Soluzioni Opera

Il modulo Dynamic Electromagnetics di Opera calcola i campi elettromagnetici variabili nel tempo e il flusso di correnti parassite in dispositivi e sistemi elettromagnetici. Il calcolo include correnti parassite indotte da semplici conduttori in movimento. Questa teoria afferma che il movimento non altera la geometria, come nel caso di un disco rotante o di un tubo infinito con una sezione trasversale costante.
Esistono tre diversi tipi di soluzione dinamica disponibili, ognuno con una diversa forma di variazione nel tempo:

• La soluzione armonica calcola le correnti alternate nello stato stazionario in cui tutti i campi e i potenziali oscillano alla stessa frequenza.
• La soluzione transitoria calcola le correnti parassite indotte dai campi di correnti di pilotaggio, condizioni al contorno e campi esterni che variano nel tempo in modo predeterminato.
• La soluzione a velocità fissa calcola le correnti parassite indotte da movimento che non modificano la geometria del modello. I campi della sorgente e le condizioni di azionamento non cambiano.

Il modulo Electromagnetic Motional di Opera calcola i campi variabili nel tempo e le correnti parassite in dispositivi con movimento rotatorio o lineare che causano un re-meshing durante la soluzione. Parti della geometria, e quindi la mesh a elementi finiti, possono muoversi in modo indipendente a velocità controllate dall'utente o essere calcolate nel corso dell'analisi. Questa analisi transitoria considera le correnti parassite indotte nei mezzi conduttori sia attraverso gli effetti dei campi magnetici in movimento, sia attraverso la variazione temporale delle sorgenti del modello.

Questo modulo è stato progettato per includere la modellazione dinamica di tutti i tipi di macchine elettriche, ad esempio macchine a magneti permanenti (PM), a induzione, a riluttanza commutata, sincrone e a riluttanza sincrona. Il modulo può analizzare gli effetti della commutazione, le risposte transitorie e le prestazioni nello stato stazionario e gli effetti locali non bilanciati.

Inoltre calcola le perdite di correnti parassite in tutti i materiali, inclusi i magneti permanenti. Tra i calcoli che è possibile eseguire vi è quello dell'azionamento elettrico in condizioni normali e di guasto e di un carico meccanico dinamico. A ciascun incremento temporale il modulo calcola la forza elettromagnetica sulle parti in movimento (rotazione o traslazione) e applica un movimento progressivo seguito da un nuovo calcolo dei campi elettromagnetici.

Questo modulo analizza il quenching dei magneti superconduttori. Il modulo Quench di Opera simula l'aumento della temperatura di un magnete superconduttore durante un quench, inclusa la transizione alla condizione resistiva durante la propagazione del quench all'interno del magnete. Il calore che attiva un evento di quench può provenire da varie fonti. In genere, in un sistema CC è dovuto a un guasto nel sistema criogenico che causa un repentino aumento della temperatura del sistema o può essere provocato intenzionalmente durante l'esecuzione di test. In una simulazione, è possibile includere questo calore come proprietà della superficie o del volume o attraverso perdite dovute alla velocità, ohmiche o di isteresi nei materiali causate dal flusso di corrente o di campi al loro interno. In questo esempio, si ha un'anisotropia significativa nelle proprietà del materiale poiché la conduttività termica è dominante lungo la direzione di avvolgimento e richiede tecniche di modellazione specifiche per valutare efficienza e precisione.

Il modulo di quench utilizza tecniche a elementi finiti avanzate per modellare il comportamento transitorio altamente non lineare di un magnete durante un quench. Utilizzando un algoritmo che accoppia la soluzione elettromagnetica alla soluzione termica e del circuito (per calcolare le correnti nelle bobine), analizza l'intero processo di quench.

Il modulo Thermal Analysis di Opera calcola lo stato stazionario o la temperatura transitoria, il flusso di calore e i campi del gradiente termico generati dal riscaldamento elettromagnetico o da fonti di calore esterne. L'utente può specificare le proprietà termiche, come il tensore di conducibilità o il calore specifico e la densità della sorgente di calore come funzione della posizione. Le proprietà termiche possono dipendere dalla temperatura, portando a un'analisi non lineare.

In modalità standalone, l'utente definisce la distribuzione dell'input di calore nel modulo termico. In una simulazione multifisica, altri moduli di soluzione di Opera forniscono la distribuzione del calore. È possibile includere più fonti di calore (ad esempio riscaldamento da correnti parassite e perdite di ferro in un motore) in un unico calcolo. Il modulo termico calcola la distribuzione della temperatura nel modello. Se le proprietà dei materiali sono influenzate dalla temperatura, ciò può alterare la soluzione elettromagnetica. Il modulo Stress Analysis analizza la sollecitazione indotta dall'espansione termica. Successive simulazioni termiche ed elettromagnetiche consentono di calcolare le deformazioni provocate per ottenere risultati precisi.

Il solutore della sollecitazione può risolvere sollecitazioni statiche lineari in due o tre dimensioni. I risultati includono deformazioni e sollecitazioni. In tre dimensioni, il solutore della sollecitazione calcola anche le modalità naturali della struttura, cioè i valori eigen e i vettori eigen.

Il modulo Charged Particle di Opera calcola l'interazione di particelle cariche in campi elettrostatici e magnetostatici. Utilizza il metodo a elementi finiti per risolvere equazioni di Maxwell nel caso stazionario in un modello discretizzato. Inoltre, fornisce una soluzione autocoerente che include gli effetti della carica spaziale, dei campi magnetici autogenerati e del movimento relativistico.

Il modulo Charged Particle fornisce un set completo di modelli di emettitori. Questo set include emissione di effetti di campo e termoionici generati da superfici, emissione secondaria generata da superfici e interna ai volumi (utilizzata per modellare la ionizzazione di gas) e modelli per plasma smagnetizzato e magnetizzato. È possibile includere più specie di particelle cariche, ciascuna con carica e massa definite dall'utente.

In un'analisi multifisica, il modulo Charged Particle è in grado di simulare il calore generato dal fascio di particelle.