Низкочастотный электромагнитный анализ в Cadflo

1.

Низкочастотный
электромагнитный анализ в
CADFLO
• 18.04.2024

2.

План доклада
• Математическое моделирование
низкочастотных электромагнитных
процессов в частотной области
• Постановка задачи в модуле EMAG CADFLO
• Примеры решаемых задач и сравнение с
ANSYS MAXWELL
• Текущий статус разработки

3.

Низкочастотный электромагнитный анализ
Гармоническое решение
Условия приближения:
• Длина электромагнитной волны много больше характерного
размера области
• Токи смещения много меньше токов проводимости
Решение ищется в виде
Электромагнитное поле задается током или напряжением
3
Т1

4.

Классы решаемых задач
• Индукционный нагрев
• Трансформаторная техника
• Электрические машины и
приводы
• Датчики и детекторы
• Кабели и ошиновки
4
Т1

5.

T-Ω метод конечных элементов
• Метод конечных элементов позволяет работать с любой геометрией расчетной области
и разрывностью свойств материала
• T-Ω постановка с специальной калибровкой позволяет получить систему уравнений с:
• минимальным количеством неизвестных
• хорошей обусловленностью
• быстрой сходимостью итерационных методов
• Для получения ускорения до составления системы алгебраических уравнений требуется
дополнительный анализ геометрии ЭМ модели
• На внешние границы расчетной области можно применить условие нормальности или
тангенциальности магнитного поля
• Допускается естественное сопряжение 3D модели с электрической схемой
5
Т1

6.

Постановка задачи в
модуле EMAG CADFLO

7.

Настройка задачи, сетки,
граничных условий
7
• EMAG требует задания частоты и выбора
базового материала для тел
• Hex dominant мешер позволяет настроить
размер базового элемента и выбирать
необходимые уровни дробления в
локальных сетках
• В качестве граничных условий можно
выбрать напряжение или ток приложенные
к поверхностям или рассечениям
геометрии.
• Присутствует опция задания
многожильных проводников, ток в которых
Т1 не будет перераспределяться

8.

Свойства материалов
Температурозависимые свойства материалов
• Удельное сопротивление
• Магнитная проницаемость:
• Линейная
• Нелинейная (задание B-H кривой)
• Потери в сердечниках и ферритах
• Диэлектрическая проницаемость
8
Т1

9.

Возможности постпроцессора
• Визуализация скалярных и векторных графиков, изолиний,
линий тока на секущей плоскости и поверхности геометрии
для комплексных величин с фазой 0 и 90:
• Плотность тока J
• Напряженность магнитного поля H
• Индукция магнитного B
• Сила Лоренца F
• Для скалярных величин:
• Объемная плотность магнитной энергии
• Омические потери и потери в сердечниках и ферритах
9
Т1

10.

Мультифизические расчеты
Реализовано бесшовное
сопряжение электромагнитного
расчета с теплопроводностью и
гидрогазодинамикой
Возможно подключение
прочностного расчета для учета
тепловых деформаций
10
Т1

11.

Сравнение с ANSYS
MAXWELL

12.

Определение наведенных токов в чугунном фланце изолятора при
синусоидальном магнитном поле
12
Решатель
ANSYS Maxwell
3D
CadFlo
Омические потери
(200мм)
10.98 Вт
10.9062 Вт
Энергия
1101.5 Дж
1102.22 Дж
Сетка
7.3 М
3.3 М
Время
6 ч.
43 мин.
ОЗУ
Т1
86 Гб
66 Гб
M3D
CADFLO

13.

Определение теплового состояния токонесущей шины при
синусоидальном токе
13
Т1

14.

Определение теплового состояния резистивного элемента
тормозного резистора
14
Т1

15.

Планарный трансформатор
15
Т1

16.

16

17.

Спасибо за
внимание!

18.

Функционал
Состояние
Гармонический магнитный анализ
Разработано
Прямой матричный решатель
Разработано
Использование элементов первого порядка
Разработано
Задание возбуждение в Stranded обмотки с указанием количества витков
Разработано
Задание возбуждение в Solid обмотки/проводники
Разработано
Граничное условие тангенциальности поля
Разработано
Сетка: Гексаэдрические элементы
Разработано
Линейные/нелинейные свойства материалов
Разработано
Междисциплинарность: Индукционный нагрев, магнитная – тепловая задача
Разработано
Определение силы Лоренца
Разработано
Определение потерь в массивных проводниках/многожильных проводниках/стальных пакетах/ферритах
Разработано
Многопоточное решение
Разработано
Определение наведенного тока в одновитковые катушки/многовитковые катушки/произвольные конструкции Разработано
18
Определение наведенного напряжения/ЭДС
В разработке
Вычисление сопротивления многовитковых катушек
В разработке
Задание сопротивления многовитковых катушек
В разработке
Задание контактных/добавочных сопротивлений
Планируется
Итеративный матричный решатель
Планируется
Сопряжение 3D модели с 1D электрической схемой
Планируется
Transient решатель
Планируется
Магнитостатический решатель
Планируется
Поддержка высокопроизводительных вычислений (MPI)
Планируется
Т1