Steady State AC Electric: 解を求める方程式

概要

Steady state AC Electricアプリケーションで計算に使用する方程式は次のとおりです:

  • 電気システム向けの該当するMaxwellの方程式
  • 誘電材料の特性を記述する構成方程式

Steady state AC Electricアプリケーションの計算条件は次のとおりです:

  • 計算はD界とE界を対象とし、B界とH界は計算されないこと。電界のEとDの方程式と磁界のBとHの方程式は非連成です。
  • 界が角周波数ωの時間に依存する高調波であること。方程式の複素形式では、演算子∂/∂tが乗数jωで置き換えられます。

方程式と条件

上記で定義した計算条件の下で、複素形式の方程式は次のようになります:

⇒

E: 電界強度(V/m)

D: 電束密度(C/m2)

V: 電位(V)

J: 電流密度(A/m2)

⇒

σ: 導電率(S)

εr: 比誘電率

ε0: 真空の誘電率(F/m)

微分演算子に関する留意事項:界の回転発散は必ず0で、div [rot (Field)] = 0となります。

解を求める方程式

Steady state AC Electricアプリケーションの場合、Fluxで有限要素法によって解く2次方程式は次のとおりです:

ここで:

  • [σ]: 媒質の導電率のテンソル(SI)
  • [εr]: 誘電材料の比誘電率のテンソル
  • ε0: 真空の誘電率、ε0 = 1/(36 π 109)(F/m)
  • V: 電位(V)

状態変数

Steady state AC Electricアプリケーションの状態変数は電位Vです(Flux 3DではVeと記述します)。これは複素量です。

複素電位Vのスカラー場が一意であるためには計算ドメインの少なくとも1つのポイントでこの電位の値が既知であることが必要です。

複素誘電率

誘電率εは、周波数を考慮した複素量です。

[ε] = [ε']- j [ε'']

ここで:

  • [ε']: 実数の誘電率
  • [ε'']: 誘電損定数

    [ε''] = [ε'] tanδh(δh: ヒステリシス損失角)

Steady State AC Electricアプリケーションの場合、Fluxで有限要素法によって解く2次方程式は次のとおりです: