Обновления модуля AC/DC

Пользователи модуля AC/DC найдут в COMSOL Multiphysics® версии 5.2a целый ряд нововведений, в частности, модель материалов Джилса – Атертона для реалистичного моделирования таких устройств, как сердечники трансформаторов и электродвигатели, обновленное граничное условие магнитного экранирования (Magnetic Shielding) для моделирования нелинейных материалов с эффектом магнитного насыщения, улучшенные инструменты для работы с катушками. Более подробный обзор обновлений модуля AC/DC представлен ниже.

Гистерезисная модель материалов Джилса – Атертона

Гистерезисная модель Джилса – Атертона включает в себя важные свойства ферромагнитных материалов для реалистичного моделирования таких устройств, как сердечники трансформаторов и электродвигатели. Данная опция представлена в интерфейсе Magnetic Fields (Магнитные поля) (для формулировки векторного магнитного потенциала), интерфейсе Magnetic Fields, No Currents (Магнитные поля, Без токов) (для формулировки скалярного магнитного потенциала) и интерфейсе Rotating Machinery, Magnetic (Вращающиеся механизмы, Магнетизм). Данная модель поддерживает полностью анизотропное (векторное) моделирование гистерезиса.

Путь в Библиотеке приложений к примеру, демонстрирующему применение гистерезисной модели материалов Джилса – Атертона:

ACDC_Module/Other_Industrial_Applications/vector_hysteresis_modeling

Магнитное экранирование с эффектами насыщения

Граничное условие магнитного экранирования было расширено путем добавления поддержки моделирования магнитного насыщения с использованием кривой намагниченности BH. Оно представлено в физическом интерфейсе Magnetic Fields (Магнитные поля) (для формулировки векторного магнитного потенциала), интерфейсе Magnetic Fields, No Currents (Магнитные поля, Без токов) (для скалярного магнитного потенциала) и интерфейсе Magnetic and Electric Fields (Магнитные и электрические поля) (векторный магнитный потенциал и скалярный электрический потенциал). Данный эффект важен при проектировании тонкостенных экранов с высокой магнитной проницаемостью для чувствительных электронных устройств, например для фотоумножителей. Подобные экраны легко насыщаются, а при превышении предела насыщения их рабочие характеристики значительно ухудшаются.

На иллюстрации показан сферический экран из высоконикелевой стали (супермаллоя) радиусом 0,5 м и толщиной 0,5 мм, воздействие на который задано равномерной вертикальной магнитной индукцией амплитудой 0,95 мТл. График в сечении и стрелочная диаграмма показывают распределение магнитной индукции. Поверхностных график для правой половины сферы (вырезан и для наглядности показан отдельно) показывает данную величину внутри слоя супермаллоя. Поверхностных график для левой половины сферы показывает относительную дифференциальную магнитную проницаемость в слое, а также изменение уровня насыщения — от 100 % (единица) вблизи горизонтальной средней плоскости до ненасыщенного уровня вверху и внизу.

Объединенные, обновленные и расширенные инструменты для работы с катушками

Инструменты Single-Turn Coil (Одновитковая катушка) и Multi-Turn Coil (Многовитковая катушка) интерфейсов физики Magnetic Fields (Магнитные поля) и Magnetic and Electric Field (Магнитные и электрические поля) были сведены в единый инструмент Coil (Катушка). Слияние двух инструментов в один позволило обеспечить более организованный и оптимизированный рабочий процесс и повышенную гибкость применения:

  • На этапе предварительной обработки данных под названием Coil Geometry Analysis (Анализ геометрии катушки) теперь можно обрабатывать трехмерные модели катушек с одним проводником (Single-Conductor) (ранее известные как «одновитковые» ("Single-Turn")), что позволяет выполнять моделирование проводников произвольной формы в качестве источников возбуждения в интерфейсах для магнитных явлений с улучшенными характеристиками сходимости.
  • Инструмент Coil Geometry Analysis (Анализ геометрии катушки) теперь помимо объёмных поддерживает работу с двумерными линейными катушками (boundary coils).
  • Решение для однопроводных катушек, возбуждаемых напряжением, теперь может быть получено в рамках динамического расчета во временной области (в интерфейсе Magnetic Fields (Магнитные поля) ).
  • Катушки из одного проводника теперь можно возбуждать с помощью внешнего электрического поля, обеспечивая учёт физически значимых электрических полей по всей геометрической структуре.

Объёмный Терминал

Теперь вы можете использовать инструмент Терминал (Terminal) на уровне области в физических интерфейсах Electric Currents (Электрические токи) и Electrostatics (Электростатические явления). Это удобно при моделировании электродов сложной формы, которое иначе потребовало бы включения выборки большого количества границ при использовании инструмента Терминал на уровне границ. Неизвестные значения для электрического потенциала внутри выборки области контакта не вычисляются напрямую, а заменяются переменной. Это полезно при моделировании электродов, обладающих конечной толщиной, которая учитывается в геометрии.

Вывод матрицы взаимной емкости (SPICE)

В список Transformation (Преобразование) функции Global Matrix Evaluation (Глобальное вычисление матричных величин) добавлены два новых пункта, которые позволяют преобразовывать емкостные матрицы Максвелла в матрицы взаимной емкости (их также называют емкостными матрицами SPICE), и наоборот. Емкостную матрицу Максвелла обычно получают непосредственно в результате моделирования электростатического поля, однако матрица взаимной емкости (емкостная матрица SPICE) лучше подходит для моделирования электрических цепей. Эта функция становится доступной после проведения терминального параметрического исследования при электростатическом моделировании. Новые возможности дополняют список ранее доступных вариантов преобразования, в числе которых — преобразования между матрицами полной проводимости (Y), комплексного сопротивления (Z) и S-параметров (S).

Обновленная учебная модель: Vector Hysteresis Modeling (Моделирование векторного гистерезиса)

Данная эталонная модель воспроизводит задачу 32 из списка тестовых задач для методов электромагнитного анализа (TEAM), которая оценивает численные методы моделирования анизотропного магнитного гистерезиса. Трехстержневой гистерезисный шихтованный железный сердечник подвергается изменяющемуся с течением времени влиянию магнитного поля, создаваемого двумя катушками. Материальная модель Джилса – Атертона (теперь представленная в интерфейсе Magnetic Fields (Магнитные поля) interface) используется для моделирования отклика материала, и полученное решение воспроизводит опубликованные экспериментальные и численные данные.

Катушки возбуждаются источниками переменного тока, сдвинутыми по фазе друг относительно друга на 90 градусов, создавая магнитное поле, вращающееся в некоторых участках сердечника. Приложенное магнитное поле преимущественно сориентировано в плоскости xy, при этом материал обладает анизотропными свойствами, и его реакция на поля, приложенные в направлениях x или y, различается.

Векторная модель гистерезиса необходима для точного моделирования зависимого от времени поля, гистерезисное поведение отображается путем построения графика магнитной индукции в зависимости от магнитного поля в течение одного периода переменного тока (соответствующего одной петле гистерезиса). Вместо применяемого по умолчанию итеративного решателя используется прямой решатель (PARDISO) и при этом применяется функция Gauge Fixing for A-Field (Калибровка векторного потенциала для А-поля) .

Путь в Библиотеке приложений:

ACDC_Module/Other_Industrial_Applications/vector_hysteresis_modeling