Soluciones

Utilizado ampliamente en aplicaciones científicas y de ingeniería, el módulo estático calcula campos magnetoestáticos y electrostáticos. Utiliza el método de FEA para solucionar las ecuaciones de Maxwell para el caso estático en un modelo individualizado. Para magnetoestática 3D, los algoritmos utilizados en el módulo estático tratan automáticamente los volúmenes del modelo que contienen fuentes magnéticas de forma diferente a los volúmenes sin fuentes. El uso de este potente método permite al módulo evitar los errores de cancelación que se pueden producir mediante métodos de solución alternativos. Como resultado, la precisión de la solución suele ser muy superior a la esperada en un análisis de elementos finitos. En este módulo, los usuarios pueden especificar propiedades de material magnético como imán lineal, no lineal, isotrópico, anisotrópico, laminado o permanente. En 3D, los usuarios pueden simular bobinas/solenoides con una precisión máxima mediante el método exclusivo de Opera, que implementa la ley Biot-Savart integral para calcular campos magnéticos a partir de bobinas. Opera-3d incluye una útil biblioteca para definir fácilmente formas estándar, como solenoides y circuitos, y también ofrece a los usuarios la flexibilidad de crear bobinas de cualquier topología. Mediante la opción "dieléctrico con pérdida", los usuarios pueden simular campos eléctricos resultantes de la carga de dieléctricos de baja conductividad.

El módulo electromagnético dinámico se puede utilizar para calcular los campos electromagnéticos dependientes del tiempo y el flujo de corriente de Foucault en los sistemas y dispositivos electromagnéticos. Esto incluye corrientes de Foucault inducidas por conductores de movimiento simple, es decir, donde el movimiento no cambia la geometría (por ejemplo, disco giratorio o tubo infinito de sección transversal constante).
Hay tres tipos diferentes de solución dinámica disponibles, cada una con una forma diferente de variación de tiempo:

• El tipo armónico calcula las corrientes de CA de estado estable donde todos los campos y potenciales oscilan a la misma frecuencia.
• El tipo transitorio calcula las corrientes transitorias de Foucault inducidas por los campos de corrientes conductoras, condiciones límite y campos externos que cambian con el tiempo de una forma predeterminada.
• El tipo de velocidad fija calcula las corrientes de Foucault inducidas por el movimiento que no cambian la geometría del modelo. Los campos de origen y las condiciones de conducción son invariables en todo momento.

El módulo de movimiento electromagnético calcula los campos dependientes del tiempo y las corrientes de Foucault en dispositivos con movimiento giratorio o lineal, lo que hace que se vuelva a mallar durante la solución. Las piezas de la geometría y, por lo tanto, la malla de elementos finitos, se pueden mover independientemente a velocidades controladas por el usuario o calculadas a medida que avanza el análisis. El análisis es un análisis transitorio, con corrientes de Foucault inducidas en la conducción de medios a través de los efectos de los campos magnéticos en movimiento y a través de la variación de tiempo de las fuentes del modelo.
Este módulo se ha diseñado para incluir el modelado dinámico de todos los tipos de máquinas eléctricas, por ejemplo, de imán permanente, inducción, reluctancia conmutada, síncrona y de reluctancia síncrona. Se puede utilizar para investigar los efectos de conmutación, las respuestas transitorias, así como el rendimiento en estado estable y los efectos locales no equilibrados.
También se pueden calcular las pérdidas de corriente de Foucault en todos los materiales, incluidos los imanes permanentes. Los cálculos pueden incluir el accionamiento eléctrico en condiciones normales y de fallo, y una carga mecánica dinámica. En cada paso de tiempo, el módulo calcula la fuerza electromagnética de las piezas móviles (rotación o traslación) y aplica un movimiento incremental seguido de un nuevo cálculo de los campos electromagnéticos.

Con este módulo se puede analizar el quenching de imanes superconductores. El módulo de quench de Opera utiliza el aumento de temperatura de un imán superconductor durante un quench, incluida la transición a ser resistivo a medida que el quench se propaga a través del imán. El calor que activa un evento de quench puede proceder de diversas fuentes. En un sistema de CC, normalmente se debe a un fallo del sistema criogénico, a un incremento demasiado rápido del sistema o, en situaciones de prueba, a una introducción deliberada del fenómeno. En la simulación podemos incluir este calor como una propiedad de superficie o volumen, o a través de pérdidas dependientes del índice, óhmicas o de histéresis en materiales debido a flujos de corriente o campos en ellos. En este caso, tenemos una anisotropía significativa en las propiedades del material, ya que la conductividad térmica es dominante en la dirección de bobinado, lo que requiere técnicas de modelado específicas para lograr eficiencia y precisión.
El módulo de quench utiliza técnicas avanzadas de FE para modelar el comportamiento transitorio no lineal de un imán durante un evento de quench. Mediante un algoritmo que acopla la solución electromagnética a las soluciones térmicas y de circuitos (para determinar las corrientes en las bobinas), se puede analizar el proceso de quenching completo.

El módulo de análisis térmico calcula la temperatura en estado estable o transitorio, el flujo de calor y los campos de gradiente térmico debido al calentamiento electromagnético o a fuentes de calor externas. Las propiedades térmicas, como el tensor de conductividad o el calor específico, y la densidad de la fuente de calor se pueden especificar como una función de posición, y pueden depender de la temperatura (lo que da lugar a un análisis no lineal).
El módulo térmico se puede utilizar en modo independiente y permitir al usuario que defina la distribución de la entrada de calor, o se puede utilizar en una simulación multifísica con otros módulos de soluciones de Opera que proporcionan la distribución del calor. Es posible incluir varias fuentes de calor (por ejemplo, calor de corriente de Foucault y pérdidas de hierro en un motor) en un único cálculo. El módulo térmico calculará la distribución de la temperatura en el modelo, que puede modificar la solución electromagnética (si las propiedades del material dependen de la temperatura). La tensión inducida por la expansión térmica se puede analizar mediante el módulo de análisis de tensión. La deformación causada se puede utilizar en simulaciones térmicas y electromagnéticas posteriores.
El solver de tensión puede solucionar tensiones estáticas lineales en 2 o 3 dimensiones. Los resultados incluyen deformaciones y tensiones. En 3 dimensiones, el solver de tensión también se puede utilizar para calcular los modos naturales de la estructura, es decir los autovalores y autovectores.

El módulo de partículas cargadas calcula la interacción de las partículas cargadas en campos electrostáticos y magnetoestáticos. Utiliza el método de elemento finito a fin de resolver las ecuaciones de Maxwell para el caso de estado estable en un modelo individualizado y proporciona una solución autoconsistente que incluye los efectos de la carga de espacio, los campos automagnéticos y el movimiento relativista.
Se proporciona un conjunto completo de modelos de emisor, que incluye emisión de efectos termiónicos y de campo de superficies, emisiones secundarias de superficies y dentro de volúmenes (utilizadas para modelar la ionización de gas), y modelos para plasmas magnetizados y no magnetizados. Es posible incluir varias especies de partículas cargadas, cada una con carga y masa definidas por el usuario.
El módulo de partículas cargadas se puede utilizar en un análisis multifísico, por ejemplo, en el que el haz de partículas genera calor.