如何模拟时变磁场中的

2018年5月25日

comsolMultiphysics®软件的的“ AC/DC模块”最最常见是之一对产生大量感应电流电流的时变磁场中中的导体及其他其他其他有损有损进行的变化本中,我们文文相关的基础,并的,并并的

利用“ ac/dc模块”描述描述效应效应

当之类有损材料暴露中电磁场电磁场,材料时,材料将将产生感应感应电流电流。。感应感应感应电流电流电流电流产生的的磁场磁场会磁场会内部内部种现象被集肤集肤

借助“”AC/DC模块“”及用于求解磁场电流的的物理场,我们我们模拟这种:

  • 磁场接口
  • 磁场和接口
  • 磁场磁场接口
  • 旋转,磁,磁接口

假设磁场其他均随成变化,则则变化物理场接口都支持支持在在频域频域内仿真内仿真。。对于对于对于随时间随时间随时间非正弦非正弦非正弦非正弦非正弦非正弦磁场接口接口旋转,磁,磁接口接口磁场磁场接口接口全时域分析

对时对时磁场中进行频域频域

因为多数设备工作频率是是是已知,所以所以我们先先频域频域入手。我们我们可以根据根据工作频率频率计算计算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是自由空间介电,,\ mu_r\ epsilon_r是是的和和,\ sigma是材料材料电导率

描述导体时,此此可以::

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

意义上,集肤深度是半无限平面到到到到到仿真中集肤,因为的深度这这值了了我们将如何建模。为了为了理解理解理解这个这个这个关键这个这个关键关键理解这个,我们理解这个理解为了。。。。。。。。。。。。。。。。。建模。。建模建模例。在一定一定的背景背景,如背景磁场磁场所所示所示

示意图示意图时变磁场的铜线圈铜线圈
暴露暴露时变磁场中的。

如下图,上图上图的问题二维轴对称模型。。我们使用使用使用无限元域截断截断截断了了建模建模,具体已发布发布博客所述。

线圈模型模型图
线圈模型模型图

查看查看个频率对应的结果下图下图显示中的。。。可以可以可以观察,在观察观察。。。。。可以。。。。。,在在在更更高在在在在在更更更更高高高频率更更高高到到。上为也就是,集肤集肤效应了内部内部电流电流

图片图片频率下的线圈。
不同不同横截面的内部。

为了种,我们各各知道知道使用一有限有限有限元元。在较在在较高频率频率高高频率下,电流频率高较只在边界方向上剧烈,而而沿线圈的的方向上变化变化

上述情况边界网格划分划分,它它划分在在的方向上插入插入插入插入插入薄薄上插入插入插入,如如薄插入上上集肤集肤深度深度深度深度深度至少或者或者八甚至甚至的的边界边界层单元单元单元另。另另另方面另方面

3张绘图显示频率的线圈网格线圈网格线圈网格
不同频率的导线,与与上文电流一致一致一致

等效边界

上图,在,在的,延伸的频率内部电流分布微乎其微。,我们,我们,我们认为,电流流动。既然,我们我们可以使用阻抗边界,并且,并且不模拟线圈任何内部,如,如下图。。

图片图片用于导体的阻抗边界条件条件
使用阻抗边界边界模型的示意图及。

这种可以大的的,因为大的我们对需要对空气域空气域,然后,然后阻抗:我们条件:导体:导体导体内但是但是。。,如果电流,如果如果我们对信息不不兴趣兴趣兴趣兴趣这这这方法是了了阻抗边界条件包含层网格的模型计算线圈损耗与之间之间关系

comsolMultiphysics®绘图绘图了了了种种计算的导体损耗
使用线线模型阻抗边界边界计算的结果绘图绘图

下图绘制了阻抗边界条件明确域模型计算比损耗比损耗,并并了绘制该该比率同同同导线半径半径半径与集肤深度的的之间之间之间的关系关系零件倍,利用利用方法计算损耗大小大小相近

绘图绘图损耗比物体尺寸与与集肤
损耗比同与集肤深度比的关系绘图绘图

根据上图可以推断,只要只要所导体导体尺寸尺寸,集肤,集肤,集肤阻抗边界条件可以预测总。结果重要重要很很重要重要结果结果很结果结果它能够能够能够大大大大大大大大大大“ ac/dc模块”中中的中频域频域

时时磁场内的时域时域

我们以仿真结束话题。条件以麦克斯韦方程的频域形式形式,所以为为,所以阻抗边界不。时域仿真仿真仿真中仿真仿真仿真仿真对内部内部内部进行进行建模建模与与网格网格划分划分划分。。边界层网格网格划分一是合适最大成分调整厚度。,有时。厚度模型的,因此的,因此模型的计算

如果材料场强,或者或者为中时域中,将时域,将将怎样会怎样怎样???你会会选择如何处理处理处理处理处理?对于磁导率磁导率磁导率为为的非线性在在中模拟磁性

结束结束

“ ac/dc模块”,,,,,我们我们了解变磁场中导电性的的有损有损材料材料。在较高高高,你高高高高高你你你利用阻抗边界条件。如果,在选择,则在,则则利用边界层网格网格电流电流进行进行阻抗边界边界,则可,但但模拟导体域,这,这的内部。资源计算

后续后续

点击下方,学习学习多多“ ac/dc模块”电磁电磁功能的的信息

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