Opera低頻電磁分析
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Opera是一套全球知名的專業電磁分析軟體,採用有限元素法(FEM/FEA)來求解各類電磁問題。可分為Opera -2D和Opera-3D。Opera包含完整的前後處理程序,以及精確地的分析模組。使得Opera可以應用至各式不同的電磁問題分析當中,舉凡馬達、變壓器、磁鐵設計或低密度電漿模擬等。此外Opera本身亦擁有完善的多從物理場模擬。因此Opera除了提供完善的電磁模擬環境之外亦提供在單一介面下完善的多物理場模擬能力。基於Opera在電磁分析方面超過30年的研究和經驗,其將可以提供正確且更有效率的分析。

功能特色

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Features

Opera模擬軟體是一種有限元分析軟體套件,允許使用者對電磁 (EM) 和機電系統進行二維和三維模擬。Opera是對現有SIMULIA EM產品組合的補充,在低頻模擬方面具有強大優勢,這對於設計磁體、電動機和其他電氣設備非常有用。 More

應用

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帶電粒子設備

帶電粒子模組可以計算靜電和靜磁場中帶電粒子的相互作用。它使用有限元方法對離散模型中穩態情況的Maxwell方程式進行解算,並且提供了自洽場解決方案,包括空間電荷、自磁場和相對運動的影響。

提供了一套完整的發射器模型,包括表面的熱電子和場效應發射、表面和包絡體內的二次發射(用於氣體電離建模)以及非磁化和磁化等離子體模型。

可以包括多種帶電粒子,每個都具有用戶定義的電荷和品質。與熱離子發射相比,場發射是一種從陰極中提取電子的更具吸引力的機制,因為電子在室溫(冷陰極)下通過量子機械場效應發射,耗電量更低。碳納米管發射器正越來越受行業青睞,這種發射器更加小巧,可在更加便攜的設備中使用。

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磁體和遮罩

憑藉始終如一的準確性、易用性和日常處理大型和複雜模擬的能力,Opera成為了人們設計各種磁體時用到的最重要FEA設計工具。

Opera被科學界廣泛應用於粒子加速器、離子束設備、MRI/NMR和各種其他磁性設備中的磁體設計。這款以應用為中心的軟體經過多年的發展,如今提供了全面的多物理場模擬,除了電磁研究之外,還支持研究熱學和應力研究。

該軟體還可以通過電磁場來跟蹤帶電粒子。由於成像區域需要極高的場精度,因此 MRI/NMR應用的要求非常嚴苛。Opera在開發時充分考慮了這一需求,因此許多領先的MRI和NMR設備製造商都使用 Opera來設計超導磁體、執行失超模擬以及設計磁體遮罩。該軟體現在提供了全面的多物理場模擬,除了電磁之外,還能夠研究熱和應力。

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磁控管濺射

濺射鍍膜工藝在各種應用中廣泛用於加工鍍膜,從玻璃上的裝飾鍍膜和低輻射鍍膜,到當今最嚴苛應用場合中所用產品上的工程塗層。優化沉積膜屬性以及利用濺射靶對於保證最終產品的性能和流程的經濟性至關重要。Opera將精確的有限元分析和詳細的等離子體、噴濺和膜沉積模型結合在一起,提供了首款用於設計和優化磁控管的實用工具。

這是可供磁控管和濺射儀的設計人員使用的首款有效的設計模擬工具。在工程和產品設計的許多領域,此類工具已證明能夠增強性能、降低成本和縮短開發週期,並幫助創新以增強競爭優勢。

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船舶特徵和陰極保護

通過開發先進的電磁特徵建模、陰極保護系統和解決反向電磁感應問題,Opera高級電磁模擬已經成為船舶工程師和設計師不可或缺的稱手利器。

消除電場和磁場特徵是船舶設計過程中的一個重要部分。多年以來,Opera一直廣泛用作非消磁和消磁特徵評估的模擬工具,在驗證實踐中表現出了出色的精度,並在消磁線圈位置優化中表現出了高度的靈活性。

Opera使用者可以輕鬆修改為磁性特徵評估創建的模型,以便能夠使用相同的Opera模擬模組對陰極保護系統進行建模。陰極保護分析只需要船舶的外表面模型,包括外加電流陽極、犧牲陽極以及噴漆和未保護區域。

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電機和發電機

Opera是一款功能強大的互動式有限元分析 (FEA) 套裝軟體,經驗證可為所有類型的機器提供準確的電磁場建模,包括軸向通量拓撲和線性運動設備。電磁和其他物理解算器可提供不同複雜級別的分析,為用戶提供滿足其要求的最佳工具。全面的材料建模選項(包括磁化、使用中消磁和全向量磁滯材料模型)以及外部驅動電路的簡單定義均經過精心考慮,以方便您設計機器。集成的優化器可幫助您高效地將概念轉化為具有強大競爭優勢的產品。Machines Environment是一種易用的範本驅動型開發工具,專為電氣設備工程師設計。根據幾何圖形的複雜性和對稱性,用戶可以選擇使用Opera 2D或Opera 3D。

Opera靜態解算器可以準確地展示機器的電磁行為。這對於可將電磁場視為時間“凍結”點的機器(如 DC 機器)或者電磁場運動速度與轉子相同(同步機器)的機器非常有用,讓用戶可以部署穩態(時變 AC)解算器以執行包含時變場的機器分析,例如感應機器或扭矩與滑移特性分析。

通過使用運動解算器,用戶可以對任何機器的實際性能進行完全分析。這還包括對機械耦合影響的分析。Opera的損耗解算器系列允許使用者評估任何類型機器的鐵損耗(包括渦流、磁滯和過長/旋轉組件)。這可以通過使用後處理方法完成,或者在製造商曲線的解算中直接完成。用戶可以通過模擬繞組中的電流計算出銅損耗。借助 Opera的磁滯解算器,用戶可以明確地計算出磁滯損失(包括旋轉組件損耗和渦流損耗)。任何損耗量都可以在二維或三維熱分析中用作熱源。

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變壓器和反應器

Opera模擬套件使用有限元方法來類比設備和系統的電氣、熱力學和結構行為。Opera是一種虛擬原型設計工具,可用於探索設計變體、優化和改進設計,並提供與物理測試同樣精准的測試結果。

電力系統及相關設備製造商致力於設計能夠滿足現代社會需求的產品,利用Opera,這些製造商可提高效率,設計出外形更加小巧、更加環保的產品。Opera可幫助您滿足這些往往彼此衝突的需求,成功設計出富有創新又高度優化的產品。隨著設計反覆運算和物理原型構建/測試的傳統開發流程變得耗時且成本高昂,設計人員開始更多地轉為使用Opera。

解決方案

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靜態

“靜態模組”廣泛用於科學和工程應用領域,可用於計算靜磁和靜電場。它使用FEA方法,對離散模型中靜態情況下的Maxwell方程式進行解算。對於3D靜磁,“靜態模組”中使用的演算法會自動處理包含磁源的模型中的包絡體,其方式與沒有源的包絡體不同。利用這種功能強大的方法,該模組可以成功地避免使用其他解算方法時可能導致的取消錯誤。因此,該解算方法的準確性通常遠遠高於“有限元分析”的預期結果。在此模組中,使用者可以將磁性材料屬性指定為線性、非線性、各向同性、各向異性、層壓或永磁。在3D模式下,使用者可以使用Opera的專有方法來模擬精確度極高的線圈/螺線管,該方法會利用 Biot-Savart 積分來計算線圈的磁場。Opera-3d包括一個庫,可幫助輕鬆定義螺線管和環形磁場等標準形狀,還使用戶能夠靈活創建任何拓撲的線圈。通過使用“有損耗介質”選項,使用者可以類比由於低電導率電介質通電所產生的電場。

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動態電磁

動態電磁模組可用於計算電磁設備和系統中的時變電磁場和渦流。這包括由簡單移動導體引起的渦流,簡單移動是指不會改變幾何形狀的移動(例如橫截面恒定的轉盤或無限管道)。
有三種不同類型的動態解決方案可用,每種都具有不同的時變形式:
“諧波”可計算穩態交流電流,其中所有場和電勢均以相同頻率振盪
“瞬態”可計算由於驅動電流的場、邊界條件以及按預定方式隨時間變更的外部場所導致的瞬態渦流
“固定速度”可計算由於不改變模型幾何形狀的運動而導致的渦流。源場和驅動條件始終不變

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運動

電磁運動模組可在具有旋轉或線性運動(在解算期間導致重新網格化)的設備中計算時變場和渦流。允許按照使用者控制的速度或在分析過程中計算的速度,獨立移動幾何結構的組成部分,進而獨立移動有限元網格。這是一種瞬態分析,通過移動磁場的影響和模型源的時變在導電介質中感應出渦流。

此模組經過設計,可對各種電氣設備進行動態建模,例如,含有永久磁體 (PM)、感應、開關磁阻、同步和同步磁阻的設備。它可用於研究整流效應、瞬態回應以及穩態性能和非平衡局部效應。

此外還可以計算所有材料中的渦流損耗,包括永久磁體。計算中可以包含正常和故障條件下的電力驅動以及動態機械負載。在每個時間步中,模組都會計算移動零件(旋轉或平移)上的電磁力,再應用遞增運動,隨後重新計算電磁場。

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失超

可以使用此模組來分析超導磁體的失超。Opera失超模組可利用超導磁體在失超期間的溫升,包括磁體隨著失超在磁體內的傳播而過渡為阻性元件。觸發失超事件的熱量有多種來源。在直流系統中,通常是由於低溫系統發生故障、系統過渡過快或在測試情況下有意引入。我們可以將此熱量作為表面或包絡體屬性包含到模擬中,或者通過材料中存在的與速率相關的電阻或磁滯損耗(因電流流動或材料中存在磁場而產生的損耗)包含到模擬中。在此情況下,材料的特性存在顯著的各向異性,因為熱導性會沿繞組方向佔據主導地位,需要特定的建模技術來提高效率和準確度。

失超模組使用了高級FEA技術對磁體在失超期間的高度非線性瞬態行為進行建模。通過使用一種將電磁解決方案與熱量和電路解決方案(用於確定線圈中的電流)相結合的演算法,可以對完全失超過程進行分析。

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機械

“熱分析”模組可計算由於電磁加熱或外部熱源導致的穩態或瞬態溫度、熱通量和熱梯度場。熱屬性(如電導率張量或比熱)以及熱源密度可指定為位置函數,並且可以具有溫度依賴性(從而可執行非線性分析)。

熱分析模組可在獨立模式下使用(使用者可定義熱輸入的分佈),也可與其他提供熱分佈的Opera解算模組一起用於多物理場模擬。可在單項計算中包含多個熱源(例如電動機中的渦流加熱和鐵損耗)。熱分析模組會計算模型中的溫度分佈,這可能會改變電磁解算(如果材料屬性與溫度有關)。熱膨脹導致的應力可使用“應力分析”模組進行分析。造成的變形可用於後續的熱模擬和電磁模擬。

應力解算器可在2D或3D中解算線性靜態應力。結果包括變形、應變和應力。在3D中,應力解算器還可用於計算結構的自然模式,即本徵值和本徵向量。

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帶電粒子

帶電粒子模組可以計算靜電和靜磁場中帶電粒子的相互作用。它使用有限元方法對離散模型中穩態情況的 Maxwell方程式進行解算,並且提供了自洽場解決方案,包括空間電荷、自磁場和相對運動的影響。

提供了一套完整的發射器模型,包括表面的熱電子和場效應發射、表面和包絡體內的二次發射(用於氣體電離建模)以及非磁化和磁化等離子體模型。可以包括多種帶電粒子,每個都具有用戶定義的電荷和品質。

“帶電粒子”模組可用於多物理場分析,例如粒子束產生的熱量。