模拟低频电磁与机电元件
“AC/DC 模块”是 COMSOL Multiphysics® 平台的一款附加产品，专为静态和低频电磁场的分析提供了一套强大的建模工具和数值方法，其应用领域十分广泛，不仅涵盖各类电气与电力电子元件中使用的电容、电阻和电感器件，还深入应用于执行器、汽车电气化系统、电力系统，以及电磁干扰与电磁兼容（EMI/EMC）分析等关键领域。
得益于卓越的多物理场仿真能力，“AC/DC 模块”能够精确分析电磁场与传热、结构力学、声学和流体流动之间的相互作用，使得工程师能够在整个产品开发周期内，对电机、变压器、电缆、高压设备、传感器及各类电磁设备在实际工况下的性能、可靠性与安全性进行全方位的评估。
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静电仿真功能专注于分析器件与系统的电容属性，可计算电容矩阵、电荷密度、电场分布、转矩及作用力，典型应用涵盖高压元件、绝缘子、触摸屏、传感器以及各类执行器。
“AC/DC 模块”集成了有限元法（FEM）和边界元法（BEM），并支持两者的混合求解，这一强大的组合能够为电容器、开关设备和执行器等应用提供坚实可靠的仿真基础，助力实现高效的设计与优化。
在高压系统中，静电分析是评估并降低放电风险的关键手段。而当放电现象不可避免时，用户还可以借助专用的放电模块，进行更深层次的精细化研究。
针对 MEMS 器件建模，“AC/DC 模块”提供了核心的电磁建模能力；如需进一步分析静电与结构的相互作用，搭配 MEMS 模块即可轻松实现多物理场耦合仿真。
电流仿真用于在直流、瞬态或交流条件下（且可忽略磁场影响时）对电阻和导电器件及系统进行分析。求解结果涵盖电阻、电导、电场、电流密度及功率损耗等关键参数。其应用广泛，从 PCB 走线、母线板与连接器的优化，延伸至电力电子、电缆、电镀工艺以及配电系统的性能提升。
借助“AC/DC 模块”，用户可以执行稳态、瞬态、频域及小信号分析。其中，时域和频域分析能够同时捕捉电阻与电容效应。
电流仿真通常与热分析耦合，用于优化热管理、消除热点并降低材料成本。此类多物理场研究对于提升器件的耐用性、效率与安全性至关重要。因此，“AC/DC 模块”常与传热模块结合使用；当需要考虑热膨胀效应时，还可与结构力学模块或 MEMS 模块结合使用。针对单个载流子的微观深入研究，则可通过半导体模块或等离子体模块分别实现。
静磁场分析用于研究线圈、导体和磁体上的受力情况、磁场分布以及寄生电感等问题，支持有限元法（FEM）、边界元法（BEM）以及 FEM–BEM 混合求解方法，并内置了电感矩阵提取与电路耦合的专用工具，极大简化了复杂系统的建模流程。线圈既可以采用显式几何建模，也可通过均匀化方法进行处理，并能自动解析复杂几何结构中的电流流动路径。
在材料支持方面，模块涵盖了软磁（B–H 曲线）、硬磁（永磁体）、有损及各向异性材料。同时支持自定义与温度相关的复杂模型，能够准确反映磁滞和居里点效应。借助内置的 Jiles–Atherton 材料模型，用户还可以实现高精度的全矢量磁滞建模。
针对多物理场研究需求，“AC/DC 模块”可与结构力学模块或 MEMS 模块相结合，深入分析磁力作用下的结构力学响应，并支持包含非线性磁致伸缩效应在内的复杂物理现象仿真。
完整的电磁建模仿真功能，专为分析电流与磁场相互耦合的电气元件而设计。在处理具有显著感应效应的时变问题时，还可以精准捕捉磁场感应电流、电流进而产生磁场的双向耦合机制。
借助本模块，用户可以深入研究各类电动力学效应，涵盖趋肤效应、邻近效应、洛伦兹力（运动感应）、谐振以及串扰等，并全面支持二维与三维的频域和时域建模。此外，模块还内置了专用公式，可高效处理超导体的瞬态磁场建模。
典型应用场景包括线圈、感应充电器与感应加热设备、开关、母线板、变压器、PCB 瞬态效应、电磁屏蔽、串扰分析、超导器件、磁流体动力学以及无损检测（NDT）等。
电机仿真用于优化电动机、发电机和执行器的性能。借助丰富的内置功能，用户可以分析感应电机和永磁电机，轻松获取转矩、磁体中的涡流损耗、受力情况、感应电流以及机械负载影响等关键数据。此外，还支持研究电磁力与电磁转矩作用下的刚体与柔体动力学行为。
针对多样化的电机设计需求，软件提供了广泛的专用特征，支持从径向磁通电机到混合轴向–径向磁通转子、爪极转子以及管式直线电机等多种结构的建模与仿真分析。利用动网格功能，还可精确模拟直线运动，这在柱塞、螺线管、开关和执行器等设备的仿真中显得尤为重要。
通过将“AC/DC 模块”与其他物理场模块结合使用，可以轻松实现全方位的多物理场分析，涵盖：结构力学（变形分析）、转子动力学、传热（热管理）、声学（噪声与振动）以及 CFD（冷却通道优化）等领域。
“AC/DC 模块”提供了专用于集总系统与电路分析的物理场接口，用户不仅可以用来轻松模拟电压源、电流源、电阻、电容、电感、变压器、二极管以及晶体管等基础元件，还能通过子电路添加更复杂的元件。此外，软件还支持以 SPICE 网表格式导入与导出电路模型。
该模块支持将电路模型与二维或三维有限元模型相结合，能够从有限元模型中提取电阻、电容和电感矩阵，从而高效构建集总电路等效模型。通过电路与有限元模型的直接耦合，用户可以轻松实现电机控制电路、感应充电器振荡电路等复杂系统的联合仿真。此外，借助先进的混合子模型技术，还能将细节丰富的有限元区域简化为电路表示，从而大幅提升整体仿真效率。
“AC/DC 模块”支持对静电、电流、静磁、电磁、电机以及电路进行高精度的建模与分析。
“AC/DC 模块”不仅为前述各类电磁领域提供了内置的用户接口，还针对特定的建模需求配备了专用接口。这些物理场接口定义了相应的方程、边界条件、预设网格设置和研究，以及预定义的绘图与数值计算功能，让您能够开箱即用。
预定义的研究涵盖了稳态、瞬态和频域分析的求解器设置。此外，还提供多种高级研究类型，包括组合频率瞬态、时间周期、扰动和特征频率分析，以及通过准静态辅助扫描实现的参数提取。同时，内置的多物理场耦合功能还可实现“AC/DC 模块”内部各接口之间，以及与其他附加模块接口之间的无缝集成。
“AC/DC 模块”内置了强大且完善的磁性材料数据库，涵盖铁磁、亚铁磁、软磁（B–H 曲线）以及硬磁（永磁体）等多种类型，不仅支持非线性材料模型，还提供基于等效 B–H 曲线和复磁导率的频域磁损耗，以及基于 Jiles–Atherton 模型的各向异性磁滞等仿真功能。
针对叠片电工钢的仿真需求，模块提供了高度优化的专用功能。通过内置的叠片铁芯建模特征，结合 Steinmetz、Bertotti 等经验损耗模型，用户可以在无需对单层叠片进行繁琐几何解析的情况下，轻松实现符合工程实际的损耗估算。
此外，材料属性还支持定义为空间变化、各向异性、时变或场相关的复杂形式。模块全面支持用户定义的属性，能够灵活满足各向异性非线性、永磁体退磁以及居里效应等特定物理行为的建模需求。
针对极薄结构，本模块提供高效的壳单元公式，广泛适用于直流、静电、静磁及感应分析。同时，模块还配备了针对多层壳结构中直流问题的专用功能，其核心的电磁壳建模能力，可将复杂的薄体积域替换为具有等效物理行为的零厚度边界条件，从而大幅简化几何处理、网格划分及求解流程，显著提升仿真效率。
在高频条件下，当趋肤深度变小且电流被严格限制在导体表面时，模块可通过专用的边界特征，实现对导体更加高效、精准的等效建模。
针对介电材料和弱导电材料，本模块提供了强大的建模框架，全面支持：
模块内置了丰富的色散公式，涵盖多极德拜、Cole–Cole 以及 Havriliak–Negami 模型。这些功能对于生物组织建模及生物工程等前沿应用尤为重要。
与磁性材料一样，导体与介电材料同样具备极高的建模灵活性。通过自定义的公式，用户可以轻松扩展内置材料库，快速纳入符合特定需求的定制化材料模型。
为精确模拟无界域或大型域，软件在电场与磁场公式中均集成了强大的无限元功能。针对静电与静磁分析，模块还提供边界元法（BEM）作为高效替代方案，可轻松处理大型或无限区域问题。此外，BEM 还支持与基于有限元的物理场接口进行耦合，实现高度灵活的混合 BEM–FEM 仿真。
“AC/DC 模块”提供了强大的电磁建模功能与专用工具，能够精确模拟各类电磁激励、负载条件及器件特性。
线圈建模工具功能全面，既能处理考虑趋肤效应和邻近效应的实心导体，也能模拟为降低交流损耗而设计的绞合线束，同时还支持利兹线、密绕线圈以及分段式高压导体等复杂设计。
借助终端定义功能，用户可以便捷地施加电压、电流或电荷激励，并支持悬浮电位、测量点及外部电路连接。此外，通过分布电容和阻抗建模选项，还能精确表征带有介质涂层或电阻涂层的电极特性。
模块还提供了多种通用激励方法，包括电压约束（例如设置接地平面）以及直接定义表面电流等功能，满足多样化的仿真需求。
导电材料支持定义随温度和电磁场变化的特性。在电动力学条件下，用户可以灵活包含或抑制趋肤效应和邻近效应，从而高效模拟层压钢、绕组线圈及绞合线束。特别值得一提的是，本模块支持在特定设计频率（或更高频率）下直接对利兹线进行建模，无需耗费算力去解析每一根独立的导线。
针对线圈、终端 和端口 等激励特征，软件可自动提供多种电气量的输出变量，涵盖：
借助专用的频率扫描功能与经过优化的求解器设置，用户可以高效提取电容、电阻及电感矩阵，从而轻松将复杂的有限元模型转化为简化的集总电路模型。
此外，本模块还内置了多种专用特征，用于精确计算电磁力、总损耗等特定物理量。
丰富的定制化选项支持对求解结果中的任意物理量进行求值、积分或微分运算；多样化的结果计算工具能够精确提取分析所需的各类核心数据。
电磁现象往往伴随着热、力、流体等多种物理效应。因此，“AC/DC 模块”提供了丰富的选项，能够轻松将电磁物理场与其他附加产品（如以下模块）进行深度集成：
模块内置的强大多物理场耦合功能，支持高效模拟磁力学、机电效应、焦耳热与热膨胀、感应加热、压磁效应、压电效应、压阻效应、非线性磁致伸缩、电致伸缩、铁电弹性、热电效应、热释电效应以及磁流体动力学等复杂物理现象。
除了上述预定义的耦合接口外，用户还可以根据特定需求，采用全耦合或顺序求解方法，灵活定义并求解手动设置的多物理场耦合问题，满足高度定制化的仿真研究。
电磁元件在实际工况中，既会引发多种物理效应，同时也受这些效应的反向影响。在 COMSOL Multiphysics® 中，处理这类复杂的多物理场耦合问题，与建立单一物理场模型一样直观、简便。
模拟固体/实体、流体、壳体以及多层壳结构中的焦耳热（也称电阻热）。
模拟感应设备和金属加工应用中的加热过程。
捕捉相互接触的金属部件之间的电流，并支持结合热2 效应与机械3 接触效应进行多物理场综合分析。
支持基于有限元法和边界元法的高精度计算，能够准确提取电磁应力、力和转矩等关键物理量。
可将电流感应的洛伦兹力作为体载荷施加于结构模型，完美适配电声换能器等设备的多物理场仿真分析。
模拟磁性材料在磁场作用下发生的形状变化，这一功能对于声呐换能器设计以及变压器噪声分析等应用至关重要。
轻松对包含金属部件和介电元件的各类压电器件进行高保真建模仿真。
应用铁电功能模拟时变极化过程，并有效捕捉材料表现出的滞回特性。
模拟电磁场与导电流体之间的相互作用。
模拟半导体制造工艺中广泛应用的电感耦合等离子体。
精确分析带电粒子或磁性粒子在电磁力作用下的运动轨迹与行为。
模拟中性颗粒在电场梯度作用下的运动。
支持将电磁分析与参数优化、形状优化及拓扑优化深度结合，助力实现器件性能的极致提升。
如果您使用 MATLAB® 软件，可以通过 MATLAB® 脚本和函数便捷地驱动 COMSOL Multiphysics® 仿真。LiveLink™ for MATLAB® 接口产品支持在 MATLAB® 环境中直接调用 COMSOL® 的各项操作，并将其与现有的 MATLAB® 代码无缝集成，极大拓展了仿真的自动化与定制化能力。
为了高效分析 CAD 模型和电子布局的电磁属性，COMSOL 提供了丰富的数据交互工具，包括 ECAD 导入模块、CAD 导入模块、设计模块，以及面向各类主流 CAD 软件的 LiveLink™ 接口产品。
此外，通过 LiveLink™ for Excel® 接口产品，用户还可以轻松实现 Microsoft Excel® 电子表格数据与 COMSOL Multiphysics® 环境中定义参数的实时同步，让数据管理与建模仿真更加紧密高效。
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