Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная Версия: Нелинейность в Frequency Domain
Форум по Ansoft Maxwell ANSYS Maxwell (ANSYS Electronics) > COMSOL Multiphysics
Vanm
Здравствуйте. Вот такая проблема у меня.
В Magnetic Fields решаю осесимметричный электромагнит в 2D.
Когда я ее решаю в Stationary, все нормально решает, силу втягивания и поле, все правильно.
Когда я пытаюсь решить ее в Frequency Domain с частотой 50 Гц, тут же выдает ошибку о несходимости или зависает вообще. Версия 4.3.
В чем может быть проблема?

PavelDergachev
Цитата (Vanm @ Янв. 29 2013, 07:06 AM)
Здравствуйте. Вот такая проблема у меня.
В Magnetic Fields решаю осесимметричный электромагнит в 2D.
Когда я ее решаю в Stationary, все нормально решает, силу втягивания и поле, все правильно.
Когда я пытаюсь решить ее в Frequency Domain с частотой 50 Гц, тут же выдает ошибку о несходимости или зависает вообще. Версия 4.3.
В чем может быть проблема?

покажите для начала, так сложно что-то сказать
Vanm
Файл rusfolder . com /34757972
PavelDergachev
У Вас задана нелинейная, поскольку нелинейна характеристика магнитопровода.
Frequency Domain - решает линеаризированные уравнения в виде комплексных чисел.
Видимо в этом и есть загвоздка.
Vanm
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 07:25 AM)
У Вас задана нелинейная, поскольку нелинейна характеристика магнитопровода.
Frequency Domain - решает линеаризированные уравнения в виде комплексных чисел.
Видимо в этом и есть загвоздка.

Хм, а ведь Femm спокойно решает эту квазистационарную задачу
Неужели comsol не может решить задачу именно в такой постановке?
PavelDergachev
Цитата (Vanm @ Янв. 30 2013, 08:24 AM)
Хм, а ведь Femm спокойно решает эту квазистационарную задачу
Неужели comsol не может решить задачу именно в такой постановке?

Покажите решение в FEMM пожалуйста.
Я честно говоря не углублялся в такую постановку задачи, но не вижу способа решить ее честно, не используя приближений, которые могут исказить результат.

Так, например в данном случае индуктивность не будет постоянной в случае насыщения магнитопровода, а сигналы не будут синусоидальными и вопрос как это можно представить комплексными числами?

Для меня это большая загадка, но повторюсь я не занимался подобными задачами.
Однако есть особенный случай, когда есть постоянная составляющая, а поверх идет не большой по амплитуде переменный сигнал. В этом случае линеаризовать свойства возможно и в COMSOL есть специальный решатель на этот случай (см. пример Small-Signal Analysis of an Inductor).
Alex_Zamchalkin
COMSOL спокойно решает такие (гармонические) задачи. Можете решать задачу с использованием комплексных чисел, или без них, используя систему из двух уравнений.
Конечно с точки зрения физики процесса это достаточно серьезное допущение (нелинейность материала).
Vanm
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 09:02 AM)
Покажите решение в FEMM пожалуйста.

Пожалуйста, вот (решает минут 10)
rusfolder . com /34763157
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 09:02 AM)
Я честно говоря не углублялся в такую постановку задачи, но не вижу способа решить ее честно, не используя приближений, которые могут исказить результат.

В Демирчян, Чечурин - машинные расчеты элетромагнитных полей на последних страницах естьглава: Расчет квазистационарных полей в ферромагнитных телах, где описывается подход к решению данной задачи, где кажется используется подход, при котором аппроксимируется mur

Кстати, вот тут обсуждали ту же проблему
matlab . exponenta . ru /forum / viewtopic. php? p=55536&sid=021b241f23d20f62bab9697918ddbe25
Alex_Zamchalkin
А решить честно такое можно только с помощью нестационарного уравнения. Это да....
PavelDergachev
Цитата (Vanm @ Янв. 30 2013, 09:38 AM)
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 09:02 AM)
Покажите решение в FEMM пожалуйста.

Пожалуйста, вот (решает минут 10)
rusfolder . com /34763157
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 09:02 AM)
Я честно говоря не углублялся в такую постановку задачи, но не вижу способа решить ее честно, не используя приближений, которые могут исказить результат.

В Демирчян, Чечурин - машинные расчеты элетромагнитных полей на последних страницах естьглава: Расчет квазистационарных полей в ферромагнитных телах, где описывается подход к решению данной задачи, где кажется используется подход, при котором аппроксимируется mur

Кстати, вот тут обсуждали ту же проблему
matlab . exponenta . ru /forum / viewtopic. php? p=55536&sid=021b241f23d20f62bab9697918ddbe25

Вы дали только результаты в FEMM, этого не достаточно для анализа задачи.
Alex_Zamchalkin
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 03:44 PM)
Кстати, вот тут обсуждали ту же проблему
matlab . exponenta . ru /forum / viewtopic. php? p=55536&sid=021b241f23d20f62bab9697918ddbe25 [/QUOTE]
Вы дали только результаты в FEMM, этого не достаточно для анализа задачи.

Они оба не совсем правы. ) Помучиться с решателем иногда конечно приходится, но все решается нормально. Результаты сходятся с тем же FEMM. В 4 версии (если я правильно понял CAE) нужно немного изменить решаемое уравнение, а в 3 и так все нормально. Я даже удивился, когда Ш.В.Е. написал, что решатели плохие. Уж он то COMSOL знает хорошо.)))
PavelDergachev
Цитата (Alex_Zamchalkin @ Янв. 30 2013, 02:39 PM)
Они оба не совсем правы. ) Помучиться с решателем иногда конечно приходится, но все решается нормально. Результаты сходятся с тем же FEMM. В 4 версии (если я правильно понял CAE) нужно немного изменить решаемое уравнение, а в 3 и так все нормально. Я даже удивился, когда Ш.В.Е. написал, что решатели плохие. Уж он то COMSOL знает хорошо.)))

Про изменение уравнений мы наверное немного перемудрили.

По поводу решателей - ну да есть проблемы - надо уметь настраивать.
Это все из-за универсальности - по мне так это нормальная цена за универсальность. Да разные ПО используют хитрости конкретной физики и наиболее оптимально настроены сразу на конкретную физику, чего в COMSOL в полной мере нет (на данным момент, но видно, что разработчики очень стараются и с каждой версией происходят улучшения). Так в последней версии был добавлен новый нелинейный решатель - double dogleg.

Я пока не видел исходных данных в FEMM, но результаты не совпадают, так в FEMM максимальная индукция |B| примерно 2.2 Тл, а при решении задачи во временной области (честный метод) получается примерно 1.8 Тл. Разница очень даже ощутима (хотя может есть различия в исходных данных - надо это еще проверить).

Да и самое главное, раз уж задача решается 10 мин в гармонической области, не проще ли ее решать во временной области (у меня за 9 мин с хорошей точностью решается, а так еще быстрее будет), тем более, что там то очевидно учитываются все нелинейности верно, а не усредняются каким-то образом.
PavelDergachev
По поводу задачи в целом:
Я думаю, что COMSOL не может найти решения, т.к. его просто нет для комплексных чисел (т.е. все несинусоидальное, в том числе и магнитная индукция), когда материал хорошо проводящий.

Для подтверждения сравним график магнитной индукции от времени при наличии проводимости и без нее:
user posted image
(синий график - без проводимости и зеленый соответственно с проводимостью)

Хорошо видно, что зеленый график сильно не похож на синус и представить его в виде синуса не представляется возможным, а синий напротив.
Вот в этом и загвоздка - не сходится - потому, что решения просто нет (по крайне мере со стандартной точностью).

Таким образом не вижу вины COMSOL, а вот к другим программам у меня есть вопросы - по сути они неверно работают, если могут найти решение при такой постановке задачи. Что бы это доказать достаточно рассчитать одну и туже задачу в частотной и временной областях - результат должен совпадать (только учитывайте, что задача может быть сильно нелинейной, а может быть близкой к линейной, соответственно та, что более менее линейна должна показывать близкие результаты).
PavelDergachev
Вот в другой точке (решил себя проверить):
user posted image

Суть не меняется, думаю вопрос снят.

З.Ы. Уровень так сильно отличается в виду индуцированных токов (проводимость во втором случае 9 МСи/м)
Alex_Zamchalkin
При решении задач с периодическими источниками, используя нелинейную BH, можно применить эффективную кривую BH. Пересчитать эту кривую можно, например, основываясь на принципе эквивалентности магнитной энергии. При этом нужно предполагать, что либо B либо H меняются синусоидально. В действительности ни индукция, ни напряженность не изменяются по синусоидальному закону. Поэтому возможно производить расчет по усредненной характеристике.
Конечно все это допущения. Также нужно очень осторожно относиться к кривой. Посмотрите кривую mu в библиотеке COMSOL. Она не имеет перегиба на начальном этапе…) он этого не очень любит. Но все равно? все это делается в COMSOL.
То, что FEMM и MAXWELL решают эти задачи достаточно легко это факт, причем результаты хорошо сходятся (между ними). FEMMу можно задать какую угодно кривую и он все решит)))) Поэтому возникают вопросы к ним….
Vanm
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 02:53 PM)
Я пока не видел исходных данных в FEMM, но результаты не совпадают, так в FEMM максимальная индукция |B| примерно 2.2 Тл, а при решении задачи во временной области (честный метод) получается примерно 1.8 Тл. Разница очень даже ощутима (хотя может есть различия в исходных данных - надо это еще проверить).

Да и самое главное, раз уж задача решается 10 мин в гармонической области, не проще ли ее решать во временной области (у меня за 9 мин с хорошей точностью решается, а так еще быстрее будет), тем более, что там то очевидно учитываются все нелинейности верно, а не усредняются каким-то образом.

Покажите пожалуйста ваш файл во временной области.
Вот исходная задача rusfolder . com /34776869
Vanm
Цитата (CAE @ Янв. 30 2013, 06:49 PM)
По поводу задачи в целом:
Я думаю, что COMSOL не может найти решения, т.к. его просто нет для комплексных чисел (т.е. все несинусоидальное, в том числе и магнитная индукция), когда материал хорошо проводящий.

Для подтверждения сравним график магнитной индукции от времени

Чего я не понимаю, причем тут синусоидальность кривых. В силу нелинейности кривой ВН, индукция будет несуносоидальна в любом случае и спроводимостью, и без нее.
А удивляет меня то, что и детю понятно, кривую можно аппроксимировать линейными отрезками. Это процесс квазистационарный. В чем проблема для специалистов comsola, если бы они добавили небольшое дополнение для решаетля в случае нелинейности?? Не понимаю
PavelDergachev
Я сам с таким не часто сталкивался (обычно я сам не верно что-то задавал), но по отзывам очень часто бывает, что программа все решает, но вот результат ерундовый. Я такие случаи очень часто слышал, но сам в них не пытался разобраться, однако из численных методов известно, что можно использовать такие решатели, которым все по зубам, но вот за результат их работы может быть неверным, хотя все сойдется.

Если речь идет о таком - то хорошо, что в COMSOL такие не используются, а то жизнь была бы на много сложнее.
PavelDergachev
Цитата (Vanm @ Янв. 31 2013, 08:34 AM)
Чего я не понимаю, причем тут синусоидальность кривых. В силу нелинейности кривой ВН, индукция будет несуносоидальна в любом случае и спроводимостью, и без нее.
А удивляет меня то, что и детю понятно, кривую можно аппроксимировать линейными отрезками. Это процесс квазистационарный. В чем проблема для специалистов comsola, если бы они добавили небольшое дополнение для решаетля в случае нелинейности?? Не понимаю

Ну как показывают графики без проводимости индукция очень близка к синусоидальной. (тут и спорить то нечего - можете сами рассчитать и убедиться)

При чем тут дитЁ?
Зачем кривую аппроксимировать ЛИНЕЙНЫМИ участками и какую кривую?

Что Вы понимаете под квазистационарным? (обычно это означает отсутствие учета электромагнитных волн)

COMSOL решает в случае нелинейности, если Вы этого не поняли.

Просто в данном случае нет такого решения. Т.к. невозможно представить индукцию в виде синусоиды с заданной точностью (зеленые графики).
Без проводимости все же решается.

Вы представляете как в данном случае используются комплексные числа?
(Векторный магнитный потенциал, Магнитная индукция, Напряженность магнитного поля и т.д. представляются как синусы с разными амплитудами и фазами во всех точках расчетной области).
Vanm
Цитата (CAE @ Янв. 31 2013, 08:46 AM)
Зачем кривую аппроксимировать ЛИНЕЙНЫМИ участками и какую кривую?



Кривую ВН аппроксимировать отрезками.
PavelDergachev
Цитата (Vanm @ Янв. 31 2013, 09:01 AM)
Кривую ВН аппроксимировать отрезками.

Это изначально так и есть (можно по другому конечно, но по умолчанию это так - кусочно-линейная аппроксимация называется).

По сути не важно как мы там аппроксимируем кривую |H|(|B|) (т.е. это конечно имеет значение, но не в данном случае).
Если поле в некоторых точках не похоже на синус - то и применять такой расчет нет возможности, по скольку на выходе расчета выдаются только чисто синусоидальные сигналы постоянной частоты (все это можно как-то усреднять, как ранее отмечал Alex_Zamchalkin, но это уже не дает никаких гарантий верного результата).

Да и еще, если обратить внимание на мои предыдущие посты - то основная нелинейность вызвана именно проводимостью вместе с нелинейным материалом, а не самим нелинейным материалом.

А вообще такие задачи надо просто во временной области решать и даже думать тут нечего, иначе будете получать не пойми что.
Тем более, что тут же еще и движение должно быть.
Vanm
Цитата (CAE @ Янв. 31 2013, 08:46 AM)
При чем тут дитЁ?
Зачем кривую аппроксимировать ЛИНЕЙНЫМИ участками и какую кривую?

Что Вы понимаете под квазистационарным? (обычно это означает отсутствие учета электромагнитных волн)

COMSOL решает в случае нелинейности, если Вы этого не поняли.

Просто в данном случае нет такого решения. Т.к. невозможно представить индукцию в виде синусоиды с заданной точностью (зеленые графики).
Без проводимости все же решается.

Заменяя кривую ВН на линейные отрезки, мы сводим задачу к расчету поля в линейной проводящей среде (грубо сказано). Только для определенных значений поля проницаемость будет другая. Примерно так.

Квазистационарный процесс -синусоидальное изменение входного сигнала

Я вижу, что он решает, только мне не нужен расчет без проводимости.

Опять же, я спрашиваю вас CAE, если свести кривую ВН к линейным участкам, возможно ли было бы решить эту задачу в comsolе? Например задавая соответствующие значения mur при соответствующих величинах тока?
Alex_Zamchalkin
Да все можно решить в COMSOLe. Хоть с проводимостью хоть без, хоть линейную, хоть нелинейную. Если тупит с комплексами записать два простых уравнения (без комплексов)))), но в этом случае памяти COMSOL потребует побольше(хотя на такой схеме могут быть построены более экономичные алгоритмы). На всякий случай сделайте линейным начальный участок кривой mu (при малых H). Поколдуйте с решателем. Все решит. Вы случаем не параметрический решатель используете?
Если попадете в 20 % то хорошо
Alex_Zamchalkin
Просто это не правильно.! )
PavelDergachev
Цитата (Vanm @ Янв. 31 2013, 10:12 AM)
Заменяя кривую ВН на линейные отрезки, мы сводим задачу к расчету поля в линейной проводящей среде (грубо сказано). Только для определенных значений поля проницаемость будет другая. Примерно так.

Квазистационарный процесс -синусоидальное изменение входного сигнала

Я вижу, что он решает, только мне не нужен расчет без проводимости.

Опять же, я спрашиваю вас CAE, если свести кривую ВН к линейным участкам, возможно ли было бы решить эту задачу в comsolе? Например задавая соответствующие значения mur при соответствующих величинах тока?

Я лично не считаю неверное решение задачи решением как таковым, хотя это можно оспорить.

Точного решения Вы не получите, что не делай (слишком уж нелинейна задача).

Под линейной задачей понимается постоянная мур, у нас же она не постоянна в этой задаче и сильно не постоянна.

Постараюсь более подробно:
Когда Вы решаете задачу в комплексных числах у вас мур постоянна всегда, в течении всего периода тока в обмотке (конечно в каждой точке она своя, но постоянна, во времени).
Когда же мы решаем задачу во временной области такого ограничения нет и если посмотреть мур в некоторых точках меняется от тысяч до единиц (за период входного тока) и этого никак не учесть в гармоническом решателе (при этом в данном случае меняется она от времени сильно нелинейно).
PavelDergachev
Если Вы хотите меня спросить, что же делать - то я повторюсь - просто используйте нестационарный решатель во временной области (Time Dependent), да и движение туда легко прикрутить будет с учетом механики.

Если же Вы хотите не просто правильно решить задачу, а чего-то другого - то тогда конкретизируйте.
Alex_Zamchalkin
Цитата (CAE @ Янв. 31 2013, 01:06 PM)
Да и еще, если обратить внимание на мои предыдущие посты - то основная нелинейность вызвана именно проводимостью вместе с нелинейным материалом, а не самим нелинейным материалом.

Дело не в проводимости. Для строгости, mu должно быть однородным во всей области.
PavelDergachev
Цитата (Alex_Zamchalkin @ Фев. 7 2013, 04:21 AM)
Цитата (CAE @ Янв. 31 2013, 01:06 PM)
Да и еще, если обратить внимание на мои предыдущие посты - то основная нелинейность вызвана именно проводимостью вместе с нелинейным материалом, а не самим нелинейным материалом.

Дело не в проводимости. Для строгости, mu должно быть однородным во всей области.

Вот именно из-за проводимости mur становится сильно не одинаковым в данном случае.
Ray
Добрый день!

Подскажите пожалуйста - можно ли в COMSOL провести трехмерный гармонический анализ с заданной для материалов кривой намагничивания. Об ограниченности такого подхода знаю. Но задача имеет большую размерность и решать ее как нестационарную практически нереально.

Для случая когда mu=const я ее решил средствами Maxwell. И теперь хочу посмотреть ее при mu=var. Но ни Maxwell, ни Emag в трехмерной постановке BH кривую не поддерживают для гарм. анализа.

Другие пакеты, которые в принципе это могут найти пока не удалось. В основном это можно делать только в 2D, а трехмерные модели не поддерживаются.

Подскажите может ли это Comsol? О точности результатов и допущениях, связанных с преобразованиями к эквивалентным синусоидам речи нет - это плохо. Но в принципе, есть ли такая возможность?

Спасибо.
PhX
Цитата (Ray @ Окт. 17 2014, 04:30 AM)
Добрый день!

Подскажите пожалуйста - можно ли в COMSOL провести трехмерный гармонический анализ с заданной для материалов кривой намагничивания. Об ограниченности такого подхода знаю. Но задача имеет большую размерность и решать ее как нестационарную практически нереально.

Для случая когда mu=const я ее решил средствами Maxwell. И теперь хочу посмотреть ее при mu=var. Но ни Maxwell, ни Emag в трехмерной постановке BH кривую не поддерживают для гарм. анализа.

Другие пакеты, которые в принципе это могут найти пока не удалось. В основном это можно делать только в 2D, а трехмерные модели не поддерживаются.

Подскажите может ли это Comsol? О точности результатов и допущениях, связанных с преобразованиями к эквивалентным синусоидам речи нет - это плохо. Но в принципе, есть ли такая возможность?

Спасибо.

Вам поможет MagNet от Infolytica

Theoretically, time-harmonic analysis is only possible when all the materials in the problem are linear. If they are non-linear, sinusoidally-varying sources will not give rise to sinusoidally-varying fields, and time-harmonic analysis is not possible. However, MagNet’s time-harmonic 2D and 3D solvers are actually quasi non-linear solvers, taking into account the approximate material non-linearities by trying to find the operation point on a non-linear B-H curve, using its first few data points.
Это архивная версия. Здесь расположена полная версия этой страницы.
Работает на IP.Board © 2023 IPS, Inc.