Моделирование электромагнитных явлений в среде SolidWorks

В качестве расчётных моделей выступают детали или сборки SolidWorks, в том числе с поддержкой многоконфигурационности.

EMS

EMS включает 7 модулей, каждый из которых взаимодействует с обширной встроенной библиотекой линейных и нелинейных материалов (определённые пользователями материалы также возможны), доступны различные виды начального возбуждения, задающего электромагнитное поле, а также виртуальные обмотки.

• Симулятор электростатического поля (Electrostatic Field Simulator), который решает проблемы с пробоем диэлектрика, проясняет ситуацию с искрением, заземлением, экранированием в схеме размещения проводов.
• Проводимость (Conduction) — позволяет проанализировать проводники в условиях перенапряжения, по величине сопротивления, рассеянию мощности и другим видам электрического поведения.
  

  Рисунок 1 — Расчётная модель платы с диаграммами распределения плотности электрического тока и потенциала

• Магнитостатика (Magnetostatic) — даёт возможность решать задачи о магнитном насыщении, оптимизации крутящего момента, возможного перегрева катушки и избыточности материала ферромагнитных сердечников.
  

  Рисунок 2 — Расчётная модель катушки с диаграммами температуры и напряжённости магнитного поля

• Магнитное поле переменного тока (AC-Magnetic Field) — модуль, который поможет найти способы повышения эффективности с учётом воздействия вихревых токов. Функционал по проектированию электродвигателей позволит минимизировать поверхностные эффекты (скин-эффекты) и проблемы с вибрацией и шумом, а также решить задачи, связанные с утечкой тока, индуктивностью и улучшить конструкцию катушек.
• Анализ переходных процессов (Transient Application) — решение, предназначенное для электрического моделирования процессов в реальном времени с оценкой появления различных проблем, таких как: перебои питания, пульсирующие скачки напряжения, влияние вихревых токов на конструкцию. Это позволит узнать специфические особенности поведения устройства под воздействием, например, магнитных головок, электромагнитных пусковых установок, импульсных силовых трансформаторов и других источников помех.
  

  Рисунок 3 — Диаграммы распределения плотности электрического тока в различные моменты времен

• Полностью интегрированный Тепловой Решатель (Thermal Solver), который решает задачи теплопередачи от вихревых токов, получает температурное распределение для различных устройств, таких как шины, микроволновые печи (индуктивный нагрев в модели) и многих других.
• Совмещённый анализ движения (Coupled Motion Analysis) — инструмент, который определяет выделения тепла в совокупности с движением устройства (вращение, смещение) в реальном времени. Этот модуль взаимодействует с SolidWorks Motion и являет собой простой, но эффективный программный продукт для моделирования электродвигателей и электромагнитных потоков, помогает определить специфические особенности эксплуатации изделия, такие как: уровень повышения температуры, необходимость теплоотвода или активного процесса охлаждения, распределение температуры в модели.

EMS даёт проектировщику возможность вычислять электрические, магнитные, механические и тепловые параметры устройств, такие как:

• Сила взаимодействия
• Крутящий момент
• Плотность магнитного потока
• Напряжённость магнитного поля
• Напряжённость электрического поля
• Электрический поток
• Электрический ток
• Вихревой ток
• Индуктивность
• Емкость
• Сопротивление
• Потокосцепление (полный магнитный поток)
• Потери в сердечнике
• Насыщение
• Индуцированное напряжение
• Плотность силы
• Потери мощности
• Температура
• Градиент температуры
• Тепловой поток
• Обратная ЭДС.

HFWorks

Функционал HFWorks включает три основных решателя: Антенны, S-параметры и Резонанс.

Решатель Антенны (Antenna) позволяет оценить параметры излучения с построением диаграмм направленности, рассеяние, сопротивление излучения антенны, включая поляризацию и осевые соотношения.

Рисунок 4 — Расчётная модель рупорной антенны и некоторые результаты расчёта характеристик излучения — мощность, интенсивность, напряжённость электрического и магнитного полей, диаграмма направленности...

Решатель Резонанс (Resonance) позволяет раскрыть факторы качества резонирующей конструкции, оценить влияние изменения геометрии устройства на высокочастотный резонанс и оптимизирует расположение нуля в микроволновой конструкции с учётом других связанных задач.

Программное обеспечение HFWorks применимо к широкому кругу устройств, включая:

• Диэлектрические резонаторы
• Q-фильтры
• Осцилляторы
• Настроечные элементы
• Согласующие цепи
• Изогнутые волноводы и колена
• Т-образные волноводы
• Направленные ответвители
• Изоляторы
• Циркуляторы
• Аттенюаторы
• Антенны и облучатели
• Ускорители
• Соединители
• Интегральные схемы
• ВЧ-катушки
• Распространение электромагнитных помех
• Электромагнитная совместимость
• ВЧ-микроэлектромеханические системы
• Чипы/печатные платы.

Рисунок 5 — Расчётная модель и результаты анализа экранирующего корпуса (напряжённость электрического поля)