ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

ارسال شده در ۱۰ خرداد ۱۳۹۵ / دسته بندی: آموزش نرم افزار / ۲ دیدگاه


در مطلب قبل، نرم افزار COMSOL Multiphysics ( کامسول مولتی‌فیزیکس ) معرفی شد. همانطور که قول داده بودیم، آموزش های مربوط به ماژولهای مختلفی که در این نرم افزار استفاده میشود، را در اختیارتان قرار میدهیم تا بتوانید با استفاده از آنها هرچه بهتر و راحت تر از این نرم افزار با ارزش استفاده کنید.

در این مطلب، تحت عنوان ” ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب ” به معرفی اولین ماژول از نرم افزار کامسول پرداخته خواهد شد و همچنین کتاب آموزشی نیز در اختیارتان قرار میگیرد که میتوانید آنرا به صورت رایگان دانلود کنید.

ماژول AC/DC برای شبیه سازی میدان های الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در حالت ایستا یا کند تغییر (ادواتی با ابعاد در حدود بیشتر از یک دهم طول موج امواج الکترومغناطیسی) جهت طراحی و بهینه سازی انواع ادوات الکترومغناطیسی از قبیل خازن، القاگر، سیم پیچ، موتور الکتریکی، محرک و سنسور‌ استفاده می‌شود.

در ویدیوی زیر میتوانید بخشی از امکانات نرم افزار COMSOL Multiphysics ( کامسول مولتی‌فیزیکس ) را ببینید.

ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

با استفاده از این ماژول می‌توان پارامترهایی مانند میدان‌ها، گشتاورها و نیروهای الکترومغناطیسی، مقاومت، ظرفیت، القاییدگی، امپدانس، توان اتلافی و … را در سیستم‌های الکتریکی و مغناطیسی خطی و غیر خطی، همسانگرد و ناهمسانگرد، برای حالت‌های پایا، وابسته به زمان و حوزه فرکانسی محاسبه نمود. بعلاوه به کمک این ماژول می‌توان نتایج شبیه‌سازی‌های ۲ و ۳ بعدی را به عنوان قطعه‌ای از یک مدار الکترونیکی استفاده نمود و قطعه شبیه‌سازی شده را در یک مدار قرار داد و رفتار مدار الکتریکی را بررسی نمود.

شبیه‌سازی در این ماژول بر پایه حل معادلات ماکسول انجام می‌شود و بسته به نوع فیزیک انتخابی کامسول تغییراتی در آن ایجاد می کند.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

در روابط بالا E بردار شدت میدان الکتریکی، D بردار جابجایی الکتریکی (چگالی شار الکتریکی)، H بردار شدت میدان مغناطیسی، B بردار چگالی شار مغناطیسی، J بردار چگالی جریان الکتریکی و ρ چگالی بار الکتریکی است.

بعلاوه کامسول بسته به فیزیک انتخاب شده، از روابط ساختاری زیر استفاده می‌کند:

 

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

در روابط فوق J۰ بردار چگالی جریان خارجی، σ چگالی بار سطحی، ϵ گذردهی الکتریکی مورد و μ تراوایی مغناطیسی محیط مورد بررسی می‌باشد.

با توجه به نوع فیزیک، کامسول از اشکالی از معادلاتی مانند پایستگی بار الکتریکی و روابط بین پتانسیل‌ها و میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی استفاده می‌کند.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

در معادلات بالا V پتانسیل الکتریکی، Vm پتانسیل اسکالر و A پتانسیل برداری میدان مغناطیسی است.

در ماژول AC/DC بسته به نوع مسئله، شرایط مرزی مختلفی از جمله پتانسیل الکتریکی یا مغناطیسی، عایق الکتریکی و مغناطیسی، مقدار بار، جریان و میدان صفر، ترمینال (جهت اتصال مرزها به مدار)، شرط مرزی دوره‌ای (برای سامانه‌های متناوب)، جریان سطحی و … را می‌توان بر فضای شبیه‌سازی اعمال نمود. علاوه بر شرایط مرزی ذکر شده، این ماژول قابلیت شبیه‌سازی سامانه‌هایی با ابعاد نامتناهی را نیز دارد. ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

حوزه کاربردهای این ماژول در طراحی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی انواع سیم پیچ‌ها، سیم لوله‌ها، جوشکاری الکتریکی، عایق‌های الکتریکی، سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)، تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، حفاظ‌های الکترومغناطیسی، ماشین‌های الکترومکانیکی، مدارهای الکترونیکی، کوره‌های القایی، خازن‌ها، دی‌الکتریک‌ها، موتور‌ها، ژنراتور‌ها، آهنرباهای دائمی، پیستون‌های مغناطیسی، سنسور‌ها، ترانسفوماتور‌ها و القاگرها است.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

از فیزیک‌های موجود در این ماژول می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱- جریان‌های الکتریکی (Electric Currents)

این فیزیک به محاسبه میدان الکتریکی و توزیع جریان و پتانسیل الکتریکی در محیط‌های رسانا در شرایطی که اثرات القایی قابل صرف نظر کردن باشد، می‌پردازد. این مسئله به شکل‌های حوزه فرکانسی، پایا و وابسته به زمان قابل حل است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر فیزیک جریان‌های الکتریکی معادله پایستگی بار بر اساس قانون اهم است که با حل آن پتانسیل الکتریکی (V) بدست می‌آید.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

در معادلات بالا Qj منبع جریان و Je چگالی جریان خارجی است.

۲- جریان‌های الکتریکی پوسته‌ای (Electric Currents, shell)

در این فیزیک، میدان الکتریکی و توزیع جریان و پتانسیل الکتریکی در پوسته‌های رسانای نازک در شرایطی که اثرات القایی قابل صرف نظر کردن باشد، محاسبه می‌شود. بدین منظور در فیزیک جریان‌های الکتریکی پوسته‌ای برای پوسته‌های دو و سه بعدی مسئله به شکل‌های حوزه فرکانسی، پایا و وابسته به زمان قابل حل است. مانند فیزیک جریان‌های الکتریکی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر این فیزیک، معادله پایستگی بار بر اساس قانون اهم است که با حل آن پتانسیل الکتریکی (V) بدست می‌آید.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

۳- مدار‌های الکتریکی (Electrical Circuit)

این فیزیک برای مدل‌سازی جریان‌ها و ولتاژهای مدارات الکترونیکی بکار می‌رود و شامل ادواتی مانند منابع جریان و ولتاژ، مقاومت، خازن، القاگر و ادوات نیمه رسانا است. فیزیک مدارات الکتریکی قوانین پایستگی کیرشف را برای حالت‌های دامنه فرکانسی، وابسته به زمان و پایا حل می‌نماید

.

۴- الکترواستاتیک (Electrostatics)

این فیزیک برای محاسبه میدان الکتریکی، جابجایی الکتریکی و توزیع پتانسیل الکتریکی در مواد دی‌الکتریک در شرایطی که توزیع بارهای الکتریکی مشخص باشد می‌باشد. از آنجایی که مسائل مورد بررسی در این فیزیک استاتیک است، حل مسئله به روش پایا صورت می‌گیرد. با اینحال امکان استفاده از این ماژول برای حالت‌های حوزه فرکانسی، زمانی و ویژه فرکانس نیز وجود دارد که در کوپل شدن با دیگر فیزیک‌ها قابل استفاده است. معادله‌ای که در این فیزیک حل می‌گردد، قانون گاوس است که با حل آن پتانسیل الکتریکی به صورت میدان اسکالر بوجود می‌آیند. ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

۵- میدان‌های مغناطیسی (Magnetic Fields)

فیزیک میدان‌های مغناطیسی برای محاسبه میدان‌های مغناطیسی و توزیع جریان القایی در انواع سیم‌پیچ، سیم‌لوله، رسانا و آهنربا‌ها بکار می‌رود. این فیزیک برای حالت‌های پایا، حوزه فرکانسی و وابسته به زمان قابل حل است. معادلات دیفرانسیل مورد بررسی در فیزیک میدان‌های مغناطیسی معادلات ماکسول است که برای پتانسیل برداری مغناطیسی فرمول‌بندی شده است.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

۶- فرمول بندی میدان مغناطیسی (Magnetic Field Formulation)

فیزیک میدان‌های مغناطیسی برای محاسبه میدان‌های مغناطیسی و توزیع جریان القایی در انواع مواد مغناطیسی است. این فیزیک برای شبیه‌سازی زمانی ادوات غیر خطی (E-J) مانند ابررساناها مناسب می‌باشد بنابراین رسانندگی در تمامی نقاط مورد شبیه‌سازی در این فیزیک باید غیر صفر باشد. این فیزیک برای حالت‌های پایا، حوزه فرکانسی و وابسته به زمان قابل حل است. معادلات دیفرانسیلی که در فیزیک میدان‌های مغناطیسی حل می‌شوند، معادلات ماکسول است که برای میدان مغناطیسی فرمول‌بندی شده است.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

۷- میدان‌های مغناطیسی بدون جریان (Magnetic Fields, No Currents)

این فیزیک برای شبیه‌سازی مسائل مغناطواستاتیک است و به کمک آن می‌توان میدان‌های مغناطیسی ناشی آهنرباهای دائمی و دیگر منابع میدان مغناطیسی را بررسی نمود. مسائل مورد بررسی به شکل پایا قابل حل‌اند. با اینحال برای کوپل شدن با دیگر فیزیک‌های کامسول حل وابسته به زمان نیز برای این فیزیک قابل افزوده شدن است. در این فیزیک قانون گاوس برای پتانسیل مغناطیسی حل می‌گردد.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

در معادله فوق Hb میدان مغناطیسی زمینه (background) است.

۸- میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی (Magnetic and Electric Fields)

این فیزیک برای محاسبه میدان مغناطیسی و توزیع جریان‌های الکتریکی است. در این فیزیک معادلات ماکسول بر حسب پتانسیل مغناطیسی برداری و پتانسیل الکتریکی حل می‌گردد. حل این معادلات به شکل حوزه فرکانسی و پایا امکانپذیر است.

۹- ماشین‌های چرخان مغناطیسی (Rotating Machinery, Magnetic)

این فیزیک برای طراحی و بررسی موتور‌های الکتریکی و ژنراتورها کاربرد دارد. در این فیزیک معادلات ماکسول برای بدست آوردن پتانسیل برداری و اسکالر مغناطیسی حل می‌گردند. ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

۱۰- رد‌یابی ذرات باردار (Charged Particle Tracing)

این فیزیک برای مدلسازی مسیر حرکت ذرات باردار تحت نیروهای الکترومغناطیسی است. از مزیت‌های این فیزیک شبیه‌سازی دوطرفه ذرات و میدان‌های الکترومغناطیسی است به این معنی که ذرات باردار برمیدان الکترومغناطیسی و میدان الکترومغناطیسی بر ذرات اثر می‌کند. از کاربردهای این فیزیک می‌توان به طراحی شتابدهنده‌ها، لنزهای الکترومغناطیسی، لوله‌های خلا و تجهیزات کاشت یون اشاره نمود. معادلاتی که در این فیزیک حل می‌گردند، معادلات حرکت مکانیکی ذره تحت نیروی الکترومغناطیسی است.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

در این معادله mp جرم ذره، v سرعت آن و Ft نیروی خالص وارد بر آن است.

ماژول AC DC - معرفی و دانلود کتاب

 

دانلود کتاب AC/DC Module User`s Guid

این کتاب کاملترین مجموعه آموزشی در زمینه مفاهیم پایه ای و تکنیکال ماژول AC/DC میباشد که در ۳۱۰ صفحه نوشته شده است. در ادامه لیست فهرست قرار گرفته که تمامی سرفصل های آموزش داده شده در این کتاب را نشان میدهد.

 

Chapter1: Introduction

About the AC/DC Module
What Can the AC/DC Module Do?
AC/DC Module Physics Guide
AC/DC Module Study Availability
The Model Builder Show and Hide Physics Options
Where Do I Access the Documentation and Model Library?
Typographical Conventions
Overview of the User’s Guide

Chapter2 :Review of Electro magnetics

Fundamentals of Electromagnetics
Maxwell’s Equations
Constitutive Relations
Potentials
Reduced Potential PDE Formulations
Electromagnetic Energy
The Quasi-Static Approximation and the Lorentz Term
Material Properties
About the Boundary and Interface Conditions
Phasors
References for Electromagnetic Theory
Electromagnetic Forces
Overview of Forces in Continuum Mechanics
Forces on an Elastic Solid Surrounded by Vacuum or Air
Torque
Forces in Stationary Fields
Forces in a Moving Body
Electromagnetic Energy and Virtual Work
Electromagnetic Quantities
References for the AC/DC Interfaces

Chapter3:ModelingwiththeAC/DCModule

Preparing for Modeling
What Problems Can You Solve?
Selecting the Space Dimension for the Model Geometry
Simplifying the Geometry Using Boundary Conditions
Applying Electromagnetic Sources
Selecting a Study Type
D Field Variables
Meshing and Solving

Infinite Elements
Modeling Unbounded Domains
Known Issues When Modeling Using Infinite Elements

Force and Torque Computations
Calculating Electromagnetic Forces and Torques
Model Examples—Electromagnetic Forces

Coil Domains
About the Single-Turn Coil Domain, Multi-Turn Coil Domain, and Coil Group
Domain Features
About the Coil Name
Coil Excitation
Lumped Parameter Calculations
Using Coils in D Models
Computing Coil Currents

Lumped Parameters
Calculating Lumped Parameters with Ohm’s Law
Calculating Lumped Parameters Using the Energy Method
Studying Lumped Parameters
Lumped Parameter Conversion

Lumped Ports with Voltage Input
About Lumped Ports
Lumped Port Parameters

S-Parameters and Ports
S-Parameters in Terms of Electric Field
S-Parameter Calculations in COMSOL Multiphysics: Lumped Ports
S-Parameter Variables

Connecting to Electrical Circuits
About Connecting Electrical Circuits to Physics Interfaces
Connecting Electrical Circuits Using Predefined Couplings
Connecting Electrical Circuits by User-Defined Couplings

Importing ECAD Files
Overview of the ECAD Import
Importing ODB++(X) Files
Importing GDS-II Files
Importing NETEX-G Files
ECAD Import Options
Meshing an Imported Geometry
Troubleshooting ECAD Import

Chapter4: The Electric Field Interfaces

The Electrostatics Interface
Domain, Boundary, Edge, Point, and Pair Conditions for the Electrostatics
Interface
Charge Conservation
Space Charge Density
Force Calculation
Initial Values
Ground
Electric Potential
Surface Charge Density
External Surface Charge Accumulation
Dielectric Shielding
Terminal
Floating Potential
Electric Displacement Field
Distributed Capacitance
Periodic Condition
Zero Charge
Thin Low Permittivity Gap
Line Charge
Line Charge (on Axis)
Line Charge (Out-of-Plane)
Point Charge
Point Charge (on Axis)
Change Cross-Section
Change Thickness (Out-of-Plane)
Infinite Elements
Electrostatic Point Dipole

The Electric Currents Interface
Domain, Boundary, Edge, Point, and Pair Features for the Electric Currents
Interface
Current Conservation
Floating Potential
Archie’s Law
Porous Media
External Current Density
Current Source
Initial Values
Boundary Current Source
Normal Current Density
Distributed Impedance
Electric Shielding
Electric Insulation
Contact Impedance
Sector Symmetry
Line Current Source
Line Current Source (on Axis)
Point Current Source
Point Current Source (on Axis)
Electric Point Dipole
Electric Point Dipole (on Axis)

The Electric Currents, Shell Interface
Boundary, Edge, Point, and Pair Conditions for the Electric Currents, Shell
Interface
Current Conservation
Initial Values
Current Source
Change Shell Thickness
Normal Current Density
Electric Shielding

Theory of Electric Fields
Charge Relaxation Theory

Theory for the Electrostatics Interface
Electrostatics Equations

Theory for the Electric Currents Interface
Electric Currents Equations in Steady State
Effective Conductivity in Porous Media and Mixtures
Effective Relative Permeability in Porous Media and Mixtures
Archie’s Law Theory
Dynamic Electric Currents Equations
Reference for the Electric Currents Interface

Theory for the Electric Currents, Shell Interface
Electric Currents, Shell Equations in Steady State
Dynamic Electric Currents Equations

Chapter5: The Magnetic Field Interfaces

The Magnetic Fields Interface
Domain, Boundary, Point, and Pair Conditions for the Magnetic Fields Interface

Ampère’s Law
External Current Density
Velocity (Lorentz Term)
Initial Values
Magnetic Insulation
Magnetic Field
Surface Current
Magnetic Potential
Perfect Magnetic Conductor
Line Current (Out-of-Plane)

Magnetic Fields Interface Advanced Features
Gauge Fixing for A-field
Multi-Turn Coil Domain
Single-Turn Coil Domain
Gap Feed
Boundary Feed
Ground
Reference Edge
Automatic Current Calculation
Electric Insulation
Input
Output
Coil Group Domain
Reversed Current Direction
Harmonic Perturbation
Lumped Port
Edge Current
External Magnetic Vector Potential
Impedance Boundary Condition
Transition Boundary Condition
Thin Low Permeability Gap
Magnetic Point Dipole
Magnetic Point Dipole (on Axis)

The Magnetic Fields, No Currents Interface
Domain, Boundary, Point, and Pair Features for the Magnetic Fields, No Currents
Interface
Magnetic Flux Conservation
Initial Values
Infinite Elements
Magnetic Insulation
Magnetic Flux Density
Zero Magnetic Scalar Potential
External Magnetic Flux Density
Magnetic Shielding
Thin Low Permeability Gap

The Rotating Machinery, Magnetic Interface
Domain and Shared Features for the Rotating Machinery, Magnetic Interface

Initial Values
Electric Field Transformation
Prescribed Rotation
Prescribed Rotational Velocity

Theory of Magnetic and Electric Fields
Maxwell’s Equations
Magnetic and Electric Potentials
Gauge Transformations
Selecting a Particular Gauge
The Gauge and the Equation of Continuity for Dynamic Fields
Explicit Gauge Fixing/Divergence Constraint
Ungauged Formulations and Current Conservation
Time-Harmonic Magnetic Fields

Theory for the Magnetic Fields Interface
Magnetostatics Equation
Frequency Domain Equation
Transient Equation
Theory for the Magnetic Fields, No Currents Interface

Chapter6: The Magnetic and Electric Fields Interface

The Magnetic and Electric Fields Interface
Domain, Boundary, Edge, Point, and Pair Features for the Magnetic and Electric
Fields Interface
Ampère’s Law and Current Conservation
Initial Values

Theory for the Magnetic and Electric Fields Interface
Magnetostatics Equations
Frequency Domain Equations

Chapter7: The Electrical Circuit Interface

The Electrical Circuit Interface
Ground Node
Resistor
Capacitor
Inductor
Voltage Source
Current Source
Voltage-Controlled Voltage Source
Voltage-Controlled Current Source
Current-Controlled Voltage Source
Current-Controlled Current Source
Subcircuit Definition
Subcircuit Instance
NPN BJT
n-Channel MOSFET
Diode
External I vs U
External U vs I
External I-Terminal
SPICE Circuit Import

Theory for the Electrical Circuit Interface
Electric Circuit Modeling and the Semiconductor Device Models
NPN Bipolar Transistor
n-Channel MOS Transistor
Diode
References for the Electrical Circuit Interface

Chapter8: The Heat Transfer Branch

The Induction Heating Interface
Domain, Boundary, Edge, Point, and Pair Features for the Induction Heating
Interface
Induction Heating Model
Electromagnetic Heat Source
Initial Values

Chapter9: Materials

Material Library and Databases
About the Material Databases
About Using Materials in COMSOL
Opening the Material Browser
Using Material Properties

Using the AC/DC Material Database

ACDC Module Users Guide
ACDC Module Users Guide
ACDCModule-UsersGuide.pdf
1.8 MiB
14 Downloads
اطلاعات بیشتر

2 دیدگاه در “ماژول AC DC – معرفی و دانلود کتاب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.