Desarrollo de una aplicación MATLAB para el análisis y modelado de la magnetización

Abstract

La mayoría de los diseños de sistemas con núcleos magnéticos necesitan la curva anhisterética del material que describe el fenómeno de saturación magnética. Aquí presentamos a “MagAnalyst”: una aplicación MATLAB fácil de usar con interfaz gráfica de usuario para analizar y modelar la magnetización anhisterética de materiales magnéticos blandos en el marco de la teoría de Silveyra-Conde Garrido. El marco propuesto está basado en la ecuación de estado de Langevin-Weiss, pero reformula el problema original en otro más sencillo, con menos parámetros de ajuste, que están intrínsicamente acotados y para los que se pueden estimar fácilmente buenos valores iniciales. Así, es posible reemplazar los convencionales métodos estocásticos para resolver el problema original (que presenta mínimos locales y no tiene a priori límites de parámetros conocidos) por métodos deterministas que converjan rápidamente hacia la solución óptima. MagAnalyst ayuda a visualizar, analizar y ajustar curvas automáticamente sin requerir conocimientos de optimización ni programación. Devuelve los parámetros del modelo, magnitudes físicas de interés tecnológico, y las tablas de datos de las curvas modeladas. Las curvas modeladas de magnetización y de su derivada son continuas y diferenciables. Esto acelera los solvers numéricos de simulaciones de circuitos y modelos por elementos finitos con componentes magnéticos.

Most system designs with magnetic cores require the anhysteretic curve of the material describing the magnetic saturation phenomenon. Here we present "MagAnalyst": an easy-to-use MATLAB application with a graphical user interface to analyze and model the anhysteretic magnetization of soft magnetic materials in the framework of the Silveyra-Conde Garrido theory. The proposed framework is based on the Langevin-Weiss equation of state -but reformulates the original problem into a simpler one with fewer fitting parameters, which are intrinsically bounded and for which good initial values can be easily estimated. Thus, it is possible to replace conventional stochastic methods for solving the original problem (which has local minima and a priori unknown parameter bounds) with deterministic methods that converge quickly to the optimal solution. MagAnalyst helps to visualize, analyze, and fit curves automatically without requiring optimization or programming skills. It returns model parameters, physical quantities of technological interest, and data tables of the modeled curves. The modeled curves of the magnetization and its derivative are continuous and differentiable. These properties speed up numerical solvers of circuit simulations and finite element models with magnetic components.