1. Нелинейные магнитные материалы в частотной области
2. Изучение приложения «Калькулятор эффективных нелинейных магнитных кривых»
3. Пользовательский интерфейс
4. Встроенная модель
5. Использование эффективной кривой HB / BH
6. Заключительные замечания
7. Ссылка

Нелинейные кривые магнитного насыщения в Базе данных нелинейных магнитных материалов модуля AC / DC теперь можно использовать при моделировании частотной области с использованием COMSOL Multiphysics версии 5.2. Теперь вы можете преобразовать связанную кривую BH или HB, которая ранее поддерживалась только для стационарных и зависящих от времени исследований, в эффективную кривую BH или HB с помощью недавно добавленного приложения Effective Nonlinear Magnetic Curves Calculator. В этом посте мы обсудим, как это приложение используется в симуляции частотной области.

Нелинейные магнитные материалы в частотной области

Общим предположением моделирования является определение линейной магнитной проницаемости в определяющем соотношении. Хорошей практикой является предположение, что материал реагирует линейно по отношению к приложенному полю на начальной стадии моделирования. В COMSOL Multiphysics это можно сделать, просто применяя постоянное значение магнитной проницаемости в определяющих уравнениях в магнитных интерфейсах.

\ mathbf {B} = \ mu_0 \ mu_r \ mathbf {H}

Однако многие ферромагнитные материалы демонстрируют нелинейное поведение, поскольку намагниченность нелинейно зависит от магнитных полей даже при небольшом изменении. Эти материалы также показывают гистерезис , историческую зависимость приложенного магнитного поля от намагниченности. Моделирование гистерезисного поведения является вычислительно сложным и сложным. Нелинейные магнитные материалы, доступные в COMSOL Multiphysics, не включают полную петлю гистерезиса, но вместо этого среднюю кривую ЧД, которая включает в себя эффекты магнитного насыщения в первом квадранте, как обсуждалось в этот блог ,

Эти кривые намагничивания также называют постоянными или нормальными кривыми намагничивания , которые получены путем построения локуса максимальных значений B и H на кончиках петель гистерезиса. Эти кривые магнитного насыщения могут быть использованы непосредственно в стационарный а также в зависимости от времени исследования, но не для частотной области. Для решения в частотной области вам понадобится «усредненная по циклу» кривая BH / HB, которая аппроксимирует нелинейный материал на основной частоте.

Эффективное приложение Калькулятор нелинейных магнитных кривых может использоваться для генерации эффективных кривых BH / HB для моделирования частотной области (гармоники времени). Эти эффективные кривые BH / HB могут быть непосредственно использованы в магнитных интерфейсах в модуле AC / DC в COMSOL Multiphysics версии 5.2, которая имеет встроенную поддержку для этих материалов.

Примечание. Полный цикл гистерезиса может быть реализован в COMSOL Multiphysics путем добавления дополнительных дифференциальных уравнений в частных производных (PDE) для описания моделей материалов; например, Модель Джайлс-Атертон во временной области. Трехмерная модель во временной области, демонстрирующая модель векторного гистерезиса Джайлса-Атертона: доступно в Галерее приложений , Кроме того, магнитные интерфейсы AC / DC в COMSOL Multiphysics версии 5.2 поддерживают модели материалов, определенные во внешнем C-коде. Это позволяет создателю приложения заставить пользователя определять подпрограммы для описания моделей материалов; например, путем реализации полной петли гистерезиса и использования этих моделей материалов в магнитном моделировании в полной трехмерной геометрии. Пример, демонстрирующий модель материала кода C: доступно здесь ,

Примечание редактора: 3/10/16 мы опубликовали сообщение в блоге о внедрении внешних моделей материалов для магнитного моделирования. Читать " Доступ к внешним моделям материалов для магнитного моделирования " Узнать больше.

Изучение приложения «Калькулятор эффективных нелинейных магнитных кривых»

Магнитные интерфейсы в модуле AC / DC COMSOL Multiphysics версии 5.2 теперь поддерживают эффективную модель материала кривой HB / BH, которую можно использовать для аппроксимации поведения нелинейного магнитного материала при моделировании в частотной области без дополнительных вычислительных затрат полное моделирование переходных процессов. Чтобы иметь возможность использовать эту новую эффективную модель материала кривой HB / BH, нам нужны эффективные соотношения Heff (B) или Beff (H), определенные как интерполяционная функция.

Это служебное приложение может использоваться для вычисления данных интерполяции, начиная с соотношений материала H (B) или B (H). Данные интерполяции для отношений H (B) или B (H) можно импортировать из текстового файла или ввести в таблицу. Затем приложение может вычислить данные интерполяции для отношений Heff (B) или Beff (H), используя два разных энергетических метода: простая энергия и средняя энергия . При использовании модуля AC / DC графики выходных результатов эффективных кривых HB / BH можно экспортировать либо в виде текстового файла, либо в виде файла библиотеки материалов, который можно импортировать в COMSOL Multiphysics для моделирования магнитных материалов в частотной области.

Пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс состоит из четырех различных разделов: лента , информация о материале (входные данные и результаты), графики кривых и анализ кривых , как показано на рисунке ниже. Данные материала для плотности магнитного потока (B) и поля намагниченности (H) могут быть непосредственно введены в таблицу или импортированы из текстового файла с помощью кнопки « Импорт данных кривой» в меню.

Настроенный пользовательский интерфейс для приложения Калькулятор эффективных нелинейных магнитных кривых.

Раздел ленты содержит шесть кнопок для различных операций. Нажмите кнопку « Использовать данные кривой по умолчанию» , чтобы использовать входную кривую ЧД по умолчанию, которая уже загружена в приложение. Если вы хотите ввести собственную кривую, нажмите кнопку « Импорт данных кривой» , чтобы открыть диалоговое окно « Импорт кривой » (как показано ниже), и импортируйте текстовый файл, содержащий данные интерполяции для кривой BH или HB. В диалоговом окне « Кривая импорта » укажите файл для импорта, нажав кнопку « Обзор» .

Текстовый файл должен содержать пары значений, разделенных пробелами или запятыми, по одной паре для каждой строки. Выберите Кривая BH или Кривая HB из Кривая импорта как поле со списком. Для кривой BH первый столбец представляет значения H, а второй столбец представляет значения B и наоборот для кривой HB. Таблица данных по умолчанию будет заменена импортированными данными, которые при необходимости могут быть отредактированы в таблице. Строки могут быть добавлены или удалены с помощью кнопок под таблицей.

Диалоговое окно для кнопки « Импорт данных кривой» в разделе « Лента ».

В разделе Анализ кривой данные кривой автоматически анализируются каждый раз, когда данные изменяются или импортируются из файла. Анализ кривой включает три условия, которым должны удовлетворять импортированные данные: кривая должна содержать значение (0,0); кривая должна быть строго монотонной; и кривая должна быть неотрицательной. Если какое-либо из этих условий не выполняется, измените значения в таблице, чтобы устранить проблему. Линеаризованная проницаемость в нулевом поле (наклон кривой при H = 0) также вычисляется и отображается.

После того, как данные изменены или импортированы, нажмите кнопку « Вычислить» на ленте, чтобы вычислить эффективные кривые, используя методы Простая энергия и Средняя энергия. Вычисленные значения для эффективного поля B для методов Простая энергия и Средняя энергия отображаются в двух последних столбцах таблицы. Графики для исходных кривых BH и HB, а также кривых Heff (B) и Beff (H) для обоих методов отображаются в графическом окне, как показано ниже.

Пользовательский интерфейс приложения, отображающий вычисленные данные и графики для магнитных кривых.

Вычисленные данные интерполяции для эффективных кривых HB / BH можно экспортировать для дальнейшего использования в других приложениях COMSOL Multiphysics. Нажмите кнопку « Экспорт данных» на ленте, чтобы открыть диалоговое окно « Экспорт данных материала ». Вы можете экспортировать данные в виде текстового файла или в библиотеку материалов, выбрав соответствующую опцию в поле со списком « Экспортировать как» .

В опции экспорта текстового файла вы можете выбрать любой из методов усреднения и типов кривой. Этот экспортированный текстовый файл содержит пару значений в каждой строке. Этот текстовый файл можно импортировать, например, в узле функции интерполяции в приложении COMSOL Multiphysics и использовать для определения эффективной кривой HB / BH для магнитного моделирования в частотной области.

Диалоговое окно « Экспорт данных материала », иллюстрирующее параметры экспорта данных из текстового файла (слева) и библиотеки материалов (справа).

Вы также можете экспортировать данные кривой в виде файла библиотеки материалов COMSOL Multiphysics, используя опцию экспорта библиотеки материалов в комбинированном окне « Экспортировать как» (см. Изображение выше, справа). Материал в этом экспортированном файле библиотеки материалов содержит кривую HB, кривую BH, эффективную кривую HB и эффективную кривую BH на основе выбранного метода усреднения (простая энергия или средняя энергия). Вы также можете включить линеаризованную относительную проницаемость, установив флажок « Включить линеаризованную относительную проницаемость при нулевом поле» . Экспортированный файл библиотеки материалов можно добавить в библиотеку материалов, как показано на рисунке ниже.

Окно обозревателя материалов, в котором показаны шаги для добавления экспортированного файла библиотеки материалов в библиотеку материалов.

Примечание. Теперь вы можете использовать любые материалы, которые доступны в папке «Нелинейные магниты» в библиотеке мультифизических материалов COMSOL, для моделирования в частотной области, сначала преобразовав доступные кривые HB / BH в эффективные кривые HB / BH, используя это служебное приложение. Просто добавьте материал в модель COMSOL Multiphysics, экспортируйте данные кривой BH или кривой HB в виде текстового файла, импортируйте текстовый файл в приложение Effective Nonlinear Magnetic Curve Calculator, оцените и экспортируйте эффективные кривые HB / BH и, наконец, импортируйте эффективные кривые HB / BH в той же мультифизической модели COMSOL для моделирования в частотной области. Материалы Soft Iron (с потерями) и Soft Iron (без потерь) в папке AC / DC уже содержат эффективные кривые HB / BH, которые можно использовать непосредственно при моделировании в частотной области.

Встроенная модель

Встроенная модель в этом приложении вычисляет эффективные нелинейные магнитные кривые для материалов с использованием методов простой энергии и средней энергии. Выражения интегрирования для расчета эффективных значений плотности магнитного потока приведены ниже. Метод интеграции, доступный в этом приложении, выбран на основе работы Герхарда Паоли, Ошкара Биро и Герхарда Бухграбера.

B_ {SE} = \ frac {2} {H} \ int \ limit_ {0} ^ {H} B (H) dH

B_ {AE} = \ frac {16} {TH} \ int \ limit_ {0} ^ {T / 4} \ left (\ int \ limit_ {H (0)} ^ {H (t)} B (H) дНо \ справа) дт

где H - амплитуда гармонического во времени магнитного поля, B (H) - нелинейное отношение ЧД материала, H (t) - зависящее от времени колебательное магнитное поле, а T - произвольный период колебаний.

Для получения дополнительной информации о модели см. Документ PDF, нажав кнопку « Документация» на ленте приложения.

Использование эффективной кривой HB / BH

Чтобы проиллюстрировать эту новую эффективную модель материала кривой HB / BH в COMSOL Multiphysics версии 5.2, давайте рассмотрим замкнутый магнитный сердечник квадратной формы, возбуждаемый многооборотной катушкой на одном плече, как показано на рисунке ниже слева , Магнитный сердечник моделируется в физическом интерфейсе Магнитных полей с использованием закона Ампера с тремя различными типами материала: нелинейная кривая HB, нелинейная эффективная кривая HB и линейный материал.

Первая нелинейная модель кривой HB решается во временной области, тогда как две другие модели материалов решаются в частотной области с частотой 1 кГц. Плотность магнитного потока в одном из углов внутри магнитного сердечника измеряется и сравнивается для всех трех различных моделей материалов; см. изображение ниже, справа. Как и ожидалось, эффективная модель кривой HB / BH ведет себя намного ближе к модели нелинейной кривой HB / BH во временной области. Тем не менее, модель во временной области все еще демонстрирует более высокие гармоники, в отличие от двух других моделей. Линейная модель материала существенно отличается от двух других моделей. Поэтому для многих приложений, где высшие гармоники не важны, эффективные кривые HB / BH могут быть подходящими, поскольку они менее затратны в вычислительном отношении. Вы можете скачать этот пример здесь ,

График поверхностной нормы плотности магнитного потока на магнитопроводе (слева). Сравнение нормы плотности магнитного потока в точке внутри магнитопровода для трех моделей материалов (справа).

Заключительные замечания

В этом сообщении в блоге мы обсудили различные модели материалов, доступные для моделирования нелинейных магнитных материалов. Мы также подробно рассмотрели приложение «Калькулятор эффективных нелинейных магнитных кривых» и объяснили, как использовать это приложение для создания эффективных циклических средних кривых HB / BH для моделирования магнитных устройств в частотной области. Наконец, мы продемонстрировали пример с использованием трех типов моделей материалов (кривые BH / HB, эффективные кривые HB / BH и линеаризованный материал) и сравнили результаты.

Если вы заинтересованы в моделировании нелинейных магнитных материалов для гармонических или зависящих от времени исследований, пожалуйста, связаться с нами ,

Ссылка

1. Герхард Паоли, Ошкар Биро и Герхард Бухграбер. «Комплексное представление в нелинейных по времени гармонических вихретоковых задачах», Magnetics, IEEE Transactions , vol. 34.5, с. 2625-2628, 1998.

Попробуй сам

Похожие

Комментарии