Análisis del flujo de corriente en el borde de un componente

Para uno de mis proyectos, diseñé el siguiente componente para entregar energía a cargas/circuitos:

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Figura 1

El componente en (Fig.1) se divide en 3 partes (a, b, c), mi análisis inicial del flujo de corriente se muestra en el diagrama como (I), sin embargo, mi preocupación es con el flujo de corriente del componente a al segundo _

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Figura 2

¿Cómo fluye la corriente en esa región? ingrese la descripción de la imagen aquí

Fig. 3

Traté de desglosar 3 direcciones de corriente posibles en ese borde, ¿cuál sería la más precisa para describir el flujo de corriente?

La razón por la que estoy analizando ese segmento es por el posible campo magnético asociado a este componente.

Lo que tiene sentido para mí es un campo magnético que literalmente envuelve el componente, sin embargo, un campo producido por la subcorriente (1) en la Fig.3 parece poco probable.

Actualizar:

  • Simulación FEA a través de ANSYS Maxwell:

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Figura 4

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Figura 5

Las cargas de la banda de conducción tendrán una distribución casi completamente uniforme en la forma del metal. Habrá un ligero exceso en la superficie, pero por lo demás una distribución casi uniforme por todas partes. Todo el camino a las esquinas. Una cantidad muy, muy pequeña de cargas se "pegarán" en algunas esquinas para acelerar las cargas alrededor de las curvas. Como la gravedad negativa, por así decirlo. (Las cargas no giran sin un motivo). Más el gradiente de carga necesario a lo largo de su longitud. ¿Puede ahora calcular las implicaciones de la velocidad de deriva dada la forma? ¿Qué pasa si la corriente aumenta mucho?
voy a intentar Una distribución uniforme es lo que también pensé intencionalmente. Sin embargo, considere mi punto de confusión: la fuerza impulsora de las cargas es perpendicular a la subcorriente (1) en la Fig.3, ¿cómo se puede conducir la corriente a esa región con no hay fuerza motriz hacia las esquinas? Tal vez esa sea mi limitación para comprender el flujo de corriente.
También hay un gradiente de carga muy leve a lo largo de la longitud para acelerar las cargas. De hecho, puede detectar esto si configura un suministro de CC de alto voltaje y un cable largo. Usa una bola de médula. En el centro, la bola de médula no hace nada. Pero en cada extremo es atraído y luego repelido instantáneamente a medida que acumula algunas de esas cargas (que se reemplazan inmediatamente, por supuesto).
Creo que hay un gran malentendido en la interpretación de tu pregunta sobre la escala de tu geometría. ¿Cuál es el orden de magnitud de las variables involucradas: nm,um,mm,metros? En cuanto a las corrientes: fA,uA,mA,A,kA ? ¿Te importa el ruido bajo nA? Personalmente creo que te ocupas de la electrotecnia.
Andre, la magnitud debe ser el estándar, A y m. ¿Que ruido?
Se actualizó la pregunta con los resultados de la simulación para los interesados.

Respuestas (1)

Este es el tipo de cosas que resuelves con el análisis de elementos finitos.

Básicamente, modelas la región de interés como una malla de muchas partes pequeñas. Luego, cada pequeña parte sigue las leyes de la física, pero puede hacer suposiciones simplificadoras, como que la corriente es uniforme en el pequeño volumen. Después de ejecutar suficientes iteraciones de relajación, la corriente entra y sale de las caras de cada pequeño elemento. A partir de ahí encuentras la macro actual.

Hay muchos detalles sobre cómo hacer un análisis de elementos finitos de manera correcta y eficiente, pero esos son los principios básicos. Seguramente ya existe un software que hará la mayor parte de esto por usted.

Sí, puedo usar Ansys para esto.
El problema con FEM aquí es que las cargas tienen efectos de muy largo alcance en un conductor. FEM es excelente para la estática y el flujo de calor y similares, donde todo el sistema se puede resolver únicamente mediante el uso de la localidad ganada fina. Pero la realidad aquí también requiere efectos que abarquen mucho más allá de una celda cercana. Me gustaría saber cómo configurar esto correctamente en FEM. (Sospecho que puede ser, pero no parece trivial).
@jonk: No, las cargas no tienen efectos de largo alcance en un conductor normal (no semiconductor). La corriente de entrada es igual a la corriente de salida. No se acumulan cargos. Básicamente, solo modela el voltaje, la resistividad y la corriente. La solución debe ser la misma que para el flujo de calor, suponiendo que el exterior del conductor esté perfectamente aislado.
Es exactamente el mismo problema que un análisis térmico. Las ecuaciones son las mismas.
No puedo estar de acuerdo. Si los efectos fueran locales, habríamos disparado ruido en los cables. nosotros no Véase The Art of Electronics, 2ª edición, 1989, para una discusión sobre este punto.
Además, Matter & Interactions, 3ra edición, cubre algunos detalles sobre los efectos de largo alcance de solo unas pocas cargas en las esquinas sobre muchos amperios de corriente alrededor de una curva. Estos son efectos de largo alcance. Cualquier método aplicado debe calcular correctamente las cargas superficiales, los gradientes y las distribuciones en toda la superficie. Sospecho que se puede hacer con FEM. Simplemente no de la manera que sugieres. Estoy muy interesado en la configuración detallada requerida para que produzca los resultados correctos, cuantitativamente.
@Jonk ¿Qué capítulo o página de "El arte de la electrónica"? Gracias.
@andre Escribiendo desde el teléfono ahora. Cuando pueda, proporcionaré mejores referencias. Debería poder encontrar las páginas cuando regrese. La razón por la que los recuerdo es porque tenían sentido físico y se mantuvieron. Toda la física es local, excepto a nivel cuántico, por lo que FEM debería funcionar. Creo que el problema está en seleccionar la vista correcta para aplicar. Por eso las cosas me resultan curiosas. Y nada de esto está en desacuerdo con que la falta de ruido de disparo en los cables se deba a efectos de largo alcance en los cables. Creo que el OP hace una pregunta interesante que me gustaría entender y poder predecir yo mismo.
@ jonk Por favor, persiga esto. Necesito entender mejor los conceptos también. Gracias.
@andre Consulte la página 432, segunda edición, "El arte de la electrónica", mitad inferior de la columna izquierda. Lo siento, tomó tanto tiempo. Pero... lleva tiempo recordar algo que leíste hace mucho tiempo.
@analogsystemsrf He agregado una nota para andre, ahora. Además, creo que sería instructivo leer los capítulos 17 y siguientes de Matter & Interactions, 3ª edición. Uno podría comenzar con la sección en la página 685, como una forma de abrir el apetito sobre el tema, pero no como una respuesta a la pregunta. Sin embargo, desearía poder citar el texto aquí como una continuación. Pero es largo, necesita fotos y más. Así que simplemente tengo que desear que haya un lugar para discutir estos temas satisfactoriamente con herramientas de dibujo y similares. Oh bien.
Para aquellos que todavía están interesados, simulé los resultados y actualicé mi pregunta para contenerlos, supongo que mi suposición inicial era algo correcta, que $\i_1\$ tendría la menor cantidad de flujo de corriente.
@jonk Tengo (El arte de la electrónica) en otra pestaña, ¿podría hacer referencia al capítulo/páginas relacionadas con la discusión?
Análisis del flujo de corriente en el borde de un componente
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