Elektrostatische Analyse zur Simulation von elektrischem Feld und Spannung

Elektrostatische Analyse in EMWORKS 

Die elektrostatische Analyse in EMWORKS ist ein Simulationswerkzeug zur Vorhersage von elektrischen Feldern, Kapazitäten und Durchschlagsrisiken direkt auf 3D-CAD-Modellen. Sie wird eingesetzt, um Hochspannungsisolatoren und Durchführungen, PCB-/ESD-Schutz, Steckverbinder sowie Leistungselektronik-Designs vor der Hardwareerprobung zu validieren.

• Simulation von elektrischem Potenzial, Feldstärke und Ladungsverteilung

• Bewertung von Isolationsfestigkeit, Spannungsdurchschlag und ESD-Problemen

Zentrale Funktionen der elektrostatischen Analyse in EMWORKS 

• Durchschlag und Feldbeanspruchung:
  Verteilung des elektrischen Feldes, maximale |E|-Werte, Kriech- und Luftstreckenprüfungen in Isolatoren, Durchführungen, Steckverbindern und Luftspalten.

• 3D-CAD-basierte Simulation:
  Elektrostatische Analyse vollständiger 3D-CAD-Bauteile und Baugruppen ohne Zwischenexport oder -import der Geometrie.

• Feld, Potenzial, Ladung, Kapazität:
  Elektrisches Potenzial, elektrische Feldstärke, Ladungsverteilung sowie Eigen- und Gegenkapazitäten.

• Elektrostatische Kräfte:
  Kräfte und Drücke auf Leiter und isolierende Bauteile unter vorgegebenen Spannungen.

• Parametrische Studien:
  Geometrie-, Material- und Spannungssweeps mit Ausgaben wie max. |E|, Kapazitäten und Kräfte in Abhängigkeit von Designparametern.

• 3D vs. 2D / achsensymmetrisch:
  3D-elektrostatische Probleme werden in diesem Modul behandelt; planare und achsensymmetrische Elektrostaten werden von EMWorks2D unterstützt.

Anwendungen der elektrostatischen Feldsimulation

Typische Anwendungsfälle:

• Dielectric breakdown in insulators and bushings – Feldverteilung, Kriech- und Luftstreckenprüfungen

• Corona in high-voltage equipment – Feldüberhöhungen an Leitern in Leitungen, Durchführungen, Kondensatoren und Leistungselektronik

• ESD in PCB and electronics – Felder um Leiterplatten, Steckverbinder, Gehäuse und Entladepfade

• Connectors, cables, terminations – lokale Feldbeanspruchung und Risiko partieller Entladungen

• Capacitance and capacitance matrices – Eigen- und Gegenkapazitäten von Sammelschienen, Hochgeschwindigkeits-Interconnects und Kondensatoren

• High-voltage testing and insulation coordination – Feldplots und numerische Sicherheitsreserven

Branchen, die auf elektrostatische Analyse setzen 

Typische Einsatzbereiche der EMWORKS-Elektrostatik:

• Hochspannungstechnik und Energieübertragung – Isolatoren, Durchführungen, Luftspalte

• Transformatoren und Schaltanlagen – Feldverteilung, Isolationskoordination, Koronaprüfung

• Leistungselektronik – DC-Zwischenkreise, Filter, Sammelschienen, Kriech- und Luftstrecken

• Kabel und Steckverbinder – Feldbeanspruchung an Abschirmungen, Endverschlüssen und Verbindungsstellen

• PCB und Elektronik (ESD) – Felder um Leiterplatten, Gehäuse, Steckverbinder und ESD-Pfade

• Labore und Universitäten – Untersuchungen zu Isolierung, Durchschlag und elektrostatischen Feldern

Berechnung von elektrischer Feldbeanspruchung, Kapazität und weiteren Größen

Das Elektrostatik-Modul berechnet für jede Studie:

• Elektrostatisches Potenzial und elektrisches Feld

• Elektrische Feldbeanspruchung und Indikatoren für Spannungsdurchschlag

• Elektrische Flussdichte

• Kapazität und Kapazitätsmatrix

• Kraft und Drehmoment

• Gespeicherte elektrostatische Energie