Simulace elektromagnetických polí v COMSOL Multiphysics

Počítačové simulace jsou mocným nástrojem pro snižování finanční a časové náročnosti prvovýroby. Správně nastavená simulace pomáhá nejen s urychlením vývoje, ale především by měla odpovídat na mnohé otázky z pohledu efektivity a bezpečnosti elektrických přístrojů. Klíčovým prvkem vývoje je vyhodnocení elektromagnetického rušení a elektromagnetické kompatibility, které může odhalit nedostatky v návrhu. Vámi zvolený software by tak měl být nástrojem pro porozumění, predikci a návrh elektrických a magnetických polí a pro řešení statických, transientních, nízkofrekvenčních i vysokofrekven­čních dějů.

Software COMSOL Multiphysics vám dává do rukou nástroj pro řešení problematiky elektrických proudů, polí, vlnění a trasování částic s jejich přesahem do dalších fyzikálních rozhraní. Dva základní moduly umožňují řešit simulace od stacionárních problémů po vysokofrekvenční přístroje. Každé fyzikální rozhraní je založeno na takové modifikaci Maxwellových rovnic, která zaručuje maximální věrnost simulace při minimální výpočetní náročnosti. Toto uspořádání dovoluje získávat spolehlivé výsledky v co nejkratších simulačních časech.

Modelování cívek

Model tokamaku

Model cívek a feritických částí tokamaku ITER

I u těch nejjednodušších elektrických součástek je stále co zlepšovat. Ať už se jedná o testování nových materiálů, nebo tvarovou optimalizaci. S vhodným simulačním nástrojem je možné provést tvarovou analýzu daného problému a získat tak ideální geometrii cívek třeba v systémech pro bezkontaktní nabíjení za účelem redukce ztrát. Každý si dokáže představit magnetické pole generované jednoduchou toroidní cívkou. Jak ale na sebe působí celý systém cívek, například v urychlovači částic nebo v tokamaku, a jak vypadá výsledné rozložení magnetického pole? COMSOL Multiphysics disponuje právě takovými funkcemi, které Vám umožní modelovat cívky snadno a intuitivně.

Velké domény a složité struktury

Model magnetické stopy ponorky

Model magnetické stopy ponorky na mořském dně

Řešit problémy se složitou geometrií či umístěné do otevřené domény bývá často velmi náročné, ne-li neřešitelné. Pro takové úlohy z oblasti elektrostatiky a magnetických polí využívá COMSOL Multiphysics tzv. metody hraničních prvků. S pomocí tohoto nástroje lze při velmi krátkých výpočetních časech vizualizovat rozložení polí a počítat síly působící na jednotlivé objekty.

Motory a rotační stroje

S nastupujícím rozvojem elektrických automobilů přichází ve zvýšené míře potřeba zdokonalovat jejich pohon, čili elektromotory. Výrobci se snaží nejen zvyšovat jejich spolehlivost, ale především dosahovat maximální efektivity při minimálních rozměrech a hmotnostech. Fyzikální rozhraní pro rotační stroje je rovněž součástí COMSOL Multiphysics. Snadno tak lze optimalizovat jak indukční motory, tak v automobilovém průmyslu často využívané motory s permanentním magnetem. Výsledkem jsou informace o ztrátách způsobených vířivými proudy, spočítáte je možné působící magnetické síly, krouticí momenty, indukované proudy a mechanické namáhání.

Multifyzikální simulace

Existuje jen minimum úloh, které jsou závislé pouze na jediném fyzikálním problému. V případě elektromagnetických polí se vývojáři nejčastěji potýkají s vlivy teplotními. U řady aplikací je cílem dosáhnout optimálního elektromagnetického ohřevu, jinde je snaha tepelné ztráty a jejich dopady minimalizovat. V obou případech je podstatné, aby bylo možné danou úlohu simulovat v jednotném prostředí bez nutnosti předávání výsledků mezi vícero programy. Zároveň by mělo být možné přidávat další fyzikální rozhraní například pro zhodnocení tepelné roztažnosti, či ověření vlivu ochlazování prostřednictvím nucené konvekce na celkovou efektivitu a spolehlivost systému. Všechny tyto vlivy lze simulovat v nástroji COMSOL Multiphysics společně s desítkami dalších fyzikálních jevů od pružnosti-pevnosti, proudění přes chemii a elektrochemii po akustiku a optiku.

Zeptejte se zde

Zkušební licence COMSOL Multiphysics:

  • obsahuje všechny moduly,
  • aktivuje se jednoduše pomocí kódu,
  • poskytuje se jednou na 14 dní,
  • během testování můžete využít naši podporu,
  • posíláme ručně na požádání.

Získat zkušební verzi

Užitečné odkazy

Prozkoumejte možnosti software COMSOL Multiphysics:

Matouš Lorenc (HUMUSOFT), 16.10.2018