AC/DC Module

Zur rechnergestützten Modellierung von Elektromagnetik

Acoustics Module

COIL MODELING: The model shows a 50-Hz AC coil wound around a ferromagnetic core. The complex coil winding geometry can be easily modeled using a multiturn coil feature. Visualization shows the magnetic flux density (arrow plot) and the magnetic flux density norm on the ferromagnetic core.

Modellieren von Kondensatoren, Induktoren, Isolatoren, Spulen, Motoren und Sensoren

Mit dem AC/DC Module werden elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder in statischen und Niederfrequenzanwendungen simuliert. Das Modul eignet sich insbesondere zur Analyse von Kondensatoren, Induktoren, Isolatoren, Spulen, Motoren, Aktoren und Sensoren. Es verfügt über spezielle Werkzeuge zur Berechnung von Parametern wie Widerstand, Kapazität, Induktivität, Impedanz, Kraft und Drehmoment.

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Materialien und konstitutive Beziehungen werden mithilfe von Permittivität, Permeabilität, Leitfähigkeit und remanenten Feldern definiert. Materialeigenschaften können räumlich variieren, zeitabhängig sein, anisotrop sein und mit Verlusten behaftet sein. Sowohl elektrische als auch magnetische Medien dürfen Nichtlinearitäten aufweisen, wie z. B. Magnetisierungskurven, und sie können sogar durch implizit angegebene Gleichungen beschrieben werden.

Randbedingungen und infinite Elemente

Das AC/DC Module ermöglicht Ihnen die Definition wichtiger Randbedingungen, z. B. für das elektrische und magnetische Potenzial, die elektrische und magnetische Isolierung, Ladungsfreiheit sowie für Feld- und Stromwerte. Zusätzlich ermöglicht das Modul die Festlegung von zahlreichen erweiterten Randbedingungen. Dazu zählen Bedingungen für Anschlüsse für Verbindungen mit SPICE-Schaltungen, Bedingungen für Floatingpotenziale, Symmetrie und Periodizität, Oberflächenimpedanz, Oberflächenströme, verteilter Widerstand, Kapazität, Impedanz und Kontaktwiderstand. Zur Erstellung von unbegrenzten oder großen Modellierungsgebieten stehen infinite Elemente zur Verfügung, und zwar sowohl für elektrische als auch für magnetische Felder. Wenn eine Schicht infiniter Elemente an der Außenseite eines endlichen Modellierungsgebiets hinzugefügt wird, werden die Feldgleichungen automatisch skaliert. Hierdurch können unendliche Gebiete durch Modelle mit endlicher Größe gebildet werden, wobei künstliche Abschneidungseffekte aufgrund von Modellrändern vermieden werden.

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Weitere Bilder

  • MOTOR/GENERATOR: These results show a 3D static analysis of the magnetic fields around a rotor and stator. Permanent magnets and nonlinear magnetic materials are included, and material nonlinearity is modeled via an interpolation function. MOTOR/GENERATOR: These results show a 3D static analysis of the magnetic fields around a rotor and stator. Permanent magnets and nonlinear magnetic materials are included, and material nonlinearity is modeled via an interpolation function.
  • POWER INDUCTOR: The single-turn coil feature is used to capture the skin effect in the wire, since the skin depth in this coil is comparable to the thickness of the current-carrying wires at the operating frequency. This model shows how to compute both the DC and AC properties of an inductor as well as the admittance and inductance. POWER INDUCTOR: The single-turn coil feature is used to capture the skin effect in the wire, since the skin depth in this coil is comparable to the thickness of the current-carrying wires at the operating frequency. This model shows how to compute both the DC and AC properties of an inductor as well as the admittance and inductance.
  • PERMANENT MAGNET: This introductory example for magnetic field modeling describes a typical horseshoe magnet and iron bar, where the Symmetry condition is used to reduce the problem size. The magnetic fields and forces are computed. PERMANENT MAGNET: This introductory example for magnetic field modeling describes a typical horseshoe magnet and iron bar, where the Symmetry condition is used to reduce the problem size. The magnetic fields and forces are computed.
  • MAGNETIC DAMPING: This model simulates structural damping on a conducting solid that is vibrating in a static magnetic field. It computes the effect when a cantilever beam is harmonically excited and placed in a strong magnetic field. MAGNETIC DAMPING: This model simulates structural damping on a conducting solid that is vibrating in a static magnetic field. It computes the effect when a cantilever beam is harmonically excited and placed in a strong magnetic field.
  • MAGNETIC PROSPECTING: Underground iron ore deposits result in magnetic anomalies. This model computes the disturbances in the background magnetic field of the earth due to the presence of an ore deposit. The Reduced Field formulation solves for small perturbations in the background field. MAGNETIC PROSPECTING: Underground iron ore deposits result in magnetic anomalies. This model computes the disturbances in the background magnetic field of the earth due to the presence of an ore deposit. The Reduced Field formulation solves for small perturbations in the background field.

Kombinieren von Schaltungen und Layouts mit 2D- und 3D-Simulationen

Wenn Ihre elektrischen Komponenten als Teil eines größeren Systems betrachtet werden, bietet das das AC/DC Module eine Schnittstelle zu SPICE-Schaltungslisten, in denen Sie Schaltungselemente zur weiteren Modellierung auswählen. Sie können die schaltungsbasierte Modellierung auf komplexere Systemmodelle anwenden, wobei für wichtige Bauteile der Schaltung die Verknüpfungen mit dem eigentlichen FEM-Modell erhalten bleiben. Dies ermöglicht eine effektive Entwicklung und Designoptimierung auf System- und Schaltungsebene. Elektronische Layouts können über das ECAD Import Module zur Analyse in das AC/DC Module importiert werden. Die Simulation der Layouts ist nicht auf elektromagnetische Eigenschaften beschränkt.

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Verbinden mit CAD, MATLAB® und Excel®

Zur einfachen Analyse der elektromagnetischen Eigenschaften von CAD-Modellen hat COMSOL das ECAD Import Module, das CAD Import Module und LiveLink™-Produkte für führende CAD-Systeme in seine Produktreihe aufgenommen. Die LiveLink-Produkte ermöglichen die Steuerung der geometrischen Größen aus COMSOL Multiphysics® heraus, während das parametrische CAD-Modell in seiner systemeigenen Umgebung intakt bleibt. Zusätzlich können simultan parametrische Sweeps über mehrere Modellparameter erzeugt werden. Sie können sich wiederholende Modellierungsaufgaben mit LiveLink™ for MATLAB® erledigen, indem Sie COMSOL®-Simulationen mit MATLAB®-Skripts oder -Funktionen ausführen. Jede in COMSOL Desktop® verfügbare Funktion kann alternativ über MATLAB-Befehle ausgeführt werden. Sie können auch COMSOL-Befehle innerhalb der MATLAB-Umgebung mit Ihrem vorhandenen MATLAB-Code kombinieren. Für elektromagnetische Simulationen, die mittels Tabellen ausgeführt werden, bietet LiveLink™ for Excel® eine praktische Alternative für die Modellierung über den COMSOL Desktop, indem Tabellendaten mit Parametern, die in der COMSOL-Umgebung definiert wurden, synchronisiert werden.

Datenbank nicht linearer magnetischer Materialien

Eine Datenbank mit 165 ferromagnetischen und ferrimagnetischen Werkstoffen ist in das AC/DC Module aufgenommen worden. Die Datenbank enthält BH-Kurven und HB-Kurven, damit die Materialeigenschaften in den Magnetfeldformeln verwendet werden können. Die Kurvendaten sind dicht ausgelesen und wurden so verarbeitet, dass Hysterese-Effekte ausgeschaltet sind. Außerhalb des experimentellen Datenbereichs wird eine maximale numerische Stabilität durch lineare Extrapolation erzielt.

Berücksichtigen Sie multiphysikalische Eigenschaften bei der Entwicklung Ihres Designs

Bestimmte elektrische Komponenten können im Wesentlichen durch ihre elektromagnetischen Eigenschaften charakterisiert werden. Sie werden jedoch auch von anderen physikalischen Effekten beeinflusst. Beispielsweise müssen thermische Effekte berücksichtigt werden, die die elektrischen Eigenschaften eines Materials ändern können, oder elektromechanische Ablenkungen und Vibrationen in einem Generator müssen während der Entwicklungsphase gründlich analysiert werden. Das nahtlos in die COMSOL-Umgebung integrierte AC/DC Module ermöglicht Ihnen die Berücksichtigung einer Vielzahl von physikalischen Effekten bei der Erstellung eines virtuellen Modells.

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Elektromagnetische Schalenelemente

Das AC/DC Module bietet für sehr dünne Strukturen eine Reihe von speziellen Formulierungen. Diese ermöglichen eine effiziente Simulation von Elektromagnetik für Strukturen, bei denen die Dicke nicht als physikalische Dicke im Geometriemodell angegeben werden muss, sondern durch ein Schalenelement definiert werden kann. Die Formulierung mit Schalenelementen ist für die Simulation von Gleichströmen, Elektrostatik, Magnetostatik und Induktion verfügbar. Sie spielt insbesondere bei der elektromagnetischen Abschirmung zur Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit und zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen eine wichtige Rolle.

Konsistenter Arbeitsablauf bei Elektromagnetikmodellen

Im Modul werden die folgenden einfachen Arbeitsschritte ausgeführt: Definition der Geometrie, Auswahl der Materialien, Auswahl einer geeigneten AC/DC-Schnittstelle, Definition von Rand- und Anfangsbedingungen, automatische Erzeugung des Finite-Elemente-Netzes und Berechnung und Visualisierung der Ergebnisse. Alle diese Schritte werden über den COMSOL Desktop® ausgeführt. Simulationen mit dem AC/DC Module können in jeder denkbaren Weise durch vordefinierte multiphysikalische Kopplungen oder durch benutzerdefinierte Kopplungen mit jedem COMSOL-Produkt verknüpft werden. Beispielsweise können das AC/DC Module und das Particle Tracing Module mit einer vordefinierten Kopplung verbunden werden, um die Auswirkungen von elektrischen oder magnetischen Feldern auf geladene Partikel zu untersuchen. Dabei kann den Partikeln eine Masse zugewiesen werden oder sie können masselos sein. Das Optimization Module kann mit dem AC/DC Module kombiniert werden, um Erregerspannung und -strom, Materialeigenschaften, geometrische Größen und weitere Werte zu optimieren.

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Flexibel und stabil

Das AC/DC Module unterstützt stationäre und dynamische elektrische und magnetische Felder, sowohl in 2D als auch in 3D. Weiterhin formuliert und löst das Modul Maxwellsche Gleichungen unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften und Randbedingungen. Die Gleichungen werden mit leistungsfähigen Solvern mittels der Finite-Elemente-Methode und einer numerisch stabilen Randelement-Diskretisierung gelöst. Die verschiedenen Formulierungen ermöglichen statische Simulationen sowie Frequenz- und Zeitbereichssimulationen. Die Ergebnisse werden im Grafikfenster dargestellt. Hier stehen vordefinierte Plots von elektrischen und magnetischen Feldern, Strömen und Spannungen zu Verfügung, aber auch Plots von frei definierbaren Ausdrücken der physikalischen Größen und abgeleiteten Tabellenwerten.

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Switching Made Easy

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Getting Touchy-Feely with Touchscreen Design

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Magnetic Prospecting of Iron Ore Deposits

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