COMSOLMultibySics®软188金宝搏优惠件的6.0版扩展了该软件的功能磁场，仅限电流AC / DC模块内的接口，以计算由非磁性材料构成的电气系统的静止和依赖依赖性电感矩阵和交流电阻。这对于对印刷电路板和电源总线系统的分析非常有用。可以计算总电感以及部分电感。然而，部分电感需要有点了解以适当地解释和使用。让我们了解更多！
定义和计算总和部分电感
为了理解总和部分电感，让我们首先考虑一个方形环的模型，如下图所示。当电流沿着该闭环流动时，周围空间将有一个磁场。我们可以定义和计算总电感，l ^ {tot}（通常称为简单地“电感”），从建模空间中的总存储的磁能，w_ {m} ^ {tot}以及流过线圈的电流，一世， 通过：l ^ {tot} = 2 w_m ^ {tot} / i ^ 2。这种方形环，电线直径为1毫米，一侧长度为2厘米，总电感为50.6 nH。
坐在截断的球形自由空间域内的线圈无限元素域，具有定义的总电感。
该模型使用截断的球形域无限元素。整体建模方法与Application Gallery示例非常相似亥姆霍兹线圈。此示例使用都使用磁场，仅限电流界面和界面磁场界面，并表明这些配方将提供相同的结果。
虽然都是这两者磁场，仅限电流和磁场可以使用接口，这两个配方之间存在许多差异。现在，我们将专注于设置的三件事磁场，仅限电流接口分开：
- 它要求没有磁性可渗透的材料，例如电感器芯。
- 它要求所有导体都被建模为具有卷。
- 它不仅可以增加总电感，也可以是部分电感。
我们的圆形线的空气芯环模型清楚地满足了前两个要求，因此让我们专注于第三点：部分电感的计算。
虽然总电感的概念总是需要一个完整的电流环，但部分电感背后的想法是将总回路细分为多个部分，每个部分都有助于部分自电感和部分互感。这些贡献的叠加产生了闭环的总电感。从一个理论和建模的角度来看，我们在如何选择这种细分时完全自由，可以做任何最适合我们的工程目的。
将单个电感细分为4个部分，具有4个部分自式电感和12个部分互感。出于对称原因，后者只有6名命名。
细分导体体积的几种不同可能性如下表所示。至于建模，对于我们使用单独的域导体功能，有终端和地面每个域的任一端的边界条件，选择使得电流始终在环绕环绕的相同方向上流动。我们得到的输出现在是部分电感的矩阵，值得查看该矩阵的数值。我们将矩阵对角线上的术语指代是部分自辅对的术语，以及作为部分互感的非对角线术语。
| 线圈细分 | 部分电感矩阵（NH） |
|---|---|
 |
\ begin {bmatrix} 11.84＆0.85＆-0.89＆0.85 \\ 0.85和0.85 \ \\ - 0.89＆0.85和11.84＆0.85＆0.85＆0.85＆0.85＆0.89＆0.85和11.84 \\\ END {BMATRIX} |
 |
\ begin {bmatrix} 14.0和0.2＆-1.75和0.2 \\ 0.2和14.0＆0.2＆-1.75 \\ - 1.75和0.2和14.0＆0.2 \\ 0.2＆14.0＆0.2＆-1.75＆2＆14.0 \\\结尾{bmatrix} |
 |
\ begin {bmatrix} 25.38＆-0.08 \\ - 0.08和25.38 \\\结束{bmatrix} |
 |
\ begin {bmatrix} 38.4＆-1.3 \\ - 1.3＆14.8 \\\结束{bmatrix} |
 |
\ begin {bmatrix} 49.3＆0.5 \\ 0.5和0.3 \\\结束{bmatrix} |
线圈细分不同选择的部分电感矩阵表。矩阵术语的总和始终相同。
注意，部分自电感始终是肯定的，在这种情况下，远远大于任何部分互感，这可以是正的或负的。所有矩阵术语的大笔总和等于总电感：l ^ {tot} = \ sum_ {i，j} l_ {ij}。无论线圈如何细分，都可以保持这种情况。然而，对于细分的不同选择，部分电感的基质可以通过自辅线变得更加严重主导。
基于该观察 - 线圈的某些细分导致更令人对角度的主要部分电感矩阵 - 我们在自由空间中构建仅在线圈的一个部分的子模型中，如下图所示，并对应于在上表中的第一个细分。此模型使用单个导体域，有终端和地面任一端的条件，此模型仅输出单一数量：部分自感为11.84 nh。这等于先前计算的部分电感矩阵的对角线。
四分之一的方形环的模型可以计算部分自感，这在这种情况下提供了对总电感的良好预测。这磁场，仅限电流接口允许终止于自由空间的线圈，终端和地面结束的条件。
现在，这个模型似乎正在制造和破坏电线末端的电流（其中终端和地面应用边界条件），但这是区别的特征能力磁场，仅限电流界面：它能够计算任何导电域的部分自电感（和部分互感），即使那些未在闭环中连接的那些也是如此。
对于我们的下一个例子，让我们考虑线圈的第二个细分。对于这种细分来说，我们只需看一条短，直的圆形线 - 一个特别有趣的案例，因为有手册解决方案 - 介绍在下表中。在这种情况下，我们将在频率范围内看看电感和交流电阻，从低频，皮肤深度远大于直径，高频，皮肤深度要小得多。要考虑到这一点，我们必须使用边界层啮合解决皮肤效果。另外，我们省略了使用无限元素域，并使用默认值外界边界球形模型空间边界的条件。这种情况适用于基于模型内的电流流的近似边界条件，因此需要研究计算域的半径。
| 交流电感和圆线电阻的手册值 | |
|---|---|
| 低频电感 | \ frac {\ mu_0} {2 \ pi} \ ell \ left [\ ln \ left（\ frac {2 \ ell} {r} \ revent） - \ frac {3} {4} |
| 高频电感 | \ frac {\ mu_0} {2 \ pi} \ ell \ left [\ ln \ led（\ frac {2 \ ell} {r} \ revaly）-1 \ revally] |
| 直流抵抗 | \ frac {\ ell} {\ sigma \ pi r ^ 2} |
| 交流抵抗 | \ frac {\ ell} {\ sigma \ pi（2r \ delta - \ delta ^ 2）} |
| 长度：\ ell.， 半径：R.，电导率：\ sigma.，肤深：\ delta = \ sqrt {\ frac {2} {\ omega \ mu_0 \ sigma}} | |
计算结果显示了低频电感的直流电阻和关闭协议（1％以内）的确切协议。对低频的轻微分歧与最终效果有关;对于直线的数值模型和手册值之间的协议变得更好，分析了长度的线路。
导线内部的削减特写镜头视图。计算的磁场显示了最终效果。
交流电阻还在宽范围内显示出良好的一致性，但在较高频率下存在明显的偏差，其中肤质深度远小于线径。这种偏差是由于不同的问题：在如此高的频率下，我们需要一个非常精细的边界层网格来解决皮肤效果。
与基于肤深的手册方程相比，直线的计算机电阻的计算机电阻。在非常高的频率下，需要一个非常细的网格，并且假设可忽略不计的位移电流不再保持。
在这些较高的频率下，还有另一个问题：假设附近的电介质可以忽略不再有效。换句话说，位移电流开始变得显着。在这个制度中，我们应该使用磁场配方，可以将电流模拟在导体的表面上流动，而不是求解体积内的场。这磁场接口解决了位移电流以及导电和感应电流。这磁场，仅限电流界面忽略了所有位移电流，并且仅在导体域本身内考虑导电和电感。
与忽视结束效果的低频和高频手册解决方案相比，电缆的局部自感相比。
所以，现在我们了解如何计算部分电感，以及这种配方的适用权，我们如何利用这个界面充满信心？值得注意的是，我们不能衡量这些部分电感中的任何一个，因为只有闭环的总电感是可测量的。但是，假设我们有一个具有很多复杂性的大型系统，那么我们可能在计算总电感的情况下很昂贵。
在我们只对重新设计一个小子系统的兴趣，我们做了两个假设：
- 建模和非修剪部件之间的部分互感对总电感具有相对较小的影响。
- 未被建模的组件的部分自感保持相对固定。
如果这些假设保持为真，那么它只能合理地模拟系统的一部分（或只是几个部分）。虽然我们可能没有想要计算总电感，但是在这个子模型中仍然可以在上述假设中存在预测值 - 以及这些部分电感的概念是对总电感的贡献 - 被理解。
现在，让我们来看看这个接口适用性的一些典型例子。
磁场的典型应用，仅限电流接口
情况的情况磁场，仅限电流接口将有用包括：
- 计算电路板组件的部分电感
- 电源总线系统
- 布线和连接器
- 绝缘栅双极晶体管（IGBT）
- 在没有附近的磁性材料的情况下线圈
一个示例是具有多个空心电感器的电路板，如下所示。凭借我们所累计的知识，我们现在可以自信地构建提取单个电感器的部分自感的模型，或者在几个紧密间隔的电感器之间的部分自电感和部分互感和部分互感。对于一个相关示例以开始，请参阅PCB线圈的电感矩阵计算。
包含许多空心电感器的电气部件。可以使用该电感器中的一些电感器来计算AC电阻和部分电感矩阵磁场，仅限电流界面。
结束语
在这里，我们介绍了使用的使用磁场，仅限电流用于计算总电感和AC电阻的界面。通过从我们可以验证其他方法的情况开始，我们验证了总电感计算的整体正确性。然后，我们看着部分电感以及部分和总电感如何相关。我们还看着计算交流阻力，这有助于我们了解的有效性磁场，仅限电流频域建模的界面。通过这些信息，我们现在准备好充满信心地解决这些类型的问题！
你可以了解这一点AC / DC模块在这里或联系我们获取更多详细信息。
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