شبیه سازی و استفاده از اندوکتانس جزئی

محاسبه و استفاده از اندوکتانس جزئی با COMSOL نسخه 6.0 نرم افزار comsol، عملکرد رابط میدان های مغناطیسی، فقط جریان ها را در ماژول AC/DC برای محاسبه ماتریس های القایی ثابت و وابسته به فرکانس و مقاومت های AC برای سیستم های الکتریکی که از مواد غیر مغناطیسی تشکیل شده اند، گسترش می دهد. این برای تجزیه و تحلیل بردهای مدار چاپی و سیستم های اتوبوس برق مفید است. محاسبه اندوکتانس کل و همچنین اندوکتانس جزئی امکان پذیر است. با این حال، اندوکتانس جزئی برای تفسیر و استفاده مناسب نیاز به درک کمی دارد.

تعریف و محاسبه اندوکتانس کلی و جزئی

برای درک اندوکتانس کلی و جزئی، بیایید با در نظر گرفتن مدلی از یک حلقه مربع سیم، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، شروع کنیم. هنگامی که جریان در امتداد این حلقه بسته جریان می یابد، یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف ایجاد می شود. ما می‌توانیم اندوکتانس کل (که اغلب به آن «القایی» گفته می‌شود)، از مجموع انرژی مغناطیسی ذخیره شده در فضای مدل‌سازی، و جریانی که از سیم‌پیچ می‌گذرد، از طریق: تعریف و محاسبه کنیم. این حلقه مربعی با قطر سیم 1 میلی متر و طول ضلع آن 2 سانتی متر دارای اندوکتانس کل 50.6 nH است.
این مدل از یک دامنه کروی که توسط Infinite Elements کوتاه شده است استفاده می کند. رویکرد مدل‌سازی کلی بسیار شبیه به مثال Application Gallery از سیم پیچ هلمهولتز است. این مثال از هر دو رابط میدان های مغناطیسی، فقط جریان ها و رابط میدان های مغناطیسی استفاده می کند و نشان می دهد که این فرمول ها نتایج یکسانی خواهند داشت.

اگرچه می توان از هر دو رابط میدان های مغناطیسی، فقط جریان ها و میدان های مغناطیسی استفاده کرد، اما تفاوت های زیادی بین این دو فرمول وجود دارد. در حال حاضر، ما فقط بر روی سه چیز تمرکز می کنیم که رابط میدان های مغناطیسی، فقط جریان ها را متمایز می کند:

محاسبه و استفاده از اندوکتانس جزئی با COMSOL

این مستلزم آن است که مواد مغناطیسی نفوذپذیر، مانند هسته های سلف، وجود نداشته باشد.
این مستلزم آن است که همه هادی ها به عنوان دارای حجم مدل سازی شوند.
می تواند نه تنها اندوکتانس کل، بلکه اندوکتانس جزئی را نیز محاسبه کند.
مدل ما از یک حلقه هسته هوا از سیم گرد به وضوح دو الزام اول را برآورده می کند، بنابراین بیایید روی نکته سوم تمرکز کنیم: محاسبه اندوکتانس های جزئی.

در حالی که مفهوم اندوکتانس کل همیشه به یک حلقه کامل جریان نیاز دارد، ایده پشت اندوکتانس جزئی تقسیم حلقه کل به چند قسمت است که هر یک از آنها به خود القایی جزئی و اندوکتانس متقابل جزئی کمک می کند. برهم نهی این مشارکت ها اندوکتانس کل حلقه بسته را به دست می دهد. هم از نظر تئوری و هم از نظر مدلسازی، ما در نحوه انتخاب این بخش فرعی آزادی کامل داریم و می‌توانیم هر کاری را که به بهترین وجه با اهداف مهندسی ما سازگار است انجام دهیم.

آموزش comsol اندوکتانس

چندین امکان مختلف برای تقسیم بندی حجم هادی در جدول زیر نشان داده شده است. در مورد مدل‌سازی، برای هر یک از این حوزه‌ها از یک ویژگی Conductor جداگانه استفاده می‌کنیم، با شرایط مرزی ترمینال و زمین در دو انتهای هر دامنه، به گونه‌ای انتخاب شده که جریان همیشه در یک جهت در اطراف حلقه جریان داشته باشد. خروجی ای که به دست می آوریم اکنون ماتریسی از اندوکتانس های جزئی است و ارزش دیدن مقادیر عددی این ماتریس را دارد. اصطلاحات روی قطر ماتریس را به عنوان خود القایی جزئی و اصطلاحات خارج از قطر را به عنوان اندوکتانس های متقابل جزئی می نامیم.

میتوانید برای آموزش کامسول  اقدام کنید.

بر اساس این مشاهدات – که بخش های فرعی سیم پیچ به یک ماتریس اندوکتانس جزئی غالب تر مورب منتهی می شود – ما می توانیم یک مدل فرعی از تنها یک بخش سیم پیچ در فضای آزاد بسازیم، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، و مطابق با بخش اول در جدول بالا این مدل از یک دامنه هادی منفرد با شرایط ترمینال و زمین در دو طرف استفاده می‌کند، و این مدل فقط یک کمیت را خروجی می‌دهد: یک خود القایی جزئی 11.84 nH. این برابر با عبارات مورب ماتریس اندوکتانس جزئی محاسبه شده قبلی است.

اکنون، به نظر می رسد این مدل در حال ایجاد و از بین بردن جریان در انتهای سیم است (جایی که شرایط مرزی ترمینال و زمین اعمال می شود) اما این قابلیت متمایز کننده رابط میدان های مغناطیسی، فقط جریان ها است: قادر به محاسبه جزئی است. خود القایی (و اندوکتانس های متقابل جزئی) هر مجموعه ای از حوزه های رسانا، حتی آنهایی که در یک حلقه بسته به هم متصل نیستند.

برای مثال بعدی، بخش دوم سیم پیچ را در نظر می گیریم. برای این بخش فرعی، می‌توانیم فقط به یک بخش کوتاه و مستقیم از سیم گرد نگاهی بیندازیم – موردی مخصوصاً جالب زیرا راه‌حل‌های کتاب راهنما وجود دارد – که در جدول زیر ارائه شده است. در این مورد، ما به اندوکتانس و مقاومت AC در یک محدوده فرکانسی نگاه خواهیم کرد، از فرکانس‌های پایین، که در آن عمق پوست بسیار بزرگتر از قطر است، به فرکانس‌های بالا، که در آن عمق پوست بسیار کوچک‌تر است. برای توضیح این موضوع، ما باید از مش بندی لایه مرزی برای رفع اثر پوست استفاده کنیم. علاوه بر این، استفاده از دامنه عنصر نامحدود را حذف کرده و از شرط مرزهای خارجی پیش‌فرض در مرزهای کره استفاده می‌کنیم.

فضای مدلسازی ical این شرط یک شرط مرزی تقریبی را بر اساس جریان فعلی در مدل اعمال می‌کند، بنابراین شعاع حوزه محاسباتی نیاز به مطالعه دارد.

اینستاگرام کامسول پروژه