Bei der Vorentwicklung und Entwicklung von elektrischen Anlagen und Geräten werden immer häufiger Feldberechnungsprogramme eingesetzt. Das ist zum einen notwendig, wenn die gewünschte Funktion des Geräts von magnetischen und elektrischen Feldern abhängt. Zum anderen sollen Effekte in Geräten wie unerwünschte Abstrahlung und Einstrahlung von elektromagnetischen Feldern ebenfalls im Vorfeld untersucht werden.

Diese Vorlesung soll die Fähigkeit vermitteln, Feldberechnungsprogramme einzusetzen, wobei elektromagnetische Feldprobleme im Vordergrund stehen. Gleichzeitig soll ein besseres Verständnis elektromagnetischer Feldprobleme erreicht werden.

In drei Lehreinheiten werden verschiedene Verfahren zur Lösung von Feldproblemen vorgestellt:

• Das Finite-Elemente-Verfahren (FEM) am Beispiel von COMSOL

• Die Methode der partiellen Elemente (PEEC) am Beispiel von FastHenry

• Die FDTD-Methode (Finite Differences Time Domain) am Beispiel von CST Microwave Studio
  

In weiteren Lehreinheiten werden am Beispiel von COMSOL die Bedienung und das typische Vorgehen bei Feldberechnungsprogrammen behandelt:

• Benutzerschnittstelle

• Auswahl des Modells

• mögliche Randbedingungen

• Lösungsmethoden (direkte, indirekte Solver)

• Auswertung (Mawxellsche Spannungen, virtuelle Verrückung)

• Programmierschnittstelle und Kopplung mit MATLAB oder SPICE

• Eigenwertprobleme

• Kopplung elektromagnetischer Probleme mit thermischen Problemen
  

Ein Großteil der Übungen besteht darin, am Rechner anhand des Finite-Elemente-Programms COMSOL den Vorlesungsstoff praktisch anzuwenden und Erfahrung bei der Bedienung einer Feldberechnungssoftware zu gewinnen.

Title:

Numerical field calculation

Credits: 5

Contents

Numerical field calculation

Field calculation programs are widely employed during the preliminary design phase and the development of electrical equipment and devices. This is necessary if the desired function of the device depends on magnetic and electric fields. But also effects in devices like unwanted emission and immission of electromagnetic fields should be analyzed as soon as possible.

This lecture is intended to provide the necessary knowledge to use field calculation programs efficiently, with emphasis on electromagnetic field problems. At the same time, a better understanding of electromagnetic field problems should be achieved.

In three lecture units, different methods to solve field problems are presented:

• The Finite Element Method (FEM) using the program COMSOL

• The Method “Partial Elements Equivalent Circuit” (PEEC) using the program FastHenry

• The Method “Finite Differences Time Domain” using the program CST Microwave Studio
  

In further units, using COMSOL, handling and typical procedures of field calculation programs are covered:

• User interface

• Model selection

• Permissible boundary conditions

• Solver methods (direct, indirect solvers)

• Evaluation (Maxwell stress, virtual displacement)

• Programming interface and couplings with MATLAB or SPICE

• Eigen value problems

• Coupling of electromagnetic problems with thermal problems
  

The main part of the exercises is done using the computer. By means of the Finite Element software tool COMSOL, the subjects of the lecture are applied to practical problems, so to gain experience in handling field calculation software.

UE: Übungen zu Numerische Feldberechnung

Dozent/in: Dr.-Ing. Hans Roßmanith
Zeit und Ort: Mo 10:15 - 11:45, CIP-Pool