 |
تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک یک سلف
معرفی
این مثال از مدل سلف در مدار تقویت‌کننده از کتابخانه کاربردی ماژول AC/DC بدون تعریف مدار استفاده می‌کند. این مدل از یک سلف با یک هسته مغناطیسی غیر خطی تشکیل شده است که با افزایش جریان، اندوکتانس در حال تغییر را نشان می دهد. در این مثال شما اندوکتانس سیگنال کوچک را به عنوان تابعی از جریان عبوری از سلف بررسی می کنید.
 | برای ارزیابی صحیح پارامترهای یکپارچه سیگنال کوچک مانند امپدانس الکتریکی و اندوکتانس، درک عملگر lindev الزامی است. لطفاً به بخش تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک، آنالیز پیش تنیده، و تنظیمات نمودار اغتشاش هارمونیک در کتابچه راهنمای مرجع مولتیفیزیک COMSOL مراجعه کنید . |
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Devices,_Inductive/Small_signal_Alysis_of_inductor
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Electromagnetic Fields>Magnetic Fields (mf) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای مدل را از یک فایل متنی وارد کنید.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل small_signal_analysis_of_inductor_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius عبارت dr را تایپ کنید . |
4 | در قسمت نوشتار زاویه بخش ، 180 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Rotation Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، -90 را تایپ کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 3*cr را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، il*1.5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -il*1.5/2 را تایپ کنید . |
6 | روی Rectangle 1 (r1) کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید . |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، coor-coir را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، il را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، coir را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -il/2 را تایپ کنید . |
7 | روی Rectangle 2 (r2) کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید . |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، (coor-coir)*2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، il*1.1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، coir*0.8 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -il/2*1.1 را تایپ کنید . |
7 | روی Rectangle 3 (r3) کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید . |
فیله 1 (fil1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Fillet کلیک کنید . |
در مرحله بعد، تمام ده نقطه در داخل هندسه را به صورت زیر انتخاب کنید:
2 | روی دکمه Select Box در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
3 | با استفاده از ماوس، رئوس داخلی را در کادری قرار دهید تا آنها را انتخاب کنید. |
4 | در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید . |
5 | در قسمت متن Radius ، fr را تایپ کنید . |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
اکنون هندسه کامل شده است.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Nonlinear Magnetic>Low Carbon Steel> Low Carbon Steel 1006 را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
فولاد کم کربن 1006 (mat2)
فقط دامنه 2 را انتخاب کنید.
میدان های مغناطیسی (MF)
سلف غیر خطی باید از یک رابطه سازنده متفاوت برای میدان مغناطیسی استفاده کند. بنابراین یک ویژگی قانون آمپر جداگانه برای این باید وارد شود.
هسته غیر خطی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Fields Magnetic (mf) راست کلیک کرده و قانون آمپر را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات قانون آمپر ، Nonlinear Core را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
4 | بخش Constitutive Relation B-H را پیدا کنید . از لیست مدل مغناطیسی ، منحنی BH را انتخاب کنید . |
5 | بخش Constitutive Relation Jc-E را پیدا کنید . از لیست σ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 1000 را تایپ کنید . |
معمولاً از هسته چند لایه برای کاهش تلفات جریان گردابی استفاده می شود. در اینجا ما یک رسانایی تعریف شده توسط کاربر را برای شبیه سازی چنین اثری تنظیم می کنیم.
سیم پیچ را با تحریک استاتیکی تعریف کنید.
کویل 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Coil را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کویل ، بخش کویل را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Coil name ، coil را تایپ کنید . |
5 | از لیست مدل Conductor ، چند چرخشی همگن را انتخاب کنید . |
6 | بخش هادی چند چرخشی همگن را پیدا کنید . در قسمت متن N ، cn را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی سیم پیچ σ ، csigma را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن یک سیم پیچ ، cwc را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coil را پیدا کنید . در قسمت متنی سیم پیچ I ، cIdc را تایپ کنید . |
برانگیختگی هارمونیک زمان را اضافه کنید.
اغتشاش هارمونیک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Harmonic Perturbation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اختلال هارمونیک ، قسمت اختلال هارمونیک را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن سیم پیچ I ، cIac را تایپ کنید . |
تعاریف
یک متغیر اسکالر بر اساس نسبت بین چگالی شار مغناطیسی و میدان مغناطیسی تعریف کنید. متغیر را می توان به عنوان نفوذپذیری نسبی در یک ماده خطی یا برای قدرت میدان کوچک تفسیر کرد. ترسیم این متغیر برای تجسم وضعیت اشباع هسته آهن مفید است.
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
مور | mf.normB/(mu0_const*mf.normH) | نفوذپذیری نسبی |
حلگر ثابت مقدار پارامتر cIdc (جریان بایاس DC) را در محدوده ای از 1 میلی آمپر تا 50 میلی آمپر جارو می کند. راه حل ثابت محاسبه شده در هر نقطه به عنوان نقطه خطی سازی برای مرحله اغتشاش دامنه فرکانس مربوطه استفاده خواهد شد. بنابراین شما نیاز به راه اندازی یک جاروی ادامه در حل کننده ثابت دارید.
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
cIdc (بایاس جریان DC) | محدوده (1،1،50) | mA |
مرحله 2: اختلال دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 2: Frequency Domain Perturbation کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اختلال دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد فرکانس ، kHz را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
همان حرکتی را که روی حلگر ثابت اعمال شد، روی حل کننده دامنه فرکانس اعمال کنید. این تضمین می کند که پارامتر ثابت (جریان DC) به درستی تشخیص داده شود.
5 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
6 |  روی افزودن کلیک کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
cIdc (بایاس جریان DC) | محدوده (1،1،50) | mA |
پایداری محلول از سفت کردن تلرانس غیرخطی برای گام ثابت سود می برد.
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Stationary Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل ثابت ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-6 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
اندوکتانس سیم پیچ
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Coil Inductance را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Coil Inductance کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Magnetic Fields>Coil Parameters>mf.LCoil_coil – Coil inductance – H را انتخاب کنید . |
نمودار جهانی را می توان برای رسم مقادیر فیزیکی از محلول ثابت، از محلول اغتشاش هارمونیک، یا در موارد دیگر موجود در بیان ارزیابی شده برای لیست استفاده کرد. چک باکس Compute differential برای محاسبه دیفرانسیل کمیت فیزیکی در اطراف نقطه خطی سازی استفاده می شود. در مورد پارامترهای یکپارچه، دیفرانسیل نباید محاسبه شود، زیرا آنها به عنوان نسبت دو دیفرانسیل تعریف می شوند. آن گزینه را بدون علامت بگذارید.
3 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Expression text، cIdc را تایپ کنید . |
5 | از لیست واحد ، mA را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Coil Inductance ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار، اندوکتانس جزء را در مقادیر مختلف جریان های بایاس نشان می دهد. اندوکتانس به طور قابل توجهی در نتیجه اشباع هسته کاهش می یابد. اشباع را می توان با ترسیم نفوذپذیری نسبی هسته آهن مشاهده کرد.
اندوکتانس سیگنال کوچک در مقابل جریان بایاس DC رسم می شود.
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Magnetic Flux Density Norm (mf) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>mur – Relative Permeability را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست عبارت ارزیابی شده ، گزینه Static solution را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار هنجار چگالی شار مغناطیسی (mf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار نشان می دهد که نفوذپذیری نسبی هسته داخلی بسیار کمتر از مقدار در میدان صفر 3882 کاهش یافته است.
ویژگی فرعی Harmonic Perturbation را می توان به طیف گسترده ای از ویژگی های منبع در ماژول AC/DC اضافه کرد. یک مطالعه اغتشاش خطی را می توان به صورت دستی بر روی هر منبع دیگری با استفاده از عملگر خطی مطابق شکل زیر انجام داد.
میدان های مغناطیسی (MF)
کویل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Magnetic Fields (mf) روی Coil 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای کویل ، بخش کویل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن سیم پیچ I ، cIdc + linper(cIac) را تایپ کنید . |
اغتشاش هارمونیک 1
در پنجره Model Builder ، روی Harmonic Perturbation 1 کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید .
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
هنجار چگالی شار مغناطیسی (mf)
نتایج را دوباره بررسی کنید و تأیید کنید که تغییر نکرده اند.
