Насыщение, матрица дифференциальных индуктивностей и предыдущая проницаемость

Магнитная система с несколькими обмотками описывается не одной величиной L, а отображением вектора токов в вектор потокосцеплений. При насыщении это отображение нелинейно; рабочая точка определяет отклик на малое возмущение.

В первой части разбора используются две обмотки собственного нелинейного магнитопровода. Во второй — отдельный электромагнит с N=200 и двумя воздушными зазорами: на нём действительно выполнены режимы Incremental и Frozen относительно сохранённого базового решения. Эти две геометрии и их численные индуктивности не смешиваются.

Как воспроизвести

Распакуйте весь ZIP в новую папку. В FEMM 5 откройте меню запуска Python-скрипта и выберите reproduce.py. Каталог определяется по пути сохранённого файла в sys.argv[0], поэтому исходная рабочая папка FEMM не важна. Внешние Python, MATLAB, COM и TCP не нужны.

Программа создаёт новый каталог reproduced и отказывается перезаписывать его. Один контрольный повтор не заменяет полную исходную серию. Исходные модели и квитанции не изменяются. Для полной серии используйте run-series.py из корня комплекта: параметр SERIES_NUMBER выбирает одну из программ ниже, а рабочая папка и контекст исходного сценария устанавливаются автоматически. Для IPM повторяйте запуск пакета до завершения всех точек.

manifest.json связывает точные входы с SHA-256; case-data.json содержит определения таблиц и графиков; expected-native.json задаёт контрольные состояния. Графики основной страницы курса работают без Python.

От энергии к матрице производных

Для обратимой магнитной системы при фиксированной геометрии дифференциал коэнергии равен сумме Ψk dIk. Следовательно, потокосцепления — первые производные коэнергии, а матрица индуктивностей — её вторые производные. При достаточной гладкости смешанные производные совпадают.

Каждый столбец центральной разности строится изменением только одного тока. Для двух портов нужны четыре возмущённых поля и базовое состояние на один шаг. Половинный шаг — отдельная проверка; симметризация до проверки скрыла бы сеточную или вычислительную ошибку.

Полное отношение Ψ₁/I₁ при ненулевом I₂ содержит взаимное поле. Поэтому его нельзя считать частной производной по I₁. В таблице порядок строк и столбцов закреплён: первичная и вторичная обмотки.

Что замораживается в Frozen и Incremental

В скалярной изотропной модели секущая проницаемость определяется отношением B/H, а дифференциальная — наклоном dB/dH. Для малого возмущения около ненулевого поля отклик вдоль поля и поперёк него различен; FEMM строит соответствующую инкрементальную задачу из базового решения.

Команда mi_setprevious(base_ans,1) использует дифференциальный отклик Incremental. Тип 2 фиксирует проницаемость Frozen, полезную для разделения вкладов источников при насыщенном состоянии. Ток 0,01 А здесь есть возмущение, а не новый полный постоянный ток 1,01 А.

Для рассматриваемого электромагнита секущая и дифференциальная величины близки: воздушные зазоры доминируют, а выбранная рабочая точка слабо насыщена. Именно поэтому отдельная двухобмоточная высокотоковая точка нужна для наглядного изучения сильной нелинейности.

Пределы применимости

Обратимая однозначная B–H-кривая не описывает гистерезисную память; предыдущая ANS не превращает её в модель произвольного нестационарного процесса.

Положительность собственных значений проверяется для симметричной физической модели, а измеренная исходная асимметрия сохраняется отдельно.

Низкотоковая карта [0;4]×[0;2] А не экстраполируется к точке (8;4) А: она получена отдельными полными решениями.