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Software : COMSOL AC/DC Module 5.2a
COMSOL AC/DC Module 5.2a
Módulo de COMSOL Multiphysics para el modelado de dispositivos y maquinaria eléctrica (requiere COMSOL Multiphysics)
CalificaciónSin calificación
Precio
Con IVA:
Dudas sobre el producto
Fabricante: COMSOL Inc.
Descripción
{tab DESCRIPCIÓN|alias=descripcion|blue}
El módulo AC/DC Module se ha creado a partir de la escisión y mejora de las formulaciones estática y cuasi-estática del módulo de
electromagnetismo precedente: Electromagnetics Module.
A bajas frecuencias, e incluso en CC, muchos efectos multifísicos tienen su influencia dentro de los dispositivos eléctricos y magnéticos
industriales. El AC/DC Module de COMSOL Multiphysics acelera el diseño y prototipaje de dispositivos como motores, imanes,
transformadores, líneas de potencia y sistemas de conversión de energía. Los usuarios puede seleccionar materiales más adecuados y ayudar
a que un dispositivo o componente alcance un valor óptimo para un parámetro de circuito deseado con un mínimo coste, tiempo, tamaño y
rendimiento de pico. Los ingenieros puede configurar mejores sistemas de refrigeración y disposición de componentes, realizar análisis de
fallos y cualquier otro tipo de exploración de aspectos multifísicos como pérdidas eléctricas y de calor que hacen que estos modelos se ajusten
muchísimo más al mundo real.
En más detalle, el módulo AC/DC trata problemas electromagnéticos estáticos y cuasi-estáticos generales para geometrías 2D, 2D con simetría
axial y 3D completas. Soporta análisis armónicos en el tiempo, transitorios y estáticos. Los usuarios pueden realizar virtualmente cualquier tipo
de simulación. Por ejemplo, permite acoplamientos a muchas otras físicas distintas al electromagnetismo incluyendo acústica o mecánica de
estructuras, como analizar maquinaria rotatoria o determinar la respuesta frecuencial de un altavoz. Lo siguiente es que es extremadamente
flexible al permitir al usuario acoplar cualquier física arbitraria así como definir propiedades de materiales de una manera adecuada única. De
hecho, el módulo viene con dos tipos de acoplamiento multifísico preparados para maquinaria rotatoria y calentamiento inductivo. En cada
caso, los usuarios configuran el modelo con unos pocos clics del ratón.
{tab CARACTERÍSTICAS|alias=caracteristicas|blue}
Entre las características del módulo destacan su soporte para mallas deslizantes y cálculos de rotación, que son de gran utilidad para
maquinaria rotatoria. Con los elementos infinitos el software permite a los ingenieros definir un campo en el infinito incluso cuando se trunca el
dominio de un modelo para permitir la simulación de dispositivos grandes. El uso de elementos vector de orden elevado mejora la precisión de
la solución mediante ajustes del resolvedor más eficientes. Finalmente, el producto aprovecha las características avanzadas de los últimos
resolvedores en COMSOL Multiphysics para reducir los requerimientos de memoria en aproximadamente un orden de magnitud en algunos
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tipos de problemas.
{tab SECTORES|blue}
Las funcionalidades de este módulo lo hacen especialmente atractivo para una amplia variedad de áreas de aplicación que incluyen el
desarrollo y análisis de modelos para
sensores, transductores y actuadores
motores y generadores
simulación de placas de circuito impreso
transformadores
imanes
calentamiento inductivo
diseño y caracterización de componentes eléctricos pasivos
blindaje para protección, compatibilidad y cumplimiento electromagnéticos
distribución de potencia de alto voltaje
evaluación de aislamiento
modelado de campo cercano como para los sistemas RFID
sistemas de imagen eléctrica como tomografía de impedancia eléctrica
Una área de aplicación importante para este software es la caracterización y parametrización de dispositivos para simuladores de circuitos
eléctricos como SPICE. El módulo extrae automáticamente los valores de parámetros de peso, como el valor de una resistencia fija. Sin
embargo, el software puede ir mucho más allá de lo que un usuario podría imaginar. En el caso de un resistor, realiza un barrido de
temperatura y utiliza esos datos para extraer un modelo SPICE que hace que la operación del circuito sea dependiente de la temperatura. Por
otro lado, cuando se han especificado completamente los modelos SPICE para los componentes de un sistema grande, el usuario puede
importar el correspoindiente "netlist" SPICE en el modelo de COMSOL para simular el sistema completo. De esta manera algunos
componentes de circuito ideal tal y como son determinados por SPICE interactúan con un modelo multifísico completamente desarrollado de un
elemento de circuito decisivo, que por ejemplo dé cuenta de cambios operacionales debidos al calentamiento o a efectos estructurales.
{tab VERSIONES|blue}
{tab-ex 5.2a|grey}
NOVEDADES
Para los usuarios de AC/DC Module, COMSOL Multiphysics® versión 5.2a trae un modelo de material Jiles-Atherton para el modelado realista
de dispositivos como núcleos de transformadores y motores eléctricos, una condición de contorno actualizada de Apantallamiento Magnéico
para soportar materiales no lineales con efectos de saturación magnética, y funcionalidades de Bobinas mejoradas, por nombrar unas pocas
mejoras. A continuación presentamos más detalles de la actualización.
Modelo de material Jiles-Atherton con histéresis
El modelo de material de Jiles-Atherton para histéresis captura importantes propiedades de materiales ferromagnéticos para el modelado
realista de dispositivos como núcleos de transformadores y motores eléctricos. Esta característica está disponible en la interfaz física de
Campos Magnéticos (potencial vector magnético), la interfaz Campos Magnéticos, Sin corrientes (potencial magnético escalar), y la interfaz de
Maquinaria Rotatoria, Magnético. También soporta el modelado de histéresis (vector) completamente anisótropa.
Apantallamiento magnético con efectos de saturación
La condición de contorno de Apantallamiento Magnético se ha mejorado al añadir soporte para el modelado de la saturación magnética
utilizando una curva BH no lineal. Está disponible en la interfaz física de Campos Magnéticos (potencial vector magnético), la interfaz de
Campos magnéticos, sin corrientes (potencial magnético escalar), y la interfaz de Campos magnéticos y eléctricos (potencial vector magnético
y potencial eléctrico escalar). El efecto es importante cuando se diseñan pantallas delgadas con alta permeabilidad para electrónica sensible,
como tubos fotomultiplicadores, por ejemplo. Estos tipos de apantallamientos saturan fácilmente y por encima del límite de saturación, la
eficiencia del apantallamiento cae sustancialmente.
La imagen muestra una pantalla esférica de supermalloy de acero niquelado de 0.5 m de radio y 0.5 mm de grosor que se somete a una
densidad de flujo magnético vertical uniforme de 0.95 mT. Los gráficos del corte y flechas muestran las distribucione de densidad de flujo
magnético. El gráfico de superficie den la mitad derecha de la esfera (eliminada y desplazada para su visualización) muestra la densidad de
flujo magnético dentro de la capa de supermalloy de acero niquelado. El gráfico de superficie en la mitad izquierda de la esfera (eliminada y
desplazada para su visualización) muestra la permeabilidad relativa diferencial en la capa indicando el nivel de saturación, que va desde 100%
saturado (unidad) cerca de la parte media horizontal a insaturado (valores altos) en las partes superior e inferior.
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Los modelos de condición de contorno de apantallamiento magnético modelan las capacidades de apantallamiento de una esfera de
supermalloy de acero niquelado.
Funcionalidades de bobinas mejoradas, actualizadas y combinadas
Las funcionalidades de Bobina de una vuelta y Bobina multivuelta en las interfaces físicas de Campos magnéticos y de Campos Magnéticos y
Eléctricos se han combinado en una funcionalidad única de Bobina. Esta combinación proporciona un flujo de trabajo optimizado y una mejor
flexibilidad:
El paso de preprocesado de Análisis de geometría de la bobina ahora puede manejar bobinas 3D de un único conductor SingleConductor (previamente "Single-Turn"), lo que permite el modelado de conductores con formas arbitrarias como fuentes de excitación
para las interfaces magnéticas, con mejores propiedades de convergencia que las bobinas de una única vuelta.
La funcionalidad de Análisis de geometría de la bobina ahora soporta bobinas de contorno además de bobinas de dominio.
Las bobinas de un único conductor con excitación de tensión ahora pueden resolverse en estudios dependientes del tiempo (en la
interfaz física de Campos magnéticos).
Las bobinas de un único conductor ahora aplican su excitación como un campo eléctrico externo, dando campos eléctricos físicamente
significativos en toda la geometría.
Se modela una bobina fina DC multivuelta corrugada con una sección cruzada no uniforme, utilizando la nueva funcionalidad de Bobina
aplicada a un contorno. El gráfico muestra la densidad de corriente de superficie y la dirección en el contorno de la bobina, así como la
densidad de flujo magnético tanto en la mitad horizontal (sección 2D desplazada) como flechas en la mitad vertical.
Terminal de dominio
Ahora puede utilizarse la funcionalidad de Terminal en las interfaces físicas de Corriente eléctricas y Electrostática en el nivel de dominio. Esto
es apropiado para electrodos geométricamente complejos que involucrarían la selección de un gran número de contornos al utilizar un terminal
en el nivel del contorno. No se resuelven las incognitas para el potencial eléctrico dentro de la selección de dominio del terminal pero, en su
lugar se reemplaza por una variable. Esto es de utilidad al modelar electrodos con un grosor finito que es respetado por la geometría.
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el modelo de capacitancia sintonizable en la librería de aplicaciones de AC/DC se ha actualizado para utilizar el nuevo terminal de dominio,
reduciendo la selección de más de 50 contornos a un único dominio.
Salida de matriz de capacitancia mutua (SPICE)
Dos nuevas opciones en la lista de Transformación en la funcionalidad de Evaluación de matriz
global posibilita la conversión de una matriz de capacitancia de Maxwell a una matriz de
capacitancia mutua (también conocida como matriz de capacitancia SPICE) y viceversa. La matriz
de capacitancia de Maxwell se obtiene típicamente como la salida directa de una simulación de
campo electrostático, donde la matriz de capacitancia mutua o SPICE se ajusta mejor para el uso enLas nuevas opciones para convertir entre
una simulación de circuito. Esta funcionalidad está disponible después de realizar un barrido de
los dos formatos comunes utilizados para
terminal para simulaciones electrostáticas. Las nuevas opciones se añaden a la lista de las
matrices de capacitancia.
transformaciones disponibles previamente incluyendo conversiones entre admitancia (Y),
impedancia (Z) y matrices de parámetros S (S).
Modelo tutorial actualizado: modelado de histéresis vector
Este modelo de referencia comparativa reproduce el Problema 32 del Método de Análisis Electromagnético de Verificación (Testing
Electromagnetic Analysis Method o TEAM), que evalúa métodos numéricos para la simulación de histéresis magnética anisótropa. Un núcleo
de hierro histerético laminado de tres ramas se somete a un campo magnético variable con el tiempo generado por dos bobinas. El modelo de
material Jiles-Atherton (ahora disponible en la interfaz de Campos Magnéticos) se utiliza para simular la respuesta del material, reproduciendo
los datos experimentales y numéricos publicados.
las bobinas se excitan con fuentes de tensión AC desfasadas 90 grados entre ellas, creando un campo magnético que rota en algunas
regiones del núcleo. El campo magnético aplicado está orientado principalmente en el plano xy, mientras que el material es anisótropo y por
tanto reacciona de forma diferente a campos aplicados a lo largo de las direcciones x o y.
Un modelo de histéresis vector es necesario para simular con precisión el campo dependiente del tiempo, y el comportamiento histerético se
muestra graficando la densidad de flujo magnético como función del campo magnético durante un ciclo AC (correspondiente a un lazo de
histéresis). Se utiliza un resolvedor directo (PARDISO) en lugar del resolvedor iterativo por defecto donde se aplica la funcionalidad Gauge
Fixing para un A-Field.
Modelo de histéresis vector mostrando (sentido del relo desde arriba a la izquierda) gráficos de la densidad de flujo magnético, la curva de
histéresis, polución harmónica de la tensión inducida, y flujo magnético By vs Bx.
{tab-ex 5.2|grey}
NOVEDADES
Relaciones constitutivas magnéticas no lineales efectivas para estudios en el dominio de la frecuencia
COMSOL Multiphysics 5.2 incluye soporte para relaciones constitutivas magnéticas efectivas en la forma de curvas de HB o BH efectivas. Esta
funcionalidad puede utilizarse para modelar materiales magnéticos no lineales, como los metales saturables es un estudio de dominio de la
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frecuencia, aproximándolos con un material lineal no homogéneo efectivo. Se puede utilizar la formulación para calcular la respuesta (armónico
de primer orden) aproximada de una material no lineal sujeto a excitación armónica temporal, evitando el coste computacional de un análisis
transitorio completo.
Comparación de la solución obtenida con un estudio dependiente del tiempo (azul), la solución obtenida con un estudio en el dominio de la
frecuencia utilizando un material linealizado (verde), y la nueva aproximación de material efectivo (rojo).
Nueva app: Calculadora de curvas magnéticas no lineales efectivas
La aplicación de calculadora de curvas magnéticas no lineales efectivas acompaña a la nueva
funcionalidad de relaciones constitutiva no lineales efectivas. Las interfaces basada en magnetismo
en el módulo AC/DC Module soportan el modelo de material con Curva HB/BH Efectiva que puede
utilizarse para aproximar el comportamiento de un material magnético no lineal en una simulación
en el dominio de la frecuencia sin el coste computacional adicional de una simulación transitoria
completa.
Interfaz de usuario de la app calculadora
de curvas magnéticas no lineales
efectivas, mostrando los datos de
El modelo de material con Curva HB/BH Efectiva requiere las relaciones Heff(B) o Beff(H) como
interpolación y gráficos para la curva BH y
funciones de interpolación. Esta aplicación puede utilizarse para calcular los datos de interpolación alas curvas efectivas calculadas.
partir de las relaciones H(B) o B(H) de los materiales.
Los datos de interpolación para las relaciones H(B) o B(H) pueden importarse desde un archivo de
texto o entrarse en una tabla. La app entonces calculará los datos de interpolació para las
relaciones Heff(B) o Beff(H) utilizando dos métodos de energía diferentes. Las propiedades del
material efectivo resultantes pueden ser exportadas como un archivo de librería de materiales de
COMSOL y utilizarse después en un modelo con la interfaz Magnetic Fields del software COMSOL
Multiphysics.
Materiales magnéticos no lineales externos
la interfaz física Magnetic Fields en el módulo AC/DC, y las interfaces 2D correspondientes en el núcleo del programa COMSOL Multiphysics,
ahora puede utilzar modelos de materiales externos implementados como librerías dinámicas definidas por el usuario. Esto incrementa la
flexibilidad y las capacidades de modelado de las interfaces físicas. Esta funcionalidad está construida dentro de la característica External
Material y permite al usuario definir modelos de materiales avanzados personalizados, como modelos de histéresis, modelos dependientes del
estado o incluso modelos que utilicen un esquema de discretización diferente.
Nueva App: Simulador de pantalla táctil
Con la intención de ser una herramienta para una prueba de concepto temprana en el desarrollo de dispositivos de pantallas táctiles, la app
Touchscreen Simulator evalúa una matriz de capacitancia simulada así como la norma del campo eléctrico.
La app calcula la matriz de capacitancia de una pantalla táctil en presencia de un dedo humano "fantasma", donde la posición y orientación del
dedo es controlada a través de parámetros de entrada. Esto incluye el tamaño del array de celdas unitarias de electrodo, la localización del
dedo, el ángulo y nivel de toque, el grosor del sustrato y superestrato y sus propiedades de material.
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La interfaz de usuario de la app Touchscreen Simulator, con un modelo de pantalla táctil con array de 10x10 electrodos y un gráfico del campo
eléctrico escalado en dB.
Nueva app: Prospección magnética
La prospección magnética es un método de exploración geológica que es aplicable a ciertos tipos
de yacimientos de material de hierro, en particular los que están formados por magnetita y hematita.
Este método consiste en medir las anomalías magnéticas (cambios en el campo magnético de la
tierra) debidos a la presencia de materiales magnéticos.
La app Magnetic Prospecting simula el efecto de un depósito de mineral magnético en el campo
magnético de la tierra y predice la anomalía medida en puntos de medidas especiicados sobre la
superficie. Se pueden importar archivos de imágenes de mapas de elevación o modelos de
elevación digitales (DEM) para definir la orografía de la región así como datos del campo
geomagnético para la localización especificada.
La interfaz de usuario de la app Magnetic
Prospecting proporciona entradas para
especificar el campo geomagnético y las
propiedades magnéticas de los minerales.
Los cálculos generan un gráfico del campo magnético en la superficie de la tierra así como datos
numéricos de la anomalía esperada en localizaciones de medida especificadas en la región.
Nueva app: Calentamiento por inducción en un taco de acero
El calentamiento por inducción es un método utilizado para calentar metales para forja y otras
aplicaciones. En comparación con otros métodos de calentamiento más tradicionales, como los
hornos de gas o eléctricos, el calentamiento por inducción proporciona la potencia calorífica
directamente a la pieza de un modo mucho más controlado que permite un tiempo de procesado
más rápido.
La aplicación de calentamiento por inducción de un taco de acero puede utilizarse para diseñar un
sistema sencillo de calentamiento por inducción para un taco de acero, consistente en una o más
bobinas electromagnéticas a través de las que se mueve el taco a una velocidad constante. Las
bobinas se alimentan con corrientes alternas y producen corrientes inducidas en el taco metálico,
generando calor debido al calentamiento Joule. La sección cruzada del taco; el número de vueltas
de la bobina, la posición y el tamaño, así como la temperatura inicial y ambiental y las corrientes de
bobina individuales también se pueden especificar como entradas en la app.
La aplicación de calentamiento por
inducción de un taco de acero calcula el
rango de temperatura en el taco y los
balances de potencia, y muestra gráficos
de la densidad de corriente eléctrica y de
temperatura como resultados.
Después de calcular la solución, la app grafica la temperatura del taco y la densidad de corriente durante el procesado. Además calcula datos
numéricos de los rangos de temperatura esperados en el taco y el balance de potencias del sistema.
Cartas de Smith: La forma convencional de presentar las propiedades de adaptación
Un nuevo grupo de gráfico de Carta de Smith permite dibujar las impedancia, admitancia y datos de reflexión en una carta de Smith. Las cartas
de Smith son útiles para relacionar los parámetros S de valores complejos (coeficientes de reflexión) con la impedancia de entrada, admitancia
de antenas, líneas de transmisión, u otros componentes de redes. Para realizar estudios donde un gráfico de parámetros S es generado por
defecto, la carta de Smith se genera automáticamente.
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Carta de Smith de un filtro pasobanda CPW donde la escala de color indica la frecuencia de la simulación, y muestra que el filtro está adaptado
para 50 Ohm alrededor de 7.65 GHz.
{tab-ex 5.1|grey}
NOVEDADES
Nueva App: Calculadora de línea de transmisión
Los parámetros de la línea de transmisión R, L, G y C pueden utilizarse para caracterizar cualquier estructura de
guía de ondas TEM y cuasi-TEM. Esta app calcula R, L, G y C, así como la impedancia característica y la
constante de propagación para líneas de transmisión coaxial, línea bifilar, microstrip y guía coplanar.
Una app de línea de
transmisión que calcula R,
L, G, y C así como la
impedancia característica y
la constante de propagación
para líneas de transmisión
coaxial, línea bifilar,
microstrip y guía coplanar.>
Mejoras en las bobinas multivuelta
Nuevo análisis de geometría de bobinas
La funcionalidad de cálculo de corriente en bobinas disponible en las versiones previas de COMSOL Multiphysics
ha sido reemplazada por la nueva funcionalidad Coil Geometry Analysis. La interfaz de usuario para esta nueva
funcionalidad es casi idéntica a la anterior, así que a los usuarios familiarizados con la versión previa les será
familiar su uso. La nueva funcionalidad tiene una serie de ventajas significativas:
Capacidad de manejar bobinas con sección cruzada no constante y formas complejas.
Se puede buscar solución para toda las bobinas en un único paso de estudio.
El método de solución es robusto: una solución convergente indica que se ha calculado la dirección de
arrollamiento apropiada.
Las condiciones de contorno se han simplificado y requieren menos entradas del usuario.
La nueva funcionalidad Coil
Geometry Analysis puede
calcular el camino de los
hilos en bobinas complejas
con sección cruzada no
constante.
Cálculo preciso de tensiones
Ahora los estudios en el dominio de la frecuencia de las bobinas multivueltas 3D son más precisos. Existe una
"etapa de filtrado" automática en el cálculo de la densidad de corriente de la bobina que mejora significativamente
la precisión del campo eléctrico calculado. Consecuentemente, también mejora la precisión de la tensión calculada
de la bobina y otras variables derivadas, como la potencia, inductancia, etc. La etapa de filtrado de corriente se
resuelve junto con el problema magnético principal en el mismo paso del estudio; no requiere una interacción del
usuario. La funcionalidad elimina la necesidad de sintonizar la conductividad del dominio de la bobina en los
Visualización de la norma
estudios en el dominio de la frecuencia para obtener soluciones precisas. Está activo por defecto.
del campo eléctrico sin la
etapa de filtrado de corriente
introducida por la
funcionalidad de Accurate
Voltage Calculation.
Mejoras en la usabilidad de la bobina
Se han realizado varias mejoras menores en la usabilidad de las bobinas:
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Reorganización de la interfaz de usuario para acelerar el flujo de trabajo y la configuración del modelo.
Fácil configuración de las bobinas en modelos con cortes de simetría.
Se pueden utilizar bobinas circulares como partes de modelos con simetría de sector.
Las bobinas multivuelta
ahora permiten especificar
factores de corrección de
simetría, simplificando la
configuración de modelos
que contengan una parte de
la bobina.
Mejoras en Gauge Fixing
La funcionalidad Gauge Fixing ha sido mejorada. Requiere menos entradas del usuario y ha mejorado su
rendimiento para modelos complejos. Gauge Fixing es una técnica utilizada para determinar la solución única para
problemas de campos magnéticos. La funcionalidad trabajará automáticamente con modelos antiperiódicos,
modelos con múltiples regiones potencial no conectadas (problemas de maquinaria rotatoria) y modelos con una Nueva estrategia de
formulación A-V mezclada y A.
restricción y ajustes
avanzados para la
funcionalidad Gauge Fixing.
Exportación SPICE y nuevas funcionalidades para circuitos eléctricos
La funcionalidad de exportación SPICE (SPICE Export) ahora está disponible para la interfaz física Electrical
Circuit. Haga clic con el botón derecho en una física Electrical Circuit y seleccionando "SPICE Export...". El
software COMSOL guardará un archivo de texto en el formato SPICE representando el circuito modelado
actualmente por la física.
Se han añadido nuevos dispositivos y modelos a la interfaz física de circuitos eléctricos:
Transistor de unión bipolar PNP
MOSFET canal-p
Inductancia mutua (acopla dos inductores)
Transformador
Crea un archivo de lista de
nodos -netlist- que
representa los circuitos
eléctricos creados en
COMSOL Multiphysics.
Nuevo tutorial: Modelado de una bobina de inductor en espiral
Las bobinas con inductores en espiral son útiles porque pueden integrarse fácilmente se electrodepositan otros
circuitos impresos y proporcionan valores de inductancia robustos. Los requisitos de recursos computacionales
para simular estos inductores en espiral pueden ser bastante grandes a medida que el número de vueltas crece.
Este ejemplo demuestra cómo explotar la estructura casi simétrica para reducir en gran medida el tamaño del
modelo. Una espiral octogonal de ocho vueltas se modela utilizando la condición de contorno de Single Turn Coil, La densidad de flujo
magnético sobre la
con condiciones de contorno de potencial flotante para reforzar la continuidad de la corriente entre las vueltas
disjuntas de la bobina. La aproximación utilizada en este ejemplo es válida cuando la frecuencia de operación está distribución del módulo de la
densidad de corriente
suficientemente por debajo de la resonancia del inductor de forma que el acoplamiento capacitivo entre vueltas
superficial de la bobina.
sea despreciable.
{tab-ex 5.0|grey}
Copiar mallas para condiciones periódicas
La sugerencia de malla automática controlada por la física automatiza el mallado para condiciones periódicas.
Mallado automatizado para elementos infinitos
La nueva sugerencia de automallado automáticamente aplica un mallado de barrido (3D) o mapeado (2D) a los dominios con elementos
infinitos.
Nuevas opciones de modelado para corrientes eléctricas
Ahora se puede incluir modelos de materiales con pérdidas del dieléctrico y tangente de pérdidas en simulaciones de corrientes eléctricas, así
como excitación de un terminal de potencia.
Mallado automatizado para elementos infinitos: Este modelo simula un inductor de potencia utilizando la funcionalidad del mallado
automatizado para elementos infintos.
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{tab-ex 4.4|grey}
Base de datos de materiales magnéticos no lineales
Se ha incluido en el módulo AC/DC una base de datos de materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos. La base de datos contiene curvas BH
y HB que permiten utilizar las propiedades del material en las formulaciones de los campos magnéticos. Los datos de las curvas has sido
densamente muestreados y procesados para eliminar los efectos de histéresis. Fuera del rango de datos experimentales, se utiliza una
extrapolación lineal para obtener una estabilidad numérica máxima.
Ejemplo de datos de la curva BH
Nuevas y potentes interfaces de usuario para calentamiento por inducción
El flujo de trabajo para configurar simulaciones con calentamiento por inducción se ha mejorado significativamente con la introducción de un
nodo Multifísico dedicado en el constructor del modelo (Model Builder). Las nuevas interfaces de usuario son apropiadas cuando cada física
constitutiva puede ser modelada por separado. Como que las escalas de tiempo eléctrico de un proceso inductivo típico son del orden de miles
de ciclos por segundo, mientras que los campos de temperatura varían en el orden de segundos, es apropiado modelar el problema eléctrico
en el dominio de la frecuencia, y el problema térmico en el dominio del tiempo o dominio estacionario.
La nueva interfaz de calentamiento inductivo proporciona interfaces para calcular las corrientes y pérdidas inducidas mediante la interfaz de
Campos Magnéticos, el incremento de temperatura por medio de la interfaz de Transferencia de Calor, así como un nodo Multifísico, que
mantiene el seguimiento de los acoplamientos entre físicas. Los problemas de campos magnéticos y de transferencia de calor también pueden
resolverse por separado.
{tab-ex 4.3b|grey}
Bobinas contorno
Las bobinas con secciones cruzadas muy delgadas ahora pueden modelarse como contornos. Esto evita la necesidad de mallar el grosor de
las bobinas delgadas que resulta en un mallado y uso de memoria excesivos. Se dispone de modelos de bobinas de una vuelta y multivuelta
tanto para 2D como para 3D. La funcionalidad de bobina de una vuelta incluye el efecto pelicular lateral y es una aplicación a medida de la
previamente disponible en Electric Currents, de la interfaz de usuario Shell.
Campo magnético calculado con la nueva funcionalidad de bobina
contorno..
Nuevo resolvedor magnético
La nueva tecnología de resolvedores en el módulo AC/DC acelera las simulaciones magnéticas. Un nuevo precondicionador llamado Auxiliary
Space Maxwell Solver o AMS, ahora está disponible como una opción de resolvedor iterativo. AMS es aplicable a simulaciones magnéticas
estacionarias o dependientes del tiempo donde se utilizan elementos finitos vector. Se utiliza junto con el resolvedor Geometric Multigrid Solver
o GMG, con AMS como un resolvedor a nivel grueso en la jerarquía multigrid; esta es también la nueva configuración por defecto. La mejora de
velocidad es de alrededor del 20% para modelos pequeños pero la nueva combinación GMG+AMS escala beneficiosamente comparada con
los resolvedores anteriores en modelos grandes con millones de grados de libertad.
Nuevas condiciones de contorno para capas de óxido, blindajes conductores magnéticos y roturas en componentes metálicos
Las interfaces de campos magnéticos y eléctricos permiten varias nuevas combinaciones de condiciones de contorno magnéticas y eléctricas:
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blindaje magnético con blindaje eléctrico, aislamiento eléctrico e impedancia de contacto, así como continuidad magnética con aislamiento
eléctrico e impedancia de contacto. Esto posibilita el modelado de capas de óxido, blindaje magnéticos electricamente conductivos y roturas en
estructuras metálicas.
Bobinas: Actualizaciones a las funcionalidades de grupo de bobinas y nuevo grupo de bobina RLC
El grupo de bobinas (Coil Group) ahora es un ajuste de la funcionalidad bobina de una vuelta y ya no está disponible como una funcionalidad
separada. De forma similar, el ajuste de grupo de bobina está disponible para bobinas multivuelta y las nuevas bobinas contorno. Una nueva
subfuncionalidad permite agrupar dominios en una única vuelta con conexiones en paralelo y serie de diferentes dominios.
Un nuevo grupo de bobina RLC puede utilizarse para aproximar una bobina 3D con un modelo de bobina 2D donde, debido al acoplamiento
capacitivo u otros fenómenos, exista flujo de corriente relativamente significativa en las dirección en el plano. La funcionalidad incluye, en el
balance de corriente, el flujo de corriente en el plano alimentada por la diferencia de potencial entre cada vuelta, p. ej. acoplamiento capacitivo.
Para facilitar el modelado de bobinas con muchas vueltas, el modelo geométrico se analiza automáticamente para crear una ordenación
numérica intuitiva del dominio.
{tab-ex 4.3a|grey}
Modelo Benchmark TEAM 7 e indicador de cable para bobinas multivuelta
El nuevo ejemplo de comparativa "Multi-Turn Coil Above an Asymmetric Conductor Plate" resuelve el problema 7 TEAM (Testing
Electrmagnetic Analysis Methods). El nombre de TEAM original de esta comparativa es "Asymmetrical Conductor with a Hole". El objetivo es
calcular las corrientes de Foucault y los campos magnéticos producidos cuando un conductor de aluminio se posiciona asimétricamente sobre
una bobina multivuelta llevando una corriente alterna. Los resultados de la simulación en posiciones específicas del espacio concuerdan con
los datos medidos obtenidos de referencias en la literatura.
Para la funcionalidad "Multi-Turn Coil Domain", ahora se dispone de un nuevo conjunto de opciones de indicadores de cable: indicador de
cable estándar, indicador de cable americano, desde diámetro de cable redondo y definido por el usuario.
Nuevo tutorial y modelos comparativos
Tres nuevos modelos tutoriales ilustran las corrientes inducidas en una esfera de hierro a diferentes frecuencias: 60 Hz, 20 kHz, y 13 MHz.
Dependiendo de la frecuencia, se aplican diferentes aproximaciones de modelado. Para el caso de 13 MHz, por ejemplo, la profundidad
pelicular es suficientemente fina por lo que únicamente es necesario considerar la superficie de la esfera de hierro.
En un nuevo tutorial, una esfera de permeabilidad relativa mayor que la unidad se expone a un campo magnético de fondo, estático,
espacialmente uniforme. La potencia del campo dentro de la esfera es calculada y se compara con una solución analítica.
{tab-ex 4.3|grey}
Excitación automática de bobinas en 3D
La excitación automática de bobinas ahora está disponible para bobinas 3D de forma arbitraria incluyendo toroides, helicoides y silla de montar.
Las opciones disponibles son bobina de una única vuelta y bobinas multivuelta. Las versiones previas tenían esta funcionalidad para modelos
de bobinas 2D y 2D con simetría axial.
Cálculo de parámetros S para terminales y conversión Z/Y/S
Los terminales ahora soportan una condición de impedancia de terminación, además de las condiciones existentes de corriente, tensión y
circuito. Los terminales automáticamente definirán una variable matriz de parámetros S que puede ser evaluada utilizando una nueva
herramienta Global Matrix Evaluation o exportada con Touchstone Export.
Las matrices de parámetros agrupados ahora pueden ser convertidos automáticamente, por ejemplo, de admitancia, Y, a impedancia, Z.
Especificando una impedancia característica, también es posible calcular la matriz de parámetros S directamente de Z e Y, o viceversa. Para
un barrido de terminales y un barrido de frecuencia en el mismo estudio, se crean automáticamente gráficos de los parámetros agrupados o
parámetros S en función de la frecuencia.
Modelo de mezcla en medios porosos
El modelo de mezcla para medios porosos y la ley de Archie, previamente disponible únicamente para la interfaz de corrientes eléctricas, ahora
están disponibles para todas las interfaces de usuario del módulo AC/DC. Para medios porosos, un subnodo dedicado puede ser utilizado para
calcular un valor medio de la conductividad eléctrica, la permitividad relativa y la permeabilidad relativa de las mezclas de hasta cinco
materiales. Además, un subnodo dedicado está disponible para calcular la conductividad en medios porosos no conductivos saturados
utilizando la ley de Archie.
Motores eléctricos y generadores en 3D
Los motores y generadores sin escobillas, la maquinaria de flujo radial axial, así como los motores eléctricos de contínua con escobillas pueden
ahora modelarse en 3D gracias a una nueva interfaz de usuario de maquinaria rotatoria. Una formulación dedicada del potencial
electromagnético mezclado permite este tipo de análisis.
Una herramientas potentes de postprocesado general permiten el rápido acceso a cualquier resultado de interés para el diseño de máquinas
eléctricas incluyendo la rotación axial, corrientes de la bobina y gráficos de los campos.
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{tab-ex 4.2a|grey}
Capacitancia y matrices de parámetros concentrados
Una nueva herramienta de evaluación de matriz global calcula y muestra una matriz de parámetros concentrados completa en un único paso.
Las matrices resultantes son mostradas directamente en una tabla y también están disponibles para barridos paramétricos o frecuenciales.
Esta funcionalidad está disponible para todos los parámetros concentrados: capacitancia, inductancia, impedancia y admintancia.
Cálculo automático de la inductancia diferencial
El análisis de pequeña señal, que se introdujo en la versión 4.2, ahora está disponible con cálculos de inductancia diferencial automatizados.
Esta funcionalidad también está disponible para otros parámetros concentrados tales como la capacitancia e impedancia.
Trazado de partículas con el módulo AC/DC
El módulo AC/DC Module puede combinarse fácilmente con el nuevo módulo de trazado de partículas para el cálculo de trayectorias de
partículas cargadas en campos electromagnétics. Dos nuevos ejemplos están disponibles:
Lente magnética Este modelo utiliza la nueva interfaz de usuario de trazado de partículas cargadas para calcular las trayectorias de
electrones en un campo magnético que varía espacialmente. Este modelo requiere tanto el módulo de trazado de partículas como el
módulo AC/DC.
Espectrómetro de masas de cuadropolo Este modelo calcula las trayectorias de iones de varios pesos moleculares en un
cuadropolo. Existen tanto componentes de continua como de alterna del campo eléctrico. Este modelo requiere tnato el módulo de
trazado de partículas como el AC/DC Module.
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Análisis de pequeña señal: El análisis de pequeña señal ahora está disponible de forma general para todos los módulos, incluyendo el
módulo AC/DC.
Puertos agrupados para análisis AC/DC: La característica de contorno de puerto agrupado ahora está disponible en la interfaz de
Campos Magnéticos y en la interfaz de Campos Magnéticos y Eléctricos. Esta característica se utiliza para excitar de forma más fácil
las bobinas y otras estructuras conductoras. También dan acceso a los parámetros S.
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Esta versión del módulo AC/DC incluye varias nuevas funcionalidades. Entre las más importantes destacamos:
La interfaz física para Corrientes Eléctricas contiene la posibilidad de modelar corrientes eléctricas en medios porosos saturados para
fluidos y sólidos con diferentes conductividades y permitividades.
Ley de Archie para medios porosos
La formulación de las condiciones de contorno en la interfaz de campos Magnéticos y Eléctricos se ha actualizado para que su uso sea
más amigable
Las siguientes nuevas funcionalidades añadidas en COMSOL Multiphysics son de especial interés para los usuarios del AC/DC Module:
Transformación al dominio de la frecuencia utilizando FFT para cálculo de espectros de frecuencia a partir de simulaciones
dependientes en el tiempo.
Compatibilidad hacia atrás respecto a versión 3.5a
Cambio en variables dependientes
La versión 4 tiene un amplio conjunto de formulaciones inductivas basadas en el potencial vector magnético. Éstas cubren todas las
situaciones de modelado excepto en las situaciones con conductividad fuertemente no lineal (superconductores) para las que las formulaciones
del campo magnético basadas en H son más adecuadas.
Las formulaciones 2D basadas en el campo magnético H como variable dependiente en la versio´n 3.5a todavía no se han incluido en 4.1. En
el plan para futuras versiones se incluye un conjunto completo (3D, 2D y 2D axisimétrico) de formulaciones basadas en H.
Los modelos creados en la versión 3.5a que se construyeron utilizando una formulacion basada en H no incluirán ninguna interfaz de
configuración física cuando se abran en la versión 4.1. Los datos geométricos y las definiciones (constantes y expresiones) se importarán y la
física se puede añadir manualmente utilizando la interfaz física de Campos Magnéticos (basada en el potencial vector).
Condiciones de contorno par
Las condiciones de contornos de Resistencia de Contacto, Transición, y Conductor Magnético Perfecto no están todavía disponibles como
condiciones de contorno Par.
En la versión 4 se introduce un nuevo conjunto de condiciones de contorno discontínuas basadas en rendijas, que no requieren ensamblajes.
En la mayoría de modelos, esto puede reemplazar a la condición de contorno de ensamblaje par.
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Software : COMSOL AC/DC Module 5.2a
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La versión 3.5 incluye las siguientes mejoras:
Posibilidad de especificar niveles de tensión y corriente para puertos.
Importar diseños de PCB realizados con Cadence Allegro y Mentor Graphics Board Station y otros programas que soporten la versión
XML del formato ODB++ de Valor.
Importación de diseños de PCB desde cualquier paquete de software ECAD a través del uso del software NETEX-G de Artwork y
formatos de ficheros Gerber y drill genéricos.
Cálculo de fuerza a través del principio de trabajo virtual (predefinido en la interfaz de usuario)
Forma de campo reducido para modelos cuasiestáticos/estáticos, posibilitando la especificación de un campo de fondo conocido y la
resolución exclusiva para el campo reducido.
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La versión 3.4 de este módulo incluye las siguientes funcionalidades:
Soporte para relaciones constitutivas generalizadas: B(H) y H(B)
Soporte para simulaciones AC/DC mezcladas (análisis de pequeña señal)
Importación SPICE directamente desde la interfaz de usuario de COMSOL Multiphysics
Mejoras en las condiciones de contorno simétricas y periódicas
Medidor SOR filtrado para resolver problemas magnetostáticos sin ajuste explícito de medidor
Nuevos modelos:
Calentamiento Joule de un cable, abrazadera y polo adherido a un circuito de cables de alta corriente y una batería
El modelo de arriba, conectado a un circuito externo configurado por la nueva funcionalidad de importación SPICE
Corrientes inducidas y fuerzas de Lorentz resultantes en un freno magnético
Propulsión de un proyectil a través de un campo electromagnético utilizando la formulación de corrientes eléctricas y de
inducción
Análisis de un inductor y su núcleo con inductancia no lineal utilizando la nueva característica de análisis de pequeña señal
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En la versión 3.3 se añadieron las siguientes características:
Elementos infinitos
Cálculos rotatorios (en interfaz de usuario)
Importación SPICE actualizada
Potencial flotante mejorado y condiciones de contorno de puerto
Elementos vector de orden superior (desde 3.2a)
Acoplamientos multifísicos preparados
Maquinaria rotatoria
Calentamiento inductivo
Nuevos modelos
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