ACDC 42a Taller

5/16/2018 ACDC 42a Taller - slidepdf.com

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Introducción a Modelado conElectromagnetismoTaller de AC/DC

Pablo [email protected]+1-781-273-3322



Agenda

• Introducción a COMSOL Multiphysics

• Introducción a AC/DC

• Simulación en Vivo – Condensador

– Inductor de alta frecuencia

– Inductor de baja frecuencia

• Practicas y Q&A



COMSOL Multiphysics

• Simulación de Ingeniería – Entender la Física

– Optimización de Diseños

– Experimentos Virtuales

• Completamente Integrado – CAD y Geometría

– Multifísica

– Malla

– Resolvedores

– Visualización yPostprocesado

– Importe/Exporte de datos



CAD y Geometría

• Dibujar Geometrías• Importar Archivos CAD• LiveLink

TMpara CAD

– SolidWorks ®

– Pro/Engineer

®

– Inventor ®

– CreoParametrics ®

– SpaceClaim ®

– AutoCAD ®



Simulación con Multifísica

CamposElectromagnéticos

Flujo de FluidoTransporte de

Masa y ReaccionesAcústica

Transferenciade Calor

MecánicaEstructural

Multifísica



Discretización y Malla

• Métodos Automático o Manual• Elementos

– Tetraedros

–

Hexaedros – Triángulos

– Cuadrático

– Pirámide

– Prisma Triangular

• Barridos• Capas de Contorno• Mapeado• NASTRAN



Opciones para Resolver

• Estudios/Resolvedores – Estacionario – Dependiente del tiempo

• Implícito, Explicito, Discreto

– Dominio de la Frecuencia – Valor/Frecuencia propia – Optimización

• Barrido Paramétrico• Batch Job

• Soporte para – Shared Memory (CPU) – Distributed Memory (Clúster)

• Clúster – Windows HPC Server 2008 – Linux

Barrido Paramétrico en Clúster

Modelo Distribuido en Clúster



Visualización y Postprocesado



COMSOL Multiphysics – Características

• GUI Flexible

• Análisis con Elementos Finitos

• Multifísica Ilimitada

• Base de Materiales

• Herramientas Matemáticas

• Completamente Paramétrico



COMSOL v4.2a - Línea de Productos



Modelado con Campos Electromagnéticos en

COMSOL MultiphysicsIntroducción a Modulo de AC/DC



Electromagnetismo en COMSOL

• Modulo de AC/DC – Estática y baja frecuencia

– Calentamiento Joule

– Calentamiento por Inducción

•

Modulo de RF – Alta frecuencia

– Calentamiento por Microondas

• Modulo de Plasma• Modulo de MEMS

–

Estática avanzada – Electromecánica

• Rastreo de Partículas con Carga – Interacción entre campos electromagnéticos y

partículas con carga



Aplicaciones con Modulo de AC/DC

Motores y Generadores Componentes Electrónicos Inductores

Calentamiento Joule y por InducciónCondensadores Óptica de Iones y Rastreode Partículas con Carga



Aplicaciones con Modulo de RF

Antenas

Guía de Onda y Filtros

Patrón de Radiación Dispersión

Calentamiento porMicroondas

Plasmones y Metamateriales



Modelado con baja FrecuenciaCuando se debe usar AC/DC Module en lugar de RF Module

• ¿Que es baja Frecuencia? – Cuando la longitud eléctrica es

menor que 0.1 x Longitud deonda

– Dispositivo no puede ver ladirección de las onda, sólo puedever un campo uniforme variandocon respecto al tiempo

l

Longitudeléctrica

0.1 x l



Cuasi-Estática (CA)

0

t E t sinE t E

Estática (CC) Transitorio

Simulaciones en AC/DC



Interfaces en AC/DC

• Formulación V – Electroestática

– Corrientes eléctricas

– Corrientes Eléctricas, Cascara

• Formulación A – Campos Magnéticos

• Formulación Vm

– Campos Magnéticos, Sin corrientes

•

Formulación A-V – Campos Magnéticos y Eléctricos

• Circuito Eléctrico



Interfaces en RF

• Ondas Electromagnéticas

• Ondas Electromagnéticas

Transitorias

• Circuito Eléctrico



Electroestática

• Campo estático o con variación lenta – Estacionario, Dependiente del Tiempo

• Sin necesidad de modelarconductores. Superficies sereemplazan con condiciones defrontera:

– Tierra, Potencial Eléctrico, Potencial Flotante,Terminal

• Aplicaciones – Condensadores – Campos alrededor de dispositivos de alta tensión

eléctrica – Semiconductor/Transistor – Electroquímica – Piezoelectricidad

Condensador

Electric field strength in a 3D model of a high voltage breaker surrounded by a porcelain insulator.Model by Dr. Göran Eriksson, ABB Corporate Research,Sweden



Corrientes Eléctricas

• Estacionario: – Corriente CC – Efectos resistivos

• Dominio de la Frecuencia: – Corriente CA, tipo sinusoide – Efectos resistivos y capacitivos

• Dependiente del Tiempo: – Variación arbitraria en el tiempo – Efectos resistivos y capacitivos

• Aplicaciones – Resistores CC/CA – Cables, Conectores – Condensadores con perdidas, CA – Fuentes de alimentación – Dispositivos CA, con efectos inductivos insignificantes



Corrientes Eléctricas en Cascaras

V +

V -

J

• Como Corrientes Eléctricas, pero enplacas/cascaras



Simulación en Vivo – ElectroestáticaCondensador Plano Paralelo

• Capacidad Eléctrica en Aire – εr =1

– Cair = ε0 = 8.854e-12 F

• Capacidad Eléctrica en dieléctrico – εr = 2.1

– Cd =1.86e-11 F

• Interfaz Electroestatica – Sin Corrientes

– Función: Terminals• Calculo automatico de Capacidad Eléctrica

– Objetivo 1: Estudiar efectos de borde

– Objetivo 2: Comparar Capacidad Electrica• Analitica• Elementos Finitos

d

AC r 0

1 V

Tierra

Area: 100 mm * 100 mm

Distancia: 10 mm



Campos Magnéticos

• Corrientes Prescritas – Sin necesidad de resolver V

– Corrientes inducidas

– Efecto Pelicular

– Aplicaciones generales con camposmagnéticos

• Aplicaciones – Bobinas CC, J Prescrito

– Bobinas CA, Alta frecuencia

– Campos Magnéticos alrededor dedispositivos eléctricos

– Transformadores

– Ferrita

– Motores



Campos Magnéticos, Sin corrientes

• Campos permanentes irrotacional – Sin corrientes

• Ventajas – Fácil de utilizar y resolver

– Memoria

– Tiempo Computacional

• Aplicaciones – Imán

– Campo Magnético de la tierra



Campos Magnéticos y Eléctricos

• Formulación A-V• Cuando no es posible de prescribir corrientes

– Corrientes desconocidas

– Corriente dependiente del potencial V

– Efecto Películar ~ Geometría

• Aplicaciones – Dispositivos CC

– Dispositivos CA de baja frecuencia

– Resistores, Condensadores, Inductores

– Transformadores



Simulación en Vivo – Inductor de altafrecuencia

• Inductor de cobre• 20 kHz• Efecto pelicular

• Corrientes superficiales – Impedance Boundary Condition

• Objetivo – Campo Magnetico

– Perdidas superficiales

– Perdida total (Integración)

eJAA

1)(

0

2

r j

r 0

2



Interfaces de Calentamiento por CamposElectromagnéticos

• Tres Interfaces con acoplamiento con Transferencia de Calor• Calentamiento Joule• Calentamiento por Inducción

• Calentamiento por Microondas (Modulo de RF)

• Se supone que la transferencia de calor se resuelve en un solido,pero es posible de simular in fluidos.



Calentamiento Joule

• Acoplamiento entre CorrienteEléctricas y Transferencia deCalor

•

Posible de usar con DilataciónTérmica – Joule Heating and Thermal

Expansion• Modulo de Structural Mechanics

• Aplicaciones – HVDC/Corriente Continua de Alta

tensión

– Resistores

– Fusibles/Tapon

– Actuadores controlado porCorriente

– Calefactor

– Componentes de Potencia CC

Resistor de Superficie

Transistor de Potencia



Calentamiento por Inducción

• Acoplamiento entre CamposMagnéticos y Transferencia deCalor

•

Aplicaciones – Hornos de Inducción

– Ingeniería Biomedicina• Tumores

– Cocinas de Inducción

– Temple por Inducción

• Industria de Acero – Soldadura de Inducción

– Plasma



Simulación en Vivo – Inductor

• Inductor de Potencia• Corriente CA a 1000 Hz• Objetivo 1: Calcular la

Admitancia Y. – Función: Terminal

– Calculación Automática de Y

• Objetico 2: Calcular laInductancia L

• Interfaz Campos Magnéticos yEléctricos

Y L

L jY

1Im

1



Simulación en Vivo – Fronteras

• Resolver para potenciales A y V

e

e

JAvAA

JAvA

V j j

V j j

r r r

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0))()()((

011

002

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2

V = 0

0

0

n A

n J

V = 1



Practicas

• Licencia de Prueba – DVD COMSOL Multiphysics 4.2ª

– 3 Semanas

• Usuarios Nuevos – Libreta con Practicas en AC/DC

• Usuarios con Experiencia

– Librería de Modelos – Menú View > Model Library

• Preguntas y Respuestas



Preguntas & RespuestasTaller de AC/DC Gracias por su atención!

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