Opera 低频电磁分析—应用篇

Opera低频电磁分析

Opera是一套全球知名的专业电磁分析软件，采用有限元素法（FEM/FEA）来求解各类电磁问题。

可分为Opera -2D和Opera-3D。

Opera包含完整的前后处理程序，以及精确的分析模组。

使得Opera 可以应用至各式不同的电磁问题分析当中，例如：马达、变压器、磁铁设计或低密度电浆模拟等。

此外Opera本身亦拥有完善的多物理场模拟。

因此Opera除了提供完善的电磁模拟环境之外亦提供在单一介面下完善的多物理场模拟能力。

PART 01

   应用

Opera在电磁分析方面已有超过30年的研究和经验，目前主要集中在以下应用场景：

1
带电粒子设备

2
磁体和遮罩

3
磁控管溅射

4
船舶特征和阴极保护

5
电机和发电机

6
变压器和反应器

带电粒子设备

带电粒子模组可以计算静电和静磁场中带电粒子的相互作用。

它使用有限元方法对离散模型中稳态情况的Maxwell方程式进行解算，并且提供了自洽场解决方案，包括空间电荷、自磁场和相对运动的影响。

提供了一套完整的发射器模型，包括表面的热电子和场效应发射、表面和包络体内的二次发射（用于气体电离建模）以及非磁化和磁化等离子体模型。

可以包括多种带电粒子，每个都具有用户定义的电荷和品质。

与热离子发射相比，场发射是一种从阴极中提取电子的更具吸引力的机制，因为电子在室温（冷阴极）下通过量子机械场效应发射，耗电量更低。

碳纳米管发射器正越来越受行业青睐，这种发射器更加小巧，可在更加便携的设备中使用。

磁体和遮罩

凭借始终如一的准确性、易用性和日常处理大型和复杂模拟的能力，Opera成为了人们设计各种磁体时用到的重要FEA设计工具。

Opera被科学界广泛应用于粒子加速器、离子束设备、MRI/NMR和各种其他磁性设备中的磁体设计。

这款以应用为中心的软件经过多年的发展，如今提供了全面的多物理场模拟，除了电磁研究之外，还支持研究热学和应力研究。

该软件还可以通过电磁场来跟踪带电粒子。

由于成像区域需要极高的场精度，因此MRI/NMR应用的要求非常严苛。

Opera在开发时充分考虑了这一需求，因此许多领先的MRI和NMR设备制造商都使用Opera来设计超导磁体、执行失超模拟以及设计磁体遮罩。

该软件现在提供了全面的多物理场模拟， 除了电磁之外，还能够研究热和应力。

磁控管溅射

溅射镀膜工艺在各种应用中广泛用于加工镀膜，从玻璃上的装饰镀膜和低辐射镀膜，到当今最严苛应用场合中所用产品上的工程涂层。

优化沉积膜属性以及利用溅射靶对于保证最终产品的性能和流程的经济性至关重要。

Opera将精确的有限元分析和详细的等离子体、喷溅和膜沉积模型结合在一起，提供了首款用于设计和优化磁控管的实用工具。

这是可供磁控管和溅射仪的设计人员使用的首款有效的设计模拟工具。

在工程和产品设计的许多领域，此类工具已证明能够增强性能、降低成本和缩短开发周期，并帮助创新以增强竞争优势。

船舶特征和阴极保护

通过开发先进的电磁特征建模、阴极保护系统和解决反向电磁感应问题，Opera高级电磁模拟已经成为船舶工程师和设计师不可或缺的称手利器。

消除电场和磁场特征是船舶设计过程中的一个重要部分。

多年以来，Opera一直广泛用作非消磁和消磁特征评估的模拟工具，在验证实践中表现出了出色的精度，并在消磁线圈位置优化中表现出了高度的灵活性。

Opera使用者可以轻松修改为磁性特征评估创建的模型，以便能够使用相同的Opera模拟模组对阴极保护系统进行建模。

阴极保护分析只需要船舶的外表面模型，包括外加电流阳极、牺牲阳极以及喷漆和未保护区域。

电机和发电机

Opera是一款功能强大的互动式有限元分析(FEA) 套装软件，经验证可为所有类型的机器提供准确的电磁场建模，包括轴向通量拓扑和线性运动设备。

电磁和其他物理解算器可提供不同复杂级别的分析，为用户提供满足其要求的最佳工具。

全面的材料建模选项（包括磁化、使用中消磁和全向量磁滞材料模型）以及外部驱动电路的简单定义均经过精心考虑，以方便您设计机器。

集成的优化器可帮助您高效地将概念转化为具有强大竞争优势的产品。

Machines  Environment是一种易用的范本驱动型开发工具，专为电气设备工程师设计。

根据几何图形的复杂性和对称性，用户可以选择使用Opera  2D或Opera 3D。

Opera静态解算器可以准确地展示机器的电磁行为。

这对于可将电磁场视为时间“冻结”点的机器（如DC 机器）或者电磁场运动速度与转子相同（同步机器）的机器非常有用，让用户可以部署稳态（时变AC）解算器以执行包含时变场的机器分析，例如感应机器或扭矩与滑移特性分析。

通过使用运动解算器，用户可以对任何机器的实际性能进行完全分析。

还包括对机械耦合影响的分析。

Opera的损耗解算器系列允许使用者评估任何类型机器的铁损耗（包括涡流、磁滞和过长/旋转组件）。

这可以通过使用后处理方法完成，或者在制造商曲线的解算中直接完成。

用户可以通过模拟绕组中的电流计算出铜损耗。借助Opera的磁滞解算器，用户可以明确地计算出磁滞损失（包括旋转组件损耗和涡流损耗）。

任何损耗量都可以在二维或三维热分析中用作热源。

变压器和反应器

Opera模拟套件使用有限元方法来类比设备和系统的电气、热力学和结构行为。

Opera是一种虚拟原型设计工具，可用于探索设计变体、优化和改进设计，并提供与物理测试同样精准的测试结果。

电力系统及相关设备制造商致力于设计能够满足现代社会需求的产品，利用Opera，这些制造商可提高效率，设计出外形更加小巧、更加环保的产品。

Opera可帮助您满足这些往往彼此冲突的需求，成功设计出富有创新又高度优化的产品。

随着设计反覆运算和物理原型构建/测试的传统开发流程变得耗时且成本高昂，设计人员开始更多地转为使用Opera。

PART 02  Opera的解决方案

我们已经详细探讨了Opera低频电磁仿真的应用，并通过深入分析其在各个领域中的实践运用，展现了其强大的分析能力和广泛的应用前景。

然而，真正的价值在于如何将这些强大的分析工具转化为解决实际工程挑战的有效方案。

因此，敬请关注下一期“Opera 低频电磁分析——解决方案篇”，探讨如何根据实际需求，制定出高效、精准的解决方案，以更好地满足实际工程的需求。