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為了分析涉及靜態和低頻範圍的電磁系統與過程，離不開功能強大而靈活的模擬工具。 “AC/DC 低頻電磁模擬模組”是 COMSOL Multiphysics® 平台的附加模組，為您提供各種各樣的建模特徵和數值方法，您可以通過求解Maxwell 方程來研究電磁場和 EMI/EMC。

 

借助 COMSOL® 軟體的多物理場功能，您可以研究其他物理效應（比如熱傳、結構力學和聲學）對電磁模型的影響。


電流

透過模擬直流、瞬變或交流等各種形式的電流，可以有效地分析電阻和導電裝置。在靜態和低頻條件下，當可以忽略磁場時，電流建模足以獲得準確的結果，基於歐姆定律計算電勢會非常高效。根據產生的勢場，可以計算出許多物理量：電阻、電導率、電場、電流密度和功率損耗。

借助“AC/DC 模組”，您可以運行穩態、頻域和時域分析，以及小信號分析。在時域和頻域中，您還可以分析電容效應。


靜電

透過靜電計算來分析電容器件和電絕緣體，這種方法適用於沒有電流流動，且電場由電勢和電荷分佈決定的介電結構。有限元法（FEM）和邊界元法（BEM）都可以用來求解電勢，並能夠組合成混合有限元-邊界元法。根據計算得到的勢場，可以計算許多物理量：電容矩陣、電場、電荷密度和靜電能。

靜磁學

計算靜磁場、寄生電感以及線圈、導體和磁體上的力。您既可以從包含各種非線性磁性材料的大量材料資料庫中進行選擇，也可以定義自己的非線性材料。根據是否存在電流或磁性材料，您可以使用多種不同的公式進行計算。

在沒有電流的情況下，有限元法和邊界元法都適用于求解靜磁問題，不僅如此，您還可以將二者結合使用，變成混合有限元-邊界元法。

對於電流和磁性材料同時存在的最通用情況，通過向量場公式可以定義電勢和輸入電流，並計算電流密度分佈、磁場、磁力、功耗和互感。

您既可以對線圈進行顯式建模，計算每根導線內的精確電流分佈；也可以進行均質建模，這對於多匝線圈非常有效。通過計算線圈電流分佈，可以自動處理複雜的線圈形狀。


電磁場

在類比電纜、導線、線圈、螺線管和其他感應設備時，磁場由導電材料中流動的電流產生。一般來說，對於具有顯著感應效應的時變場，電場與磁場之間存在雙向耦合。在這些情況下，往往是集膚深度與設備尺寸相當，但波長卻大得多，因此需要向量場公式。

二維和三維中支援頻域、小信號分析和時域建模。本模組提供一種專門的公式，尤其適用于具有強非線性 E-J 特性的材料（如超導體）的時域磁建模。


旋轉機械

您可以使用旋轉機械的內置功能輕鬆地為電動機和發電機進行建模。舉例來說，您可以透過捕獲磁體內產生的渦流損耗等方式，研究感應電機或永磁電機的特性。在所有類比電磁運動的模型中，您都可以研究受磁力和扭矩、感應電流以及機械載荷和彈簧構型影響的剛體或柔體動力學。

通用的動網格功能支援為線性運動建模，這對於理解含柱塞部件（例如磁力開關、螺線管和通用執行器）的工作原理起著至關重要的作用。


電路

建立集總系統來類比電路中的電流和電壓，包括電壓和電流源、電阻器、電容器、電感器和半導體器件。電路模型還可以連接到二維和三維的分散式場模型。此外，電路拓撲結構還能以 SPICE 網表格式進行匯出和導入。

AC/DC 低頻電磁模擬模組的特徵和功能

“AC/DC 低頻電磁模擬模組”包含本頁面介紹的各種性能的專用特徵和功能。

內置使用者介面

“AC/DC 低頻電磁模擬模組”為上面列出的每個電磁領域提供內置的使用者介面，以及用於特定建模目的的變體。這些介面都可以定義域方程、邊界條件、初始條件、預定義的網格、帶有穩態和瞬態分析求解器設置的預定義研究，以及預定義的繪圖和派生值。

除此之外，其中還有一些特徵可以連接不同的介面，以便使用者輕鬆進行組合建模，這對於電感器、線圈和電機來說非常方便。

非線性材料

您可以從包含鐵磁材料、亞鐵磁材料、B-H 曲線和 H-B 曲線的大型材料資料庫中隨意進行選擇。

材料屬性可以隨空間或時間變化、呈各向異性、有損耗、為複值以及不連續。只需很少的額外工作，您便可以輕鬆擴展模擬的應用範圍。您可以使用數學運算式、查閱資料表或兩者的組合來定義自己的材料。利用 Jiles-Atherton 材料模型進行准靜態參數化建模和全瞬態分析，支援全各向異性磁滯模擬。您甚至可以用 C 代碼編譯自己的材料模型，並將其作為外部材料進行連結。


線圈

內置的專用特徵可用於輕鬆地類比線路圈，並將電流和電壓等集總物理量轉換成電流密度和電場等分佈物理量。單導線和均勻多匝線圈可以在全三維、二維或二維軸對稱模型中定義。零件庫具有完全參數化的線圈和磁芯形狀，可以在分析變壓器、電感器、電機和執行器時更快地建立模型。

電機和變壓器的損耗建模

模擬電機和變壓器的迭片鐵芯和磁軛的損耗對於預測它們的效率和性能具有重要的意義。

特別是對於層壓鐵（電工鋼），經驗性的電磁損耗模型非常重要，這是因為宏觀焦耳熱或感應加熱不能完全描述引起損耗的效應。而且，單獨對層合板進行建模往往是不切實際的。

“AC/DC 低頻電磁模擬模組”包含多個著名的經驗損耗計算模型，與高保真模型相比，這些模型只需少量計算即可給出非常準確的損耗估計。這包括磁滯和渦流的影響，以及造成損耗的其他現象。


無界域或大型域

透過使用無限元法對電場和磁場進行分析，可以精確模擬無界或大型的建模域。對於靜電和靜磁建模，邊界元法可以作為類比大型區域或無限區域的替代方法。不僅如此，您還可以將邊界元法和基於有限元法的物理場介面相結合，從而執行混合有限元-邊界元模擬。

寄生電感和參數提取

本模組提供一種專門的計算方法來計算 PCB 中的寄生電感，這對於三維中的大型電感矩陣問題特別有效。磁場，僅電流 介面用於計算開放導體產生的磁場的部分貢獻，從而降低建模的複雜性。

在假設所有區域均為非磁性的情況下，使用磁矢勢作為因變數來計算電流產生的磁場。也就是說，這些區域具有統一的相對磁導率 "1"。該介面可與穩態源掃描 特徵一起使用，以便在一次模擬中掃描多個終端。


薄結構和多層材料

您可以使用殼公式來類比非常薄的結構，這些公式可用於直流、靜電、靜磁和感應模擬。此外，本模組還提供專門的功能用於對多層殼中的直流電流進行建模。電磁殼建模支援使用表面物理屬性代替 CAD 模型中薄實體的厚度，從而產生更有效的模型表示。

低頻電磁和多物理場

電磁元件與多種物理現象之間會產生相互影響。在 COMSOL Multiphysics® 中，相關的操作與類比單個物理場問題沒有什麼區別。


焦耳熱和電阻熱1

固體、流體、殼和多層殼中的焦耳熱（也稱為電阻熱）。

感應加熱

感應加熱以類比管線感應加熱器和金屬加工。


電磁力和扭矩

基於有限元和邊界元的電磁應力、力和扭矩計算。

洛倫茲力

電流感應的洛倫茲力作為體結構載荷用於類比電聲換能器等裝置。


電接觸電阻

在相互接觸的金屬片之間流動的電流。結合熱接觸2和機械接觸3進行分析。

鐵電

鐵電功能用於模擬可能表現出磁滯特性的時變極化。


磁致伸縮4

磁性材料在磁場作用下發生的形狀變化，這對聲呐和變壓器雜訊來說非常重要。

電感耦合等離子體5

半導體加工中使用的電感耦合等離子體。


帶電粒子追蹤6

由電磁力引起的帶電粒子或磁粒子的運動。

介電泳6

由電場梯度引起的中性顆粒的運動。

1 不需要AC/DC 低頻電磁模擬模組

2 除了AC/DC還需要“熱傳模組”

3 除了AC/DC還需要“MEMS模組”或“結構力學模組”

4 除了AC/DC還需要“聲學模組”、“MEMS模組”或“結構力學模組”

5 除了AC/DC還需要“電漿模組”

6 除了AC/DC還需要“粒子追蹤模組”

結合使用

如果您使用的是 MATLAB® 軟體，則可以使用 MATLAB® 腳本和函數輕鬆運行 COMSOL Multiphysics® 模擬。借助 LiveLink™ for MATLAB® 介面產品，您可以直接在 MATLAB® 環境中存取COMSOL® 操作，並將這些操作與現有的 MATLAB® 代碼混合使用。

為了方便您分析 CAD 模型和電子佈局的電磁屬性，COMSOL 提供了 ECAD載入模組、CAD 載入模組、設計模組以及用於銜接主流 CAD 系統的 LiveLink™ 產品，這些介面都包含在我們的產品套件中。

透過使用 LiveLink™ for Excel® 介面產品，您還可以將 Microsoft® Excel® 試算表資料與 COMSOL Multiphysics® 環境中定義的參數進行同步。

軟體展示需求

每一間公司對於模擬的需求不盡相同，為了能有效地評估COMSOL MultiphysicsR軟體是否能符合您的需求，請您與我們聯繫！

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