Desenvolvimento e Verificação de uma Ferramenta Orientada a Objetos em Python para Modelagem Magnética Quase-Estática Axissimétrica em Regime Harmônico

Abstract

O projeto de dispositivos eletromagnéticos depende de simulações numéricas para reduzir os custos associados à prototipagem física exaustiva. A incorporação, em ferramentas numéricas, de modelos empíricos customizados de materiais, como aqueles destinados à representação de perdas no ferro e de efeitos de alta frequência em condutores, costuma ser dificultada pela rigidez de softwares de alto nível ou pela complexidade matemática de bibliotecas de baixo nível. Diante desse cenário, este trabalho apresenta o desenvolvimento e a verificação matemática de uma ferramenta computacional orientada a objetos, em linguagem Python, voltada à modelagem de sistemas magnéticos quase-estáticos e axissimétricos em regime harmônico. A arquitetura da ferramenta foi projetada para suportar a customização direta de equações constitutivas não lineares e com dependência espacial. Para garantir a confiabilidade da ferramenta, o solucionador foi submetido a um conjunto de testes de verificação.

The design of electromagnetic devices relies on numerical simulations to reduce the costs associated with exhaustive physical prototyping. The incorporation, in numerical tools, of custom empirical material models, such as those aimed at the representation of iron losses and high-frequency effects in conductors, is often hindered by the rigidity of high-level software or by the mathematical complexity of low-level libraries.

Given this scenario, this work presents the development and mathematical verification of an object-oriented computational tool, in Python language, aimed at modelling quasi-static and axisymmetric magnetic systems in the harmonic regime. The tool was designed to support the direct customisation of nonlinear and spatially dependent constitutive equations.

To ensure the tool's reliability, the solver was subjected to a battery of verification tests.