FEMM 5

НИУ «МЭИ» · Кафедра ЭМЭЭА

Основы моделирования электротехники в FEMM 5: трансформаторы, электрические машины и электрические аппараты

Теория поля, расчётные примеры и практические задания для самостоятельной работы в FEMM 5.

Начать чтение

Оглавление

  1. I. Интерфейс FEMM 5, геометрия, сетка и математические основы
  2. II. Теория четырёх физических модулей FEMM
  3. III. Встроенный Python и воспроизводимая автоматизация
  4. IV. Трансформаторы, реакторы и дроссели
  5. V. Электрические машины
  6. VI. Электрические аппараты
  7. VII. Магнитные измерения
  8. VIII. Магнитная и вихретоковая дефектоскопия
  9. IX. Оптимизация во встроенном Python FEMM 5
I

Интерфейс FEMM 5, геометрия, сетка и математические основы

Освойте элементы интерфейса, точную геометрию, свойства, границы и сетку; получите первый проверяемый расчёт и объясните его математическую основу.

§ 1 · Рабочая среда и документы

§ 2 · Геометрия и назначение свойств

§ 3 · Постановка, границы и сетка

§ 4 · Обработка и представление результатов

§ 5 · Уравнения поля и конечные элементы

§ 6 · Первый полный расчёт

II

Теория четырёх физических модулей FEMM

Выведите уравнения магнитного поля, электростатики, теплопроводности и токопроводимости; выберите допустимую постановку и проверьте её по аналитическому эталону.

§ 7 · Выбор физической постановки

§ 8 · Магнитное поле, цепи и энергетические величины

§ 9 · Электростатика

§ 10 · Теплопроводность

§ 11 · Токопроводимость

III

Встроенный Python и воспроизводимая автоматизация

Освойте встроенный Python, API четырёх физических модулей и общие нелинейные карты перед выбором предметного направления. Ручные базовые расчёты и магнитные измерения не требуют обязательного изучения Python.

§ 12 · Язык и безопасная последовательность вычислений

§ 13 · Параметрическая геометрия, движение и сетка

§ 14 · API четырёх физических модулей

§ 15 · Массивы, графики и таблицы

§ 16 · Воспроизводимые программы и интерфейсы

§ 17 · Общие нелинейные карты, индуктивности и энергетические производные

IV

Трансформаторы, реакторы и дроссели

Проверьте магнитную связь, энергию зазора и насыщение реактора или дросселя; затем изучите однофазные и трёхфазные трансформаторы, потери, нагрузочные режимы и расчёт внешних цепей во встроенном Python.

§ 18 · Катушки, реакторы и дроссели

§ 19 · Однофазные трансформаторы

§ 20 · Трёхфазные трансформаторы

§ 21 · Цепь однофазного трансформатора

§ 22 · Трёхфазные цепи и несимметрия

V

Электрические машины

Базовые полевые расчёты и углублённые модели асинхронных, синхронных, реактивных машин, машин с постоянными магнитами и машин постоянного тока. Автоматизация подключается после ручной проверки выбранного семейства.

§ 23 · Асинхронные машины

§ 24 · Синхронные генераторы

§ 25 · Машины с постоянными магнитами

§ 26 · Вентильно-индукторные машины

§ 27 · Машины постоянного тока и синхронные реактивные машины

§ 28 · Самостоятельный расчёт машины

§ 29 · Идентификация асинхронной машины

§ 30 · Насыщенные генераторные режимы

§ 31 · Карты и спектры машин с магнитами

§ 32 · Коммутация и динамика вентильно-индукторной машины

§ 33 · Машины постоянного тока и перекрёстное насыщение

§ 34 · Потери и неопределённость

§ 35 · Проводники, нагрев и изоляция

§ 36 · Самостоятельный воспроизводимый проект

§ 37 · Турбогенераторы: от параметрической геометрии до характеристик, динамики и дефектов

VI

Электрические аппараты

Устройство аппаратов, магнитные цепи постоянного и переменного тока, рассеяние, проводимости и тяговые характеристики; проверенные модели FEMM 5, контакты, изоляция, нагрев и связанная динамика.

§ 38 · Устройство электромагнита и нелинейная магнитная цепь

§ 39 · Рассеяние, потокосцепление и магнитная проводимость

§ 40 · Электромагнит и сила

§ 41 · Подвижный якорь и броневые электромагниты

§ 42 · Контакторы, реле и расцепители

§ 43 · Питание переменным током и замкнутый виток

§ 44 · Многокатушечные системы, инженерные методы и выбор конструкции

§ 45 · Контакты, шины и токоведущие части

§ 46 · Изоляция и электростатические устройства

§ 47 · Нагрев аппаратов

§ 48 · Динамика реле и коммутация

§ 49 · Электротепловая связь и рабочий цикл

§ 50 · Аварийные токи и вихретоковые эффекты

§ 51 · Магнитные защёлки

§ 52 · Самостоятельный проект аппарата

VII

Магнитные измерения

Теория магнитных измерений, датчики поля, измерительные катушки, характеристики материалов и неопределённость. Этот раздел даёт измерительную основу для машин, трансформаторов, аппаратов и дефектоскопии.

§ 53 · Основы и измеряемые величины

§ 54 · Катушки, характеристики и потери

§ 55 · Неопределённость и применение

VIII

Магнитная и вихретоковая дефектоскопия

Отдельный прикладной маршрут от физической модели дефекта к измеримому сигналу: поле рассеяния ферромагнитного образца, намагничивание и сканирование, вихретоковый импеданс и кольцевое утонение трубы. Проверяйте сходимость разностного сигнала, неопределённость и границы двумерной постановки.

§ 56 · Постановка и магнитное поле рассеяния

§ 57 · Намагничивание и сканирование

§ 58 · Вихретоковый контроль

§ 59 · Проверка и интерпретация

IX

Оптимизация во встроенном Python FEMM 5

Продвинутая часть: постановка критериев, ограничения, параметрическая геометрия, собственные алгоритмы поиска, дискретное множество Парето и проверка найденной конструкции.

§ 60 · Математическая постановка и параметризация

§ 61 · Оптимизация электромагнита

§ 62 · Оптимизация электрической машины и Парето

§ 63 · Проверка результата и итоговый проект

Как проходить курс и какие знания нужны

Прочитайте объяснение и воспроизведите пример. Измените один параметр модели, сравните результаты и объясните различие. Для собственных расчётов используйте задания в конце занятия.

Необходимы школьная алгебра и основы производной и интеграла. Комплексные числа, магнитные цепи, обмотки и схемы замещения объясняются по мере использования. Плановая нагрузка включает самостоятельную практику.

Встроенный Python — MicroPython в FEMM 5. Код запускается в FEMM; браузер помогает подготовить и проверить ход работы. Магнитостатические и гармонические расчёты рассматриваются раздельно.

Соглашения об обозначениях и единицах