AC/DC Module
AC/DC Module
Software Para a Modelagem Eletromagnética Computacional
Modelagem de Capacitores, Indutores, Isolantes, Bobinas, Motores e Sensores
O AC/DC Module é usado para simular campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos em aplicações estáticas e de baixa frequência. Aplicações típicas incluem capacitores, indutores, isoladores, bobinas, motores, atuadores e sensores. Ele possui ferramentas dedicadas para extrair parâmetros como resistência, capacitância, indutância, impedância, força e torque.
Materiais e relações constitutivas são definidos em termos de permissividade, permeabilidade, condutividade e campos remanescentes. As propriedades materiais podem ser espacialmente variáveis, dependentes do tempo, anisotrópicas e ter perdas. Tanto meios elétricos quanto meios magnéticos podem incluir não linearidades, como curvas B-H, ou mesmo ser descritos por equações dadas implicitamente.
Condições de Contorno e Elementos Infinitos
O AC/DC Module oferece acesso a uma série de condições de contorno essenciais, como potencial elétrico e magnético, isolamento elétrico e magnético, carga zero, além de valores de campo e corrente. Além disso, é incluída uma variedade de condições de contorno avançadas, como condições de terminais para conexão com circuitos SPICE, potenciais flutuantes, condições de simetria e periodicidade, impedância de superfície, correntes de superfície, resistência distribuída, capacitância, impedância e resistência de contato. No caso de domínios de modelagem ilimitados ou amplos, são disponibilizados elementos infinitos tanto para campos elétricos quanto para campos magnéticos. Ao adicionar uma camada de elementos infinitos ao exterior de um domínio de modelagem de tamanho finito, as equações de campo são ajustadas às proporções automaticamente. Isso possibilita representar um domínio infinito com um modelo de tamanho finito e evita efeitos de truncamento artificiais por parte dos contornos do modelo.
Imagens adicionais:
- MOTOR/GENERATOR: These results show a 3D static analysis of the magnetic fields around a rotor and stator. Permanent magnets and nonlinear magnetic materials are included, and material nonlinearity is modeled via an interpolation function.
- POWER INDUCTOR: The single-turn coil feature is used to capture the skin effect in the wire, since the skin depth in this coil is comparable to the thickness of the current-carrying wires at the operating frequency. This model shows how to compute both the DC and AC properties of an inductor as well as the admittance and inductance.
- PERMANENT MAGNET: This introductory example for magnetic field modeling describes a typical horseshoe magnet and iron bar, where the Symmetry condition is used to reduce the problem size. The magnetic fields and forces are computed.
- MAGNETIC DAMPING: This model simulates structural damping on a conducting solid that is vibrating in a static magnetic field. It computes the effect when a cantilever beam is harmonically excited and placed in a strong magnetic field.
- MAGNETIC PROSPECTING: Underground iron ore deposits result in magnetic anomalies. This model computes the disturbances in the background magnetic field of the earth due to the presence of an ore deposit. The Reduced Field formulation solves for small perturbations in the background field.
Combine Layouts de circuitos com Simulações em 2D e 3D
Ao considerar seus componentes elétricos como parte de um sistema maior, o AC/DC Module proporciona uma interface com elementos de circuitos SPICE que você pode selecionar para modelar cirtuitos. Modelos de sistema mais complexos podem ser simplificados usando modelagem à base de circuitos enquanto mantêm-se acoplamentos para modelos de campo completo para dispositivos importantes no circuito, possibilitando inovação no design e otimização em ambos os níveis. Layouts eletrônicos podem ser importados para análise com o AC/DC Module pelo ECAD Import Module.
Conexão com CAD, MATLAB^{®} e Excel^{®}
Para facilitar a análise do comportamento eletromagnético de modelos CAD mecânicos, a COMSOL oferece o ECAD Import Module, o CAD Import Module e produtos LiveLink™ para os principais sistemas CAD como parte de nosso pacote de produtos. Os produtos LiveLink possibilitam manter o modelo CAD paramétrico intacto em seu ambiente nativo, mas também controlar as dimensões geométricas de dentro do COMSOL Multiphysics^{®}, além de realizar varreduras paramétricas simultâneas por vários parâmetros de modelo. Para tarefas de modelagem repetitivas, o LiveLink™ for MATLAB^{®} permite que se realize simulações COMSOL^{®} com scripts ou funções MATLAB^{®}. Qualquer operação disponível no COMSOL Desktop^{®} pode ser acessada, alternativamente, por comandos MATLAB. Pode-se também mesclar comandos COMSOL no ambiente MATLAB com código MATLAB existente. Para simulações eletrônicas operadas a partir de planilhas,o LiveLink™ for Excel^{®} oferece uma alternativa conveniente para modelar a partir do COMSOL Desktop com sincronização de dados de planilha com parâmetros definidos no ambiente COMSOL.
Base de Dados de Materiais Magnéticos Não-lineares
Uma base de dados de 165 materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos está incluída no AC/DC Module. A base de dado contém curvas BH-e curvas HB-possibilitando que as propriedades do material possam ser usadas na formulação de campos magnéticos. As curvas são densamente amostradas e foram processadas para eliminar efeitos de histerese. Fora do range de dados experimentais, extrapolação linear é utilizada para se obter estabilidade numérica máxima.
Considere a Multifísica em seus Projetos
Embora dispositivos possam ser caracterizados principalmente pelo comportamento eletromagnético, eles também sofrem influência de outros tipos de física. Efeitos térmicos, por exemplo, podem alterar as propriedades elétricas de um material, ao passo que deflexões e vibrações eletromecânicas nos geradores precisam ser plenamente compreendidas durante qualquer processo de projeto. O AC/DC Module, integrado de forma abrangente ao ambiente COMSOL, permite que uma ampla gama de efeitos físicos influenciem no modelo virtual.
Cascas Eletromagnéticas
Para estruturas muito finas, o AC/DC Module oferece uma gama de formulações especializadas para simulações eletromagnéticas eficientes onde a espessura das estruturas não precisa ser representada como espessura física no modelo geométrico, mas, em vez disso, pode ser representada como uma casca. Essas formulações de cascas finas estão disponíveis para simulações de correntes contínuas, eletrostática, magnetostática e indução, e são de particular importância para a blindagem eletromagnética dentro de aplicações de compatibilidade eletromagnética (EMC) e interferência eletromagnética (EMI).
Fluxo de Trabalho Consistente para Modelagem Eletromagnética
O intuitivo fluxo de trabalho do módulo é descrito pelas etapas a seguir: definir a geometria, selecionar os materiais, selecionar uma interface AC/DC adequada, definir as condições de contorno e as condições iniciais, gerar automaticamente a malha de elementos finitos, solucionar e visualizar os resultados. Todas essas etapas são acessadas pelo COMSOL Desktop^{®}. É possível acoplar as simulações do AC/DC Module a todos os produtos COMSOL de praticamente todas as formas possíveis e imagináveis por meio de uma série de acoplamentos multifísicos predefinidos ou por acoplamentos definidos pelo usuário. Um típico exemplo de acoplamento predefinido é entre o AC/DC Module e o Particle Tracing Module, onde os campos elétricos ou magnéticos afetam partículas carregadas que podem ser definidas para ter massa ou não. O Optimization Module pode ser combinado ao AC/DC Module para otimização em relação à tensão e corrente de excitação, propriedades de materiais, dimensões geométricas, entre outros parâmetros.
Flexível e Robusto
O AC/DC Module inclui campos elétricos e magnéticos estacionários e dinâmicos, ambos em 2D e 3D. Internamente, o AC/DC Module formula e soluciona as equações de Maxwell junto com as propriedades de materiais e as condições de contorno. As equações são resolvidas usando o método dos elementos finitos com discretização numericamente estável nos elementos de borda em conjunto com solvers de última geração. As diferentes formulações admitem simulações estáticas, simulações no domínio da frequência e simulações no domínio do tempo. Os resultados são apresentados na janela gráfica por meio de gráficos predefinidos de campos elétricos e magnéticos, correntes e tensões elétricas, ou como expressões que pode-se definir à vontade, bem como quantidades derivadas tabeladas.
Permanent Magnet
As an example of a magnetostatic problem, consider how to model a horseshoe-shaped permanent magnet. One way is to treat the entire magnet as a ferromagnetic material, where the two end sections are defined as being pre-magnetized in different and opposite directions.
Inductive Heating of Copper Cylinder
The induced currents in a copper cylinder produce heat that in turn change the electrical conductivity. This means that the field propagation has to be solved simultaneously with the heat transfer through the cylinder and surrounding system. This model shows this coupling between eddy currents and heat transfer as a tutorial example.
E-Core Transformer
This is the transient model of a single phase E-core transformer using a Multi-Turn Coil Domain. The model includes the effect of a nonlinear B-H curve in the core and shows how to connect the transformer model to the external circuits using Electric Circuit interface. The simulation is performed for two different cases; the first one with a ...
Mutual Inductance and Induced Currents in a Multi-Turn Coil
The mutual inductance and induced currents between a single turn primary and twenty turn secondary coil in a concentric coplanar arrangement is computed using a frequency domain model. The secondary coil is modeled using a homogenized approach which does not explicitly consider each turn of the coil. The results are compared against analytic ...
Electron Beam Diverging Due to Self Potential
When modeling the propagation of charged particle beams at high currents, the space charge force generated by the beam significantly affects the trajectories of the charged particles. Perturbations to these trajectories, in turn, affect the space charge distribution. The Charged Particle Tracing interface can use an iterative procedure to ...
Inductor in an Amplifier Circuit
This model shows how to combine an electric circuit simulation with a finite element simulation. The finite element model is an inductor with a nonlinear magnetic core and 1000 turns, where the number of turns is modeled using a distributed current technique. The circuit is imported into COMSOL Multiphysics as a SPICE netlist, which merges the ...
Modeling of a 3D Inductor
Inductors are used in many applications for low pass filtering or for impedance matching of predominantly capacitive loads. They are used in a wide frequency range from near static up to several MHz. An inductor usually has a magnetic core to increase the inductance, while keeping its size small. The magnetic core also reduces the electromagnetic ...
Vector Hysteresis Modeling
This tutorial is a benchmark model that reproduces the Testing Electromagnetic Analysis Method (TEAM) Problem 32, which evaluates numerical methods for the simulation of anisotropic magnetic hysteresis. A hysteretic three-limbed laminated iron core is subject to a time-varying magnetic field generated by two coils. The Jiles-Atherton material ...
Induction Heating of a Steel Billet
Induction heating is a method used to heat metals for forging and other applications. Compared with more traditional heating methods, such as gas or electric furnaces, induction heating delivers heating power directly to the piece in a more controlled way and allows for a faster processing time. The Induction Heating of a Steel Billet ...
Tunable MEMS Capacitor
In an electrostatically tunable parallel plate capacitor, the distance between the two plates can be modified by a spring, as the applied voltage changes. For a given voltage difference between the plates, the distance of the two plates can be computed, if the characteristics of the spring are known. Knowledge of this means that the distance ...