COMSOL AC/DC Module 6.4
DESCRIPCIÓN
El módulo AC/DC Module se ha creado a partir de la escisión y mejora de las formulaciones estática y cuasi-estática del módulo de electromagnetismo precedente: Electromagnetics Module.
A bajas frecuencias, e incluso en CC, muchos efectos multifísicos tienen su influencia dentro de los dispositivos eléctricos y magnéticos industriales. El AC/DC Module de COMSOL Multiphysics acelera el diseño y prototipaje de dispositivos como motores, imanes, transformadores, líneas de potencia y sistemas de conversión de energía. Los usuarios puede seleccionar materiales más adecuados y ayudar a que un dispositivo o componente alcance un valor óptimo para un parámetro de circuito deseado con un mínimo coste, tiempo, tamaño y rendimiento de pico. Los ingenieros puede configurar mejores sistemas de refrigeración y disposición de componentes, realizar análisis de fallos y cualquier otro tipo de exploración de aspectos multifísicos como pérdidas eléctricas y de calor que hacen que estos modelos se ajusten muchísimo más al mundo real.
En más detalle, el módulo AC/DC trata problemas electromagnéticos estáticos y cuasi-estáticos generales para geometrías 2D, 2D con simetría axial y 3D completas. Soporta análisis armónicos en el tiempo, transitorios y estáticos. Los usuarios pueden realizar virtualmente cualquier tipo de simulación. Por ejemplo, permite acoplamientos a muchas otras físicas distintas al electromagnetismo incluyendo acústica o mecánica de estructuras, como analizar maquinaria rotatoria o determinar la respuesta frecuencial de un altavoz. Lo siguiente es que es extremadamente flexible al permitir al usuario acoplar cualquier física arbitraria así como definir propiedades de materiales de una manera adecuada única. De hecho, el módulo viene con dos tipos de acoplamiento multifísico preparados para maquinaria rotatoria y calentamiento inductivo. En cada caso, los usuarios configuran el modelo con unos pocos clics del ratón.
CARACTERÍSTICAS
Entre las características del módulo destacan su soporte para mallas deslizantes y cálculos de rotación, que son de gran utilidad para maquinaria rotatoria. Con los elementos infinitos el software permite a los ingenieros definir un campo en el infinito incluso cuando se trunca el dominio de un modelo para permitir la simulación de dispositivos grandes. El uso de elementos vector de orden elevado mejora la precisión de la solución mediante ajustes del resolvedor más eficientes. Finalmente, el producto aprovecha las características avanzadas de los últimos resolvedores en COMSOL Multiphysics para reducir los requerimientos de memoria en aproximadamente un orden de magnitud en algunos tipos de problemas.
SECTORES
Las funcionalidades de este módulo lo hacen especialmente atractivo para una amplia variedad de áreas de aplicación que incluyen el desarrollo y análisis de modelos para
- sensores, transductores y actuadores
- motores y generadores
- simulación de placas de circuito impreso
- transformadores
- imanes
- calentamiento inductivo
- diseño y caracterización de componentes eléctricos pasivos
- blindaje para protección, compatibilidad y cumplimiento electromagnéticos
- distribución de potencia de alto voltaje
- evaluación de aislamiento
- modelado de campo cercano como para los sistemas RFID
- sistemas de imagen eléctrica como tomografía de impedancia eléctrica
Una área de aplicación importante para este software es la caracterización y parametrización de dispositivos para simuladores de circuitos eléctricos como SPICE. El módulo extrae automáticamente los valores de parámetros de peso, como el valor de una resistencia fija. Sin embargo, el software puede ir mucho más allá de lo que un usuario podría imaginar. En el caso de un resistor, realiza un barrido de temperatura y utiliza esos datos para extraer un modelo SPICE que hace que la operación del circuito sea dependiente de la temperatura. Por otro lado, cuando se han especificado completamente los modelos SPICE para los componentes de un sistema grande, el usuario puede importar el correspondiente "netlist" SPICE en el modelo de COMSOL para simular el sistema completo. De esta manera algunos componentes de circuito ideal tal y como son determinados por SPICE interactúan con un modelo multifísico completamente desarrollado de un elemento de circuito decisivo, que por ejemplo dé cuenta de cambios operacionales debidos al calentamiento o a efectos estructurales.
VERSIONES
6.4
NOVEDADES
6.4 introduce condiciones de contorno inductivas transitorias, compatibilidad con simetría para terminales y mejoras en la usabilidad
Condiciones de contorno inductivas transitorias
Las condiciones de contorno Impedance Boundary Condition y Transition Boundary Condition en la interfaz Magnetic Fields ahora admiten el modelado en el dominio del tiempo. Esta actualización permite modelar capas conductoras delgadas, placas (apantallamiento) o recubrimientos en el dominio del tiempo sin necesidad de resolver el efecto pelicular en el material mediante una malla volumétrica. Las condiciones de contorno actualizadas también son útiles para modelar metales macizos con una penetración de campo mínima, ya que no es necesario incluir el interior del material (normalmente un metal) en el modelo; en su lugar, el dominio de modelado se trunca en el límite del material y se puede utilizar una de estas condiciones de contorno para modelar el efecto pelicular. Esta funcionalidad se puede observar en el modelo tutorial Thin Conductive Layer Using the Transition Boundary Condition.
La condición de contorno de impedancia se utiliza junto con un estudio transitorio para modelar las corrientes de irrupción y las vibraciones mecánicas en un modelo de transformador 3D que presenta un núcleo, bastidor y carcasa magnetoestrictivos no lineales.
Simetría para terminales
La funcionalidad Terminal ahora admite un factor de multiplicación de área (disponible en la sección Advanced Settings tras activar Advanced Physics Options). Esto tiene en cuenta la simetría al escalar el área del terminal, de modo que los circuitos o cargas conectados perciban el dispositivo completo aunque solo se modele una parte. Por ejemplo, se debe usar un factor de 2 si el modelo representa la mitad del dispositivo. La actualización está disponible para las interfaces de Electrostatics, Electric Currents y Magnetica and Electric Fields.
Un barrido de terminales sobre la matriz de electrodos de una pantalla táctil. Los colores indican la distribución del campo eléctrico cuando se activa un solo electrodo. La matriz de capacitancia extraída refleja la posición del lápiz óptico en la pantalla.
Menús contextuales rediseñados
Los menús contextuales y las barras de herramientas (o cintas) de todas las interfaces AC/DC se han rediseñado para mayor claridad y eficiencia. Las funciones ahora se agrupan por tipo y frecuencia de uso: las más comunes, como la Current Conservation in Solids, aparecen en la parte superior, mientras que las menos frecuentes se ubican en subcategorías. Las funciones similares en todas las interfaces se organizan de forma coherente, y algunas se han renombrado para mayor claridad, lo que agiliza el flujo de trabajo tanto para modelos simples como avanzados.
Entorno COMSOL Desktop® con el menú contextual rediseñado de la interfaz de Corrientes Eléctricas. El gráfico de la derecha muestra la distribución de la densidad de corriente eléctrica en un módulo de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).
Magnetomecánica mediante el uso de capas y membranas
Para facilitar el modelado de la magnetomecánica en capas y membranas, se encuentran disponibles cuatro nuevas interfaces físicas:
- Magnetomechanics, Shell
- Magnetomechanics, No Currents, Shell
- Magnetomechanics, Membrane
- Magnetomechanics, No Currents, Membrane
Además, el nuevo nodo de acoplamiento multifísico Magnetomechanics, Boundary permite acoplar las interfaces de Shell y Membrane a las interfaces de Magnetic Fields y Magnetic Fields, No Currents. Vea estas adiciones en el modelo tutorial Nonlinear Ferromagnetic Diaphragm. Tenga en cuenta que esta funcionalidad requiere el módulo Structural Mechanics Module.
Un diafragma magnético que es atraído hacia adentro por un electroimán. Se muestra la deformación, así como el campo magnético alrededor de la bobina.
Nuevos modelos tutoriales
|
Thermal Analysis of a High-Power IGBT Module
|
Induction Heating Including Curie Temperature and Movement
|
|
Nonlinear Ferromagnetic Diaphragm*
|
Thin Conductive Layer Using the Transition Boundary Condition
|
|
Cell Membrane Electroporation
|
B–H Curve Checker
|
6.3
NOVEDADES
COMSOL 6.3 presenta una nueva formulación electrostática para cálculos de fuerza más precisos, mejor soporte para modelar materiales dispersivos dieléctricos utilizados en bioingeniería y un conjunto de funciones ampliado para simular bobinas, motores eléctricos y generadores.
Nueva formulación para la interfaz electrostática
La interfaz Electrostatics ahora incluye una nueva formulación de ecuación para cálculos de fuerza electrostática más precisos, lo que resulta particularmente útil al modelar dispositivos MEMS como acelerómetros y giroscopios. Al resolver directamente el campo de desplazamiento eléctrico, este enfoque mejora la precisión en geometrías con esquinas agudas, lo que permite evaluaciones de fuerza más precisas, incluso para mallas más gruesas. A diferencia de la formulación tradicional basada en potencial, el nuevo método utiliza una formulación mixta, que resuelve dos ecuaciones: una para el campo de desplazamiento eléctrico (D) y otra para el potencial eléctrico (V). En la versión 6.3, esta formulación mejorada está disponible como una opción, designada como Mixed finite element, tanto para electrostática 2D como 3D. Mixed finite element es la opción de discretización predeterminada para las interfaces de electromecánica cuando se utiliza el módulo MEMS o el módulo AC/DC combinado con el módulo de mecánica estructural. Esta nueva formulación se puede ver en el modelo tutorial Micromachined Gyroscope with Mixed Formulation.
La sección Discretization de la ventana Settings para el nodo Electrostatics, que muestra las opciones de formulación D–V (indicadas como Mixed finite element).
Amplio soporte para modelar la dispersión, incluidos los tejidos biológicos
Tanto para la interfaz de electrostática como para la interfaz Electric Currents, hay disponibles tres nuevos modelos de materiales dieléctricos dispersivos: Cole–Cole, Havriliak–Negami y Userdefined. Estos modelos están disponibles para estudios en el dominio de la frecuencia, así como para estudios transitorios. Los modelos se basan en la función Partial Fraction Fit introducida en la versión anterior, lo que significa que los materiales dispersivos también se pueden ajustar directamente a los datos medidos.
Además, el modelo de material dispersivo Multipole Debye existente se puede utilizar en combinación con los datos de material de la nueva carpeta Biological Tissues (Tejidos biológicos) de la biblioteca de materiales del módulo AC/DC. Esta carpeta contiene valores de conductividad eléctrica, permitividad relativa y temperatura de referencia, junto con los tiempos de relajación y las contribuciones de permitividad relativa de varios polos de Debye, para 54 tipos de tejidos biológicos. Estos datos de material son particularmente útiles para aplicaciones médicas.
La carpeta Biological Tissues de la biblioteca de materiales del módulo AC/DC incluye propiedades de materiales para muchos tipos de tejidos biológicos.
Modelo de conductor de bobina Litz homogeneizada y con pérdida de alta frecuencia
El modelo de conductor Homogenized multiturn de la función Coil ahora incluye un modelo de pérdida efectiva de alta frecuencia Hig-frequency effective loss que está habilitado de manera predeterminada. En el dominio de frecuencia, este modelo asigna una conductividad de cable efectiva y una permeabilidad compleja para modelar la distribución de campo y la resistencia de CA de una bobina completamente resuelta, teniendo en cuenta los efectos de proximidad y pelicular. Además, una nueva opción de Wire properties, From resistance and mutually coupled circuit, vincula la bobina a un circuito interno para simular la pérdida inductiva tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia.
El modelo de conductor Homogenized litz coil incluye compatibilidad con pérdida efectiva de alta frecuencia y permite especificar el número de hilos y la resistencia de CC por unidad de longitud, compensando la resistencia agregada por los patrones de torsión. Además, la resistencia del cable litz por unidad de longitud se puede configurar mediante hojas de especificaciones, mediciones o expresiones dependientes de la frecuencia.
Un ejemplo de una simulación de cable litz en 3D, utilizada para investigar diferentes esquemas de torsión y validar modelos de pérdida efectiva
Nueva funcionalidad de núcleo laminado
La nueva funcionalidad Laminated Core permite un modelado eficiente de núcleos laminados en transformadores, actuadores electromecánicos y motores eléctricos al aproximar las láminas como un medio efectivo anisotrópico. La función admite propiedades magnéticas tanto lineales como no lineales, incluidas la Relative permeability, B-H curve, y Effective B-H curve. Los usuarios pueden establecer la Stacking direction y ajustar el factor de apilamiento (Stacking factor) para especificar la relación entre el material magnético y el no magnético. Además, se pueden incluir pérdidas resistivas y magnéticas utilizando modelos empíricos como los modelos Steinmetz o Bertotti. La funcionalidad Laminated Core está disponible en la interfaz Magnetic Fields; la interfaz Magnetic Fields, No Currents; y la interfaz Rotating Machinery, Magnetic.
La ventana Settings de la función Laminated Core, que muestra opciones para especificar el factor de apilamiento, la dirección de apilamiento, las propiedades magnéticas y el modelo de pérdida.
Usabilidad mejorada para conexiones de circuitos
La usabilidad de las conexiones de circuitos se ha mejorado significativamente, lo que facilita la conexión de funciones de dominio (por ejemplo, para conectar la interfaz Electric Currents o Magnetic Fields a la interfaz de Electrical Circuit, mediante las funcionalidades de Terminal o Coil. La funcionalidad automatizada ahora maneja el proceso de completar las conexiones de circuitos cuando una función de dominio o límite está vinculada a un circuito eléctrico. Además, las capacidades de importación y exportación de circuitos ahora son accesibles a través de la API de COMSOL para su uso con Java, lo que permite que las aplicaciones, los métodos de modelo o los complementos recuperen o exporten circuitos automáticamente. Esto es especialmente útil para la extracción de circuitos concentrados, donde los circuitos se generan en función de matrices de resistencia, capacitancia e inductancia concentradas derivadas de modelos de elementos finitos.
Las funciones de Terminal y Bobina ahora incluyen un botón Add Electrical Circuit Connection, lo que facilita la configuración de sistemas conectados a circuitos.
Nuevas interfaces multifísicas de electromecánica
Las nuevas interfaces Electromechanics, Shell y Electromechanics, Membrane simplifican el modelado de la deformación de estructuras delgadas, como las membranas de los micrófonos, influenciadas por fuerzas electrostáticas. Estas interfaces incluyen automáticamente el acoplamiento multifísico Electromechanics, Boundary para una integración perfecta con elementos de carcasa o membrana, y utilizan la interfaz Electrostatics para modelar el campo eléctrico. Estas interfaces, que se muestran en los modelos tutoriales Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone y Axisymmetric Condenser Microphone, también requieren el módulo Structural Mechanics.
El nuevo acoplamiento multifísico Electomechanics,Boundary se utiliza en el modelo de micrófono Brüel & Kjær 4134 para una configuración de modelo simplificada al acoplar las interfaces Electrostatics y Membrane.
Modelos nuevos y actualizados, nueva aplicación y nuevo complemento
|
Permanent Magnet Motor in Steady State |
Piezomagnetic Cell Rover |
|
B-H Curve Checker App |
Circuit Extractor Add-In |
6.2
NOVEDADES
Nuevo y rápido resolvedor para maquinaria eléctrica
Para problemas periódicos en el tiempo no lineales, ahora es posible resolver para las condiciones de estado estacionario directamente utilizando la nueva interfaz Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic. Esto se logra imponiendo periodicidad en la dimensión temporal y resolviendo todos los marcos temporales a la vez con un resolvedor estacionario. Este enfoque ahorra una cantidad considerable de tiempo de cálculo, ya que la alternativa sería ejecutar un problema dependiente del tiempo hasta que se alcance el estado estacionario periódico. Además este enfoque brinda acceso directo a contenido en el dominio de la frecuencia (armónicos de orden superior), para su uso en contextos multifísicos avanzados. Los casos de uso típicos son estudios de motores y transformadores, donde la pérdida de alminación y las fuerzas electromagnéticas se combinan con transferencia de calor, mecánica estructural y acústica de presión, con especial atención en barridos paramétricos y estudios de optimización.
Ajustes en la interfaz Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic ejemplificadas en una máquina síncrona de imanes permanentes.
Soporte de periodicidad para la bobina monoconductor y la bobina multvuelta
Para bobinas y conductores genéricos (ya sean trenzados o sólidos), ahora existe un verdadero soporte de periodicidad en 3D. La subfuncionalidad Geometry Analysis utilizada para el dominio Coil en la interfaz Magnetic Fields, la interfaz Magnetic and Electric Fields y la interfaz Rotating Machinery, Magnetic ahora se han equipado con una subfuncionalidad Periodic Boundaries que se utiliza junto con la funcionalidad Periodic Condition. Esto es particularmente de utilidad para modelos de máquinas eléctricas que tienen una forma de simetría de sector.
Nuevas interfaces multifísicas y acoplamientos multifísicos para motores y generadores
La nueva interfaz multifísica Magnetic–Elastic Interaction in Rotating Machinery combina una interfaz Solid Mechanics con una interfaz Rotating Machinery, Magnetic, utilizando el acoplamiento multifísico Magnetic Foreces, Rotating Machinery. Este acoplamiento multifísico conecta la física estructural y electromagnética a nivel de dominio. Añade la carga provocada por las tensiones de Maxwell sobre una estructura deformable y giratoria. Téngase en cuenta que esta interfaz multifísica requiere el Módulo de mecánica estructural (Structural Mechanics Module).
La interfaz multifísica Magnetic–Rigid Body Interaction in Rotating Machinery combina una interfaz Multibody Dynamics con una interfaz Rotating Machinery, Magnetic a través del mismo acoplamiento multifísico Magnetic Forces, Rotating Machinery. En este caso, el acoplamiento multifísico calcula cómo se distribuyen en el estator y el rotor las deformaciones y tensiones originadas por las fuerzas del entrehierro. Algunas de las aplicaciones son rodamientos magnéticos y motores con rotores desequilibrados. Téngase en cuenta que esta interfaz multifísica requiere el módulo de dinámica multicuerpo (Multibody Dynamics Module).
Además de las características mencionadas anteriormente, algunos de los acoplamientos electromecánicos preexistentes se han combinado y rediseñado para optimizar el flujo de trabajo.
El acoplamiento entre la interfaz Solid Mechanics y la interfaz Rotating Machinery, Magnetic para realizar un análisis electromagnético y mecánico de un motor de imán permanente interior (IPM).
Manejo mejorado de sólidos y líquidos para la interfaz Magnetic Fields
Las nuevas funciones Ampère's Law in Solids y Ampère's Law in Fluids ya preparadas en la interfaz Magnetic Fields facilitan la construcción de modelos con materiales en movimiento. Estas funcionalidades proporcionan una implementación más fácil de usar que ayuda a garantizar que se utilicen los marcos de referencia de coordenadas adecuados para líquidos, gases y vacío, por un lado, y objetos sólidos, por otro. Además, las funciones permiten una configuración más intuitiva de acoplamientos multifísicos, con la función Ampère’s Law in Fluids que permite acoplamientos con magnetohidrodinámica o física del plasma, por ejemplo, y la función de la Ampère’s Law in Solids que permite acoplamientos magnetomecánicos. Pueden verse estas nuevas funciones en los modelos tutoriales de Hartmann Boundary Layer y E-Core Transformer.
Función de espacio libre para la interfaz de campos magnéticos
Se añade una nueva funcionalidad predeterminada, Free Space, a la interfaz Magnetic Fields. Se utiliza para especificar las condiciones físicas cercanas al dispositivo modelado, normalmente en aire o vacío. La funcionalidad proporciona un punto de partida al que se pueden añadir otras funcionalidades (como la Ampère’s Law in Solids or Fluids) para especificar localmente las propiedades de los materiales y las formas de excitación. La funcionalidad Free Space viene con una opción Stabilization incorporada. Esto añade un término de conductividad artificial tal como el efecto pelicuar en el espacio libre es un orden de magnitud mayor que el dispositivo modelado en su frecuencia operativa típica; se supone que una conductividad pequeña que da como resultado un efecto pelicular tan grande tiene poco o ningún impacto en la fidelidad de los resultados, pero su presencia mejora tanto la confiabilidad como la velocidad del solucionador. También está disponible una opción definida por el usuario para el ajuste manual de la estabilización. Los modelos tutoriales Submarine Cable 8 - Indusctive Effects 3D y Multiturn Coil Above an Asymmetric Conductor Plate muestran esta nueva incorporación.
La función predeterminada Free Space con la opción Stabilization, como se demuestra para un modelo de transformador de potencia trifásico.
Soporte de hilo de Litz para el dominio de bobinas multivueltas
La sección Wire Properties de la bobina del Homogenized Multiturn Conducutor se ha ampliado para admitir varias opciones que normalmente se utilizan para el modelado de hilos de Litz. Esto incluye la opción de especificar la resistencia (AC) por unidad de longitud, ya sea tomada de un modelo analítico definido por el usuario, de mediciones o de una hoja de especificaciones proporcionada por el proveedor, y la opción de especificar la resistencia efectiva total. Estas opciones permiten un flujo de trabajo más sencillo al modelar conductores trenzados que operan en condiciones no ideales, como conductores Milliken con resistencia de contacto interior y hilos (y bobinas) de Litz que operan a frecuencias más altas.
La resistencia del cable de la bobina por unidad de longitud, utilizada para especificar las propiedades de un conductor Milliken (uno de los conductores centrales de un cable submarino trifásico).
Funcionalidad Periodic Pair ampliada a simetría axial 2D
La interfaz de Magnetic Fields ahora admite la funcionalidad Periodic Pair para el modelado de maquinaria magnética lineal en simetría axial 2D (anteriormente disponible solo en 2D plano). Esto hace posible modelar maquinaria rotacionalmente simétrica (tubular) en 2D. La característica del par periódico conecta la física en ambos lados de las mallas deslizantes, donde la periodicidad está en la dirección del movimiento. Un caso de uso típico para el par periódico es el modelo Linear Motor in 2D.
Soporte mejorado para resolvedores iterativos y ensamblajes CAD
Para el par de funcionalidades Continuity y Sector Symmetry en la interfaz Electric Currents, la interfaz Magnetic Fields, No Currents y la interfaz Rotating Machinery, Magnetic, hay disponible una nueva opción de restricción para el grado de libertad del potencial escalar denominada Nitsche constraints. Estas restricciones no requieren mallas conformes y tampoco necesitan un multiplicador de Lagrange, lo que simplifica la secuencia de mallado y permite una gama más amplia de opciones de resolución.
La opción Nitsche constraints se utiliza para conectar las capas de una PCB, donde cada capa utiliza una malla separada. (Téngase en cuenta que la vista se extiende en dirección vertical).
Excitación de voltaje para el terminal terminado
La función Terminal en la interfaz Electrostatics, la interfaz Electric Currents, y la interfaz Magnetic and Electric Fields está equipada con una opción Terminated. Esto permite conectar el terminal a una impedancia que podría representar una carga o una línea de transmisión. La opción Terminated ahora se ha ampliado para admitir la excitación de voltaje. Esto es adecuado para modelar varios dispositivos MEMS piezoeléctricos de alta frecuencia.
El terminal terminado alimentado por voltaje, utilizado para modelar un capacitor interdigitado.
Modelo de dispersión de Debye para corrientes eléctricas
En la interfaz de Electric Currents se han introducido modelos de polarización dispersiva. Estos modelos describen efectos transitorios en dieléctricos débilmente conductores. En Current Conservation, cuando el tipo de material se establece en Solid, ahora es posible utilizar el modelo de material dieléctrico Dispersion. En el subnodo Dispersion, son opciones disponibles los modelos de dispersión Debye o Multipole Debye. Estos modelos se pueden utilizar en modelos de calentamiento electromagnético (EM) para bioelectromagnétismo y modelado de tejidos, por ejemplo, y están disponibles para análisis en el dominio de la frecuencia y dependientes del tiempo.
El modelo de dispersión Multipole Debye utilizado para modelar propiedades del material dieléctrico dependientes de la frecuencia.
Funcionalidad Piezoelectric Material, Layered en la interfaz Shell
De manera similar a la funcionalidad Piezoelectric Material disponible en la interfaz Layered Shell en versiones anteriores, se ha añadido una funcionalidad Piezoelectric Material, Layered a la interfaz Shell. Esta adición ahorra tiempos de montaje y cálculo al resolver compuestso piezoeléctricos delgados con la interfaz Shell. Nótese que esta función requiere el módulo Structural Mechanics Module.
Potencial flotante para la capa conductora y la capa piezoresistiva
Para las interfaces Electric Currents in Shells y Electric Currents in Layered Shells, se ha añadido una nueva subfuncionalidad Floating Potential a las funcionalidades Conductive Shell y Piezoresistive. El nodo Floating Potential se utiliza cuando se modela un electrodo metálico con potencial flotante. Nótese que la funcionalidad Piezoresistive Shell requiere el módulo MEMS Module.
Funcionalidad Background Field para la interfaz Magnetica and Electric Fields
Se ha añadido una nueva funcionalidad, Background Magnetic Flux Density, a la interfaz Magnetic and Electric Fields. Esta proporcoina una forma conveniente de añadir un campo de fondo cuando se modelan, por ejemplo, metales líquidos. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo tutorial Harmann Flow in Liquid Metal Blanket with Heat Transfer.
La funcionalidad Background Magnetic Flux Density tal como se utiliza en el modelado magnetohidrodinámico (MHD).
Nuevos modelos tutoriales y parte geométricas
|
Motor Tutorial Series |
Motor Tutorial Series, Geometry Parts |
|
Permanent Magnet Motor Efficiency Map |
Permanent Magnet Motor with Campbell Diagram |
|
Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor |
Magnetic–Structure Interaction in a Permanent Magnet Motor |
|
Resonant Spiral Coil |
Hartmann Flow in Liquid Metal Blanket with Heat Transfer |
|
Iron Sphere in a Magnetic Field |
FEM Resistor in Circuit |
6.1
NOVEDADES
Los usuarios de AC/DC Module, encontrarán que la versión 6.1 incluye grandes mejoras de usabilidad para modelar máquinas eléctricas, nuevas interfaces multifísicas para magnetohidrodinámica, y funcionalidad mejorada y ampliada para extracción de parámetros concentrados.
Arrays de imanes para máquinas eléctricas
La nueva funcionalidad Magnet puede utilizarse para modelar un dominio magnetizado o un patrón regular de dominios magnetizados. La dirección de la magnetización es especificada por medio de una expresión matemática o simplemente seleccionando los contornos de polo Norte y Sur. La funcionalidad incluye herramientas especializadas que facilitan la configuración de arrays Halbach y patrones de rotor complicados.
La funcionalidad Magnet viene de dos formas:
- Una funcionalidad Nondconducting Magnet para las interfaces Máquina rotativa, Parte Magnética y Campos magnéticos, Sin corrientes
- Una funcionalidad Conducting Magnet para las interfaces Máquina rotativa, Parte Magnética y Campos magnéticos.
La funcionalidad Conducting Magnet permite aplicar aislamiento eléctrico en contornos interiores, de esas manera facilita calcular las corrientes circulantes y las pérdidas en imanes segmentados. Además, soporta la subfuncionalidad de Cálculo de pérdidas. Ambas formas soportan las relaciones constitutivas Densidad de flujo remanente e Imán permanente no lineal.
Accionamiento por motor eléctrico síncrono, con la densidad de flujo magnético radial en el hierro laminado y la densidad de corriente axial en los conductores de horquilla del estator.
Disposición de devanados para motores eléctricos
La funcionalidad de Multiphase Winding se utiliza para modelar los devanados del motor como un patrón regular de bobinas, tal y como se usa típicamente en el modelado de motores eléctricos 2D. Dentro de este patrón, una bobina o grupo de bobinas que transportan la misma corriente con el mismo ángulo de fase se conoce comúnmente como fase. La función de Devanado multifásico simplifica la excitación de un sistema de múltiples fases al hacer cumplir los diseños de devanado estándar. La funcionalidad detecta automáticamente configuraciones inconsistentes. Para los casos que no siguen un patrón estándar, la función admite una configuración de disposición Definida por el usuario.
La funcionalidad Multiphase Winding soporta la subfunción Loss Calculation para determinar automáticamente las pérdidas resistivas. Está disponible en la interfaz física Maquinaria rotativa, Parte magnética cuando se trabaja en 2D. Puede verse esta funcionalidad en el modelo existente "Permanent Magnet Motor in 2D".
La función de devanado multifásico con ajustes para excitación y disposición de devanado.
Funcionalidad de conductor pasivo para Campos magnéticos y Máquina rotativa
La funcionalidad Passive Conductor en las interfaces Campos Magnéticos y Maquinaria rotativa, Parte magnética permite imponer aislamiento eléctrico en contornos interiores, facilitando el cálculo de corrientes circulantes y pérdidas en conductores segmentados. Esta funcionalidad dispone de muchas similitudes con la funcionalidad Conducting Magnet pero difiere en que únicamente soporta relaciones constitutivas B-H que no incluyan la magnetización, o sea, Permeabilidad relativa, Curva B-H y curva B-H efectiva. Como la funcionalidad Conducting Magnet, la funcionalidad Passive Conductor soporta la subfuncionalidad Loss Calculation, que se utiliza para determinar perdidas resistivas. El modelo "Rotating Machinery 3D Tutorial" muestra esta nueva función.
Un disco de cobre segmentado gira cerca de un imán. La función de conductor pasivo refuerza el aislamiento eléctrico en el límite interior, lo que provoca dos cavidades separadas de corriente circulante.
Modelos de materiales magnetoestrictivos actualizados
El acoplamiento multifísico Magnetostricción ha sido dividido en un acoplamiento Nonlinear Magnetostriction y un acoplamiento Piezomagnetic Effect. (Este último también conocido como magnetostricción lineal)
Junto con estos nuevos acoplamientos, se han introducido dos nuevas variantes de la Ley de Ampere (Ley de Ampère,Magnetostricción no lineal y Ley de Ampère,Piezomagnético) y dos nuevas interfaces multifísicas (Nonlinear Magnetostriction y Piezomagnetism). Las nuevas interfaces multifísicas están basadas en un acoplamiento entre las interfaces de Campos magnéticos y Mecánica de sólidos. La nueva funcionalidad Ampére,s Law, Nonlinear Magnetostrictive soporta la subfuncionalidad Loss Calculation. Esta subfuncionalidad permite la determinación automática de pérdidas resistivas y magnéticas en hierro laminado, utilizando modelos de pérdidas empíricos como Steinmetz o Bertotti.
Hay disponible una nueva relación constitutiva, Analytic magnetization curve, en la funcionalidad ordinaria Ley de Ampère (siempre que el Tipo de Material de esta función esté configurado como Sólido). Los nuevos acoplamientos multifísicos, las características de la Ley de Ampère y la relación constitutiva están disponibles con las interfaces Campos magnéticos y Maquinaria rotativa, Parte magnética. Los acoplamientos y las funcionalidades dedicadas requieren el módulo AC/DC Module junto con el Structural Mechanics Module, Acoustics Module, o el MEMS Module. La nueva relación constitutiva únicamente require AC/DC Module. Pueden explorarse estas actualizaciones magnetostrictivas en el modelo "Nonlinear Magnetostrictive Transducer".
El modelo del tutorial del transductor magnetoestrictivo no lineal que muestra el nuevo acoplamiento multifísico.
Sección transversal del cable de la bobina del factor de llenado de la ranura
Para la función Bobina, el modelo de conductor espiras de múltiples vueltas homogeneizadas se ha actualizado con nuevas configuraciones que se necesitan con frecuencia para el modelado de motores eléctricos. El área de la sección transversal del cable del embobinado ahora se puede derivar del factor de llenado de las ranuras del estator (también conocido como factor de llenado de la ranura). El grosor de los hilos se deriva luego del área de los dominios seleccionados y la cantidad relativa deseada de cobre en la sección transversal de la bobina. Pueden verse estas nuevas funciones en el modelo "Permanent Magnet Motor in 2D".
Cálculo de la matriz de impedancia incluyendo conductores pasivos
La funcionalidad Passive Conductor en la interfaz de Campos magnéticos, solo corrientes es una versión simplificada de la función Conductor de la interfaz. Está diseñado para usarse al calcular matrices de impedancia y se asigna a dominios conductores de electricidad que no están excitados o terminados activamente, pero que pueden transportar corrientes de Foucault. Por lo general, no tiene contornos de tierra o terminales y no genera ninguna entrada en la matriz de impedancia. La función admite una subfunción de Aislamiento eléctrico para modelar capas finas de aislamiento eléctrico en límites interiores. Esto facilita el cálculo de corrientes circulantes y pérdidas en conductores segmentados.
Una matriz de bobinas de PCB que se somete a un estudio de extracción de matriz concentrada. La función de conductor pasivo se usa para conductores que no están alimentados o terminados activamente, pero que pueden transportar corrientes de Foucault.
Extracción de circuitos eléctricos
El complemento Circuit Extractor convierte matrices de valores concentrados en circuitos eléctricos. Estos circuitos se pueden utilizar como una representación global de un dispositivo electromagnético. Por lo general, un modelo de elementos finitos se somete a un estudio Source Sweep y se extraen las matrices concentradas. Estas matrices luego alimentan al complemento Circuit Extractor. Una vez validado, el circuito se puede usar como una representación concentrada para casos en los que el modelo de elementos finitos sería demasiado exigente desde el punto de vista computacional. Este método puede verse como una forma basada en la física de modelado de orden reducido (ROM).
Las interfaces Electrostática, Electrostática, elementos de contorno y Corrientes eléctricas ahora producen matrices de capacitancia (y resistencia) en un formato que es directamente compatible con el complemento Circuit Extractor. La interfaz Campos magnéticos y eléctricos ahora es compatible con los tipos de estudio Barrido estacionario de fuente y Barrido de fuente de dominio de frecuencia y genera matrices de impedancia, resistencia e inductancia en un formato compatible con el complemento Circuit Extractor. El extractor de circuitos en sí se ha ampliado para admitir matrices de impedancia y se puede ver en los modelos "Circuit Extractor" y "Extracting Electrical Circuits from Electromagnetic Simulations".
El complemento Circuit Extractor se utiliza para crear una representación concentrada de una PCB. La comparación con el modelo de elementos finitos original se muestra en la tabla.
Modelado Magnetohidrodinámico
La nueva interfaz multifísica Magnetohydrodinamics se utiliza para acoplar el flujo de fluidos con campos electromagnéticos y se puede utilizar para modelar metales líquidos, así como ciertos plasmas. La nueva interfaz consta de la interfaz de Campos magnéticos (o la interfaz de Campos magnéticos y eléctricos), la interfaz de Flujo laminar y un acoplamiento multifísico Magnetohydrodynamics. El acoplamiento aplica la fuerza de Lorentz de la física electromagnética al flujo laminar y, a cambio, aplica el término de velocidad de Lorentz del flujo laminar a la física electromagnética.
Esta interfaz multifísica viene en tres variantes: 2D con corrientes eléctricas fuera del plano, 2D con corrientes eléctricas en el plano y 3D. La variante 2D con corrientes fuera del plano utiliza la interfaz de Campos magnéticos, mientras que las otras dos variantes utilizan la interfaz de Campos magnéticos y eléctricos. Las tres variantes están disponibles solo con el módulo AC/DC. La función de acoplamiento multifísico se puede utilizar por separado y está disponible con el módulo AC/DC Module y el Plasma Module. Los modelos "Hartmann Boundary Layer" y "Magnetohydrodynamics Pump" muestran esta funcionalidad de acoplamiento.
El nuevo modelo de bomba magnetohidrodinámica demuestra el uso de la interfaz multifísica Magnetohydrodynamcs. La velocidad de fase del campo magnético empuja el líquido conductor hacia adelante.
Biblioteca de materiales de metal líquido para magnetohidrodinámica
La biblioteca de materiales AC/DC ha sido ampliada con una carpeta Liquid Metals para el modelado magnetohidrodinámico. Esta nueva carpeta contiene varios metales líquidos, incluidos titanio, acero, hierro, níquel, cobre, aluminio, magnesio, estaño, litio, sodio y otros, así como sus propiedades materiales, incluida la conductividad térmica, conductividad eléctrica, viscosidad dinámica y densidad. Puedes ver esta nueva incorporación en el modelo "Magnetohydrodynamics Pump".
El modelo tutorial Hartmann Boundary Layer y (a la derecha) la nueva rama Liquid Metals en la Biblioteca de materiales.
Soporte de Cominio del tiempo para la interfaz de Campos magnéticos y eléctricos
Ahora la interfaz Campos magnéticos y eléctricos es compatible con el tipo de estudio Dependiente del tiempo. Además, la condición de contorno exterior predeterminada ha sido actualizad de Aislamiento magnético con una subfunción Aislamiento eléctrico a Aislamiento magnético con una subfunción de Tierra, lo que la hace coherente con la condición de contorno de Aislamiento magnético predeterminada en la interfaz Campos magnéticos. El modelo "Magnetic Brake" demuestra esta nueva actualización.
La forma de las ecuaciones para el estudio Dependiente del tiempo, como se muestra en la interfaz de Campos magnéticos y eléctricos.
Mejor rendimiento, estabilidad numérica y precisión para Electromagnetismo con simetría axial
Las interfaces Campos magnéticos y Campos magnéticos y eléctricos con axisimetría 2D ahora se basan en una formulación covariante que proporciona un mejor rendimiento, estabilidad numérica y precisión que la formulación utilizada en versiones anteriores. La formulación covariante maneja las propiedades inherentemente singulares del eje de simetría en sistemas de coordenadas cilíndricas. Pueden verse estas mejoras en los modelos "Axiometric Aproximation of 3D Inductor", "Small-Signal Analysis of an Inductor" y "An Electrodynamic Levitation Device".
El modelo tutorial Small-Signal Analysis of an inductor demuestra las mejoras de rendimiento y precisión proporcionadas por la formulación covariante.
Flujo de trabajo mejorado para el modelado de superconductores
Una nueva funcionalidad especialmente adecuada para el modelado de superconductores es un nuevo acoplamiento multifísico entre las interfaces Campos magnéticos, sin corrientes y Formulación de campo magnético. Esta funcionalidad, Magnetic Field Formulation Magnetic Fields No Currents Coupling asegura la continuidad de la densidad de flujo magnético normal y el campo magnético tangencial a través de los contornos.
Modelado de capas delgadas en sustratos con la condición de límite de impedancia en capas
La nueva Layered Impedance Boundary Condition es una extensión de la funcionalidad Condición de contorno impedancia, que permite modelar una secuencia de capas geométricamente delgadas sobre un sustrato. Se utiliza en los contornos exteriores donde se sabe que el campo penetra solo una corta distancia fuera del límite. En resumen, esta funcionalidad combina la Layered transition boundary condition con la Condición de contorno impedancia. Esta nueva funcionalidad está disponible para la interfaz de Campos Magnéticos.
Nuevos modelos tutoriales
|
Electric Field from Power Lines |
Magnetic Field from Power Lines |
|
Electric Field Between Concentric Cylinders |
Magnetic Field from an Infinite Conductor |
|
Hartmann Boundary Layer |
Magnetohydrodynamics Pump |
6
NOVEDADES
La versión 6.0 trae soporte al modelado de motores mejorado, calentamiento por inducción completamente acoplado en materiales por capas, y soporte al dominio de la frecuencia para la interfaz Campos magnéticos, solo Corrientes.
Cálculo de par Arkkio para la interfaz Máquina rotativa, Parte magnética
Las máquinas rotativas suelen tener un espacio de aire cilíndrico entre el rotor y el estator, donde se intercambian campos electromagnéticos y se ejercen fuerzas y par de fuerzas. La nueva funcionalidad Arkkio Torque Calculation en interfaz Maquinaria rotativa, Magnética analiza los campos en este espacio y posibilita la evaluación fácil del par total ejercido sobre el rotor y el estator tanto en 2D como en 3D. Ahora también se dispone de varios valores de postprocesado importantes para el diseño de motores. Estos incluyen la densidad de fuerza radial, la densidad de fuerza acimutal, la densidad de flujo magnético radial y la densidad de flujo magnético acimutal en el espacio de aire. La funcionalida Arkkio Torque Calculation requiere el módulo AC/DC Module
Par periódico para la interfaz Campos magnéticos
La nueva funcionalidad de Par periódico en la interfaz Campos magnéticos simplifica el modelado de máquinas lineales en 2D (máquinas como motores, generadores, actuadores y sensores) En lugar de modelar el dispositivo entero se asume periodicidad: Normalmente se incluyen uno o una pareja de celdas unidad, ignorando los efectos de final. Esta funcionalidad requiere el módulo AC/DC y se muestra en en nuevo modelo tutorial Linear Motor in 2D.
Interfaces multifísicas de magenotmecánica
Se han añadido dos nuevas interfaces físicas para el análisis de efectos mecánicos y magnéticos acoplados: Magnetomecánica y Magnetomecánica, Sin corrientes. Cuando se añade este tipo de interfaz, se añaden dos interfaces físicas al modelo: Mecánica de sólidos y una de dos, o Campos magnéticos o Campos magnéticos, Sin corrientes. También se añade el nuevo acoplamiento multifísico Fuerzas Magnetomecánicas. Estas interfaces pueden encontrarse bajo la rama Electromagnetismo y Mecánica en el árbol Seleccionar física. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial Deformation of an Iron Plate by Magnetic Force.
Tenga en cuenta que además del módulo AC/DC, estas interfaces requieren o el módulo MEMS, o Structural Mechanics Module o Acoustics Module.
Magnetostricción para la interfaz Maquinaria rotativa, Parte magnética
Los materiales magnetostrictivos exhiben tensión libre bajo la influencia de un campo magnético. Este es, por ejemplo, el efecto que causa el zumbido de tono bajo proveniente de un transformador. Si bien anteriormente solo estaba disponible para las interfaces Mecánica de sólidos y Campos magnéticos, el acoplamiento multifísico de Magnetostricción ahora también puede utilizarse para conectar las interfaces físicas Mecánica de sólidos y Maquinaria rotativa, parte Magnética. Está disponible en 3D, 2D, y 2D axisimétrico. La magnetostricción puede verse demostrada en el modelo tutorial Nonlinear Magnetostrictive Transducer.
Tenga en cuenta que además del módulo AC/DC, este acoplamiento multifísico requiere uno de los módulos MEMS Module, Structural Mechanics Module o Acoustics Module.
Soporte de dominio de la frecuencia para la interfaz Campos magnéticos, Solo corrientes
La interfaz Campos magnéticos, Solo corrientes, diseñada para calcular de forma eficiente matrices de inductancia y matrices de resistencia concentradas de circuitos complejos en 3D, ahora se ha ampliado para incluir soporte del dominio de la frecuencia. Esto se realiza utilizando el nuevo paso de estudio Barrido de fuente de dominio de frecuencia con inicialización. Puede utilizarse para calcular la contribución parcial de los campos magnéticos generados por conductores abiertos, como los que frecuentemente se encuentran en placas de circuito impreso (PCB). Este paso de estudio se muestra en el modelo tutorial existente Inductance Matrix Calculation of PCB Coils.
La diferencia principal en comparación con el Barrido de fuente estacionaria, introducida en la versión 5.6, es que la solución en el dominio de la frecuencia considera efectos peliculares y efectos de proximidad. Esto posibilita extraer matrices de inductancia de baja a media frecuencia (en el rango donde los efectos capacitivos todavía no son dominantes). También, el postprocesado automatizado para las matrices de resistencia e inductancia ha sido mejorado significativamente. Nótese que la interfaz Campos magnéticos, Solo corrientes y sus tipos de estudio requieren el módulo AC/DC.
La matriz de inductancia de doce bobinas PCB se extrae utilizando un Barrido de Fuente en el Dominio de la Frecuencia.
Opción de División por Conectividad para terminales, conductores y puertos concentrados
La nueva opción Split by Connectivity está disponible en el menú contextual para los nodos Terminal en, por ejemplo, la interfaz Electrostática y Campos magnéticos y eléctricos; para los nodos Conductor en la interfaz Campos magnéticos, Solo corrientes; y para los Puerto concentrado en la interfaz de Campos magnéticos.
Esta opción es de utilidad cuando un modelo contiene muchos dominios eléctricamente conductores, alguno de ellos en contacto, y alguno aislado del resto. Esta situación es típica para PCB o pantallas táctiles. Cuando se extrae las matrices de resistencia, inductancia y capacitancia para este tipo de dispositivo, típicamente se desea tomar cada "conductor" individual (o cada parte aislada de la selección que contiene a todos los dominios conductores), asignar una funcionalidad de Terminal o Puerto a cada uno de ellos, y entonces realizar un barrido. Con esta nueva funcionalidad, se puede añadir una funcionalidad Termina al modelo, hacer una selección simple que contenga todos los conductores, y entonces escoger Split by Connectivity para automáticamente generar una funcionalidad de Terminal separada para cada conductor individual. Esto acelerará en gran medida el flujo de trabajo.
Esta funcionalidad requiere el módulo AC/DC y se muestra en los modelos tutoriales Inductance Matrix Calculation of PCB Coils y Modeling a Capacitive Position Sensor Using FEM.
Condición de contorno Layered Transition para la interfaz de Campos magnéticos
De bajas a medias frecuencias puede utilizarse la nueva condición de contorno Layered Transition Boundary Condition en la interfaz Campos magnéticos para modelar materiales compuestos de apantallamiento electromagnético como los que contienen capas de mu-metal y cobre o, por ejemplo, cobre bañado en oro en una placa de circuito. A frecuencias más altas, esta funcionalidad puede incluso ser utilizada para modelar metamateriales RF y capas antireflexión, aunque para estas aplicaciones normalmente se utilizaría la funcionalidad correspondiente del módulo RF o del Wave Optics Modul. La funcionalidad se utiliza en combinación con un Layered Material en el nodo Materiales global, y un Layered Material Link en el nodo Materiales. Junto con el acoplamiento multifísico ampliado Calentamiento electromagnético, Cáscara por capas, la condición de contorno Layered Transition Boundary Condition soporta calentamiento inductivo completamente acoplado en la pila de capas. Nótese que esta condición de contorno requiere AC/DC Module.
Calentamiento electromagnético completamente acoplado para la condición de contorno Layered Transition Boundary Condition
El acoplamiento multifísico Calentamiento electromagnético, placa por capas se ha ampliado para que soporte la condición de contorno Layered Transition Boundary Condition en la interfaz Campos magnéticos para los pasos de estudio frecuencia-estacionario y frecuencia-transitorio en 2D y 3D. La Layered Transition Boundary Condition toma las propiedades del material, promediado por capas, potencialmente dependiente de la temperatura, para cada capa individual y las utiliza para calcular la propagación de campo electromagnético y la disipación de potencia en la pila de capas. Las fuentes de calor promediadas por capa se envían entonces de vuelta a la simulación térmica. Junto con la funcionalidad Capa fina en la interfaz Transferencia de calor en sólidos permite investigar la distribución de temperatura en la pila de capas. Entre los casos típicos de uso se incluye, por ejemplo, la soldadura por inducción de materiales compuestos por capas. Téngase en cuenta que el acoplamiento Calentamiento electromagnético, Placas en capas requiere o el módulo Heat Transfer o AC/DC Module.
Funcionalidades de Plano de simetría para varias interfaces
La nueva funcionalidad Plano de simetría está disponible para las siguientes interfaces físicas: Electrostática, Corrientes eléctricas, Campos Magnéticos y Campos magnéticos, sin corrientes. Los planos de simetría para Electrostática y Corrientes electrostáticas proporcionan condiciones de simetría y antisimetría para el campo eléctrico. Para las interfaces de Campos magnéticos y Campos magnéticos, sin corrientes el tipo de simetría puede establecerse para la densidad de flujo magnético B y el campo magnético H, respectivamente.
Modelos de dispersión de Debye para dieléctricos
Se han añadido nuevos modelos de amortiguamiento para materiales dieléctricos. Bajo Conservación del cambio, cuando el tipo de material se establece como Sólido, ahora puede usarse el modelo de material dieléctrico de dispersión. En el subnodo Dispersión se puede escoger entre los modelos de dispersión de Debye y Multipolo. Esta funcionaidad está disponible para los análisis en el dominio de la frecuencia y dependiente del tiempo. Este modelo de material requiere el módulo AC/DC o el MEMS Module.
Nuevo precondicionador multirejilla algebraico para elementos de bucle lineal
El precondicionador Multirejilla Algebraico de espacio auxiliar (ASAMG) es una implementación del resolvedor de Maxwell de espacio auxiliar (AMS). Para el módulo AC/DC ahora está disponible como un resolvedor alternativo preconfigurado en la configuración del resolvedor por defecto para la interfaz de Campos magnéticos. Está disponible cuando la discretización de la interfaz se configura como Lineal en 3D. Téngase en cuenta que 3D, la interfaz de Campos Magnéticos requiere AC/DC Module.
El precondicionador de espacio auxiliar AMG se muestra cuando la discretización de la interfaz Campos magnéticos se configura como Lineal.
Biblioteca de partes geométricas para motores eléctricos
Se ha añadido una nueva Biblioteca de partes geométricas específicamente para el modelado de maquinaria rotativa en 2D. Contiene tres rotores de imán permanente interno y un estator externo, equipado con bobinas. Los diseños del rotor son completamente paramétricos e incluyen los siguientes tipos: imán incrustado, imán incrustado (configuración en forma de V), e imán montado en superficie.
Gráficos por defecto mejorados
Como extensión a las mejoras de los gráficos por defecto incluidos en la versión 5.6, los gráficos por defecto en el módulo AC/DC ahor utilizan nuevas tablas de colores y nuevas funcionalidades de gráficos como el gráfico multicorte línea de corriente. Se ha diseñado una nueva tabla de colores Prism específicamente para normas de campos vectoriales con tendencias singulares como la norma del campo eléctrico o la norma de la densidad de flujo magnético. Los gráficos multicorte y línea de corriente se combinan para indicar tanto la amplitud del campo como la dirección. Para las interfaces físicas que utilizan una formulación potencial escalar — Electrostática, Corrmpos magnético y eléctrico y Campos magnéticos, sin corrientes — se añaden grupos de gráficos extra que utilizan la tabla de color simétrica Dipolo.
El nuevo gráfico por defecto correspondiente a la interfaz Campos magnéticos (Norma de la densidad de flujo magnético).
Soporte a exportación Touchstone Export en postprocesado
Las interfaces de Electrostática, corrientes eléctricas y Campos magnéticos pueden generar matrices de parámetros S a través barridos de los puertos o terminales. Además de la antigua funcionalidad de exportación Touchstone de versiones anteriores del software, estas interfaces físicas ahora soportan la funcionalidad de exportación Touchstone disponible durante el postprocesado.
Mejoras del circuito eléctrico
La interfaz Circuito eléctrico ha sufrido una serie de ampliaciones y correcciones. Estas mejoras incluyen el soporte para importar y exportar el elemento K de SPICE de inductancia mutua y una importación SPICE más robusta y general. Tenga en cuenta que esta interfaz está soportada en muchos módulos, incluyendo AC/DC, MEMS, Plasma, RF, Semiconductor, y Battery Design Module.
Nuevos modelos tutoriales
|
Linear Motor in 2D |
Permanent Magnet Motor in 2D |
|
Parameter Optimization of an Electric Motor |
Optimización de forma de bobinas |
|
Deformation of an Iron Plate by Magnetic Force |
Electrical Heating in a Busbar with Terminals |
5.6
NOVEDADES
Nueva interfaz física para cálculos de matrices de inductancia
La nueva interfaz Campos magnéticos, Solo corrientes está diseñada para calcular de manera eficiente la matriz de inductancia concentrada de circuitos complejos en 3D, como los que se encuentran comúnmente en las placas de circuito impreso (PCB). Se puede utilizar para calcular las contribuciones parciales de los campos magnéticos generados por conductores abiertos, también conocidos como conductores no solenoidales. La capacidad de manejar conductores abiertos reduce significativamente la complejidad del modelado para los usuarios que necesitan resolver matrices de inductancia mutua.
La interfaz utiliza el potencial vector magnético como variable dependiente y calcula los campos magnéticos generados por las corrientes bajo el supuesto de que todas las regiones son no magnéticas (en otras palabras, que tienen una permeabilidad magnética relativa uniforme de "uno"). Esta nueva formulación no requiere que las corrientes de los conductores estén libres de divergencia. En el espacio libre, devuelve el valor de la integral de Biot-Savart. La interfaz admite los pasos de estudio Estacionario y Barrido de fuente estacionaria con inicialización. Esta última es una forma eficaz de barrer muchas terminales. Puede ver esta interfaz en uso en el nuevo modelo tutorial "Inductance Matrix Calculation of PCB Coils" y en el modelo actualizado "Magnetic Field of a Helmholtz Coil".
Una matriz acoplada inductivamente de bobinas PCB, sujetas a un barrido de bobina utilizando la interfaz Campos magnéticos, Solo corrientes. La matriz L resultante puede utilizarse para construir una representación de circuito concentrado de la PCB.
Modelos de pérdidas para núcleos laminados y yugos en motores y transformadores
La nueva función de cálculo de pérdidas utiliza modelos empíricos (Steinmetz, Bertotti o definidos por el usuario) para calcular la pérdida del hierro causada por histéresis magnética, corrientes parásitas y otros efectos en núcleos (laminados) o yugos, por ejemplo, en motores eléctricos y transformadores. Como opción alternativa para materiales como el cobre, puede proporcionar pérdidas resistivas medias del ciclo.
En el Constructor del modelo, al Cálculo de pérdidas está disponible en un subnodo del nodo Ley de Ampere, nodo de dominio Bobina, nodo Ley de Faraday, y nodo Conservación del flujo magnético. Está disponible tanto para estudios Dependientes del tiempo como Dominio de la frecuencia. Para estudios Dependientes del tiempo, la funcionalidad Cálculo de pérdidas está diseñada para ser utilizada en combinación con el paso de estudio dedicado Pérdidas de tiempo a frecuencia. Este paso de estudio determina los diferentes armónicos presentes en la solución dependiente del tiempo, y los inserta en uno de los modelos de pérdidas empíricas dependientes de la frecuencia.
El modelo de pérdidas empíricas Steinmetz, utilizado para determinar las pérdidas promedio de ciclo (dependientes de la frecuencia) en el hierro laminado de un yugo estator. Los diferentes armónicos pueden ser analizados individualmente.
Amplio soporte para análisis de frecuencias propias
El estudio Frecuencias propias ahora está soportado en la mayoría de las interfaces del Módulo AC/DC: Corrientes eléctricas, Corrientes eléctricas en cáscaras, Corrientes eléctricas en cáscaras de capas, Circuito eléctrico, Electrostática y Campos magnéticos. Además de soportar el análisis modal de la cavidad de onda completa en la interfaz Campos magnéticos, es posible correr análisis de frecuencas propias con modelos que involucren circuitos eléctrios. El soporte de frecuencias propias se ha desarrollado principalmente en el módulo AC/DC, pero otros módulos que proporcionan una de las interfaces físicas afectadas también se beneficiarán de él.
Pico de resonancia de un circutio RLC simple. Se analizan las frecuencias propias y el factor Q y se comparan con los valores determinados analíticamente.
Nuevas y mejoradas funcionalidades para la interfaz de Cicuito Eléctrico
Para estudios Dependientes del tiempo, la interfaz Circuito eléctrico ha sido equipada con una funcionalidad Interruptor "basada en eventos". Esto permite modelar conmutación on-off "instantánea" de ciertas conexiones en el circuito. El interruptor puede ser controlado por corriente, controlado por tensión, o controlado por expresiones booleanas definidas por el usuario.
Además, se ha añadido Definiciones de subcircuito parametrizado. Junto con Instancia de subcircuito, permiten crear sus propios bloques constructivos conteniendo circuitos más pequeños, y utilizar múltiples variantes parametrizados de ellos en su circuito más grande. Finalmente, la maquinaria, estado, evento y resolvedor ha sido mejorada, especialmente en el modelado transitorio de dispositivos no lineales (semiconductores), lo que lo hace más robusto.
Las mejoras de circuitos se han desarrollado principalmente en el módulo AC/DC pero otros módulos que proporcionan acceso a la interfaz Circuito eléctrico también se beneficiarán.
Nuevos gráficos por defecto para las interfaces físicas magnéticas
Se han desarrollado nuevos gráficos por defecto específicamente para las interfaces físicas que soportan campos magnéticos: Campos magnéticos, Campos magnéticos, sin corrientes y la interfa Lz multifísica Maquinaria rotativa, parte magnética. La norma de la densidad de flujo magnético se grafica como un gráfico de múltiples cortes o de superficie, junto con las líneas de corriente o contornos para indicar la dirección del campo. En modelos 2D y 2D axisimétricos, las líneas de corriente muestran un campo magnético libre de divergencia. Siempre que es posible, se incluye un gráfico de niveles del potencial vector magnético fuera de plano, que es más exacto que las líneas de corriente, en el sentido que los niveles son cerrados, y la densidad de los niveles es directamente proporcional a la densidad de flujo magnético local. En 3D, las líneas de corriente siguen el campo magnético después de que se proyecte este sobre planos de corte. El patrón resultante no es necesariamente libre de divergencia, pero sigue proporcionando una indicación, clara e intuitiva de como es el campo 3D.
Los nuevos gráficos por defecto, tal y como se ven para los altavoces en el modelo Topology Optimization of a Magnetic Circuit.
Los nuevos gráficos por defecto, tal y como se ven para los motores y generadores en el modelo Generator in 2D.
Modelo de material ferroeléctrico en Electrostática
para la funcionalidad Conservación de carga en la interfaz Electrostática, la lista de modelos de material dieléctrico ha sido ampliada con una opción de material Ferroeléctrico. El modelo de material ferroeléctrico es el equivalente dieléctrico del modelo de histéresis magnética jiles Stherton; en lugar de una magnetización variante con el tiempo, modela una polarización variante con el tiempo. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Hysteresis in Ferroelectric Material".
Este modelo de material es la parte electrostática de una nueva interfaz multifísica Ferroelectroelasticidad, pensada para analizar materiales ferroeléctricos, que muestran propiedades piezoeléctricas no lineales. La opción de material Ferroeléctrico se incluye en el módulo AC/DC. Sin embargo la interfaz multifísica Ferroelectroelasticidad requiere adicionalmente o el módulo MEMS o Structural Mechanics Module.
Pantallazo del modelo tutorial Hysteresis in Ferroelectric Material, mostrando tanto el modelo de material utilizado como la curva de histéresis resultante.
Materiales magnéticos de Bomatec
La biblioteca de materiales de AC/DC se ha ampliado con materiales magnéticos de Bomatec. Ésta incluye todos los grados estándar NdFeB ("normal", M, H, SH, UH, EH, AH, BH, /S, M/S, H/S, SH/S, UH/S, EH/S, AH/S, BH/S, H/ST, SH/ST, UH/ST, EH/ST, AH/ST, y BH/ST); NdFeB (bonded, injection molded, y extruded); ferrita (isotropic, anisotropic, y injection molded); SmCo (injection molded); SmFeN (injection molded); grados de SmCo5; grados de Sm2Co17; y AlNiCo (cast y sintered).
Los materiales incluyen propiedades electromagnéticas - permitividad relativa 
, permeabilidad de retroceso 
, y la norma de la densidad de flujo magnético remanente 
— así como varias propiedades relacionadas con el modelado térmico: conductividad térmica, k; densidad 
, y capacidad térmica a presión constante Cp.
Funcionalidad mejoradas: bobina con corte sesgado
La funcionalidad de dominio Bobina (tanto para el modelo de Un solo conductor y el caso Espiras de varias vueltas homogeneizadas) se han equipado con soporte para Corte sesgado. Los ajustes de Corte sesgado permiten relajar las restricciones utilizadas para determinar la geometría de la bobina (aplica la condición de contorno entrada/salida "en media" en lugar de localmente). Relajar las condiciones es necesario en los casos donde la dirección natural de la corriente (o los cables) está a un ángulo respecto a la entrada o salida normal. Un ejemplo típico es una bobina helicoidal, donde los contornos entrada/salida representan un plano de periodicidad - como es el caso para cables trifásicos retorcidos, o cables Litz o conductores Milliken completamente resueltos. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo tutorial actualizado "Cable Tutorial Series".
El ajuste de corte sesgado, mostrado en un modelo de cable trifásico.
El efecto del ajuste de corte sesgado en la dirección de la corriente se ilustra en el cable de la derecha.
Análisis de cable más rápido: Nuevo modelo tutorial
La serie "Cable Tutorial" ha sido actualizada para mostrar periodicidad de retorcimiento corto, un tipo de periodicidad que permite reducir el esfuerzo computacional requerido para modelos de cables retorcidos completamente definidos en 3D, de horas en grandes sistemas clúster a minutos en un portátil. La lógica detrás de la periodicidad utilizada se explica en detalle, incluyendo casos que involucran más de dos longitudes de situación, cables con conductores Milliken completamente resueltos, pantallas inmovilizadas, o una doble armadura, por ejemplo.
La teoría para hebras torcidas y el uso del mallado apropiado sigue a los últimos desarrollos en investigación numérica, y se aplica tanto a cables submarinos aislados de gran escala como a cables umbilicales, cables de carga EV, cables Litz completamente resueltos, y cables desnudos utilizados en líneas de potencia aéreas. Adicionalmente, la serie discute las propiedades resistivas, capacitivas, inductivas y térmicas de sistemas de cables, así como diferentes esquemas de uniones: uniones de un único punto, uniones sólidas, y uniones cruzadas. Puede verse esta funcionalidad en el modelo tutorial actualizado "Cable Tutorial Series".
Un modelo de demostración que muestra una armadura doble, basado directamente en el diseño y la teoría discutidos en Cable Tutorial Series. (Nota: el modelo de doble armadura no está incluido en la serie explícitamente, sino que se deriva directamente de ella).
Nuevos modelos tutoriales
COMSOL Multiphysics® 5.6 trae varios nuevos modelos tutoriales en el módulo AC/DC. Position Optimization of Grading Rings
Un nuevo modelo que amplía el modelo de aislador de alta tensión y muestra cómo encontrar la posición óptima de rejillas de aros utilizando la interfaz Optimización. La figura compara la componente z del campo eléctrico tangencial a lo largo de la superficie de los primeros seis sectores al final de la línea en diferentes casos.
|
Hysteresis in Ferroelectric Material |
High-Voltage Insulator |
|
Position Optimization of Grading Rings |
Inductance Matrix Calculation of PCB Coils |
5.5
NOVEDADES
Los usuarios del módulo AC/DC Module, COMSOL Multiphysics® versión 5.5 ofrece interfaces de Corrientes Eléctricas en Placas y Corrientes Eléctricas en Placas en Capas, un acoplamiento multifísico de Acoplamiento de Lorentz para modelado de transductores electroacústicos, y una librería de materiales magnéticos duros con unos 50 grados NdFeB sinterizados (estándar chino). Veremos más detalles a continuación.
Interfaces de Corrientes eléctricas en placas y Corrientes eléctricas en placas en capas
Las nuevas interfaces de placas (en capas) son una evolución de las previamente disponibles interfaces Corrientes eléctricas, placas en capas y Corrientes eléctricas, placas, con un foco en la mejor usabilidad y robustez. El modelado tanto de placas sin capas, así como de placas con capas, se ha simplificado con mejor integración con otras físicas (multifísica).
Para placas con capas, la inferfaz física modela la selección de contorno de placa en 3D, así como una dimensión extra que apunta en la dirección normal a la placa. De esta manera se puede modelar tanto campos eléctricos tangenciales como normales dentro de la placa, y como resultado, se puede utilizar la interfaz para modelar conductores y dieléctricos para estudios Estacionarios, Dependientes del tiempo, y en el Dominio de la Frecuencia. Combinando tanto el módulo MEMS Module o Structural Mechanics Module con Composite Materials Module, permite el modelado de materiales piezoeléctricos en placas con capas.
Comparación directa entre la descripción sólida (izquierda) y de placas (derecha) del mismo soporte. El resultado del gráfico muestra el potencial eléctrico.
Acoplamiento multifísico de Lorentz para transductores electroacústicos
El acoplamiento de multifísico Acoplamiento de Lorentz soporta un acoplamiento bidireccional entre las interfaces Campos magnéticos y Mecánica sólida. La fuerza de Lorentz está determinada por el cálculo de producto vectorial de la densidad de corriente (J) y el flujo magnético (B) dentro de un dominio. Esta fuerza entonces se aplica como una fuerza volumétrica en el lado mecánico. Al mismo tiempo, se toma la velocidad de la Mecánica de sólidos y se aplica en la interfaz de Campos magnéticos como un término de velocidad de Lorentz. Este tipo de acoplamiento multifísico ha estado disponible en versiones anteriores del módulo AC/DC pero ahor es mucho más fácil de definir. La funcionalidad está destinada para dominios conductivos, no magnetizables, como bobinas de cobre. Cuando se combina con el acoplamiento multifísico Acoustic-Structure Boundary esto permite un modelado más fácil de transductores electroacústicos. Está disponible en 2D y 3D, para análisis Dependiente del tiempo, Dominio de la frecuencia (perturbación) y Frecuencias propias.
El acoplamiento de Lorentz utilizado en el modelo del altavoz para acoplar las interfaces de Campos magnéticos y Mecánica de sólidos.
Librería de materiales magnéticos duros para imanes permanentes
Cerca de 50 grados de NdFeB sinterizados, adheridos al estándar chino, se han añadido a la biblioteca de materiales del módulo AC/DC. Los materiales incluyen grados N, M, H, SH, UH, EH, y TH, y están caracterizados por un valor típico para la norma de la densidad de flujo magnético remanente 
y la permeabilidad al retroceso 
. La relación constituyente densidad de flujo remanente se ha actualizado para soportar estos nuevos materiales. Ahora, la amplitud de la densidad de flujo remanente es proporcionada por el material, mientras que la dirección se especifica en los ajustes físicos. Esto permite un modelado rápido y fácil de dispositivos con imanes permanentes. Combinando los materiales junto con la funcionalidad Material Switch, se pueden barrer diferentes grados para investigar el rendimiento correspondiente.
La relación constitutiva de densidad de flujo remanente, utilizada en el modelo Halbach Rotor. A la derecha, se muestra la rama AC/DC de la Librería de Materiales.
Mejoras en las propiedades del material
Además de los nuevos materiales, se han añadido numerosas mejoras a las Relaciones constitutivas, modelos de materiales que rigen las propiedades magnéticas, conductoras o dieléctricas. Una aplicación de utilidad, B-H Curve Checker, permite investigar la calidad, suavidad y corrección física de las curvas magnéticas no lineales. Los datos importados pueden corregirse y guardarse antes de utilizarlos en un modelo numérico. La librería de materiales Nonlinear Magnetic completa ha sido procesada a través de esta aplicación para asegurar que son suaves, cruzan el punto cero (esto es, B es igual a cero donde H es cero), y se aproximan al valor asintótico físicamente correcto para la permeabilidad relativa incremental (la permeabilidad relativa debería de aproximarse a 1 cuando el material llega a ser saturado). La interfaz de usuario y el nombre de sección de los modelos de material también se han mejorado y se han hecho más consistentes en todas las interfaces dentro del módulo AC/DC.
La aplicación B-H Curve Checker analiza una curva importada (típicamente procedente de una medida o un proveedor de material) y la convierte en algo más adecuado para el análisis numérico.
Mejoras en bobinas
Se han añadido numerosas pequeñas mejoras a la funcionalidad de bobina Coil. Se ha añadido soporte para conductividad espacialmente dependiente a las funcionalidad Domains > Coil cuando se opera en modo de un único conductor. La funcionalidad Accurate coil voltage calculation ahora está disponible para el estudio Dependiente del Tiempo y se ha hecho disponible para bobinas de contorno en estudios en el Dominio de la Frecuencia y Dependientes del Tiempo. El método para calcular la longitud de la bobina para una bobina circular se ha mejorado con promediado volumétrico para calcular la longitud de la bobina. Ya no es necesario seleccionar un conjunto de aristas con la longitud promedio correcta; solo importan las direcciones de las aristas.
Dominio de bobina, utilizado en un modelo de transformador. El modelo de conductor utilizado es Homogenized multi-turn, lo que significa que los cables no son modelados explícitamente. En su lugar, la bobina es modealda comoun medio efectivo anisotrópico.
Nuevo árbol de ayudante de modelo de AC/DC
Las interfaces físicas de la rama AC/DC del árbol del Model Wizard se ha reorganizado para permitir una navegación más fácil. También se han incluido importantes interfaces multifísicas que involucran al módulo AC/DC Module, pero que antes estaban disponibles en otras ramas del árbol del Model Wizard.
Soporte ampliado para Histéresis de Jiles-Atherton
El Material Magnetostrictivo no lineal se ha ampliado para incluir el modelo de Jiles-Atherton de histéresis magnética. El modelo es adecuado para investigar los efectos de pérdidas histeréticos en aplicaciones como transformadores de potencia y máquinas eléctricas rotatorias. Los parámetros del modelo están relacionadas con los efectos físicos microscópicos en materiales magnéticos y pueden también ser estimados basándose en datos experimentales.
Adicionalmente, el modelo de material de Jiles-Atherton para histéresis magnética ha sido ampliado para soportar estudios estacionarios paramétricos (además del análisis dependiente del tiempo anteriormente disponible). La histéresis ferromagnética es para frecuencia de bajas a moderadas, independiente de la frecuencia, y puede analizarse mediante un estudio estacionario paramétrico, por ejemplo, cuando se estudia la magnetización y la desmagnetización.
Ajustes para el modelo magnetostrictivo histerético, junto con lazos de histéresis generados por simulación.
Densidad de corriente de superficie para la condición de contorno de transición
Con la condición de contorno Transition ahora se puede añadir una contribución de densidad de corriente de superficie explícita en los lados superior e inferior, por medio de un atributo de Densidad de Corriente de Superficie. Esto es útil cuando se estudia el blindaje de campos electromagnéticos en el contexto de EMC y EMI.
Sonda estática para estudios dependientes del tiempo y en el dominio de la frecuencia
La funcionalidad Gauge Fixing for A-field se ha añadido para utilizar una aproximación magnetostática (con una sonda de Coulomb) en dominios no conductores para los estudios en el Dominio de la Frecuencia y Dependientes del Tiempo. Puede ser utilizada para estabilizar modelos con dominios de poca conductividad o no conductores que son excitados a bajas frecuencias. Puedes ver esta funcionalidad en el modelo E-Core Transformer.
5.4
NOVEDADES
Interfaz Electric currents, layered shell
Esta nueva interfaz se utiliza para calcular campos eléctricos, corrientes y distribuciones de potencial en placas con múltiples capas bajo condiciones donde los efectos inductivos son despreciables; o sea, cuando la profundidad de la película es mucho mayor que el dispositivo estudiado. Soporta modelado estacionario en caras en 3D.
Esta interfaz reemplaza la vieja interfaz de Corrientes eléctricas, placa, excepto para modelos de la versión 5.3a o anteriores y para modelado piezoresistivo. La interfaz vieja se ha renombrado como Electric Currents, Single Layer Shell y está disponible en el Ayudante de Modelo y el cuadro de diálogo Add Physics de Piezoresistividad bajo Mecánica estructural.
Nueva funcionalidad adicional
Ahora se dispone de una nueva librería de partes geométricas para una gran variedad de bobinas y formas de núcleos. Selecciones importantes, por ejemplo para contornos de alimentación, son generados automáticamente.
El modelo de material para saturación magnética se ha revisado por lo que ya no hay necesidad de entrar las curvas B-H y H-B. Únicamente necesita entrarse la curva B-H, y la curva H-B (inversa) se calcula internamente cuando es necesario. La densidades de energía magnética no lineal y coenergía ahora también se proporcionan como variables de salida.
Nuevas aplicaciones
Se ha añadido una nueva carpeta Layered Shell a la Biblioteca de Aplicaciones del Módulo AC/DC. Esta carpeta contiene tres ejemplos que utilizan la interfaz Electric Currents, Layered Shell. Dos de estos modelos ahora son nuevos y muestran un modelo de verificación y una bobina PCB plana. El tercer modelo muestra la deformación térmica de un circuito, que contiene una bobina fina. Es una actualización de un modelo previamente disponible únicamente dentro del módulo Structural Mechanics y Heat Transfer.
- Solid Multilayer Shell Comparison estudia la coriente de conducción en una estructura multicapa delgada y compara los resultados de la nueva formulación de placa con resultados de una simulación volumétrica que utiliza la interfaz de Corrientes eléctricas donde las capas de la placa son tratadas y malladas como un sólido (resolviendo el grosor).
- Planar PCB Coil simula una bobina espiral en una placa de circuito impreso (PCB) que involucra varias capas y vias entre las capas.
- Heating Circuit modela un dispositivo que consta de una capa electricamente resistiva depositada sobre una placa de cristal. La capa causa calentamiento Joule cuando se aplica una tensión al circuito. Las propiedades de la capa determinan la cantidad de calor producido.
5.3a
NOVEDADES
La versión 5.3a ofrece una nueva interfaz física llamada Magnetic fields, no currents, boundary elements, actualizaciones al postprocesado a la interfaz previamente desarrollada Electrostática, elementos de contorno, un nuevo modelo de material para el modelado de interfaces de imanes permanentes dulces y una nueva condición de contorno Densidad de Corriente Magnética Superficial.
Nuevas y actualizadas interfaces de elemento de contorno
Se ha desarrollado una nueva interfaz física basada en el método de elementos de contorno (BEM): La interfaz Magnetic Fields, No Currents, Boundary Elements. Resuelve el potencial magnético escalar y puede utilizarse como una interfaz independiente para modelar imanes permanentes con propiedades lineales, constantes y homogéneas. La interfaz también proporciona funcionalidades de acoplamientos multifísicos para combinar el método de elementos finitos (FEM) y el modelado BEM de escenarios complejos cuando se usan conjuntamente con las interfaces Magnetic Fields, No Currents y Magnetic Fields basadas en elementos finitos. Por ejemplo, los modelos híbridos FEM-BEM pueden utilizarse para modelar materiales magnéticos anisótropos no lineales basados en una formulación FEM con un dominio circundante que utilice la nueva interfaz Magnetic Fields, No Currents, Boundary Elements.
La interfaz introducida en la versión 5.3 Electrostática, elementos de contorno ha sido mejorada con soporte para cálculo de fuerzas electrostáticas y nuevas variables de postprocesado en los contornos. Adicionalmente, se han mejorado el postprocesado y la visualización de campos basados en elementos de contorno con un suavizado automático cerca de los contornos.
Un submarino con su firma magnética 1 km por debajo. La caja y el submarino se han magnificado por un factor 20 en el gráfico. En este modelo, se utilizó el método de los elementos de contorno para modelar el espacio abierto fuera de la caja, mientras que el método de elementos finitos se utilizó para modelar el submarino y su vecindad más inmediata.
Interfaz actualizada para maquinaria rotativa
La interfaz Maquinaria rotativa, parte magnética del módulo AC/DC Module ahora utiliza una versión actualizada de la funcionalidad de malla móvil. Los ajustes de la malla móvil ahora se comparten entre interfaces físicas, evitando la duplicidad de ajustes. Esto facilita el modelado multifísico en los dominios móviles con mayor facilidad en comparación con versiones previas. Entre otros beneficios, esto facilita mucho combinar electromagnetismo con flujo de fluido en máquinas rotativas.
Modelo de material para imanes permanentes dulces
Un nuevo modelo de material para el modelado de imanes permanentes dulces se ha añadido en las interfaces Campos magnéticos; Campos magnéticos sin corrientes; y Maquinaria rotativa, parte magnética. Se ha añadido un material de ejemplo genérico Demagnetizable Nonlinear Permanent Magnet con las propiedades aproximadas del AlNiCo 5 a la base de datos de materiales de AC/DC para que sirva como plantilla para materiales definidos por el usuario que soporten el nuevo modelo de material. Dos materiales magnéticos permanentes importantes son AlNiCo (imán dulce) y NdBFe (imán duro). Los imanes de AlNiCo tienen una ventaja frente a los de NdBFe a temperaturas de trabajo elevadas ya que la temperatura de Curie para los imanes de AlNiCo está en el rango de 700–860°C en oposición al rango de 310–400°C para los imanes de NdBFe. Por esta razón, a veces se utiliza AlNiCo en los motores de imanes permanentes (PM) donde las temperaturas pueden ser demasiado altas para los imanes NdBFe. Una consideración clave de diseño para estos motores es que la densidad de flujo magnético en los imanes nunca debe caer por debajo del "codo" de la curva de magnetización lo que resultaría en una demagnetización irreversible y pérdida del rendimiento.
Ejemplo de imán permanente dulce: Cuando el camino del flujo del imán permanente dulce (cilindro) se cierra por el núcleo de hierro (gris), el material magnético dulce permanece en la región segura por encima del codo de su curva de magnetización. Cuando se mueve dentro del espacio libre, va por debajo del codo y no volverá a lo largo de la curva original, sin que seguirá la línea roja de puntos. Sufrirá una demagnetización permanente.
Discontinuidad en el potencial escalar magnético
Cuando se construyen modelos utilizando la formulación del potencial magnético escalar en la interfaz de Campos magnéticos sin corrientes ahora se puede introducir lazos de corriente de arista con la funcionalidad de Discontinuidad en el potencial escalar magnético. Esta funcionalidad está disponible al habilitar las opciones físicas avanzadas y puede dar como resultado modelos que son computacionalmente ligeros y eficientes, en comparación con los utilizados con la formulación del potencial vector más general.
Modelo de inductor toroidal con la nueva funcionalidad de Discontinuidad de potencial escalar magnético aplicada en los contornos circulares en gris, equivalente a imponer una línea de corriente de 1[kA] a lo largo de las aristas circulares asociadas.
Densidad de corriente magnética superficial
Ahora se puede especificar una densidad de corriente magnética superficial como un campo vectorial vector 3D en una superficie. Con la nueva condición de contorno Densidad de corriente magnética superficial, añadida en la interfaz de Campos magnéticos, la densidad de corriente magnética se proyecta sobre una superficie de contorno, despreciando su componente normal. Esto permite especificar una densidad de corriente magnética superficial tanto en los contornos exteriores como interiores del modelo. Esta nueva condición de contorno ha sido incluida para situaciones de modelado especiales, como el modelado de dipolos eléctricos.
Ejemplo de modelado de laminación en el dominio del tiempo
El modelo tutorial Rotating Machinery 3D se ha actualizado para proporcionar un ejemplo de laminación de rotor. El cilindro rotativo en el modelo se simula con y sin condiciones de contorno de aislamiento en la interfaz de Maquinaria rotativa, parte magnética y los resultados se comparan. Cuando el rotor está laminado los resultados muestran que las pérdidas de corriente de Foucault son reducidas significativamente.
Ejemplo de máquina rotativa donde el cilindro rota alrededor de su eje, generando corrientes inducidas desde el campo magnético producido por un imán permanente. La densidad de corriente se calcula para las dos situaciones: sin una capa de aislamiento (imagen superior, leyenda izquierda) y con una capa de aislamiento (imagen inferior, leyenda derecha).
Modelos de verificación de la fuerza magnética
Se han añadido dos nuevos modelos tutoriales a la Biblioteca de Aplicaciones que calculan la fuerza magnética y el par, respectivamente. Son parte de una serie de tutoriales planeados utilizando las interfaces Campos magnéticos sin corrientes y Campos magnéticos, sin corrientes, elementos de contorno. Ambos modelos comparan BEM y FEM con modelos analíticos. Los modelos están pensados para que sirvan como introducción al método de los elementos de contorno para magnetostática.
Dos barras magnetizadas paralelas de un metro de longitud, separadas un metro de distancia. La densidad de flujo remanente dentro de las barras se escoge de forma que el modelo analítico predice una fuerza de repulsión entre las dos barras exactamente igual a un Newton.
Modelo tutorial actualizado: Lumped Loudspeaker Driver Using Lumped Mechanical System
Este es un modelo de un altavoz de bobina móvil donde una analogía de parámetros concentrados representa el comportamiento de los componentes eléctricos y mecánicos del altavoz. Los parámetros Thiele-Small (parámetros de pequeña señal) sirven como entrada al modelo concentrado. En este modelo, los componentes mecánicos del altavoz, como la masa móvil, el cumplimiento de la amortiguación y las pérdidas mecánicas de la amortiguación se modelan utilizando la interfaz Sistema mecánico concentrado.
Campo de presión representado como isosuperficies (por encima del cono del altavoz) y como gráfico de superficie (debajo del cono del altavoz).
5.3
NOVEDADES
Los usuarios de AC/DC encontrarán en este módulo de COMSOL Multiphysics® 5.3 una nueva interfaz física Electrostática, elementos de contorno, un nuevo tipo de paso de estudio Barrido estacionario de fuente, y varios nuevos modelos tutoriales. A continuación se detallan las novedades de la versión.
Nueva interfaz física: Electrostática, elementos de contorno
La nueva interfaz Electrostática, elementos de contorno se ha desarrollado para construir y correr modelos que no se ajusten bien al método de los elementos finitos (FEM). La formulación se basa en el método de los elementos de contorno (BEM). La interfaz física, disponible en 2D y 3D, resuelve la ecuación de Laplace para el potencial eléctrico utilizando el potencial eléctrico escalar como variable dependiente. Esta nueva interfaz puede utilizarse como alternativa a la interfaz de Electrostática para calcular la distribución de potencial en dieléctricos, y es particularmente conveniente para estructuras que sean difíciles de mallar. Nótese que la distribución del potencial eléctrico en los contornos debe ser definida explícitamente, por lo que se necesitan datos de materiales constantes dentro de los dominios.
La interfaz Electrostática, elementos de contorno. también se puede combinar con la interfaz Electrostática basada en elementos finitos, utilizando el nodo multifísico Acoplamiento del potencial eléctrico en el contorno. Como ejemplo, podría utilizarse una combinación de las dos interfaces para incluir los efectos de un espacio infinito en lugar de utilizar la funcionalidad Dominio de elementos infinito.
El comportamiento electrostático de un condensador sintonizable modelado utilizando elementos de contorno. El campo eléctrico y el potencial se muestran como un gráfico de flechas, mientras que la densidad de carga superficial inducida se visualiza en las superficies de los electrodos. Utilizar el método de los elementos de contorno para esta simulación niega la necesidad de definir un dominio y contorno de modelado finito así como mallar el fino volumen del condensador.
Nuevo paso de estudio: Barrido estacionario de fuente
Un nuevo estudio personalizado, Barrido estacionario de fuente, está disponible para el cálculo más rápido de parámetros concentrados en las interfaces Electrostática, corrientes eléctricas y Electrostática, elementos de contorno. Para resolvedores directos, reutiliza la descomposición LU de la matriz del sistema, haciéndolo varias veces más rápido que la implementación previa del barrido de puerto. La velocidad cuando se utiliza un resolvedor iterativo también se ha mejorado.
La aplicación Touchscreen Simulator en la Librería de Aplicaciones del módulo AC/DC calcula la matriz de capacitancia de una pantalla táctil con la presencia de un dedo humano, representado por un fantasma. La posición y orientación del dedo es controlada mediante parámetros de entrada y se evalúa la matriz de capacitancias resultante. La imagen muestra el modelo subyacente utilizado para construir la app Touchscreen Simulator. El modelo ahora utiliza el paso de estudio Barrido estacionario de fuente, que proporciona una solución bastante más rápida.
Soporte del resolvedor para problemas híbridos BEM/FEM
A veces, los problemas multifísicos se pueden resolver con un método numérico, pero se resuelven óptimamente utilizando diferentes métodos numéricos - el método de los elementos de contorno (BEM) y el método de los elementos finitos (FEM) - para las diferentes físicas. Los modelos híbridos BEM/FEM pueden utilizarse donde el almacenamiento de la matriz sea el formato disperso óptimo para la parte FEM y un formato denso o libre de la matriz para la parte BEM. Esto posibilita el uso de un precondicionador/suavizador separado para las partes individuales FEM y BEM de la matriz.
Es posible, por ejemplo, utilizar un resolvedor iterativo eficiente con un precondicionador híbrido. La parte FEM puede ser precondicionada casi libremente como siempre mientras que la parte BEM puede ser utilizada con uno de los precondicionadores ya mencionados para la matriz de campo cercano. El método iterativo calcula los residuos con una método híbrido basado en la matriz/libre de matriz, haciendo un uso óptimo de diferentes tipos de productos matriz-vector rápidos.
Nuevos modelos tutoriales: Capacitive Position Sensor (Elementos de contorno y elementos finitos)
Dos nuevos modelos tutoriales electrostáticos en la librería de aplicaciones del módulo AC/DC explican cómo extraer matrices concentradas por medio del nuevo paso de estudio Barrido estacionario de fuente, a la vez que muestra también los beneficios de utilizar BEM.
La matriz de capacitancia de un sistema de cinco terminales es calculada y utilizada para identificar la posición de un objeto metálico. Se muestran funcionalidades extra de estudios y técnicas de modelado como un barrido sobre un subconjunto de los terminales. Los modelos también comparan cómo es afectado el rendimiento del estudio al utilizar resolvedores directos e interactivos.
El modelo tutorial también compara el uso de FEM con BEM utilizando dos interfaces físicas diferentes: Electrostática y Electrostática, elementos de contorno. Cuando se utiliza FEM, se necesita una malla volumétrica de una porción del aire circundante; cuando se utiliza BEM, no es necesaria. BEM requiere únicamente el mallado de las superficies del conductor y en las interfaces donde cambian las propiedades del dieléctrico.
Resultados del modelo Capacitive Position Sensor utilizando la interfaz Electrostática, Elementos de contorno. El campo eléctrico se muestra con la dirección y el tamaño de las flechas; el potencial eléctrico se muestra a través del color de la superficie del sensor y las flechas (gráfico con color Rainbow). En el bloque de metal de prueba, se visualiza la densidad de carga superficial inducida (gráfico con color Jupiter Aurora Borealis).
Nuevo modelo tutorial: Axysymmetric approximation of a 3D inductor
Los dispositivos inductivos experimentan un acoplamiento capacitivo entre los conductores a altas frecuencias. El modelado de este fenómeno requiere la descripción de los campos eléctricos que poseen componentes tanto paralelas como perpendiculares al cable. Esta consideración podría llevar a la conclusión que un modelo 3D siempre es necesario para modelar el fenómeno, incluso si la bobina es una hélice, que realmente no es el caso.
El ejemplo del inductor 3D muestra como extraer información relacionada con la autoresonancia de un inductor 3D por medio de una simulación con simetría axial. Para obtener un modelo con simetría axial 2D correcto se crear un núcleo axisimétrico efectivo, y se utiliza la funcionalidad Grupo RLC de bobina. Este método es particularmente adecuado para estudiar sistemas con miles de vueltas, como en sensores o transformadores, manteniéndose los costes computacionales bajos.
Vista 3D de una simulación axisimétrica 2D revolucionada de un inductor. La simulación muestra el resultado a 6.5 MHz, cercana a la autoresonancia. Se muestra la densidad del flujo magnético en el núcleo (gráfico con colores arcoiris/Rainbow) y la densidad de pérdidas (en W/m3) en la superficie del bobinado (gráfico con colores cámara de calor/Heat Camera). El gráfico de flechas muestra el campo eléctrico.
Nuevo modelo tutorial: Permanent Magnet Motor in 3D
Los motores con imán permanente (PM) se utilizan en muchas aplicaciones de altas prestaciones, como en vehículos eléctricos e híbridos, pore ejmemplo. Una limitación importante de diseño es que los imanes son sensibles a las altas temperaturas, que pueden ocurrir causadas por pérdias de calor por corrientes - en particular, corrientes inducidas.
Aquí, se modela un motor PM de 18 polos para capturar con precisión las pérdidas por corrientes inducidas en los imanes. La parte central de la geometría, que contiene el rotor y parte del espacio de aire, se modela rotatorio en relación con el sistema de coordenadas del estátor. Se aprovechan la simetría del sector y del espejo axial para reducir el esfuerzo computacional a la vez que se captura el comportamiento completo 3D del dispositivo.
Se utiliza una variable dependiente adicional para calcular y almacenar la integral temporal de la densidad de pérdidas de corrientes inducidas en los imanes. Esta podría utilizarse posteriormente como una fuente de calor promediada en el tiempo, distribuida, en un análisis de transferencia de calor separado, donde la escala de tiempos térmicos es típicamente mucho más grande que la de las pérdidas de corrientes inducidas.
Representación de la geometría completa de un motor de imán permanente con bobinas (cobre); rotor y estátor (gris); e imanes permanentes (rojo y azul, dependiendo de la magnetización radial). La densidad de flujo magnético, B, se muestra como un gráfico de flechas con sus leyenda de colores asociada.
Nuevo modelo tutorial: Electrodynamics of a magnetic power switch
Los eventos eléctricos, como una sobrecorriente o sobrecarga, pueden dañar seriamente los circuitos eléctricos o líneas de potencia. Para evitar el caro reemplazo de partes críticas, se pueden instalar interruptores eléctricos. Estos interrumpen mecánicamente el flujo de corriente o sobretensión, moviendo un émbolo en cuanto se alcanza una corriente crítica. En comparación con un fusible, que tiene que reemplazarse después que se ha activado para proteger los componentes eléctricos circundantes, un interruptor de circuito se puede resetear.
El objetivo principal de este modelo tutorial es explorar el principio de trabajo y algunas posibles soluciones para modelar una clase de interruptores de circuitos: interruptores de potencia magnéticos. Se trata de un dispositivo electromecánico en el que se mueven unos émbolos de hierro por medio de la atracción magnética ejercida por la corriente que fluye en las bobinas alrededor suyo. Apagando la corriente de alimentación se resetea el interruptor a su estado inicial
El modelo simula la dinámica de un cuerpo rígido bajo la influencia de fuerzas magnéticas, corrientes inducidas y montajes muelle/restricción que mantienen el émbolo en su posición de equilibrio. Se sitúa una bobina de cobre en la pata central de un núcleo en E inferior, el cual se mantiene fijo. A medida que la corriente fluye en la bobina, se ejerce una fuerza atractiva en el núcleo en E superior (el émbolo móvil), que se mantiene en su sitio gracias a un muelle pretensado. Cuando la fuerza alcanza un valor umbral, el émbolo se mueve hacia el núcleo en E inferior, cerrando el espacio de aire. El modelo ilustra cómo simular apropiadamente el movimiento y el tiempo de cierre, que depende de la rigidez del muelle.
Nuevo modelo tutorial: Operational amplifier with capacitive load
Un amplificador operacional (op-amp) es un amplificador de tensión diferencial con un amplio rango de aplicaciones en electrónica analógica. Este tutorial modela un op-amp conectado a un lazo de realimentación y una carga capacitiva.
El op-amp se modela como un subcircuito lineal equivalente en la interfaz Circuito eléctrico donde se inserta en un circuito exterior. El modelo se basa parcialmente en el formato SPICE. El modelo se simula para 10 ms con salida de datos cada 0.05 ms. La dinámica interna del op-amp interactúa con la red de realimentación, causando un rizado en la señal de salida (respuesta al escalón).
La tensión de salida en el condensador de carga se mide para una tensión de entrada en escalón de 0.5 V. La tensión medida en el condensador muestra oscilaciones amortiguadas.
Nuevo modelos tutoriales: Cable tutorial series
Un nuevo conjunto de tutoriales de seis modelos y documentación asociada investiga las propiedades capacitivas, inductivas y térmicas de un cable submarino (500 mm2, 220 kV) estándar XLPE HVAC, de tres núcleos y revestimiento de plomo (polietileno reticulado, corrientes alternas de alta tensión). La serie está dirigida tanto a expertos que busquen la comodidad de como modelar este tipo de aplicaciones en COMSOL Multiphysics® como para estudiantes e ingenieros interesados en los fenómenos electromagnéticos asociados con los cables y cómo pueden ser modelados.
La serie comienza yendo a los principios fundamentales de la física involucrada y entonces aumenta la complejidad basándose en los factores físicos adicionales y el comportamiento que tiene que ser considerado. Además de discutir el modelado electromagnético en relación con los cables - como corrientes de carga, tipos de adhesivos, retorcimiento de la armadura, y dependencia de la temperatura - también se pone mucha atención en el modelado electromagnético y los métodos involucrados.
Un cable de tres núcleos y revestimiento de plomo se modela considerando su entorno rodeado por tierra. La distribución de temperatura dentro del cable se muestra como un gráfico de color 3D sobre la geometría.
Imágenes cedidas por COMSOL y realizadas con el software COMSOL Multiphysics®.
5.2a
NOVEDADES
Para los usuarios de AC/DC Module, COMSOL Multiphysics® versión 5.2a trae un modelo de material Jiles-Atherton para el modelado realista de dispositivos como núcleos de transformadores y motores eléctricos, una condición de contorno actualizada de Apantallamiento Magnético para soportar materiales no lineales con efectos de saturación magnética, y funcionalidades de Bobinas mejoradas, por nombrar unas pocas mejoras. A continuación presentamos más detalles de la actualización.
Modelo de material Jiles-Atherton con histéresis
El modelo de material de Jiles-Atherton para histéresis captura importantes propiedades de materiales ferromagnéticos para el modelado realista de dispositivos como núcleos de transformadores y motores eléctricos. Esta característica está disponible en la interfaz física de Campos Magnéticos (potencial vector magnético), la interfaz Campos Magnéticos, Sin corrientes (potencial magnético escalar), y la interfaz de Maquinaria Rotatoria, Magnético. También soporta el modelado de histéresis (vector) completamente anisótropa.
Apantallamiento magnético con efectos de saturación
La condición de contorno de Apantallamiento Magnético se ha mejorado al añadir soporte para el modelado de la saturación magnética utilizando una curva BH no lineal. Está disponible en la interfaz física de Campos Magnéticos (potencial vector magnético), la interfaz de Campos magnéticos, sin corrientes (potencial magnético escalar), y la interfaz de Campos magnéticos y eléctricos (potencial vector magnético y potencial eléctrico escalar). El efecto es importante cuando se diseñan pantallas delgadas con alta permeabilidad para electrónica sensible, como tubos fotomultiplicadores, por ejemplo. Estos tipos de apantallamientos saturan fácilmente y por encima del límite de saturación, la eficiencia del apantallamiento cae sustancialmente.
La imagen muestra una pantalla esférica de supermalloy de acero niquelado de 0.5 m de radio y 0.5 mm de grosor que se somete a una densidad de flujo magnético vertical uniforme de 0.95 mT. Los gráficos del corte y flechas muestran las distribuciones de densidad de flujo magnético. El gráfico de superficie den la mitad derecha de la esfera (eliminada y desplazada para su visualización) muestra la densidad de flujo magnético dentro de la capa de supermalloy de acero niquelado. El gráfico de superficie en la mitad izquierda de la esfera (eliminada y desplazada para su visualización) muestra la permeabilidad relativa diferencial en la capa indicando el nivel de saturación, que va desde 100% saturado (unidad) cerca de la parte media horizontal a insaturado (valores altos) en las partes superior e inferior.
Los modelos de condición de contorno de apantallamiento magnético modelan las capacidades de apantallamiento de una esfera de supermalloy de acero niquelado.
Funcionalidades de bobinas mejoradas, actualizadas y combinadas
Las funcionalidades de Bobina de una vuelta y Bobina multivuelta en las interfaces físicas de Campos magnéticos y de Campos Magnéticos y Eléctricos se han combinado en una funcionalidad única de Bobina. Esta combinación proporciona un flujo de trabajo optimizado y una mejor flexibilidad:
- El paso de preprocesado de Análisis de geometría de la bobina ahora puede manejar bobinas 3D de un único conductor Single-Conductor (previamente "Single-Turn"), lo que permite el modelado de conductores con formas arbitrarias como fuentes de excitación para las interfaces magnéticas, con mejores propiedades de convergencia que las bobinas de una única vuelta.
- La funcionalidad de Análisis de geometría de la bobina ahora soporta bobinas de contorno además de bobinas de dominio.
- Las bobinas de un único conductor con excitación de tensión ahora pueden resolverse en estudios dependientes del tiempo (en la interfaz física de Campos magnéticos).
- Las bobinas de un único conductor ahora aplican su excitación como un campo eléctrico externo, dando campos eléctricos físicamente significativos en toda la geometría.
Se modela una bobina fina DC multivuelta corrugada con una sección cruzada no uniforme, utilizando la nueva funcionalidad de Bobina aplicada a un contorno. El gráfico muestra la densidad de corriente de superficie y la dirección en el contorno de la bobina, así como la densidad de flujo magnético tanto en la mitad horizontal (sección 2D desplazada) como flechas en la mitad vertical.
Terminal de dominio
Ahora puede utilizarse la funcionalidad de Terminal en las interfaces físicas de Corriente eléctricas y Electrostática en el nivel de dominio. Esto es apropiado para electrodos geométricamente complejos que involucrarían la selección de un gran número de contornos al utilizar un terminal en el nivel del contorno. No se resuelven las incógnitas para el potencial eléctrico dentro de la selección de dominio del terminal pero, en su lugar se reemplaza por una variable. Esto es de utilidad al modelar electrodos con un grosor finito que es respetado por la geometría.
el modelo de capacitancia sintonizable en la librería de aplicaciones de AC/DC se ha actualizado para utilizar el nuevo terminal de dominio, reduciendo la selección de más de 50 contornos a un único dominio.
Salida de matriz de capacitancia mutua (SPICE)
| Dos nuevas opciones en la lista de Transformación en la funcionalidad de Evaluación de matriz global posibilita la conversión de una matriz de capacitancia de Maxwell a una matriz de capacitancia mutua (también conocida como matriz de capacitancia SPICE) y viceversa. La matriz de capacitancia de Maxwell se obtiene típicamente como la salida directa de una simulación de campo electrostático, donde la matriz de capacitancia mutua o SPICE se ajusta mejor para el uso en una simulación de circuito. Esta funcionalidad está disponible después de realizar un barrido de terminal para simulaciones electrostáticas. Las nuevas opciones se añaden a la lista de las transformaciones disponibles previamente incluyendo conversiones entre admitancia (Y), impedancia (Z) y matrices de parámetros S (S). |  Las nuevas opciones para convertir entre los dos formatos comunes utilizados para matrices de capacitancia. |
Modelo tutorial actualizado: modelado de histéresis vector
Este modelo de referencia comparativa reproduce el Problema 32 del Método de Análisis Electromagnético de Verificación (Testing Electromagnetic Analysis Method o TEAM), que evalúa métodos numéricos para la simulación de histéresis magnética anisótropa. Un núcleo de hierro histerético laminado de tres ramas se somete a un campo magnético variable con el tiempo generado por dos bobinas. El modelo de material Jiles-Atherton (ahora disponible en la interfaz de Campos Magnéticos) se utiliza para simular la respuesta del material, reproduciendo los datos experimentales y numéricos publicados.
las bobinas se excitan con fuentes de tensión AC desfasadas 90 grados entre ellas, creando un campo magnético que rota en algunas regiones del núcleo. El campo magnético aplicado está orientado principalmente en el plano xy, mientras que el material es anisótropo y por tanto reacciona de forma diferente a campos aplicados a lo largo de las direcciones x o y.
Un modelo de histéresis vector es necesario para simular con precisión el campo dependiente del tiempo, y el comportamiento histerético se muestra graficando la densidad de flujo magnético como función del campo magnético durante un ciclo AC (correspondiente a un lazo de histéresis). Se utiliza un resolvedor directo (PARDISO) en lugar del resolvedor iterativo por defecto donde se aplica la funcionalidad Gauge Fixing para un A-Field.
Modelo de histéresis vector mostrando (sentido del relo desde arriba a la izquierda) gráficos de la densidad de flujo magnético, la curva de histéresis, polución armónica de la tensión inducida, y flujo magnético By vs Bx.
5.2
NOVEDADES
Relaciones constitutivas magnéticas no lineales efectivas para estudios en el dominio de la frecuencia
COMSOL Multiphysics 5.2 incluye soporte para relaciones constitutivas magnéticas efectivas en la forma de curvas de HB o BH efectivas. Esta funcionalidad puede utilizarse para modelar materiales magnéticos no lineales, como los metales saturables es un estudio de dominio de la frecuencia, aproximándolos con un material lineal no homogéneo efectivo. Se puede utilizar la formulación para calcular la respuesta (armónico de primer orden) aproximada de una material no lineal sujeto a excitación armónica temporal, evitando el coste computacional de un análisis transitorio completo.
Comparación de la solución obtenida con un estudio dependiente del tiempo (azul), la solución obtenida con un estudio en el dominio de la frecuencia utilizando un material linealizado (verde), y la nueva aproximación de material efectivo (rojo).
Nueva app: Calculadora de curvas magnéticas no lineales efectivas
|
La aplicación de calculadora de curvas magnéticas no lineales efectivas acompaña a la nueva funcionalidad de relaciones constitutiva no lineales efectivas. Las interfaces basada en magnetismo en el módulo AC/DC Module soportan el modelo de material con Curva HB/BH Efectiva que puede utilizarse para aproximar el comportamiento de un material magnético no lineal en una simulación en el dominio de la frecuencia sin el coste computacional adicional de una simulación transitoria completa.
El modelo de material con Curva HB/BH Efectiva requiere las relaciones Heff(B) o Beff(H) como funciones de interpolación. Esta aplicación puede utilizarse para calcular los datos de interpolación a partir de las relaciones H(B) o B(H) de los materiales.
Los datos de interpolación para las relaciones H(B) o B(H) pueden importarse desde un archivo de texto o entrarse en una tabla. La app entonces calculará los datos de interpolación para las relaciones Heff(B) o Beff(H) utilizando dos métodos de energía diferentes. Las propiedades del material efectivo resultantes pueden ser exportadas como un archivo de librería de materiales de COMSOL y utilizarse después en un modelo con la interfaz Magnetic Fields del software COMSOL Multiphysics. |
|
Materiales magnéticos no lineales externos
la interfaz física Magnetic Fields en el módulo AC/DC, y las interfaces 2D correspondientes en el núcleo del programa COMSOL Multiphysics, ahora puede utilizar modelos de materiales externos implementados como librerías dinámicas definidas por el usuario. Esto incrementa la flexibilidad y las capacidades de modelado de las interfaces físicas. Esta funcionalidad está construida dentro de la característica External Material y permite al usuario definir modelos de materiales avanzados personalizados, como modelos de histéresis, modelos dependientes del estado o incluso modelos que utilicen un esquema de discretización diferente.
Nueva App: Simulador de pantalla táctil
Con la intención de ser una herramienta para una prueba de concepto temprana en el desarrollo de dispositivos de pantallas táctiles, la app Touchscreen Simulator evalúa una matriz de capacitancia simulada así como la norma del campo eléctrico.
La app calcula la matriz de capacitancia de una pantalla táctil en presencia de un dedo humano "fantasma", donde la posición y orientación del dedo es controlada a través de parámetros de entrada. Esto incluye el tamaño del array de celdas unitarias de electrodo, la localización del dedo, el ángulo y nivel de toque, el grosor del sustrato y superestrato y sus propiedades de material.
La interfaz de usuario de la app Touchscreen Simulator, con un modelo de pantalla táctil con array de 10x10 electrodos y un gráfico del campo eléctrico escalado en dB.
Nueva app: Prospección magnética
|
La prospección magnética es un método de exploración geológica que es aplicable a ciertos tipos de yacimientos de material de hierro, en particular los que están formados por magnetita y hematita. Este método consiste en medir las anomalías magnéticas (cambios en el campo magnético de la tierra) debidos a la presencia de materiales magnéticos.
La app Magnetic Prospecting simula el efecto de un depósito de mineral magnético en el campo magnético de la tierra y predice la anomalía medida en puntos de medidas especificados sobre la superficie. Se pueden importar archivos de imágenes de mapas de elevación o modelos de elevación digitales (DEM) para definir la orografía de la región así como datos del campo geomagnético para la localización especificada.
Los cálculos generan un gráfico del campo magnético en la superficie de la tierra así como datos numéricos de la anomalía esperada en localizaciones de medida especificadas en la región. |
|
Nueva app: Calentamiento por inducción en un taco de acero
|
El calentamiento por inducción es un método utilizado para calentar metales para forja y otras aplicaciones. En comparación con otros métodos de calentamiento más tradicionales, como los hornos de gas o eléctricos, el calentamiento por inducción proporciona la potencia calorífica directamente a la pieza de un modo mucho más controlado que permite un tiempo de procesado más rápido.
La aplicación de calentamiento por inducción de un taco de acero puede utilizarse para diseñar un sistema sencillo de calentamiento por inducción para un taco de acero, consistente en una o más bobinas electromagnéticas a través de las que se mueve el taco a una velocidad constante. Las bobinas se alimentan con corrientes alternas y producen corrientes inducidas en el taco metálico, generando calor debido al calentamiento Joule. La sección cruzada del taco; el número de vueltas de la bobina, la posición y el tamaño, así como la temperatura inicial y ambiental y las corrientes de bobina individuales también se pueden especificar como entradas en la app. |
|
Después de calcular la solución, la app gráfica la temperatura del taco y la densidad de corriente durante el procesado. Además calcula datos numéricos de los rangos de temperatura esperados en el taco y el balance de potencias del sistema.
Cartas de Smith: La forma convencional de presentar las propiedades de adaptación
Un nuevo grupo de gráfico de Carta de Smith permite dibujar las impedancia, admitancia y datos de reflexión en una carta de Smith. Las cartas de Smith son útiles para relacionar los parámetros S de valores complejos (coeficientes de reflexión) con la impedancia de entrada, admitancia de antenas, líneas de transmisión, u otros componentes de redes. Para realizar estudios donde un gráfico de parámetros S es generado por defecto, la carta de Smith se genera automáticamente.
Carta de Smith de un filtro pasobanda CPW donde la escala de color indica la frecuencia de la simulación, y muestra que el filtro está adaptado para 50 Ohm alrededor de 7.65 GHz.
5.1
NOVEDADES
Nueva App: Calculadora de línea de transmisión
| Los parámetros de la línea de transmisión R, L, G y C pueden utilizarse para caracterizar cualquier estructura de guía de ondas TEM y cuasi-TEM. Esta app calcula R, L, G y C, así como la impedancia característica y la constante de propagación para líneas de transmisión coaxial, línea bifilar, microstrip y guía coplanar. |  Una app de línea de transmisión que calcula R, L, G, y C así como la impedancia característica y la constante de propagación para líneas de transmisión coaxial, línea bifilar, microstrip y guía coplanar.> |
Mejoras en las bobinas multivuelta
Nuevo análisis de geometría de bobinas
|
La funcionalidad de cálculo de corriente en bobinas disponible en las versiones previas de COMSOL Multiphysics ha sido reemplazada por la nueva funcionalidad Coil Geometry Analysis. La interfaz de usuario para esta nueva funcionalidad es casi idéntica a la anterior, así que a los usuarios familiarizados con la versión previa les será familiar su uso. La nueva funcionalidad tiene una serie de ventajas significativas:
|
 La nueva funcionalidad Coil Geometry Analysis puede calcular el camino de los hilos en bobinas complejas con sección cruzada no constante. |
Cálculo preciso de tensiones
| Ahora los estudios en el dominio de la frecuencia de las bobinas multivueltas 3D son más precisos. Existe una "etapa de filtrado" automática en el cálculo de la densidad de corriente de la bobina que mejora significativamente la precisión del campo eléctrico calculado. Consecuentemente, también mejora la precisión de la tensión calculada de la bobina y otras variables derivadas, como la potencia, inductancia, etc. La etapa de filtrado de corriente se resuelve junto con el problema magnético principal en el mismo paso del estudio; no requiere una interacción del usuario. La funcionalidad elimina la necesidad de sintonizar la conductividad del dominio de la bobina en los estudios en el dominio de la frecuencia para obtener soluciones precisas. Está activo por defecto. |  Visualización de la norma del campo eléctrico sin la etapa de filtrado de corriente introducida por la funcionalidad de Accurate Voltage Calculation. |
Mejoras en la usabilidad de la bobina
|
Se han realizado varias mejoras menores en la usabilidad de las bobinas:
|
 Las bobinas multivuelta ahora permiten especificar factores de corrección de simetría, simplificando la configuración de modelos que contengan una parte de la bobina. |
Mejoras en Gauge Fixing
| La funcionalidad Gauge Fixing ha sido mejorada. Requiere menos entradas del usuario y ha mejorado su rendimiento para modelos complejos. Gauge Fixing es una técnica utilizada para determinar la solución única para problemas de campos magnéticos. La funcionalidad trabajará automáticamente con modelos antiperiódicos, modelos con múltiples regiones potencial no conectadas (problemas de maquinaria rotatoria) y modelos con una formulación A-V mezclada y A. |  Nueva estrategia de restricción y ajustes avanzados para la funcionalidad Gauge Fixing. |
Exportación SPICE y nuevas funcionalidades para circuitos eléctricos
|
La funcionalidad de exportación SPICE (SPICE Export) ahora está disponible para la interfaz física Electrical Circuit. Haga clic con el botón derecho en una física Electrical Circuit y seleccionando "SPICE Export...". El software COMSOL guardará un archivo de texto en el formato SPICE representando el circuito modelado actualmente por la física. Se han añadido nuevos dispositivos y modelos a la interfaz física de circuitos eléctricos:
|
 Crea un archivo de lista de nodos -netlist- que representa los circuitos eléctricos creados en COMSOL Multiphysics. |
Nuevo tutorial: Modelado de una bobina de inductor en espiral
| Las bobinas con inductores en espiral son útiles porque pueden integrarse fácilmente se electrodepositan otros circuitos impresos y proporcionan valores de inductancia robustos. Los requisitos de recursos computacionales para simular estos inductores en espiral pueden ser bastante grandes a medida que el número de vueltas crece. Este ejemplo demuestra cómo explotar la estructura casi simétrica para reducir en gran medida el tamaño del modelo. Una espiral octogonal de ocho vueltas se modela utilizando la condición de contorno de Single Turn Coil, con condiciones de contorno de potencial flotante para reforzar la continuidad de la corriente entre las vueltas disjuntas de la bobina. La aproximación utilizada en este ejemplo es válida cuando la frecuencia de operación está suficientemente por debajo de la resonancia del inductor de forma que el acoplamiento capacitivo entre vueltas sea despreciable. |  La densidad de flujo magnético sobre la distribución del módulo de la densidad de corriente superficial de la bobina. |
5.0
Copiar mallas para condiciones periódicas
La sugerencia de malla automática controlada por la física automatiza el mallado para condiciones periódicas.
Mallado automatizado para elementos infinitos
La nueva sugerencia de automallado automáticamente aplica un mallado de barrido (3D) o mapeado (2D) a los dominios con elementos infinitos.
Nuevas opciones de modelado para corrientes eléctricas
Ahora se puede incluir modelos de materiales con pérdidas del dieléctrico y tangente de pérdidas en simulaciones de corrientes eléctricas, así como excitación de un terminal de potencia.
Mallado automatizado para elementos infinitos: Este modelo simula un inductor de potencia utilizando la funcionalidad del mallado automatizado para elementos infinitos.
COMSOL Multiphysics 6.4