FEMM 5

Гармоническое магнитное поле · Осесимметричная

Индукционный нагрев диска и баланс активной мощности

Индукционный нагрев возникает из-за джоулева рассеяния вихревых токов, наведённых полем катушки. Гармоническая магнитная задача позволяет определить распределение мощности без одновременного расчёта температуры. В этой работе исследуется частотная зависимость нагрева немагнитного диска и проверяется энергетический баланс системы.

Катушка имеет средний радиус 40 мм, сечение 6×8 мм, 20 витков и амплитуду тока 10 А. Её центр находится на высоте 10 мм над верхней поверхностью диска радиусом 60 мм и толщиной 5 мм. Проводимость диска равна 35 МСм/м. Частоты 1, 5 и 10 кГц рассматриваются при постоянном токе катушки.

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

Электромагнитное происхождение мощности

Изменяющееся магнитное поле создаёт замкнутые токи в диске. Увеличение частоты усиливает наведённую ЭДС, но одновременно уменьшает глубину проникновения и изменяет обратное поле мишени. Поэтому мощность нельзя заранее считать пропорциональной квадрату частоты на всём диапазоне: такая зависимость допустима лишь в ограниченном слабосвязанном режиме.

Во входе используется амплитуда синусоидального тока. Средняя мощность определяется интегралом |J|²/(2σ), а не мгновенным пиковым тепловыделением. Катушка представлена идеальной многовитковой обмоткой без собственной проводимости; электрическая мощность её цепи передаётся проводящему диску.

P_{\mathrm{диск}}=\int_V\frac{|J|^2}{2\sigma}\,dV=\tfrac12\Re(UI^*)

Граница между полем и теплом

На трёх сетках для каждой частоты проверяются мощность и входной импеданс. Объёмный интеграл потерь сопоставляется с активной частью мощности цепи. Это согласование позволяет обнаружить ошибку фазы, удвоение амплитуды или неверную проводимость, не обращаясь к заранее заданному числу мощности.

Полученное распределение мощности может быть источником отдельной тепловой задачи. Для такого перехода необходимо сохранить объёмную плотность потерь, геометрический вес осесимметричной модели и соглашение об усреднении по периоду. Температуру нельзя получить простым переименованием мощности. Потребуются теплопроводность, теплоёмкость, условия теплообмена и, при заметном нагреве, обратное влияние температуры на проводимость. В этой лабораторной эти дополнительные свойства не выдумываются и температурный результат не заявляется.

Исходные данные

Осесимметричная

Величины, единицы и происхождение параметров
ПараметрЗначениеЕдиницаПроисхождение
Число витков одной обмотки20Заданный параметр самостоятельной учебной модели
Ток; для AC — амплитуда10АЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Электропроводность35000000См/мЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Частота1000, 5000, 10000ГцЗаданный 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': 20, 'I': 10, 'sigma': 35000000.0, 'variants': [1000, 5000, 10000]}
MODE = 'heating'
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':'induction-heating','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-10000-03.ans
Визуализация сохранённого решения FEMM 5 model-10000-03.ans. Осесимметричная потоковая функция ψ=2πrAφ; интерполяция FEMM 5. Показана действительная компонента фазора при фазе 0; это не модуль индукции. 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.

Рабочая область модели «Индукционный нагрев диска и баланс активной мощности». Нативный препроцессор FEMM 5.
Рабочая область модели «Индукционный нагрев диска и баланс активной мощности». Нативный препроцессор FEMM 5. Открыть в полном размере
Сохранённое решение «Индукционный нагрев диска и баланс активной мощности». Норма комплексного вектора амплитуд магнитной индукции B, Тл; гармонический режим 10000 Гц. Контуры потенциала скрыты.
Сохранённое решение «Индукционный нагрев диска и баланс активной мощности». Норма комплексного вектора амплитуд магнитной индукции B, Тл; гармонический режим 10000 Гц. Контуры потенциала скрыты. Открыть в полном размере

Результаты и численные проверки

Сохранено решений FEMM: 9. Выполнено проверок: 30. Полная точность чисел и условия сравнения доступны в таблицах результатов JSON.

Результаты расчётов и производные итоги
Частота, ГцФайл моделиСохранение, открытие и решениеКажущаяся индуктивность, ГнЧисло узловЭнергия по потокосцеплениям, ДжОтносительная ошибка баланса мощностиСредние джоулевы потери, ВтУровень сеткиАктивная мощность цепей, ВтЧисло элементовАктивная часть импеданса, ОмЭнергия поля, ДжРеактивная часть импеданса, ОмСредняя мощность нагрева диска, Вт
1000model-1000-01.femДа36,68616 × 10⁻⁶4725917,154 × 10⁻⁶3,8480743 × 10⁻⁶0,5865311910,5865289392040,011730579917,2301 × 10⁻⁶0,230505940,58653119
1000model-1000-02.femДа36,741116 × 10⁻⁶8501918,52791 × 10⁻⁶2,1245919 × 10⁻⁶0,5852647820,58526354167410,011705271918,6767 × 10⁻⁶0,230851240,58526478
1000model-1000-03.femДа36,895935 × 10⁻⁶27268922,39836 × 10⁻⁶401,9899 × 10⁻⁹0,5891064730,58910623541360,011782125922,6472 × 10⁻⁶0,231823990,58910647
5000model-5000-01.femДа35,510106 × 10⁻⁶4725887,75266 × 10⁻⁶5,5728376 × 10⁻⁶1,512724211,512715892040,030254315887,83396 × 10⁻⁶1,11558291,5127242
5000model-5000-02.femДа35,570809 × 10⁻⁶8501889,27023 × 10⁻⁶2,6030119 × 10⁻⁶1,503180621,5031767167410,030063534889,41401 × 10⁻⁶1,11748991,5031806
5000model-5000-03.femДа35,718329 × 10⁻⁶27268892,95822 × 10⁻⁶508,8364 × 10⁻⁹1,510736531,5107358541360,030214715893,19125 × 10⁻⁶1,12212441,5107365
10000model-10000-01.femДа35,207084 × 10⁻⁶4725880,1771 × 10⁻⁶5,7523084 × 10⁻⁶2,201607612,201594992040,044031898880,25957 × 10⁻⁶2,21212632,2016076
10000model-10000-02.femДа35,269993 × 10⁻⁶8501881,74982 × 10⁻⁶2,6456068 × 10⁻⁶2,17948122,1794752167410,043589505881,89244 × 10⁻⁶2,2160792,179481
10000model-10000-03.femДа35,416295 × 10⁻⁶27268885,40737 × 10⁻⁶519,65898 × 10⁻⁹2,187248332,1872471541360,043744942885,63673 × 10⁻⁶2,22527142,1872483
Проверки опубликованного расчёта
КритерийПолученоДопуск или ожидаемое значениеИтог
Баланс активной мощности model-1000-01.fem3,848 × 10⁻⁶0,015Выполнен
Пассивность мишени model-1000-01.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-1000-01.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-1000-02.fem2,125 × 10⁻⁶0,015Выполнен
Пассивность мишени model-1000-02.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-1000-02.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-1000-03.fem402 × 10⁻⁹0,015Выполнен
Пассивность мишени model-1000-03.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-1000-03.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-5000-01.fem5,573 × 10⁻⁶0,015Выполнен
Пассивность мишени model-5000-01.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-5000-01.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-5000-02.fem2,603 × 10⁻⁶0,015Выполнен
Пассивность мишени model-5000-02.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-5000-02.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-5000-03.fem508,8 × 10⁻⁹0,015Выполнен
Пассивность мишени model-5000-03.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-5000-03.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-10000-01.fem5,752 × 10⁻⁶0,015Выполнен
Пассивность мишени model-10000-01.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-10000-01.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-10000-02.fem2,646 × 10⁻⁶0,015Выполнен
Пассивность мишени model-10000-02.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-10000-02.fem01e-10Выполнен
Баланс активной мощности model-10000-03.fem519,7 × 10⁻⁹0,015Выполнен
Пассивность мишени model-10000-03.fem01e-10Выполнен
Реактивное сопротивление катушки model-10000-03.fem01e-10Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 10000,0065640,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 50000,0050270,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 100000,0035640,025Выполнен

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