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Automated Construction of Equivalent Electrical Circuit Models for Electromagnetic Components and Systems

Traub, Felix Maximilian :
Automated Construction of Equivalent Electrical Circuit Models for Electromagnetic Components and Systems.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Automated Construction of Equivalent Electrical Circuit Models for Electromagnetic Components and Systems
Language: English
Abstract:

The description of electromagnetic components and systems by electrical circuit models is indispensable for a wide range of applications: In the field of EMC, electrical circuit models are ideally suited for the detection of EMC coupling paths, which are very difficult to track for 3D geometries. In the field of numerical optimization techniques, electrical circuit models offer short simulation times and allow the coupling of the electromagnetic domain to other physical domains. In the field of power electronics, electrical circuit models describe energy dissipation due to parasitic electromagnetic interactions.

The construction of an equivalent electrical circuit model is in general cumbersome and less formalized than a description in terms of electromagnetic fields. No general and reliable technique for the automated construction of equivalent electrical circuit models exists. The aim of this thesis is the development of a technique that allows a fully automated construction of equivalent electrical circuit models from 3D geometry information. Instead of constructing the circuit directly from geometry data, our approach consists of reducing a field-theoretical model to an equivalent electrical circuit model. In this way, we exploit the generality of the field-theoretical approach, which can be applied for a wide range of geometries using state-of-the-art simulation techniques. The electromagnetic effects having the largest impact in the frequency range of interest are then used for the construction of the electrical circuit model. The circuit elements can be seen as condensed representations of these field-theoretical processes. The reduction process allows a very direct assessment of the accuracy of the electrical circuit model.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die Beschreibung elektromagnetischer Komponenten und Systeme durch elektrische Netzwerkmodelle wird in vielen Gebieten erfolgreich angewandt: Im Gebiet der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ermöglichen elektrische Netzwerkmodelle die einfache Detektion von EMV Koppelpfaden, die in dreidimensionalen Modellen nur schwer zu identifizieren sind. Für numerische Optimierungsverfahren sind die kurzen Rechenzeiten und die einfache Kopplung zu weiteren physikalischen Domänen attraktiv. Ersatzschaltbilder für leistungselektronische Komponenten und Systeme beschreiben die Verschlechterung der Effizienz durch parasitäre Vorgänge. Die Erstellung eines Netzwerkmodells ist oftmals mühsam und schwach formalisiert im Vergleich zur feldtheoretischen Darstellung. Es existiert kein allgemein anwendbares und verlässliches Verfahren zur Erstellung solcher Modelle. Im Rahmen dieser Arbeit entwickeln wir ein Verfahren zur automatisierten Erstellung von Netzwerkmodellen aus 3D Geometrieinformation. Anstatt das Netzwerkmodell direkt aus Geometriedaten zu erstellen, kondensieren wir ein feldtheoretische Modell zu einem Ersatzschaltbild. Wir nutzen damit den hohen Formalisierungsgrad der feldtheoretischen Beschreibung. Diese kann durch moderne Simulationsverfahren auf allgemeine Komponenten und Systeme angewandt werden. Zur Erstellung des Ersatzschaltbildmodells werden dann nur diejenigen elektromagnetischen Vorgänge berücksichtigt, die zur Beschreibung in einem gegebenen Frequenzbereich am wichtigsten sind. Das Verfahren erzeugt damit sehr kompakte Modelle. Die Genauigkeit des Netzwerkmodells kann sehr direkt bewertet werden.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Computational Electromagnetics
Study Areas > Study area Computational Engineering
Date Deposited: 14 Apr 2014 12:22
Last Modified: 14 Apr 2014 12:22
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-38056
Referees: Weiland, Prof. Dr. Thomas and Ruehli, Prof. Dr. Albert
Refereed: 3 December 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3805
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