare? «Si pensa spesso al trasformatore come ad una macchina in cui la fisica fondamentale è quella elettromagnetica. Questo è vero, ma un trasformatore è una macchina estremamente complessa e su di esso agiscono più fisiche interconnesse» spiega Iovieno. Ad esempio, il passaggio di corrente negli avvolgimenti causa un riscaldamento della macchina ed è fondamentale, per una buona progettazione, vedere come la temperatura si distribuisce nelle varie parti del trasformatore (ad es.: nucleo e avvolgimenti) e come esse reagiscono all’incremento della stessa. Sebbene il trasformatore non abbia parti in movimento, è necessaria anche una sua analisi meccanica e strutturale per assicurare la tenuta degli avvolgimenti durante un evento di corto circuito.
Più vicini alla realtà con l’analisi multifisica agli elementi finiti
Il livello più avanzato della simulazione multifisica è l’analisi agli elementi finiti. Come spiega l’ing. Iovieno, all’atto della simulazione, di ogni componente da analizzare e di ogni geometria, viene fatta “la mesh” che rappresenta la discretizzazione del componente in questione. «In questo passaggio, il software, su indicazioni precise dell’operatore, suddivide il componente in tanti sottoinsiemi, a ciascuno dei quali vengono applicate le equazioni differenziali che descrivono la fisica in analisi. Nel caso dell’elettromagnetismo, ad esempio, vengono applicate a ciascun elemento discreto le equazioni di Maxwell che costituiscono le leggi fondamentali che governano l’interazione elettromagnetica. La simulazione agli elementi finiti permette di ottenere un’analisi molto precisa del componente e definisce i gradienti di ciascuna fisica considerata». Nel caso dei trasformatori, gli aspetti che si indagano maggiormente con l’analisi multifisica sono soprattutto quelli elettromagnetici, meccanici e termici.
Plus valore della simulazione multifisica
Nella realizzazione dei prodotti TMC, l’analisi multifisica entra in gioco fin dalla quotazione d’offerta, realizzata sulla base delle specifiche tecniche richieste del Cliente. In questo modo, è possibile fin dall’inizio capire se le geometrie proposte sono quelle adatte ed eventualmente ottimizzarle. «L’analisi multifisica è molto utile anche nell’eventualità di dover escludere strade di progettazione non percorribili alla luce dei risultati di simulazione». La simulazione multifisica è particolarmente apprezzata anche dai clienti. «Prendiamo l’esempio di un trasformatore che deve garantire la tenuta al corto circuito. Per avere la certezza che la macchina risponda ai requisiti, il Cliente potrebbe richiedere un test che viene commissionato a laboratori terzi e certificati ma che per il Cliente implica un costo ulteriore e non indifferente. Con l’analisi multifisica agli elementi finiti noi forniamo sempre un rapporto molto dettagliato delle analisi condotte, sulla base delle quali siamo in grado di dimostrare e dare evidenza e garanzia che la macchina è stata progettata per rispondere alle specifiche richieste di tenuta di corto circuito, il che spesso rende il test superfluo». In sostanza, questa tipologia di analisi determina un plus valore sia per l’azienda, che offre un prodotto realizzato su solide basi scientifiche, sia per il cliente che ha la garanzia che quanto gli viene proposto da TMC risponde alle sue richieste, è realizzato con strumenti all’avanguardia ed è il risultato di analisi di elevata qualità.
Innovazione continua
E qualora servisse analizzare nuovi parametri, ancora non contemplati dal software di analisi? «Le aziende che mettono a punto i software di analisi multifisica sono molto attente alle richieste dei clienti. Ogni qualvolta dobbiamo considerare nuovi parametri non ancora previsti, lo sviluppatore, su richiesta, integra le funzioni aggiuntive in breve tempo. I software di simulazione crescono in base ai bisogni di chi li utilizza. Tra l’altro, nel corso degli anni, abbiamo assistito a moltissimi miglioramenti anche per quanto riguarda l’utilizzo della memoria e dei tempi di calcolo. Ad esempio, le analisi che pochi anni fa richiedevano ore di calcolo di tempo macchina, oggi si risolvono nel giro di poche decine di minuti. Gli avanzamenti nei software sono stati davvero determinanti»
Su cosa porre attenzione
La simulazione multifisica, sebbene sia uno strumento di per sé potente, richiede un’integrazione di competenze diverse tra di loro. Inoltre, l’esperienza dell’utente gioca un ruolo fondamentale nella realizzazione dell’analisi. «Ad esempio, decidere la migliore discretizzazione del componente ovvero quella che permette di visualizzare al meglio i gradienti di forze che agiscono su di esso è anche il risultato di esperienze pregresse che hanno insegnato dove tali forze agiscono e quali punti considerare più in dettaglio. Poiché non esistono standardizzazioni, ogni azienda costruisce un proprio know-how e competenze in base alle esperienze e analisi condotte sulla realizzazione dei vari prodotti e tale know-how è il vero strumento di lavoro per condurre ulteriori sviluppi».
Una analisi per tre fisiche
Uno dei più recenti ed esemplificativi casi in cui TMC ha condotto una complessa analisi multifisica agli elementi finiti è stata la realizzazione di un trasformatore per sottostazione ferroviaria con due avvolgimenti secondari, che lavora in collegamento con un convertitore di frequenza a 12 impulsi e che deve presentare una certa tenuta di corto circuito. «In questo caso l’analisi agli elementi finiti ha permesso di evidenziare gli addensamenti di corrente alle estremità dei conduttori alle varie frequenze di funzionamento, un dettaglio che ha permesso l’ottimizzazione dei conduttori stessi. Tale analisi permette di evidenziare la densità di perdite che dà luogo al riscaldamento delle varie parti del trasformatore e le temperature che vengono calcolate tramite simulazione termica. Sulla medesima macchina sono state, inoltre, condotte anche simulazioni meccaniche per garantire la tenuta al corto circuito».