ماژول AC/DC توسط مهندسان و دانشمندان برای درک، پیش‌بینی و طراحی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در کاربردهای استاتیک، فرکانس پایین و گذرا استفاده می‌شود. شبیه سازی هایی از این دست منجر به تولید محصولات و روش های مهندسی قدرتمندتر و کارآمدتر می شود. این ماژول به کاربران خود اجازه می دهد تا توزیع میدان الکترومغناطیسی، نیروهای الکترومغناطیسی و اتلاف توان را در یک طرح پیشنهادی به سرعت و با دقت پیش بینی کنند. در مقایسه با نمونه‌سازی سنتی، COMSOL Multiphysics به کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند و می‌تواند موجودیت‌هایی را ارزیابی و پیش‌بینی کند که مستقیماً در آزمایش‌ها قابل اندازه‌گیری نیستند. همچنین امکان کاوش در شرایط عملیاتی را فراهم می کند که یک نمونه اولیه واقعی را از بین ببرد یا خطرناک باشد.
ماژول AC/DC شامل میدان های الکتریکی و مغناطیسی ثابت و دینامیکی در فضاهای دو بعدی و سه بعدی به همراه مدل سازی سنتی مبتنی بر مدار دستگاه های غیرفعال و فعال است. همه فرمول‌های مدلسازی بر اساس معادلات یا زیرمجموعه‌های ماکسول و موارد خاص آنها همراه با روابط سازنده و مدل‌های مادی مختلف است. قابلیت‌های مدلسازی از طریق تعدادی رابط فیزیک از پیش تعریف‌شده، که به عنوان رابط‌های AC/DC نامیده می‌شوند، قابل دسترسی است که به شما امکان می‌دهد مدل‌های الکترومغناطیسی را راه‌اندازی و حل کنید. رابط های AC/DC فرمول های الکترواستاتیک، جریان DC، مگنتواستاتیک، جریان AC و جریان گذرا، AC و مغناطیسی گذرا، و الکترومغناطیسی AC (مکسول کامل) را پوشش می دهند.
در زیر هود، اکثر رابط های AC/DC فرم دیفرانسیل معادلات ماکسول را همراه با شرایط اولیه و مرزی فرموله و حل می کنند. معادلات با استفاده از روش اجزای محدود با گسسته سازی عناصر عددی پایدار در ترکیب با الگوریتم های پیشرفته برای پیش شرطی سازی و حل سیستم های معادلات پراکنده حاصل حل می شوند. دو تا از رابط های AC/DC بر اساس فرمول های انتگرال مرزی معادلات ماکسول هستند و با استفاده از روش المان مرزی حل می شوند. نتایج در پنجره گرافیکی از طریق نمودارهای از پیش تعریف شده میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، جریان‌ها و ولتاژها، یا به‌عنوان بیان کمیت‌های فیزیکی که می‌توانید آزادانه تعریف کنید، و همچنین مقادیر جدول‌بندی شده مشتق‌شده (مثلاً مقاومت، ظرفیت، اندوکتانس، نیروی الکترومغناطیسی،
گردش کار در ماژول ساده است و با مراحل زیر توصیف می شود: تعریف هندسه، انتخاب مواد، انتخاب یک رابط AC/DC مناسب، تعریف مرز و شرایط اولیه، تعریف مش المان محدود یا مرزی، انتخاب یک حل کننده، حل مسائل مدل سازی کنید و نتایج را تجسم کنید. همه این مراحل از COMSOL Desktop قابل دسترسی هستند. مرحله انتخاب حل کننده معمولاً به طور خودکار با استفاده از تنظیمات پیش فرض انجام می شود که قبلاً برای هر رابط AC/DC خاص تنظیم شده است.
کتابخانه برنامه AC/DC Module ویژگی های موجود را با استفاده از نمونه های آموزشی و معیار برای فرمول های مختلف توصیف می کند. این کتابخانه شامل مدل‌هایی برای تجهیزات و دستگاه‌های صنعتی، مدل‌های آموزشی و مدل‌های معیار برای تأیید و اعتبارسنجی رابط‌های AC/DC است.
این راهنما به شما یک شروع پرش به کار مدلسازی شما می دهد. این دارای نمونه هایی از استفاده معمولی از ماژول، لیستی از تمام رابط های AC/DC شامل توضیح کوتاهی برای هر یک، و سه مدل آموزشی است که گردش کار مدل سازی را معرفی می کند. مدل های ضمیمه، آموزش 1: ارزیابی عملکرد یک مقره ، آموزش 2: محاسبه امپدانس سلف سه بعدی ، و آموزش 3: گرمایش الکتریکی در شینه به ترتیب نمونه هایی از مدل سازی دستگاه های خازنی، القایی و مقاومتی هستند.
استفاده از ماژول AC/DC
ماژول AC/DC می‌تواند میدان‌های الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی را در کاربردهای استاتیک و فرکانس پایین مدلسازی کند. دومی به این معنی است که مدل سازی دستگاه هایی را پوشش می دهد که اندازه آنها تا حدود 0.1 طول موج الکترومغناطیسی است. بنابراین، می‌توان از آن برای مدلسازی نانودستگاه‌ها تا فرکانس‌های نوری یا دستگاه‌هایی با اندازه انسانی که در فرکانس‌های تا 10 مگاهرتز کار می‌کنند، استفاده کرد.
شبیه سازی AC/DC اغلب برای استخراج پارامترهای مدار استفاده می شود. شکل 1 در صفحه بعد پتانسیل الکتریکی و خطوط شار مغناطیسی را برای یک سلف مربعی در مقیاس میکرو نشان می دهد که برای فیلترهای باند LC در سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) استفاده می شود. یک ولتاژ DC بر روی مارپیچ مربع شکل رسانای الکتریکی اعمال می‌شود که منجر به جریان الکتریکی می‌شود که به نوبه خود میدان مغناطیسی را در داخل و اطراف دستگاه ایجاد می‌کند.
توزیع و قدرت میدان های الکتریکی و مغناطیسی ناشی از جریان و ولتاژ اعمال شده را می توان به مقادیر مقاومت، خازن و اندوکتانس برای یک مدل مدار معادل ترجمه کرد که درک و تجزیه و تحلیل از هر دو دیدگاه کیفی و کمی آسان است. این نوع درک از نظر یک مدل ساده شده معمولاً اولین قدم در هنگام ایجاد یا بهبود طرح است.
یکی دیگر از کاربردهای رایج این ماژول، پیش بینی نیروها و حرکت در موتورهای الکتریکی و محرک های طیف وسیعی از مقیاس است.
شکل 1: خطوط توزیع پتانسیل الکتریکی و شار مغناطیسی برای یک سلف MEMS.
در شکل 2 ، شکل 3 و شکل 4 ، دینامیک یک ترمز مغناطیسی نشان داده شده است. ترمز از یک دیسک از مواد رسانا و یک آهنربای دائمی تشکیل شده است. آهنربا یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می کند که در آن دیسک در حال چرخش است. هنگامی که هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، جریان هایی را القا می کند و نیروهای لورنتس از جریان ها، چرخش دیسک را خنثی می کند.
گشتاور ترمز از توزیع شار مغناطیسی و جریان گردابی محاسبه می شود. سپس برای دینامیک دیسک چرخان که همزمان با مدل الکترومغناطیسی حل می شود، به یک مدل بدنه صلب وارد می شود.
شکل 2: مقدار و جهت جریان گردابی در دیسک چرخان یک ترمز مغناطیسی.
شکل 3: تکامل زمانی گشتاور ترمز.
شکل 4: تکامل زمانی توان تلف شده.
ماژول AC/DC شامل طیف وسیعی از ابزارها برای ارزیابی و صادرات نتایج است، به عنوان مثال، ارزیابی نیرو، گشتاور، و همچنین پارامترهای مدار توده ای مانند مقاومت، خازن، اندوکتانس، امپدانس و ماتریس های پراکندگی (پارامترهای S). پارامترهای یکپارچه را می توان در قالب فایل Touchstone نیز صادر کرد.
ترکیبی از مدلسازی میدان الکترومغناطیسی کاملاً توزیع‌شده و مدلسازی مبتنی بر مدار ساده، مبنایی ایده‌آل برای طراحی، اکتشاف و بهینه‌سازی است. مدل‌های پیچیده‌تر سیستم را می‌توان با استفاده از مدلسازی مبتنی بر مدار مورد سوء استفاده قرار داد و در عین حال پیوندهایی به مدل‌های میدان کامل برای دستگاه‌های کلیدی در مدار حفظ کرد. به این ترتیب، این ترکیب امکان نوآوری و بهینه سازی طراحی را در هر دو سطح فراهم می کند.
