support@comsol.com
AC/DC Module Updates
Für Nutzer des AC/DC Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.1 eine stark verbesserte Benutzerfreundlichkeit für die Modellierung elektrischer Maschinen, neue Multiphysik-Interfaces für die Magnetohydrodynamik und erweiterte Funktionen für die Extraktion von Lumped Parameters.
Magnetanordnungen für elektrische Maschinen
Mit der neuen Funktion Magnet können Sie ein magnetisiertes Gebiet oder ein regelmäßiges Muster von magnetisierten Gebieten modellieren. Die Richtung der Magnetisierung wird mit Hilfe eines mathematischen Ausdrucks oder durch einfache Auswahl der Nord- und Südpolränder festgelegt. Die Funktion enthält spezielle Funktionen, mit denen sich Halbach-Anordnungen und komplizierte Rotormuster leicht einrichten lassen.
Das Feature Magnet gibt es in zwei Varianten:
- Ein Nonconducting Magnet Feature für die Rotating Machinery, Magnetic und Magnetic Fields, No Currents Interfaces
- Ein Conducting Magnet Feature für die Rotating Machinery, Magnetic und Magnetic Fields Interfaces
Mit der Funktion Conducting Magnet können Sie eine elektrische Isolierung an den inneren Rändern definieren und so die Berechnung von zirkulierenden Strömen und Verlusten in segmentierten Magneten erleichtern. Außerdem unterstützt sie die Unterfunktion Loss Calculation. Beide Formen unterstützen die konstitutiven Beziehungen Remanent flux density und Nonlinear permanent magnet. Sie können sich diese neue Funktion in den folgenden Modellen ansehen:
- generator_2d
- linear_motor_2d
- one_sided_magnet
- permanent_magnet
- pm_motor_2d_introduction
- pm_motor_3d
- rotating_machinery_3d_tutorial
- sector_generator_3d
- static_field_halbach_rotor_3d
Wicklungs-Layouts für Elektromotoren
Die Funktion Multiphase Winding wird verwendet, um Motorwicklungen als ein regelmäßiges Muster von Spulen zu modellieren, wie etwa für die Modellierung von 2D-Elektromotoren. Innerhalb dieses Musters wird eine Spule oder eine Gruppe von Spulen, die denselben Strom mit demselben Phasenwinkel führen, gemeinhin als Phase bezeichnet. Die Funktion Multiphase Winding vereinfacht die Erregung eines mehrphasigen Systems, indem sie Standard-Wicklungs-Layouts erzwingt. Die Funktion erkennt automatisch inkonsistente Konfigurationen. Für Fälle, die nicht einem Standardmuster folgen, unterstützt die Funktion eine benutzerdefinierte Layout-Konfiguration.
Die Funktion Multiphase Winding unterstützt die Unterfunktion Loss Calculation zur automatischen Bestimmung von Widerstandsverlusten. Sie ist für das Physik-Interface Rotating Machinery, Magnetic verfügbar, wenn Sie in 2D arbeiten. Sie können diese neue Funktion in dem bestehenden Modell Permanent Magnet Motor in 2D sehen.
Passive Conductor Feature für Magnetic Fields und Rotating Machinery
Das Feature Passive Conductor in den Interfaces Magnetic Fields und Rotating Machinery, Magnetic ermöglicht die elektrische Isolierung der inneren Ränder, wodurch die Berechnung von zirkulierenden Strömen und Verlusten in segmentierten Leitern erleichtert wird. Diese Funktion weist viele Ähnlichkeiten mit der Funktion Conducting Magnet auf, unterscheidet sich aber dadurch, dass sie nur B-H konstitutive Beziehungen unterstützt, die die Magnetisierung nicht einbeziehen, d.h. Relative permeability, B-H Curve und Effective B-H curve. Wie die Funktion Conducting Magnet unterstützt die Funktion Passive Conductor die Unterfunktion Loss Calculation, die zur Bestimmung von Widerstandsverlusten verwendet wird. Das Modell Rotating Machinery 3D Tutorial veranschaulicht dieses neue Feature.
Aktualisierte magnetostriktive Materialmodelle
Die Multiphysik-Kopplung Magnetostriction wurde in eine Kopplung Nonlinear Magnetostriction und eine Kopplung Piezomagnetic Effect aufgeteilt. (Letztere ist auch als lineare Magnetostriktion bekannt.)
Zusammen mit diesen neuen Multiphysik-Kopplungen wurden zwei neue Ampère's Law Varianten (Ampère's Law, Nonlinear Magnetostrictive und Ampère's Law, Piezomagnetic) und zwei neue Multiphysik-Interfaces (Nonlinear Magnetostriction und Piezomagnetism) eingeführt. Die neuen Multiphysik-Interfaces basieren auf einer Kopplung zwischen den Interfaces Magnetic Fields und Solid Mechanics. Das neue Feature Ampère's Law, Nonlinear Magnetostrictive unterstützt das Subfeature Loss Calculation. Diese Unterfunktion ermöglicht die automatische Bestimmung von Ohmschen und magnetischen Verlusten in geschichtetem Eisen unter Verwendung empirischer Verlustmodelle wie Steinmetz oder Bertotti.
Eine neue konstitutive Beziehung, Analytic magnetization curve, ist in der Funktion Ampère's Law verfügbar (vorausgesetzt, dass der Material type dieser Funktion auf Solid gesetzt wurde). Die neuen Multiphysik-Kopplungen, Ampère's Law Features und die konstitutive Beziehung sind über die Interfaces Magnetic Fields und Rotating Machinery, Magnetic verfügbar. Für die Kopplungen und die speziellen Funktionen benötigen Sie das AC/DC Module zusammen mit entweder dem Structural Mechanics Module, dem Acoustics Module oder dem MEMS Module. Für die neue konstitutive Beziehung ist nur das AC/DC Module erforderlich. Sie können diese magnetostriktiven Aktualisierungen im Modell Nonlinear Magnetostrictive Transducer erkunden.
Spulendraht-Querschnitt aus dem Füllfaktor
Für die Funktion Coil wurde das Leitermodell Homogenized multiturn mit neuen Einstellungen aktualisiert, die häufig für die Modellierung von Elektromotoren benötigt werden. Die Querschnittsfläche des Spulendrahtes kann jetzt aus dem Füllfaktor der Statornuten (auch bekannt als Filling factor) abgeleitet werden. Die Dicke der Drähte ergibt sich dann aus der Fläche der ausgewählten Bereiche und der gewünschten relativen Menge an Kupfer im Spulenquerschnitt. Sehen Sie sich diese neue Funktion in dem Modell Permanent Magnet Motor in 2D an.
Berechnungen der Impedanzmatrix mit Passive Conductor
Die Funktion Passive Conductor im Interface Magnetic Fields, Currents Only ist eine vereinfachte Version der Funktion Conductor des Interfaces. Sie ist für die Berechnung von Impedanzmatrizen gedacht und wird elektrisch leitenden Gebieten zugewiesen, die nicht aktiv angeregt oder abgeschlossen werden, aber Wirbelströme führen können. Es hat normalerweise keine End- oder Bodenränder und erzeugt keinen Eintrag in der Impedanzmatrix. Die Funktion unterstützt eine Unterfunktion Electric Insulation zur Modellierung dünner elektrisch isolierender Schichten an inneren Rändern. Dies erleichtert die Berechnung von zirkulierenden Strömen und Verlusten in segmentierten Leitern.
Extraktion von elektrischen Schaltkreisen
Das Add-In Circuit Extractor konvertiert Matrizen von Lumped-Größen in elektrische Schaltungen. Diese Schaltungen können dann als Lumped-Repräsentation eines elektromagnetischen Geräts verwendet werden. In der Regel wird ein Finite-Elemente-Modell einer Source Sweep-Studie unterzogen, und die Lumped-Matrizen werden extrahiert. Diese Matrizen werden dann in das Add-In Circuit Extractor eingespeist. Sobald die Schaltung validiert ist, kann sie in Fällen, in denen das Finite-Elemente-Modell zu rechenintensiv wäre, als Lumped-Repräsentation verwendet werden. Diese Methode kann als eine physikbasierte Form der Modellierung reduzierter Ordnung (ROM) betrachtet werden.
Die Interfaces Electric Currents, Electrostatics und Electrostatics, Boundary Elements erzeugen jetzt Kapazitäts- (und Widerstands-) Matrizen in einem Format, das direkt mit dem Add-In Circuit Extractor kompatibel ist. Das Interface Magnetic and Electric Fields unterstützt jetzt die Studientypen Stationary Source Sweep und Frequency Domain Source Sweep und erzeugt Impedanz-, Widerstands- und Induktivitätsmatrizen in einem Format, das mit dem Add-In Circuit Extractor kompatibel ist. Der Circuit Extractor selbst wurde um die Unterstützung von Impedanzmatrizen erweitert und wird in den Modellen Circuit Extractor und Extracting Electrical Circuits from Electromagnetic Simulations gezeigt.
Magnetohydrodynamik-Modellierung
Das neue Magnetohydrodynamics Multiphysik-Interface dient der Kopplung von Fluidströmung mit elektromagnetischen Feldern und kann für die Modellierung von flüssigen Metallen sowie bestimmten Plasmen verwendet werden. Das neue Interface besteht aus dem Magnetic Fields Interface (oder dem Magnetic and Electric Fields Interface), dem Laminar Flow Interface und einer Magnetohydrodynamics Multiphysik-Kopplung. Die Kopplung wendet die Lorentz-Kraft aus der elektromagnetischen Physik auf Laminar Flow und – im Gegenzug – den Lorentz-Geschwindigkeitsterm aus Laminar Flow auf die elektromagnetische Physik an.
Dieses Multiphysik-Interface gibt es in drei Varianten: 2D mit elektrischen Strömen außerhalb der Ebene, 2D mit elektrischen Strömen innerhalb der Ebene und 3D. Die 2D-Variante mit Strömen außerhalb der Ebene verwendet das Interface Magnetic Fields, während die beiden anderen Varianten das Interface Magnetic and Electric Fields verwenden. Alle drei Varianten sind nur mit dem AC/DC Module verfügbar. Die Multiphysik-Kopplungsfunktion kann separat verwendet werden und ist mit dem AC/DC Module und dem Plasma Module verfügbar. Die Modelle Hartmann Boundary Layer und Magnetohydrodynamics Pump sind Beispiele für diese Kopplungsfunktion.
Materialbibliothek mit flüssigen Metallen für die Magnetohydrodynamik
Die AC/DC Materialbibliothek wurde um einen Ordner Liquid Metals für die Modellierung der Magnetohydrodynamik erweitert. Dieser neue Ordner enthält verschiedene Flüssigmetalle - darunter Titan, Stahl, Eisen, Nickel, Kupfer, Aluminium, Magnesium, Zinn, Lithium, Natrium und andere - sowie deren Materialeigenschaften, einschließlich Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, dynamische Viskosität und Dichte. Sie können sich diese neue Ergänzung in dem Modell Magnetohydrodynamics Pump ansehen.
Zeitbereichsunterstützung für das Interface Magnetic and Electric Fields
Das Interface Magnetic and Electric Fields unterstützt jetzt den Studientyp Time Dependent. Außerdem wurde die als Default festgelegte äußere Randbedingung von Magnetic Insulation mit einer Unterfunktion Electric Insulation auf Magnetic Insulation mit einer Unterfunktion Ground aktualisiert, so dass sie mit der als Default festgelegten Randbedingung Magnetic Insulation im Interface Magnetic Fields übereinstimmt. Das Modell Magnetic Brake demonstriert dieses Update.
Bessere Leistung, numerische Stabilität und Genauigkeit für achsensymmetrische Elektromagnetik
Die Interfaces Magnetic Fields und Magnetic and Electric Fields für 2D-Achsensymmetrie basieren jetzt auf einer kovarianten Formulierung, die eine bessere Leistung, numerische Stabilität und Genauigkeit bietet als die in früheren Versionen verwendete Formulierung. Die kovariante Formulierung behandelt die inhärent singulären Eigenschaften der Symmetrieachse in zylindrischen Koordinatensystemen. Sie können diese Verbesserungen in den Modellen Axisymmetric Approximation of 3D Inductor, Small-Signal Analysis of an Inductor und An Electrodynamic Levitation Device sehen.
Verbesserter Workflow für die Modellierung von Supraleitern
Eine neue Funktion, die sich besonders für die Modellierung von Supraleitern eignet, ist eine neue Multiphysik-Kopplung zwischen den Interfaces Magnetic Fields, No Currents und Magnetic Field Formulation. Diese Funktion, Magnetic Field Formulation Magnetic Fields No Currents Coupling, gewährleistet die Kontinuität der normalen magnetischen Flussdichte und des tangentialen Magnetfelds über Ränder hinweg.
Supraleitende Streifen, modelliert mit der gemischten Potentialformulierung (unter Verwendung des Magnetfeldes H und des magnetischen Skalarpotentials Vm).
Modellierung von dünnen Schichten auf Substraten mit der Layered Impedance Randbedingung
Die neue Layered Impedance Boundary Condition Randbedingung ist eine Erweiterung der Funktion Impedance Boundary Condition, die es ermöglicht, eine Folge von geometrisch dünnen Schichten auf einem Substrat zu modellieren. Sie wird für äußere Ränder verwendet, von denen bekannt ist, dass das Feld nur eine kurze Strecke außerhalb des Randes durchdringt. Kurz gesagt, diese Funktion kombiniert die Layered Transition Boundary Condition mit der Impedance Boundary Condition. Diese neue Funktion ist für das Interface Magnetic Fields verfügbar.
Ein originalgetreues Modell, das die Verteilung der elektrischen Ströme und die Erwärmung in einem Schichtstapel zeigt.
Neue und aktualisierte Tutorial-Modelle
COMSOL Multiphysics® Version 6.1 enthält neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das AC/DC Module.
Electric Field from Power Lines
Application Library Titel:
power_line_electric_field
Magnetic Field from Power Lines
Application Library Titel:
power_line_magnetic_field
Electric Field Between Concentric Cylinders
Application Library Titel:
electric_field_concentric_cylinders
Magnetic Field from an Infinite Conductor
Application Library Titel:
magnetic_field_infinite_conductor
Hartmann Boundary Layer
Application Library Titel:
hartmann_boundary_layer
Magnetohydrodynamics Pump
Application Library Titel:
magnetohydrodynamics_pump