FEMM 5

Магнитостатика · Осесимметричная

Взаимная индуктивность двух неодинаковых катушек

Магнитная связь двух обмоток описывается матрицей индуктивностей. Взаимные коэффициенты имеют знак, зависящий от согласованной ориентации токов, а их величина ограничена собственными индуктивностями. В работе матрица определяется двумя отдельными полевыми опытами и проверяется без подгонки к заранее сохранённому числу.

Радиусы катушек равны 50 и 60 мм, сечения пакетов — 4×4 мм, число витков каждой — 50. Межцентровые расстояния составляют 20, 50 и 100 мм. В первом опыте ток первой катушки равен 1 А, второй — нулю; во втором роли меняются. Неодинаковые радиусы делают проверку взаимности содержательной даже при симметричной воздушной среде.

Самостоятельная учебная модель FEMM 5: от физических соотношений к полевому решению и проверке результата.

Допущения и устройство учебной модели

Все размеры, свойства материалов и условия возбуждения заданы ниже. Численные результаты относятся к опубликованной версии модели FEMM 5.

Физическая и математическая постановка

Два столбца одной матрицы

Потокосцепления обмоток являются линейными функциями токов. При возбуждении первой катушки измеряются L11 и M21, при возбуждении второй — M12 и L22. Нулевой ток вторичной цепи означает разомкнутую обмотку в данном магнитостатическом опыте; он не означает отсутствие этой области в геометрии.

Для пассивной линейной магнитной среды справедлива взаимность M12=M21. Положительность энергии требует положительной полуопределённости матрицы, откуда следует ограничение |M|≤√(L11L22). Коэффициент связи k удобно вычислять из этих трёх величин. Само по себе уменьшение M с расстоянием не проверяет единицы и ориентацию цепей.

\begin{pmatrix}\psi_1\\\psi_2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}L_{11}&M_{12}\\M_{21}&L_{22}\end{pmatrix}\begin{pmatrix}I_1\\I_2\end{pmatrix},\qquad |k|=\frac{|M|}{\sqrt{L_{11}L_{22}}}\le1

Взаимность как численный контроль

Каждый столбец матрицы рассчитывается на трёх сетках, причём модели с разными возбуждениями сохраняются под разными именами. На финальной сетке сравниваются M12 и M21, а для каждого опыта — энергия объёма и энергия, восстановленная по потокосцеплениям.

Сначала подтвердите совпадение геометрии и материалов двух опытов. Затем исследуйте изменение связи с расстоянием. При самостоятельной смене направления второй обмотки собственные индуктивности должны сохраниться, а взаимные коэффициенты — сменить знак. Этот дополнительный опыт полезен перед переходом к трансформаторам, где знак связи влияет на уравнения внешней электрической цепи и на интерпретацию измеренной ЭДС.

Исходные данные

Осесимметричная

Величины, единицы и происхождение параметров
ПараметрЗначениеЕдиницаПроисхождение
Число витков одной обмотки50Заданный параметр самостоятельной учебной модели
Ток; для AC — амплитуда1АЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Межцентровое расстояние20, 50, 100ммЗаданный параметр самостоятельной учебной модели

Порядок воспроизведения

  1. До запуска запишите уравнение контрольной величины и ожидаемое направление изменения при вариации параметра. Согласуйте миллиметры геометрии с единицами СИ в формулах. Создайте отдельную папку и откройте reproduce.py во встроенном редакторе Python FEMM 5. Команды mi_* и mo_* в этой среде уже доступны глобально.
  2. Выполните программу целиком. Она создаёт новый calculated-NN, строит каждую модель с русскими именами материалов и цепей, сохраняет файл FEM, закрывает его и повторно открывает перед решением. Поэтому проверка относится к точному записанному варианту модели и охватывает сохранение кириллицы.
  3. Изучите result.json: records хранит численные результаты всех режимов и трёх сеток, checks — названия проверок, измеренные отклонения, допуски и итог. Откройте модель и решение финальной сетки; сопоставьте материалы, направление токов и характерные размеры с таблицей параметров.
  4. Составьте отчёт с физическим объяснением, таблицей сходимости и независимым контрольным расчётом. Затем измените один параметр и выполните новую серию. Сохраняйте предыдущую серию для сравнения; успешное завершение решателя само по себе не заменяет проверки физического масштаба и сеточной устойчивости.

Скачайте нужные файлы по отдельным ссылкам ниже в одну рабочую папку, затем откройте reproduce.py во встроенном Python FEMM 5 и выполните его. Сохраните имена файлов и структуру подпапок. Условия конкретного запуска и путь новых результатов указаны в комментариях программы.

Программа встроенного Python FEMM 5
Python · reproduce.py
"""Собственная учебная лабораторная FEMM 5: встроенный Python.
Команды FEMM доступны глобально, внешний пакет femm не используется.
Каждая сетка сохраняется в отдельный FEM, закрывается, открывается повторно
и решается с русскими именами свойств. Новый запуск создаёт calculated-NN.
Опубликованные модели и квитанции не изменяются. Размеры: мм; результаты: СИ.
"""
import os
import sys
import math
import json
CONFIG = {'N': 50, 'I': 1, 'variants': [20, 50, 100]}
MODE = 'mutual'
saved=globals().get('__file__','') or (sys.argv[0] if sys.argv else '')
base=os.path.dirname(os.path.abspath(saved)) if saved else os.getcwd()
index=1
while os.path.exists(base+'/calculated-%02d'%index):index+=1
directory=base+'/calculated-%02d'%index
os.mkdir(directory)
records=[]
checks=[]
MU0=4*math.pi*1e-7

def real(x):
    if isinstance(x,(list,tuple)):x=x[0]
    return complex(x).real

def check(name,value,limit):
    checks.append({'name':name,'value':value,'limit':limit,'passed':math.isfinite(value) and value<=limit})

def material(name,mu=1,sigma=0):
    mi_addmaterial(name,mu,mu,0,0,sigma/1e6)

def label(x,y,name,mesh,group=1,circuit='<None>',turns=1):
    mi_addblocklabel(x,y);mi_selectlabel(x,y)
    mi_setblockprop(name,0,mesh,circuit,0,group,turns);mi_clearselected()

def polygon(points,boundary=None,spacing=0):
    for x,y in points:mi_addnode(x,y)
    for i,(x,y) in enumerate(points):
        x2,y2=points[(i+1)%len(points)];mi_addsegment(x,y,x2,y2)
        if boundary:
            mi_selectsegment((x+x2)/2,(y+y2)/2)
            mi_setsegmentprop(boundary,spacing,0,0,0);mi_clearselected()

def rect(x1,y1,x2,y2):polygon([(x1,y1),(x2,y1),(x2,y2),(x1,y2)])

def circle(x,y,r,angle,boundary=None):
    mi_addnode(x-r,y);mi_addnode(x+r,y)
    mi_addarc(x-r,y,x+r,y,180,angle);mi_addarc(x+r,y,x-r,y,180,angle)
    if boundary:
        mi_selectarcsegment(x,y-r);mi_selectarcsegment(x,y+r)
        mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()

def halfcircle(r,angle,boundary=None):
    mi_addnode(0,-r);mi_addnode(0,r)
    mi_addarc(0,-r,0,r,180,angle)
    if boundary:
        mi_selectarcsegment(r,0);mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()

def start(axis,f,outer,level,uniform=0):
    newdocument(0)
    mi_probdef(f,'millimeters','axi' if axis else 'planar',1e-10,1000,30,0)
    material('Воздух')
    # Коэффициенты пространственной функции A вводятся на миллиметр геометрии.
    mi_addboundprop('Внешняя граница',0,uniform/2000 if axis else 0,0 if axis else uniform/1000,0,0,0,0,0,0)
    if axis:
        # Ось r=0, z снизу вверх: исходные координаты библиотек не используются.
        halfcircle(outer,4/(2**level),'Внешняя граница')
        mi_addsegment(0,-outer,0,outer)
    else:circle(0,0,outer,4/(2**level),'Внешняя граница')

def close_axis():
    # FEMM автоматически разбивает осевой отрезок вершинами внутренних дуг.
    pass

def coil(r,z,width,height,current,turns,mesh,num):
    name='Обмотка %d'%num
    mi_addcircprop(name,current,1)
    rect(r-width/2,z-height/2,r+width/2,z+height/2)
    label(r,z,'Медь обмотки',mesh,10+num,name,turns)
    return name

def solve(level,variant,tag=''):
    name='model-%s-%02d%s.fem'%(str(variant).replace('.','p'),level+1,tag)
    mi_saveas(directory+'/'+name);mi_close();opendocument(directory+'/'+name)
    mi_analyze(1);mi_loadsolution();mo_smooth('off')
    mo_groupselectblock();energy=real(mo_blockintegral(2));loss=real(mo_blockintegral(4));mo_clearblock()
    return {'model':name,'level':level+1,'variant':variant,'nodes':mo_numnodes(),'elements':mo_numelements(),'energy_J':energy,'ohmic_loss_W':loss,'saved_reopened_solved':True}

def finish():mo_close();mi_close()

def loop_field(r,z,turns,current,position):
    r*=0.001;dz=(position-z)*0.001
    return MU0*turns*current*r*r/(2*(r*r+dz*dz)**1.5)

def bessel(n,z):
    term=(z/2)**n
    total=term
    for k in range(1,100):
        term*=-(z*z/4)/(k*(k+n));total+=term
        if abs(term)<1e-15*max(1,abs(total)):break
    return total

def skin_resistance(radius,sigma,f):
    a=radius*.001
    if f==0:return 1/(math.pi*a*a*sigma)
    delta=math.sqrt(2/(2*math.pi*f*MU0*sigma));k=(1-1j)/delta
    return (k*bessel(0,k*a)/(2*math.pi*a*sigma*bessel(1,k*a))).real

def circuit_values(name):
    i,v,psi=mo_getcircuitproperties(name)
    return complex(i),complex(v),complex(psi)

def magnetic_b(x,y):
    mo_smooth('on')
    values=mo_getpointvalues(x,y)
    mo_smooth('off')
    return values[1],values[2]

def asinh(x):return math.log(x+math.sqrt(x*x+1))

def energy_identity(row,circuits,frequency):
    power=0;fluxenergy=0
    for name in circuits:
        i,v,psi=circuit_values(name)
        power+=(v*i.conjugate()).real/2
        fluxenergy+=(psi*i.conjugate()).real/(4 if frequency else 2)
    row['circuit_active_power_W']=power
    row['circuit_energy_J']=fluxenergy
    if frequency:
        error=abs(power-row['ohmic_loss_W'])/max(abs(power),1e-20)
        row['power_balance_relative']=error
        check('Баланс активной мощности '+row['model'],error,0.015)
    else:
        error=abs(fluxenergy-row['energy_J'])/max(abs(fluxenergy),1e-20)
        row['energy_identity_relative']=error
        check('Энергия и потокосцепление '+row['model'],error,0.012/(2**(row['level']-1)))

if MODE in ('wires','wireL','skin','proximity','busbars'):
    variants=CONFIG.get('variants',[0])
    for variant in variants:
      shapes=('solid','tube') if MODE=='busbars' else ('solid',)
      for shape in shapes:
       for level in range(3):
        f=variant if MODE in ('skin','proximity','busbars') else 0
        r=CONFIG.get('r',math.sqrt(20));d=CONFIG.get('d',30)
        if MODE=='skin':d=200
        outer=5000 if MODE=='wireL' else (1000 if MODE=='wires' else max(300,8*d))
        start(False,f,outer,level)
        if MODE in ('wires','wireL'):
            local=150 if MODE=='wires' else 750
            circle(0,0,local,4/(2**level))
            label(0,local*.7,'Воздух',(5 if MODE=='wires' else 15)/(2**level),3)
        sigma=CONFIG.get('sigma',0);material('Медь проводников',1,sigma)
        names=[]
        for side in (-1,1):
            name='Прямой проводник' if side<0 else 'Обратный проводник'
            mi_addcircprop(name,-side*CONFIG['I'],1);names.append(name)
            rr=6 if MODE=='busbars' and shape=='tube' else r
            circle(side*d/2,0,rr,4/(2**level))
            if MODE=='busbars' and shape=='tube':
                circle(side*d/2,0,4,4/(2**level));label(side*d/2,0,'Воздух',r/3/(2**level),2)
                label(side*d/2+5,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
            else:label(side*d/2,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
        label(0,outer*.6,'Воздух',outer/16/(2**level),1)
        row=solve(level,variant,'-'+shape);row['shape']=shape
        energy_identity(row,names,f)
        if MODE=='wires':
            x,y=-d/2,50;bx,by=magnetic_b(x,y);bx=real(bx);by=real(by)
            exactx=0;exacty=0
            for side in (-1,1):
                xx=x-side*d/2;ii=-side*CONFIG['I'];dist2=(xx*.001)**2+(y*.001)**2
                exactx-=MU0*ii*(y*.001)/(2*math.pi*dist2);exacty+=MU0*ii*(xx*.001)/(2*math.pi*dist2)
            row.update({'Bx_T':bx,'By_T':by,'analytic_Bx_T':exactx,'analytic_By_T':exacty})
            error=math.sqrt((bx-exactx)**2+(by-exacty)**2)/math.sqrt(exactx**2+exacty**2)
            check('Векторный закон Био — Савара '+row['model'],error,0.035/(2**level))
            row['primary']=math.sqrt(bx*bx+by*by)
        elif MODE=='wireL':
            inductance=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
            exact=MU0/math.pi*(math.log(d/r)+.25)
            row.update({'L_H_per_m':inductance,'analytic_L_H_per_m':exact,'primary':inductance})
            check('Аналитическая индуктивность линии '+row['model'],abs(inductance/exact-1),0.03/(2**level))
        else:
            resistance=2*row['ohmic_loss_W']/CONFIG['I']**2
            row.update({'loop_R_ohm_per_m':resistance,'skin_only_loop_R_ohm_per_m':2*skin_resistance(r,sigma,f),'primary':resistance})
            if MODE=='skin':check('Внутреннее сопротивление по функциям Бесселя '+row['model'],abs(resistance/(2*skin_resistance(r,sigma,f))-1),0.018)
            elif MODE=='proximity':check('Потери не ниже двух изолированных проводов '+row['model'],max(0,2*skin_resistance(r,sigma,f)/resistance-1),0.015)
            else:
                dc=2/(math.pi*20e-6*sigma)
                check('AC-сопротивление не ниже DC '+row['model'],max(0,dc/resistance-1),0.01)
        records.append(row);finish()

elif MODE in ('helmholtz','maxwell','brooks','solenoid','mutual'):
    for variant in CONFIG['variants']:
      excitations=(1,2) if MODE=='mutual' else (1,)
      for excitation in excitations:
       for level in range(3):
        outer=2500 if MODE=='solenoid' else 1500
        start(True,0,outer,level);material('Медь обмотки')
        rect(0,-400,400,400)
        label(300,0,'Воздух',8/(2**level),3)
        names=[];specs=[]
        if MODE=='helmholtz':
            R=CONFIG['R'];sep=variant*R
            specs=[(R,-sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(R,sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
        elif MODE=='maxwell':
            R=CONFIG['R'];rr=R*math.sqrt(4/7);zz=R*math.sqrt(3/7)*variant
            specs=[(R,0,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(rr,-zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N']),(rr,zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N'])]
        elif MODE=='brooks':specs=[(1.5*variant,0,variant,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
        elif MODE=='solenoid':specs=[(32.5,0,5,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
        else:
            specs=[(50,-variant/2,4,4,1 if excitation==1 else 0,CONFIG['N']),(60,variant/2,4,4,1 if excitation==2 else 0,CONFIG['N'])]
        mesh=(variant/20 if MODE=='brooks' else 1)/(2**level)
        for num,spec in enumerate(specs,1):names.append(coil(*spec,mesh,num))
        label(outer*.5,0,'Воздух',outer/18/(2**level))
        row=solve(level,variant,'-e%d'%excitation);row['excitation']=excitation
        energy_identity(row,names,0)
        br,bz=magnetic_b(0,0);bz=real(bz);row['Bz_center_T']=bz
        if MODE in ('helmholtz','maxwell'):
            exact=sum(loop_field(r,z,n,i,0) for r,z,w,h,i,n in specs)
            row['analytic_Bz_center_T']=exact
            check('Знак и модуль осевого поля '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.025/(2**level))
            profile=[]
            for frac in (-.3,-.2,-.1,0,.1,.2,.3):
                zz=frac*CONFIG['R'];bb=real(magnetic_b(0,zz)[1]);theory=sum(loop_field(r,z,n,i,zz) for r,z,w,h,i,n in specs)
                profile.append([zz,bb,theory]);check('Профиль поля z='+str(zz)+' '+row['model'],abs(bb/theory-1),0.035/(2**level))
            row['axis_profile_mm_T']=profile;row['uniformity_20percent']=max(abs(p[1]/bz-1) for p in profile if abs(p[0])<=.2*CONFIG['R']);row['primary']=bz
        elif MODE=='brooks':
            ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2;exact=1.6994e-6*1.5*variant*.001*CONFIG['N']**2
            row.update({'L_H':ll,'analytic_Grover_L_H':exact,'primary':ll})
            check('Формула Брукса — Гровера '+row['model'],abs(ll/exact-1),0.025)
        elif MODE=='solenoid':
            aa=variant*.001/2;exact=MU0*CONFIG['N']*CONFIG['I']/(2*.005)*(asinh(.035/aa)-asinh(.030/aa))
            ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
            row.update({'analytic_center_T':exact,'L_H':ll,'primary':bz})
            check('Интеграл Био — Савара для конечной обмотки '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.012)
        else:
            one=circuit_values(names[0]);two=circuit_values(names[1])
            ll=(one if excitation==1 else two)[2].real;mm=(two if excitation==1 else one)[2].real
            row.update({'L_self_H':ll,'M_H':mm,'primary':mm})
        records.append(row);finish()
    if MODE=='mutual':
        for variant in CONFIG['variants']:
            a=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==1][0]
            b=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==2][0]
            check('Взаимность M12=M21 при зазоре '+str(variant),abs(a['M_H']/b['M_H']-1),0.003)
            check('Положительная определённость матрицы L при зазоре '+str(variant),max(0,a['M_H']**2/(a['L_self_H']*b['L_self_H'])-1),1e-8)

elif MODE in ('cylinder','sphere','acshield'):
    for variant in CONFIG['variants']:
      for level in range(3):
        axis=MODE!='cylinder';a=CONFIG['a'];b=CONFIG['b'];mu=CONFIG.get('mu',variant);f=variant if MODE=='acshield' else 0
        sigma=CONFIG.get('sigma',0);outer=b*12
        start(axis,f,outer,level,CONFIG['B']);material('Материал экрана',mu,sigma)
        if axis:
            halfcircle(a,3/(2**level));halfcircle(b,3/(2**level))
            label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(.5 if MODE=='acshield' else (b-a)/8)/(2**level),5)
        else:
            circle(0,0,a,3/(2**level));circle(0,0,b,3/(2**level));label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(b-a)/6/(2**level),5)
        label(a/2,0,'Воздух',a/8/(2**level),2)
        label(b*3,0,'Воздух',outer/18/(2**level),1)
        row=solve(level,variant);bx,by=magnetic_b(0,0);bb=abs(complex(by if axis else bx))
        ratio=bb/CONFIG['B'];row.update({'B_inside_T':bb,'attenuation_ratio':ratio,'primary':ratio})
        if MODE=='cylinder':shield=((mu+1)**2-(mu-1)**2*(a/b)**2)/(4*mu)
        else:shield=((2*mu+1)*(mu+2)-2*(mu-1)**2*(a/b)**3)/(9*mu)
        row['analytic_DC_ratio']=1/shield
        if f==0:check('Аналитическое экранирование '+row['model'],abs(ratio*shield-1),0.018)
        if f>0:
            # Независимое интегрирование J^2/(2σ) по центрам элементов экрана.
            total=0
            for ei in range(1,mo_numelements()+1):
                elem=mo_getelement(ei)
                if int(elem[6])!=5:continue
                x,y,area=elem[3],elem[4],elem[5]
                values=mo_getpointvalues(x,y);jj=(complex(values[7])+complex(values[8]))*1e6
                volume=area*1e-6*(2*math.pi*x*.001 if axis else 1)
                total+=abs(jj)**2/(2*sigma)*volume
            row['element_Joule_integral_W']=total
            check('Интеграл Джоуля в экране '+row['model'],abs(total/row['ohmic_loss_W']-1),0.04)
        records.append(row);finish()
    if MODE=='acshield':
        last=[r for r in records if r['level']==3]
        for i in range(1,len(last)):
            check('Частотное усиление экранирования '+str(last[i]['variant']),max(0,last[i]['attenuation_ratio']/last[i-1]['attenuation_ratio']-1),0.01)

elif MODE in ('sensor','pipe','heating'):
    for variant in CONFIG['variants']:
      for level in range(3):
        f=variant if MODE=='heating' else CONFIG['f']
        start(True,f,500,level);material('Медь обмотки');material('Проводящая мишень',1,CONFIG['sigma'])
        if MODE=='sensor':
            name=coil(20,variant+3,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
            rect(0,-8,60,0);label(30,-4,'Проводящая мишень',1/(2**level),5)
        elif MODE=='heating':
            name=coil(40,10,6,8,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
            rect(0,-5,60,0);label(30,-2.5,'Проводящая мишень',.6/(2**level),5)
        else:
            name=coil(24,0,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],.8/(2**level),1)
            polygon([(16,-40),(20,-40),(20,-4),(20-variant,-4),(20-variant,4),(20,4),(20,40),(16,40)])
            label(18,-20,'Проводящая мишень',.8/(2**level),5)
        label(300,0,'Воздух',30/(2**level))
        row=solve(level,variant);energy_identity(row,[name],f)
        ii,vv,pp=circuit_values(name);zz=vv/ii
        row.update({'impedance_real_ohm':zz.real,'impedance_imag_ohm':zz.imag,'L_apparent_H':zz.imag/(2*math.pi*f),'primary':row['ohmic_loss_W']})
        check('Пассивность мишени '+row['model'],max(0,-zz.real),1e-10)
        check('Реактивное сопротивление катушки '+row['model'],max(0,-zz.imag),1e-10)
        records.append(row);finish()
    finest=[r for r in records if r['level']==3]
    if MODE=='sensor':
        for i in range(1,len(finest)):check('Убывание потерь с зазором '+str(finest[i]['variant']),max(0,finest[i]['ohmic_loss_W']/finest[i-1]['ohmic_loss_W']-1),0.005)
    if MODE=='pipe':
        difference=abs(finest[1]['impedance_imag_ohm']/finest[0]['impedance_imag_ohm']-1)
        check('Утонение даёт разрешимый сигнал',max(0,0.001-difference),0)
        records.append({'measurement':'thinning_signal','relative_impedance_change':difference})

# Сходимость по трём сеткам проверяется отдельно для каждого физического режима.
groups={}
for row in records:
    if 'level' not in row:continue
    key=str(row['variant'])+str(row.get('shape',''))+str(row.get('excitation',''))
    if key not in groups:groups[key]=[]
    groups[key].append(row)
for key,rows in groups.items():
    rows.sort(key=lambda row:row['level'])
    value=abs(rows[-1]['primary']/rows[-2]['primary']-1)
    check('Сходимость измеряемой величины, режим '+key,value,0.025 if MODE in ('acshield','heating','pipe','sensor','proximity','skin','busbars') else 0.012)
result={'runtime':'FEMM 5; embedded MicroPython','case_id':'coupled-coils','records':records,'checks':checks,'passed':all(c['passed'] for c in checks),'scope':'Самостоятельная учебная 2D/осесимметричная модель; численные проверки относятся к указанным параметрам.'}
with open(directory+'/result.json','w') as stream:json.dump(result,stream)
print(json.dumps(result))
assert result['passed']

Картина рассчитанного поля

Линии магнитного потока: model-100-03-e2.ans
Визуализация сохранённого решения FEMM 5 model-100-03-e2.ans. Осесимметричная потоковая функция ψ=2πrAφ; интерполяция FEMM 5. Показана магнитостатическая картина; численной шкалы индукции здесь нет. Показан увеличенный фрагмент расчётной области. Контуры деталей взяты из той же модели. Области вне сохранённых треугольников не заполняются. Это научный график сохранённых данных. Нажмите на карту, чтобы открыть её отдельно и увеличить.

Окна FEMM 5

Снимки интерфейса FEMM показывают геометрию, настройки и работу с результатами в FEMM 5. Откройте изображение, чтобы рассмотреть подписи и значения в полном размере.

Меридиональный разрез двух связанных катушек с межцентровым расстоянием 100 мм. Показаны ось вращения и сечения обеих обмоток; удалённая граница за кадром.
Меридиональный разрез двух связанных катушек с межцентровым расстоянием 100 мм. Показаны ось вращения и сечения обеих обмоток; удалённая граница за кадром. Открыть в полном размере
Сохранённое решение «Взаимная индуктивность двух неодинаковых катушек». Модуль магнитной индукции |B|, Тл, и линии статического поля в отдельном опыте взаимной индуктивности: I₁ = 0 А, I₂ = 1 А, расстояние между центрами 100 мм. Рабочая область.
Сохранённое решение «Взаимная индуктивность двух неодинаковых катушек». Модуль магнитной индукции |B|, Тл, и линии статического поля в отдельном опыте взаимной индуктивности: I₁ = 0 А, I₂ = 1 А, расстояние между центрами 100 мм. Рабочая область. Открыть в полном размере

Результаты и численные проверки

Сохранено решений FEMM: 18. Выполнено проверок: 30. Полная точность чисел и условия сравнения доступны в таблицах результатов JSON.

Результаты расчётов и производные итоги
Индукция в центре Bz, ТлМежцентровое расстояние, ммФайл моделиСохранение, открытие и решениеВзаимная индуктивность, ГнЧисло узловЭнергия по потокосцеплениям, ДжУровень сеткиСредние джоулевы потери, ВтСобственная индуктивность, ГнАктивная мощность цепей, ВтЧисло элементовНомер возбуждённой катушкиОтносительная ошибка энергетического равенстваЭнергия поля, ДжВзаимная индуктивность, Гн
583,51048 × 10⁻⁶20model-20-01-e1.femДа181,55901 × 10⁻⁶9327258,18297 × 10⁻⁶10516,36595 × 10⁻⁶0183311609,49287 × 10⁻⁶258,34033 × 10⁻⁶181,55901 × 10⁻⁶
588,83224 × 10⁻⁶20model-20-02-e1.femДа181,98606 × 10⁻⁶27473264,30777 × 10⁻⁶20528,61554 × 10⁻⁶0545031103,29773 × 10⁻⁶264,33507 × 10⁻⁶181,98606 × 10⁻⁶
590,54236 × 10⁻⁶20model-20-03-e1.femДа181,99184 × 10⁻⁶104494266,09229 × 10⁻⁶30532,18458 × 10⁻⁶0208213131,452008 × 10⁻⁶266,10066 × 10⁻⁶181,99184 × 10⁻⁶
501,50797 × 10⁻⁶20model-20-01-e2.femДа181,56615 × 10⁻⁶9327328,76199 × 10⁻⁶10657,52398 × 10⁻⁶0183312167,55111 × 10⁻⁶328,81707 × 10⁻⁶181,56615 × 10⁻⁶
503,29326 × 10⁻⁶20model-20-02-e2.femДа181,98754 × 10⁻⁶27473334,26919 × 10⁻⁶20668,53838 × 10⁻⁶054503259,59125 × 10⁻⁶334,28911 × 10⁻⁶181,98754 × 10⁻⁶
503,05667 × 10⁻⁶20model-20-03-e2.femДа181,99217 × 10⁻⁶104494336,60878 × 10⁻⁶30673,21757 × 10⁻⁶0208213220,093919 × 10⁻⁶336,61555 × 10⁻⁶181,99217 × 10⁻⁶
437,55904 × 10⁻⁶50model-50-01-e1.femДа75,008095 × 10⁻⁶9263256,89237 × 10⁻⁶10513,78474 × 10⁻⁶0181791455,39602 × 10⁻⁶257,00936 × 10⁻⁶75,008095 × 10⁻⁶
446,50811 × 10⁻⁶50model-50-02-e1.femДа74,921068 × 10⁻⁶27351263,48483 × 10⁻⁶20526,96967 × 10⁻⁶054283128,378267 × 10⁻⁶263,49231 × 10⁻⁶74,921068 × 10⁻⁶
457,16722 × 10⁻⁶50model-50-03-e1.femДа74,928721 × 10⁻⁶104454265,9906 × 10⁻⁶30531,9812 × 10⁻⁶0208142121,642144 × 10⁻⁶265,99636 × 10⁻⁶74,928721 × 10⁻⁶
418,77078 × 10⁻⁶50model-50-01-e2.femДа75,009433 × 10⁻⁶9263328,728 × 10⁻⁶10657,456 × 10⁻⁶0181792113,43289 × 10⁻⁶328,76529 × 10⁻⁶75,009433 × 10⁻⁶
413,32898 × 10⁻⁶50model-50-02-e2.femДа74,921295 × 10⁻⁶27351334,10489 × 10⁻⁶20668,20979 × 10⁻⁶054283290,214253 × 10⁻⁶334,13504 × 10⁻⁶74,921295 × 10⁻⁶
406,48226 × 10⁻⁶50model-50-03-e2.femДа74,928774 × 10⁻⁶104454336,16344 × 10⁻⁶30672,32687 × 10⁻⁶0208142228,727939 × 10⁻⁶336,17309 × 10⁻⁶74,928774 × 10⁻⁶
235,55085 × 10⁻⁶100model-100-01-e1.femДа23,330197 × 10⁻⁶9319259,23941 × 10⁻⁶10518,47882 × 10⁻⁶0182891904,78922 × 10⁻⁶259,47397 × 10⁻⁶23,330197 × 10⁻⁶
219,75323 × 10⁻⁶100model-100-02-e1.femДа23,309788 × 10⁻⁶27472264,12111 × 10⁻⁶20528,24222 × 10⁻⁶0545071126,24222 × 10⁻⁶264,15445 × 10⁻⁶23,309788 × 10⁻⁶
223,81856 × 10⁻⁶100model-100-03-e1.femДа23,304386 × 10⁻⁶104497266,2459 × 10⁻⁶30532,49181 × 10⁻⁶0208234130,979463 × 10⁻⁶266,25415 × 10⁻⁶23,304386 × 10⁻⁶
226,81163 × 10⁻⁶100model-100-01-e2.femДа23,330475 × 10⁻⁶9319328,49439 × 10⁻⁶10656,98879 × 10⁻⁶018289234,352505 × 10⁻⁶328,50568 × 10⁻⁶23,330475 × 10⁻⁶
239,41398 × 10⁻⁶100model-100-02-e2.femДа23,309832 × 10⁻⁶27472334,14535 × 10⁻⁶20668,2907 × 10⁻⁶054507249,921189 × 10⁻⁶334,16203 × 10⁻⁶23,309832 × 10⁻⁶
236,1538 × 10⁻⁶100model-100-03-e2.femДа23,304397 × 10⁻⁶104497336,28945 × 10⁻⁶30672,5789 × 10⁻⁶0208234235,120277 × 10⁻⁶336,30126 × 10⁻⁶23,304397 × 10⁻⁶
Проверки опубликованного расчёта
КритерийПолученоДопуск или ожидаемое значениеИтог
Энергия и потокосцепление model-20-01-e1.fem609,5 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Энергия и потокосцепление model-20-02-e1.fem103,3 × 10⁻⁶0,006Выполнен
Энергия и потокосцепление model-20-03-e1.fem31,45 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Энергия и потокосцепление model-20-01-e2.fem167,6 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Энергия и потокосцепление model-20-02-e2.fem59,59 × 10⁻⁶0,006Выполнен
Энергия и потокосцепление model-20-03-e2.fem20,09 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Энергия и потокосцепление model-50-01-e1.fem455,4 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Энергия и потокосцепление model-50-02-e1.fem28,38 × 10⁻⁶0,006Выполнен
Энергия и потокосцепление model-50-03-e1.fem21,64 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Энергия и потокосцепление model-50-01-e2.fem113,4 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Энергия и потокосцепление model-50-02-e2.fem90,21 × 10⁻⁶0,006Выполнен
Энергия и потокосцепление model-50-03-e2.fem28,73 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Энергия и потокосцепление model-100-01-e1.fem904,8 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Энергия и потокосцепление model-100-02-e1.fem126,2 × 10⁻⁶0,006Выполнен
Энергия и потокосцепление model-100-03-e1.fem30,98 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Энергия и потокосцепление model-100-01-e2.fem34,35 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Энергия и потокосцепление model-100-02-e2.fem49,92 × 10⁻⁶0,006Выполнен
Энергия и потокосцепление model-100-03-e2.fem35,12 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Взаимность M12=M21 при зазоре 201,799 × 10⁻⁶0,003Выполнен
Положительная определённость матрицы L при зазоре 2001e-08Выполнен
Взаимность M12=M21 при зазоре 50706,8 × 10⁻⁹0,003Выполнен
Положительная определённость матрицы L при зазоре 5001e-08Выполнен
Взаимность M12=M21 при зазоре 100507,5 × 10⁻⁹0,003Выполнен
Положительная определённость матрицы L при зазоре 10001e-08Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 1002233,2 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 501102,1 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 50299,83 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 20225,44 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 20131,75 × 10⁻⁶0,012Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 1001231,8 × 10⁻⁶0,012Выполнен

Допуски относятся к указанной учебной задаче и способу сравнения. Число показанных цифр не означает такой же физической точности.

Модели, решения и программа

Для нового расчёта сохраните программу, модели и необходимые данные в одну рабочую папку, сохраняя структуру подпапок.

Полные численные результаты

Границы применимости