Solutions

Le module Statique, qui est largement utilisé dans les applications scientifiques et d'ingénierie, calcule les champs magnétostatiques et électrostatiques. Il utilise la méthode FEA pour résoudre les équations de Maxwell à l'état statique dans un modèle discrétisé. Dans le cas des champs magnétostatiques 3D, les algorithmes du module Statique traitent différemment les volumes incluant des sources magnétiques des volumes ne contenant pas de sources. En appliquant cette méthode, le module évite les erreurs d'annulation pouvant survenir avec des méthodes alternatives. Par conséquent, la précision de la solution est souvent bien supérieure à celle attendue pour une analyse par éléments finis. Dans ce module, les utilisateurs peuvent spécifier les propriétés du matériau magnétique, par exemple linéaire, non linéaire, isotrope, anisotrope, laminé ou aimant permanent. Les utilisateurs peuvent simuler en 3D les bobines/solénoïdes avec une grande précision grâce à la méthode propriétaire d'Opera qui déploie l'intégrale Biot-Savart pour calculer les champs magnétiques des bobines. Opera-3d inclut une bibliothèque pratique permettant de définir facilement des formes standard, comme des solénoïdes ou des circuits. Il offre également aux utilisateurs une flexibilité incomparable qui facilite la création de bobines, quelle que soit la topologie. L'option Diélectrique dissipatif permet aux utilisateurs de simuler les champs électriques résultants de la charge des diélectriques à conductivité faible.

Le module Électromagnétique dynamique peut être utilisé pour calculer les champs électromagnétiques variables dans le temps et le flux des courants de Foucault dans les appareils et systèmes électromagnétiques. Cela comprend les courants de Foucault induits par des conducteurs mobiles simples, c'est-à-dire lorsque le mouvement ne modifie pas la géométrie (par exemple, des disques rotatifs ou des tuyaux infinis avec section transverse constante).
Trois différents types de solutions dynamiques peuvent être appliqués, chacun ayant une forme diverse de variation dans le temps :

• La solution Harmonique calcule les courants CA à l'état stationnaire, c'est-à-dire que tous les champs et tensions oscillent à la même fréquence
• La solution Transitoire calcule les courants de Foucault transitoires induits par les champs des courants d'entraînement, les conditions aux limites et les champs externes qui changent en fonction du temps d'une manière prédéfinie
• La solution Vitesse fixe calcule les courants de Foucault induits par le mouvement qui ne modifie pas la géométrie du modèle. Les champs source et les conditions d'entraînement ne varient pas dans le temps

Le module Mouvements électromagnétiques calcule les champs variables dans le temps et les courants de Foucault dans les appareils qui présentent un mouvement linéaire ou de rotation pouvant induire un re-maillage pendant la solution. Certaines parties de la géométrie, en particulier le maillage par éléments finis, sont libres de se déplacer indépendamment selon des vitesses contrôlées par l'utilisateur ou calculées au fil de l'analyse. Il s'agit d'une analyse transitoire, dans laquelle les courants de Foucault sont induits dans le support conducteur sous l'effet des champs magnétiques en mouvement et la variation dans le temps des sources du modèle.
Ce module a été conçu pour inclure la modélisation dynamique de tous les types de machines électriques, comprenant par exemple des aimants permanents, l'induction, la réluctance commutée, la réluctance synchrone et les machines synchrones. Il peut être utilisé pour analyser les effets de commutation, les réponses transitoires, les performances à l'état stationnaire, ainsi que les effets locaux instables.
Les pertes par courants de Foucault dans tous les matériaux, notamment les aimants permanents, peuvent également faire l'objet d'un calcul. Les calculs peuvent inclure l'entraînement électrique dans des conditions normales et de défaillance, ainsi qu'une charge mécanique dynamique. Le module calcule, à chaque pas de temps, la force électromagnétique des pièces en mouvement (rotation ou translation) et applique un mouvement incrémentiel suivi par un nouveau calcul des champs magnétiques.

Le quench des aimants supraconduteurs peut être analysé à l'aide de ce module. Le module Quench d'Opera exploite l'élévation de la température d'un aimant supraconducteur pendant le quench, ainsi que la transition vers l'état résistif alors que le quench se propage dans l'aimant. La chaleur qui déclenche le quench peut provenir de différentes sources. Dans un système CC, il sera généralement dû à une défaillance du système cryogénique, à une montée en puissance trop brusque ou à un déclenchement volontaire, par exemple pour effectuer un test. Nous pouvons intégrer cette chaleur dans une simulation en tant que propriété de surface ou de volume, ou bien via des pertes ohmiques ou d'hystérésis dépendantes du taux dans les matériaux, en raison des flux de courant ou des champs qu'ils présentent. Dans ce cas, nous obtenons une anisotropie significative dans les propriétés du matériau, car la conductivité thermique domine le long de la direction de bobinage, ce qui requiert des techniques de modélisation spécifiques pour une meilleure efficacité et une plus grande précision.
Le module Quench utilise des techniques avancées d'éléments finis (FE) pour modéliser le comportement transitoire non linéaire d'un aimant pendant un quench. L'ensemble du processus de quench peut être analysé grâce à un algorithme qui combine la solution électromagnétique aux solutions thermiques et de circuit (pour définir les courants des bobines).

Le module Analyse thermique calcule la température en régime stationnaire ou transitoire, les flux thermiques et les champs gradient thermique dus à l'échauffement électromagnétique ou aux sources de chaleur externes. Les propriétés thermiques (tenseur de conductivité ou chaleur spécifique) et la densité de la source de chaleur peuvent être spécifiées en tant que fonction de la position et dépendre de la température (ce qui conduit à une analyse non linéaire).
Le module thermique peut être utilisé en mode autonome par l'utilisateur, qui peut définir la répartition de l'apport thermique. Il peut également être employé dans une simulation multiphysique avec d'autres modules d'Opera qui proposent une fonction de distribution de chaleur. Il est possible d'inclure plusieurs sources de chaleur dans un seul calcul (par exemple, chaleur des courants de Foucault et pertes fer au sein d'un moteur). Le module thermique calcule la répartition de la température dans le modèle, ce qui peut modifier la solution électromagnétique (si les propriétés du matériau dépendent de la température). La contrainte induite par l'expansion thermique peut être analysée à l'aide du module Analyse des contraintes. La déformation générée peut être utilisée dans des simulations thermiques et électromagnétiques ultérieures.
Le solveur de contraintes peut résoudre les contraintes statiques linéaires en 2D ou en 3D. Les résultats comprennent les déformations, les tensions et les contraintes. Le solveur de contraintes peut également être utilisé en 3D pour calculer les modes naturels de la structure, c'est-à-dire les valeurs et vecteurs propres.