AC/DC Module
AC/DC Module
Software Para a Modelagem Eletromagnética Computacional
MODELAGEM DE BOBINAS: O modelo mostra uma bobina AC 50Hz enrolada em torno de um núcleo ferromagnético. A geometria complexa do enrolamento da bobina pode ser modelado facilmente com o recurso multiturn coil. A ilustração mostra a densidade de fluxo magnético (flechas) e a norma da densidade de fluxo no núcleo ferromagnético.
Modelagem de Capacitores, Indutores, Isolantes, Bobinas, Motores e Sensores
O AC/DC Module é usado para simular campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos em aplicações estáticas e de baixa frequência. Aplicações típicas incluem capacitores, indutores, isoladores, bobinas, motores, atuadores e sensores. Ele possui ferramentas dedicadas para extrair parâmetros como resistência, capacitância, indutância, impedância, força e torque.
Materiais e relações constitutivas são definidos em termos de permissividade, permeabilidade, condutividade e campos remanescentes. As propriedades materiais podem ser espacialmente variáveis, dependentes do tempo, anisotrópicas e ter perdas. Tanto meios elétricos quanto meios magnéticos podem incluir não linearidades, como curvas B-H, ou mesmo ser descritos por equações dadas implicitamente.
Condições de Contorno e Elementos Infinitos
O AC/DC Module oferece acesso a uma série de condições de contorno essenciais, como potencial elétrico e magnético, isolamento elétrico e magnético, carga zero, além de valores de campo e corrente. Além disso, é incluída uma variedade de condições de contorno avançadas, como condições de terminais para conexão com circuitos SPICE, potenciais flutuantes, condições de simetria e periodicidade, impedância de superfície, correntes de superfície, resistência distribuída, capacitância, impedância e resistência de contato. No caso de domínios de modelagem ilimitados ou amplos, são disponibilizados elementos infinitos tanto para campos elétricos quanto para campos magnéticos. Ao adicionar uma camada de elementos infinitos ao exterior de um domínio de modelagem de tamanho finito, as equações de campo são ajustadas às proporções automaticamente. Isso possibilita representar um domínio infinito com um modelo de tamanho finito e evita efeitos de truncamento artificiais por parte dos contornos do modelo.
Imagens adicionais:
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MOTOR/GERADOR: Esses resultados mostram uma análise estática 3D dos campos magnéticos ao redor de um rotor e estator. Imãs permanentes e materiais magnéticos não lineares fazem parte do modelo e a não linearidade do material é modelada através de uma função de interpolação. -
INDUTOR DE POTÊNCIA: O recurso single-turn coil é usado para capturar o efeito pelicular no condutor, uma vez que a profundidade do efeito pelicular nessa bobina na frequência de operação é comparável à espessura dos condutores de corrente. Esse modelo mostra como calcular as características DC e AC de um indutor, assim como a admitância e indutância.
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IMÃ PERMANENTE: Este exemplo introdutório para modelagem de campos magnéticos descreve um típico imã em forma de ferradura e uma barra de ferro, no qual uma condição de simetria é usada para reduzir o tamanho do problema. São calculados o campo magnético e as forças envolvidas.
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AMORTECIMENTO MAGNÉTICO: Esse modelo simula o amortecimento estrutural em um sólido condutor que está vibrando em um campo magnético estático. O efeito é calculado quando uma viga engastada é excitada harmonicamente e colocada em um forte campo magnético.
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PROSPECÇÃO MAGNÉTICA: Depósitos de minério de ferro subterrâneos resultam em anomalias magnéticas. Esse modelo calcula os distúrbios no campo magnético da Terra devido a presença de um depósito de minério. A formulação Reduced Field formulation resolve pequenas perturbações em um campo de fundo.
Combine Layouts de circuitos com Simulações em 2D e 3D
Ao considerar seus componentes elétricos como parte de um sistema maior, o AC/DC Module proporciona uma interface com elementos de circuitos SPICE que você pode selecionar para modelar cirtuitos. Modelos de sistema mais complexos podem ser simplificados usando modelagem à base de circuitos enquanto mantêm-se acoplamentos para modelos de campo completo para dispositivos importantes no circuito, possibilitando inovação no design e otimização em ambos os níveis. Layouts eletrônicos podem ser importados para análise com o AC/DC Module pelo ECAD Import Module.
Conexão com CAD, MATLAB® e Excel®
Para facilitar a análise do comportamento eletromagnético de modelos CAD mecânicos, a COMSOL oferece o ECAD Import Module, o CAD Import Module e produtos LiveLink™ para os principais sistemas CAD como parte de nosso pacote de produtos. Os produtos LiveLink possibilitam manter o modelo CAD paramétrico intacto em seu ambiente nativo, mas também controlar as dimensões geométricas de dentro do COMSOL Multiphysics®, além de realizar varreduras paramétricas simultâneas por vários parâmetros de modelo. Para tarefas de modelagem repetitivas, o LiveLink™ for MATLAB® permite que se realize simulações COMSOL® com scripts ou funções MATLAB®. Qualquer operação disponível no COMSOL Desktop® pode ser acessada, alternativamente, por comandos MATLAB. Pode-se também mesclar comandos COMSOL no ambiente MATLAB com código MATLAB existente. Para simulações eletrônicas operadas a partir de planilhas,o LiveLink™ for Excel® oferece uma alternativa conveniente para modelar a partir do COMSOL Desktop com sincronização de dados de planilha com parâmetros definidos no ambiente COMSOL.
Base de Dados de Materiais Magnéticos Não-lineares
Uma base de dados de 165 materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos está incluída no AC/DC Module. A base de dado contém curvas BH-e curvas HB-possibilitando que as propriedades do material possam ser usadas na formulação de campos magnéticos. As curvas são densamente amostradas e foram processadas para eliminar efeitos de histerese. Fora do range de dados experimentais, extrapolação linear é utilizada para se obter estabilidade numérica máxima.
Considere a Multifísica em seus Projetos
Embora dispositivos possam ser caracterizados principalmente pelo comportamento eletromagnético, eles também sofrem influência de outros tipos de física. Efeitos térmicos, por exemplo, podem alterar as propriedades elétricas de um material, ao passo que deflexões e vibrações eletromecânicas nos geradores precisam ser plenamente compreendidas durante qualquer processo de projeto. O AC/DC Module, integrado de forma abrangente ao ambiente COMSOL, permite que uma ampla gama de efeitos físicos influenciem no modelo virtual.
Cascas Eletromagnéticas
Para estruturas muito finas, o AC/DC Module oferece uma gama de formulações especializadas para simulações eletromagnéticas eficientes onde a espessura das estruturas não precisa ser representada como espessura física no modelo geométrico, mas, em vez disso, pode ser representada como uma casca. Essas formulações de cascas finas estão disponíveis para simulações de correntes contínuas, eletrostática, magnetostática e indução, e são de particular importância para a blindagem eletromagnética dentro de aplicações de compatibilidade eletromagnética (EMC) e interferência eletromagnética (EMI).
Fluxo de Trabalho Consistente para Modelagem Eletromagnética
O intuitivo fluxo de trabalho do módulo é descrito pelas etapas a seguir: definir a geometria, selecionar os materiais, selecionar uma interface AC/DC adequada, definir as condições de contorno e as condições iniciais, gerar automaticamente a malha de elementos finitos, solucionar e visualizar os resultados. Todas essas etapas são acessadas pelo COMSOL Desktop®. É possível acoplar as simulações do AC/DC Module a todos os produtos COMSOL de praticamente todas as formas possíveis e imagináveis por meio de uma série de acoplamentos multifísicos predefinidos ou por acoplamentos definidos pelo usuário. Um típico exemplo de acoplamento predefinido é entre o AC/DC Module e o Particle Tracing Module, onde os campos elétricos ou magnéticos afetam partículas carregadas que podem ser definidas para ter massa ou não. O Optimization Module pode ser combinado ao AC/DC Module para otimização em relação à tensão e corrente de excitação, propriedades de materiais, dimensões geométricas, entre outros parâmetros.
Flexível e Robusto
O AC/DC Module inclui campos elétricos e magnéticos estacionários e dinâmicos, ambos em 2D e 3D. Internamente, o AC/DC Module formula e soluciona as equações de Maxwell junto com as propriedades de materiais e as condições de contorno. As equações são resolvidas usando o método dos elementos finitos com discretização numericamente estável nos elementos de borda em conjunto com solvers de última geração. As diferentes formulações admitem simulações estáticas, simulações no domínio da frequência e simulações no domínio do tempo. Os resultados são apresentados na janela gráfica por meio de gráficos predefinidos de campos elétricos e magnéticos, correntes e tensões elétricas, ou como expressões que pode-se definir à vontade, bem como quantidades derivadas tabeladas.
MRI Tumor-Tracked Cancer Treatment
Gino Fallone and colleagues Cross Cancer Institute Edmonton, AB, Canada
Radiation therapy targeting in cancer treatment involves many uncertainties, including the movement of targeted sites due to breathing and the like. Magnetic resonance imaging (MRI) can accurately identify the location of a tumor in soft tissue, but unfortunately its magnetic field can interfere with radiation treatment delivered by a linear ...
Switching Made Easy
Matthias Richwin, Leopold Kostal GmbH, Dortmund, Germany
Modern cars offer a wide range of complex functionality that comes with several design challenges. This story discusses some of the necessary updates to a roof module in a premium car and the charging system of an electric car. The roof module of a particular model houses several components. 90% of the generated heat goes into its printed ...
Modeling Scar Effects in Electrical Spinal Cord Stimulation
Kris Carlson, Dr. Jay Shils & Dr. Jeffrey Arle Lahey Clinic Burlington, MA
The Neuromodulation Group at Lahey Clinic conducted a study based upon spinal cord stimulation (SCS). SCS involves implanting a series of electrodes that apply electric potential to the spine, interfering with pain signaling circuitry. It’s used to alleviate chronic back and leg pain. Although the treatment remains effective for years, the ...
Dielectric Stress Simulation Advances Design of ABB Smart Grid-Ready Tap Changers
Tommi Paananen, David Geibel, Bill Teising, Mårten Almkvist, Jon Brasher, Josh Elder, Bob Elick and Chris Whitten ABB Alamo Tennessee
Consumers of power rely on fairly stable voltages. Transformers contain tap changers which vary the ratio of secondary to primary turns by switching the point at which either the input or output circuits are connected. Changing this ratio enables stepped voltage regulation of the output. As the world moves toward the modernized smart grid, the ...
Control of Joule Heating Extends Performance and Device Life
Jean-Louis Gelet and Antoine Gerlaud Mersen, France
Large electrical systems carrying high currents could pose a danger if any of their components, such as fuses and bus bars, fail. In order to increase safety and improve manufacturing, it is necessary to understand the failure mechanisms of those components. One of those components, a bus bar, is made up of a single piece of conducting metal that ...
Simulation-Based Design of New Implantable Hearing Device
Patrik Kennes Cochlear Technology Centre, Mechelen, Belgium
Cochlear Technology Centre Europe (CTCE) develops new technology for hearing implants. Their current work is with a new type of hearing implant, a Direct Acoustic Cochlear Implant called CodacsTM. This product imposes structural, pressure waves directly to the cochlea, stimulating it this way, as opposed to amplifying sound. Using COMSOL ...
Magnets Improve Quality of High-Power Laser Beam Welding
M. Bachmann, V. Avilov, A. Gumenyuk, and M. Rethmeier BAM Federal Institute For Materials Research and Testing Germany
High-power laser beam welding uses a localized heat source to achieve narrow deep welds and high welding rates. Engineers run into some difficulties because the use of a localized heat source often results in the distortion of metal components; spattering and the ejection of droplets from the weld pool results in underfills, undercuts, craters, ...
Multiphysics Simulation Helps Miele to Optimize Induction Stove Designs
Christian Schröder mieletec FH Bielefeld Germany Holger Ernst Miele Germany
The induction stove was designed to meet a consumer need for better precision and speed than traditional stoves. Designers were tasked with improving the energy efficiency of the induction coils-stovepot interaction considering both the thermal and electromagnetics of the system. Miele, a world leader in domestic appliances and commercial ...
Optimized Induction Heating Techniques Improve Manufacturing Processes
I. Jain, Tata Steel, India
Induction heating has become a valuable tool used by the steel industry for manufacturing various metal products. The process provides more precise heating control, uses less energy, and offers better quality assurance and reliability than traditional production processes. Tata Steel, one of the top ten steel companies worldwide, is using ...
Simulation Enables the Next Generation of Power Transformers and Shunt Reactors
L. Jovelli Siemens, Brazil
From power generation to its distribution to end users, power transformers and shunt reactors are used throughout the electrical grid for voltage conversion and to absorb reactive power. At Siemens Brazil in Jundiai, São Paulo, designers are using multiphysics simulation to verify that grid-integrated transformers and shunt reactors can handle ...
Upgrading the Nuts and Bolts of the Electrical Grid for a New Generation
Göran Eriksson ABB AB Corporate Research Power Technologies Västerås, Sweden Lukas Graber, Mikael Steurer, and Tim Chiocchio Center for Advanced Power Systems Florida State University Tallahassee, ...
Migrating the electrical grid to a “smart grid” is usually discussed in terms of IT issues or embedded systems. Yet, just as important updating the “nuts and bolts” of the smart grid. At ABB AB Corporate Research Power Technologies in Sweden, scientists are working to reduce line current and the resulting resistive loss in cables caused by the ...
Lightning-Proof Wind Turbines
Soren Find Madsen Global Lightning Protection Services A/S, Lejre, Denmark
Søren Find Madsen, Global Lightning Protection Services A/S, Lejre, Denmark Global Lightning Protection Services A/S (GLPS) is an engineering consultant firm specializing in lightning protection. Their current research involves protecting wind turbines from lightning strikes, which can interfere with the electronic equipment in the housing of ...
Reduced-Weight Reaction Sphere Makes Way for Extra Satellite Payload
Leopoldo Rossini, Emmanuel Onillon, & Olivier Chetelat CSEM SA, Neuchatel, Switzerland
CSEM is a private applied research and development center specializing in micro-technology, system engineering, micro-electronics, and communications technologies. One of their latest projects is working on minimizing the weight of satellite attitude control systems as every gram of payload matters when launching a satellite into orbit (€15,000 ...
Innovative Packaging Design for Electronics in Extreme Environments
Brice McPherson APEI, AR, USA
Power electronics appear in many everyday products, including smartphones, electronic car parts, and household objects. Such devices require controlled temperature ranges, switching frequencies, and voltage levels to operate smoothly and reliably. For harsh environments, such as the depths below the earth’s surface where oil is drilled, there is ...
Enhancing Transmission Line Performance: Using Simulation to Optimize Design
J. Leman POWER Engineers, MA, USA
Designing power transmission lines requires accounting for many factors: mechanical stress due to environmental conditions and hardware loads, performance testing, and--of course--electrical analysis. Transmission line hardware contains both insulating and conducting assemblies. One common electrical phenomenon is called corona discharge, which ...
Current Transformer Design That Combines Finite Element Analysis and Electric Circuit Simulation
Dr. Rolf Disselnkötter ABB AG, Ladenburg, Germany
Transformers have been around for quite a while but their fundamentals are still being investigated by ABB in Ladenburgh, Germany. The ABB Corporate Research Centre is currently developing sophisticated magnetic sensors, using finite element analysis (FEA) to investigate the way in which external electrical sources and loads impact a magnetic ...
Simulation of Magnetic Flux Leakage Inspection
Oliver Nemitz Salzgitter Mannesmann Forschung, Duisburg, Germany
Salzgitter Mannesmann Forschung (SZMF) advances testing methods for the Salzgitter Group, a leading company that works with the manufacture of, among other things, pipes. In the manufacturing of heavy steel tubing, it is important maintain quality, which is done through conduct non-destructive testing (NDT) using large magnets to identify flaws ...
Multiphysics Simulations Help Track Underground Fluid Movements
A. Haas, H. Mahardika, M. Karaoulis, and A. Revil Colorado School of Mines, USA
Combining acoustic and electromagnetic analyses helps scientists to more efficiently measure and survey subterranean regions. Acoustic waves can travel long distances, but have limitations when it comes to providing details about formation properties, and cannot be used to identify the liquids flowing through them. Electromagnetic waves do not ...
Multiphysics Software, a Versatile, Cost-Effective R&D Tool at Sharp
Chris Brown Sharp Laboratories of Europe, UK
There are several kinds of technology that designers at Sharp Laboratories of Europe work to create. From LED lighting, displays, and microfluidic lab-on-a-chip technology, to complex energy systems used in various devices, Sharp needed a new approach to finding the best designs. COMSOL Multiphysics and its add-on products provided the ...
How Reclosers Ensure a Steady Supply of Power: It’s All in the Magnet
O. Craciun, and colleagues ABB AG Ladenburgh, Germany
When a tree branch touches overhead cables and causes a momentary short circuit, your lights may flicker. A device called a recloser ensures that power to your home is not cut off for a longer period. ABB AG, a leading manufacturer in power technology, is working towards designing a more reliable recloser. One objective in this design process ...
Optimizing Hematology Analysis: When Physical Prototypes Fail, Simulation Provides the Answers
D. Isèbe HORIBA Medical, France
Hematology analysis, the analysis of a blood sample to determine a variety of hematological parameters, is a major factor in diagnostic and treatment decisions for blood diseases. Accurate blood analysis requires counting and sorting different cells in a sample to measure their sizes and distributions. HORIBA Medical, a company that supplies ...
Actuation Technique for Miniature Robots Developed using Multiphysics Simulation
P. Lazarou, C. Rotinat CEA LIST, France
Robotic devices for minimally invasive surgery procedures require flexible tools and careful actuation. But most robotic surgery devices are bulky, expensive, and physically draining for surgeons to operate for long periods of time. At the French Atomic and Alternative Energies Commission (CEA LIST), researchers are investigating miniature phase ...
Making Smart Materials Smarter with Multiphysics Simulation
J. Slaughter ETREMA Products, IA, USA
Smart materials with magnetostrictive behavior are engineered and incorporated in high-precision devices by the designers and researchers at ETREMA Products, Inc. Terfenol-D, in particular, is a giant magnetostrictive material solely manufactured by ETREMA that exhibits the largest deformation of any alloy in response to an applied magnetic field ...
Keeping Cool: SRON Develops Thermal Calibration System for Deep-Space Telescope
C. de Jonge SRON, Netherlands
Deep-space telescopes require ultrasensitive detectors and calibration to pick up weak far-infrared signals. The SpicA Far-InfraRed Instrument (SAFARI), an infrared camera that will fly aboard the Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics (SPICA), has sensors that measure the far-infrared spectrum. The SAFARI system includes a ...
Getting Touchy-Feely with Touchscreen Design
Peter Vavaroutsos, Andy Kiernan, Cypress Semiconductor, San Jose, CA
We rely on capacitive touchscreens whenever we interact with a smartphone, MP3 device, or car video screen. Touchscreen designs vary by application, so each stack-up (a touchscreen component) is customized for the intended environment. Engineers at Cypress Semiconductor used COMSOL Multiphysics® to improve their touchscreen designs for a variety ...
Permanent Magnet
As an example of a magnetostatic problem, consider how to model a horseshoe-shaped permanent magnet. One way is to treat the entire magnet as a ferromagnetic material, where the two end sections are defined as being pre-magnetized in different and opposite directions.
E-Core Transformer
This is the transient model of a single phase E-core transformer using a Multi-Turn Coil Domain. The model includes the effect of a nonlinear B-H curve in the core and shows how to connect the transformer model to the external circuits using Electric Circuit interface. The simulation is performed for two different cases; the first one with a ...
Induction Heating of a Steel Billet
Induction heating is a method used to heat metals for forging and other applications. Compared with more traditional heating methods, such as gas or electric furnaces, induction heating delivers heating power directly to the piece in a more controlled way and allows for a faster processing time. The Induction Heating of a Steel Billet ...
Inductor in an Amplifier Circuit
This model shows how to combine an electric circuit simulation with a finite element simulation. The finite element model is an inductor with a nonlinear magnetic core and 1000 turns, where the number of turns is modeled using a distributed current technique. The circuit is imported into COMSOL Multiphysics as a SPICE netlist, which merges the ...
Modeling of a 3D Inductor
Inductors are used in many applications for low pass filtering or for impedance matching of predominantly capacitive loads. They are used in a wide frequency range from near static up to several MHz. An inductor usually has a magnetic core to increase the inductance, while keeping its size small. The magnetic core also reduces the electromagnetic ...
Inductive Heating of Copper Cylinder
The induced currents in a copper cylinder produce heat that in turn change the electrical conductivity. This means that the field propagation has to be solved simultaneously with the heat transfer through the cylinder and surrounding system. This model shows this coupling between eddy currents and heat transfer as a tutorial example.
Electron Beam Diverging Due to Self Potential
When modeling the propagation of charged particle beams at high currents, the space charge force generated by the beam significantly affects the trajectories of the charged particles. Perturbations to these trajectories, in turn, affect the space charge distribution. The Charged Particle Tracing interface can use an iterative procedure to ...
Tunable MEMS Capacitor
The electrostatically tunable parallel plate capacitor in this example is a typical component in various MEMS devices for radio frequencies that range between 300 MHz and 300 GHz. You can modify the distance between the two plates, as the applied voltage changes, through a spring attached to one of the plates. A postprocessing step then computes ...
Magnetic Prospecting of Ore Deposits
Magnetic prospecting is a geological exploration method that is applicable to certain types of iron ore deposits, in particular those made up of magnetite and hematite. The method consists of measuring the magnetic anomalies (changes in the earth's magnetic field) due to the presence of magnetic ores. The Magnetic Prospecting app simulates the ...
Mutual Inductance and Induced Currents in a Multi-Turn Coil
The mutual inductance and induced currents between a single turn primary and twenty turn secondary coil in a concentric coplanar arrangement is computed using a frequency domain model. The secondary coil is modeled using a homogenized approach which does not explicitly consider each turn of the coil. The results are compared against analytic ...
