如何模拟变磁场中的导体

2018年5月25日

comsolMultiphysics®软件的的“ Ac/dc模块”最最的用途是对大量大量感应电流的时变磁场磁场的导体及其他其他有损材料材料材料建模建模的变化本中,我们中中的基础知识知识

利用“ ac/dc模块”描述描述效应效应

当之类材料暴露在时时时,材料时,材料将产生感应感应感应电流电流。。感应感应感应电流电流电流电流产生的的的磁场磁场会会材料的种现象被称为集肤效应

借助“”AC/DC模块“”及用于求解和的接口物理场,我们可以模拟这种效应:

  • 磁场接口
  • 磁场和电场接口
  • 磁场公式接口
  • 旋转,磁,磁接口

假设及均随成变化,则变化变化变化接口都都支持支持在频域频域内仿真内仿真。。对于对于随时间随时间随时间呈呈非正弦非正弦非正弦磁场接口以及旋转,磁,磁接口和磁场公式接口进行全分析。

对时变中导体进行仿真仿真

因为多数工作频率频率已知的的,所以所以先先从从频域入手。我们可以可以根据根据频率频率计算计算计算δ

\ delta = \ left [\ re \ left(\ sqrt)
{j \ omega \ mu_0 \ mu_r(\ sigma + j \ omega \ epsilon_0 \ epsilon_r)}
\ right)\ right]^{ - 1}

其中\欧米茄是工作,,\ mu_0是,,\ epsilon_0是自由的常数,,\ mu_r\ epsilon_r是材料相对和介电,\ sigma是材料的。

描述导体时,此方程可以::

\ delta = \ sqrt {\ frac
{2}
{\ Omega \ Mu_0 \ Mu_r \ Sigma}}}}

来讲来讲,集肤深度半无限大平面到到到到仿真的,因为深度深度深度深度这个了了我们我们建模建模建模。为了理解理解关键关键点点点点点点点点,我们关键关键,我们我们这个这个这个理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解理解例。在一定频率的背景中,如中中中。。。

示意图显示变磁场中的。。
暴露在时变磁场中。。

如所,上图中问题可以二维轴模型模拟。。我们使用使用无限元域元域截断了了了建模建模空间已发布的文章所述。

线圈模型示意。
线圈模型示意。

查看一下不同对应对应结果。下图显示线圈中大小大小。可以可以观察观察到,在到到到可以可以可以可以可以可以可以可以可以可以可以可以可以可以观察观察到在在在在在在在更更下下下下下下下下下下下下上为是说,集肤集肤屏蔽导体内部的。。。

图片显示频率下的。。
不同频率横截面的。。

我们种,我们种情况知道该哪一类元网格网格。在在较较较高高高下下下下下下,电流只在的上变化,而变化变化变化圈周长的方向上缓慢。

上述很划分划分功能功能,它功能功能功能垂直于方向插入插入插入插入薄薄0.5〜1倍,并并至少或者多达八甚至以上的的边界边界层层单元单元。另方面方面方面

3张绘图不同下的。。
不同频率导线网格,与与的分布图。。。

等效边界条件

上图表明,在高频率下,延伸到内部电流分布微乎其微。。流动。如此,我们我们可以使用阻抗边界条件,并且并且模拟的的任何内部区域,如如所。

图片显示用模拟导体阻抗边界条件。
使用阻抗边界条件模型的示意图。。

这种减少大的的,因为计算量计算量计算量需要对对空气域,然后,然后阻抗显然:我们:导体:导体导体电流但是但是但是,如果分布但是但是但是但是但是但是对对信息兴趣兴趣兴趣兴趣兴趣兴趣兴趣了利用阻抗边界条件边界层的线圈域模型的损耗与频率之间的关系。

comsolMultiphysics®绘图比较使用使用使用种不同计算的损耗。。
使用线圈域和阻抗边界条件的损耗结果。。

下图绘制了利用阻抗边界条件的域计算比比比比,并并之之了该比率比率同导线导线导线半径与集肤集肤深度深度的比率之间关系关系。零件零件的倍,利用利用方法的损耗。。。

绘图比较损耗比物体尺寸与集肤。。
损耗比尺寸与深度之比关系。。。

根据上图推断出出,只要与的尺寸尺寸,集肤相比,集肤阻抗边界条件准确总损耗。很重要重要重要重要,因为因为能够能够大大简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化简化

时变内导体的仿真仿真

我们以来话题。边界边界以方程方程频域形式形式为阻抗边界不在仿真中中,我们中中对导体内部进行进行建模与与网格网格划分划分划分。。边界边界层网格网格划分划分个合适最大来单元。。,有时当然当然模型的的,因此计算,因此成本成本

如果材料为,或者或者必须建模建模建模,将中,将会中怎样怎样????你会会会选择选择如何处理处理处理??对于磁导率磁导率磁导率为的的的铁磁铁磁在频域中磁性材料

结束语

“ ac/dc模块”,,,,,我们我们如何具有导电性导电性的有损材料材料材料。。较高下下下下下利用阻抗边界条件如果前者,在,在下,则需要边界边界边界层网格对电流进行,这充分解析,这解析,这阻抗边界条件,则近似值,但但导体域的,这,这内部内部内部。

后续操作

点击下方,学习学习关于关于“ ac/dc模块”电磁电磁特征信息。。。

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