FEMM 5

Гармоническое магнитное поле · Плоскопараллельная

Пластина шихтованного сердечника и тонколистовая формула

Шихтование уменьшает вихревые потери, ограничивая размер замкнутых токовых контуров толщиной отдельных пластин. Для понимания этого механизма полезно начать с одной явно разрешённой пластины и сравнить полевое решение с тонколистовой формулой. Работа показывает как физическую квадратичную зависимость удельных потерь от толщины, так и требования к поперечной сетке.

Расчётный фрагмент имеет ширину 20 мм и толщины 0.1, 0.2 и 0.4 мм. Глубина плоской модели равна одному метру. Приняты μr=100, проводимость 6 МСм/м, частота 50 Гц и амплитуда средней индукции 0.2 Тл. Потенциалы на верхней и нижней поверхностях задают одинаковую среднюю индукцию независимо от толщины.

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

От закона Фарадея к тонкому листу

Для тонкой пластины поле почти равномерно по толщине. По закону Фарадея наведённое электрическое поле пропорционально частоте, индукции и расстоянию от средней плоскости. Интегрирование джоулева тепловыделения по толщине даёт множитель t² в удельной мощности. Полная мощность при постоянных ширине и глубине дополнительно содержит объём, то есть изменяется приблизительно как t³.

Условие тонкого листа требует t≪δ, где δ — глубина проникновения. В выбранном диапазоне это приближение служит независимым ориентиром. Разрешённая проводящая пластина рассчитывается обычным гармоническим решателем; аналитическая мощность вычисляется отдельно и не подгоняется к полученному полю.

p_{\mathrm{вихр}}\simeq\frac{\pi^2}{6}\sigma f^2 B_{\mathrm{амп}}^2 t^2,\qquad P=p_{\mathrm{вихр}}V

Связь с моделью шихтованного сердечника

На боковых торцах принят естественный нулевой поток, поэтому фрагмент представляет повторяющуюся область вдали от краёв пластины. На первой сетке по толщине задаётся около пяти элементов, затем размер уменьшается вдвое и ещё вдвое. Для каждой толщины контролируется сходимость мощности и совпадение с тонколистовым выражением.

В крупной модели сердечника отдельные листы часто заменяют эффективным материалом и дополнительной моделью потерь. Такой переход допустим после проверки масштаба пластины, толщины и направления потока. Данный расчёт не создаёт автоматически универсальную кривую потерь стали: он учитывает только линейную вихретоковую составляющую. Потери гистерезиса, добавочные потери и изоляционные повреждения требуют своих данных.

Исходные данные

Плоскопараллельная

Величины, единицы и происхождение параметров
ПараметрЗначениеЕдиницаПроисхождение
Ширина фрагмента20ммЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Толщина0.1; 0.2; 0.4ммЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Глубина модели1мЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Частота50ГцЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Амплитуда средней индукции0,2ТлЗаданный параметр самостоятельной учебной модели
Относительная проницаемость100Заданный параметр самостоятельной учебной модели
Проводимость6000000См/мЗаданный 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 = {'f': 50, 'B': 0.2, 'mu': 100, 'sigma': 6000000.0, 'variants': [0.1, 0.2, 0.4]}
MODE = 'lamination'
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=='slot':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for enclosed in (0,1):
   for level in range(3):
    start(False,variant,300,level);material('Медь проводника',1,CONFIG['sigma']);material('Материал паза',1000 if enclosed else 1,0)
    polygon([(-20,-25),(20,-25),(20,25),(8,25),(8,-10),(-8,-10),(-8,25),(-20,25)])
    label(0,-18,'Материал паза',2/(2**level),5)
    names=[]
    for num,(x,current) in enumerate(((0,CONFIG['I']),(70,-CONFIG['I'])),1):
        name='Цепь проводника %d'%num;mi_addcircprop(name,current,1);names.append(name)
        rect(x-3,-6,x+3,6);label(x,0,'Медь проводника',.8/(2**level),10+num,name)
    circle(0,0,110,3/(2**level));label(0,70,'Воздух',3/(2**level),3);label(0,220,'Воздух',25/(2**level))
    row=solve(level,variant,'-core%d'%enclosed);row['core']=enclosed
    energy_identity(row,names,variant);row['R_loop_ohm']=2*row['ohmic_loss_W']/CONFIG['I']**2;row['primary']=row['R_loop_ohm']
    dc=2/(CONFIG['sigma']*.006*.012)
    check('Нижняя DC-граница '+row['model'],max(0,dc/row['R_loop_ohm']-1),.01)
    row['shape']=str(enclosed);records.append(row);finish()

elif MODE=='lamination':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for level in range(3):
    f=CONFIG['f'];thickness=variant;width=20;mesh=thickness/5/(2**level)
    newdocument(0);mi_probdef(f,'millimeters','planar',1e-11,1000,30,0)
    material('Электротехническая пластина',CONFIG['mu'],CONFIG['sigma'])
    aa=CONFIG['B']*thickness*.001/2
    mi_addboundprop('Потенциал верхней поверхности',aa,0,0,0,0,0,0,0,0)
    mi_addboundprop('Потенциал нижней поверхности',-aa,0,0,0,0,0,0,0,0)
    # Осевой повторяющийся фрагмент с нулевым потоком через боковые торцы.
    rect(-width/2,-thickness/2,width/2,thickness/2)
    for y,name in ((thickness/2,'Потенциал верхней поверхности'),(-thickness/2,'Потенциал нижней поверхности')):
        mi_selectsegment(0,y);mi_setsegmentprop(name,1,0,0,0);mi_clearselected()
    label(0,0,'Электротехническая пластина',mesh,5)
    row=solve(level,variant)
    volume=width*thickness*1e-6
    thin=math.pi**2/6*CONFIG['sigma']*f*f*CONFIG['B']**2*(thickness*.001)**2*volume
    row.update({'thin_sheet_loss_W':thin,'volume_m3':volume,'loss_density_W_m3':row['ohmic_loss_W']/volume,'primary':row['ohmic_loss_W']})
    check('Тонколистовое аналитическое решение '+row['model'],abs(row['ohmic_loss_W']/thin-1),.025)
    records.append(row);finish()

elif MODE=='litz':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for balanced in (0,1):
   for level in range(3):
    start(False,variant,50,level);material('Медь изолированных жил',1,CONFIG['sigma'])
    positions=[(0,0)]+[(math.cos(k*math.pi/3),math.sin(k*math.pi/3)) for k in range(6)]
    names=[]
    if not balanced:
        mi_addcircprop('Общие выводы пучка',CONFIG['I'],0);names.append('Общие выводы пучка')
    for num,(x,y) in enumerate(positions):
        name='Ток жилы %d'%(num+1) if balanced else 'Общие выводы пучка'
        if balanced:mi_addcircprop(name,CONFIG['I']/7,1);names.append(name)
        circle(x,y,.4,4/(2**level));label(x,y,'Медь изолированных жил',.1/(2**level),10+num,name)
    mi_addcircprop('Обратный провод',-CONFIG['I'],1);names.append('Обратный провод')
    circle(10,0,.4*math.sqrt(7),4/(2**level));label(10,0,'Медь изолированных жил',.15/(2**level),30,'Обратный провод')
    circle(0,0,15,4/(2**level));label(0,7,'Воздух',.5/(2**level),3);label(0,35,'Воздух',5/(2**level))
    row=solve(level,variant,'-balanced%d'%balanced);row['balanced']=balanced
    energy_identity(row,names,variant)
    currents=[]
    for num in range(7):
        mo_groupselectblock(10+num);currents.append(complex(mo_blockintegral(7)));mo_clearblock()
    check('Суммарный ток семи жил '+row['model'],abs(sum(currents)-CONFIG['I'])/CONFIG['I'],1e-6)
    row['strand_current_amplitudes_A']=[abs(i) for i in currents]
    row['current_spread_relative']=(max(abs(i) for i in currents)-min(abs(i) for i in currents))/(CONFIG['I']/7)
    row['primary']=row['ohmic_loss_W'];row['shape']=str(balanced)
    records.append(row);finish()

elif MODE=='threephase':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for shield in (0,1):
   for level in range(3):
    start(False,variant,350,level);material('Медь фазных шин',1,CONFIG['sigma']);material('Материал экрана',1,35e6 if shield else 0)
    circle(0,0,75,3/(2**level));circle(0,0,80,3/(2**level));label(77,0,'Материал экрана',1/(2**level),5)
    names=[];current_sum=0j
    for num,(x,phase) in enumerate(((-20,0),(0,-120),(20,120))):
        name=('A','B','C')[num]+' — фазная шина';current=CONFIG['I']*complex(math.cos(phase*math.pi/180),math.sin(phase*math.pi/180))
        mi_addcircprop(name,current,1);names.append(name);current_sum+=current
        rect(x-3,-7.5,x+3,7.5);label(x,0,'Медь фазных шин',1/(2**level),10+num,name)
    if shield:
        mi_addcircprop('Экран без внешнего тока',0,1);mi_selectlabel(77,0);mi_setblockprop('Материал экрана',0,1/(2**level),'Экран без внешнего тока',0,5,1);mi_clearselected();names.append('Экран без внешнего тока')
    label(0,40,'Воздух',3/(2**level),3);label(0,200,'Воздух',30/(2**level))
    row=solve(level,variant,'-shield%d'%shield);row['shield']=shield;row['shape']=str(shield)
    energy_identity(row,names,variant);check('Баланс фазных токов '+row['model'],abs(current_sum)/CONFIG['I'],1e-12)
    mo_groupselectblock(5);row['shield_loss_W']=real(mo_blockintegral(4));mo_clearblock()
    row['primary']=row['ohmic_loss_W'];records.append(row);finish()

elif MODE=='line-matrix':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for level in range(3):
    start(False,0,800,level);material('Немагнитные провода')
    names=[]
    for num,x in enumerate((-30,-10,10,30)):
        name=('A','B','C','N')[num]+' — провод линии'
        current=1 if num==variant else (-1 if num==3 else 0)
        mi_addcircprop(name,current,1);names.append(name)
        circle(x,0,3,3/(2**level));label(x,0,'Немагнитные провода',.5/(2**level),10+num,name)
    circle(0,0,100,3/(2**level));label(0,70,'Воздух',3/(2**level),3);label(0,600,'Воздух',50/(2**level))
    row=solve(level,variant);energy_identity(row,names,0)
    flux=[circuit_values(n)[2].real for n in names]
    column=[flux[k]-flux[3] for k in range(3)];row['matrix_column_H_per_m']=column
    row['self_L_H_per_m']=column[variant];row['primary']=column[variant]
    distance=abs((-30,-10,10)[variant]-30);exact=MU0/math.pi*(math.log(distance/3)+.25)
    row['analytic_self_H_per_m']=exact
    check('Аналитическая петля с нейтралью '+row['model'],abs(column[variant]/exact-1),.025)
    records.append(row);finish()
 matrix=[[0,0,0] for _ in range(3)]
 for row in records:
    if row['level']==3:
        for k in range(3):matrix[k][row['variant']]=row['matrix_column_H_per_m'][k]
 for i in range(3):
  for j in range(3):check('Взаимность матрицы L%d%d'%(i,j),abs(matrix[i][j]-matrix[j][i])/math.sqrt(matrix[i][i]*matrix[j][j]),.002)
 for i in range(3):
  for j in range(i):check('Положительность главного минора L%d%d'%(i,j),max(0,matrix[i][j]**2/(matrix[i][i]*matrix[j][j])-1),1e-8)
 average=[[sum(matrix[(i+k)%3][(j+k)%3] for k in range(3))/3 for j in range(3)] for i in range(3)]
 records.append({'measurement':'matrix_and_ideal_transposition','matrix_H_per_m':matrix,'transposed_average_H_per_m':average})

elif MODE=='earth':
 delta=math.sqrt(2/(2*math.pi*CONFIG['f']*MU0*CONFIG['sigma']))
 for variant in CONFIG['variants']:
  for level in range(3):
    outer=delta*variant*1000
    start(False,CONFIG['f'],outer,level);material('Медь надземного провода',1,57e6);material('Проводящая среда возврата',1,CONFIG['sigma'])
    mi_addnode(-outer,0);mi_addnode(outer,0);mi_addsegment(-outer,0,outer,0)
    # Две смежные области грунта — один проводник с ОБЩИМ полным током.
    # Параллельный тип делит ток по областям вместо повторения -I в каждой.
    mi_addcircprop('Надземный провод',CONFIG['I'],1);mi_addcircprop('Возврат через среду',-CONFIG['I'],0)
    circle(0,2000,20,4/(2**level));label(0,2000,'Медь надземного провода',2/(2**level),10,'Надземный провод')
    circle(0,0,20000,4/(2**level))
    label(0,10000,'Воздух',500/(2**level),3)
    label(0,-10000,'Проводящая среда возврата',1000/(2**level),5,'Возврат через среду')
    label(0,outer*.7,'Воздух',outer/16/(2**level),1)
    label(0,-outer*.7,'Проводящая среда возврата',delta*1000/8/(2**level),6,'Возврат через среду')
    row=solve(level,variant);energy_identity(row,['Надземный провод','Возврат через среду'],CONFIG['f'])
    i,v,p=circuit_values('Надземный провод');ig,vg,pg=circuit_values('Возврат через среду')
    zz=(v-vg)/i
    row.update({'skin_depth_m':delta,'outer_radius_m':outer*.001,'loop_Zreal_ohm_per_m':zz.real,'loop_Zimag_ohm_per_m':zz.imag,'primary':zz.real})
    ground_current=0j
    for group in (5,6):
        mo_groupselectblock(group);ground_current+=complex(mo_blockintegral(7));mo_clearblock()
    row['integrated_ground_current_real_A']=ground_current.real
    row['integrated_ground_current_imag_A']=ground_current.imag
    check('Интегральный баланс токов провод — среда '+row['model'],abs(i+ground_current)/CONFIG['I'],1e-6)
    records.append(row);finish()
 finest=[r for r in records if r['level']==3]
 check('Удаление внешней границы от6δдо8δ',abs(finest[-1]['primary']/finest[-2]['primary']-1),.03)

elif MODE=='pipe-joint':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for level in range(3):
    start(True,CONFIG['f'],600,level);material('Медь обмотки');material('Основной металл трубы',1,6e6);material('Кольцевая зона трубы',1,6e6*variant)
    name=coil(48,0,4,20,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
    for lo,hi,mat,group in ((-40,-4,'Основной металл трубы',5),(-4,4,'Кольцевая зона трубы',6),(4,40,'Основной металл трубы',5)):
        rect(35,lo,40,hi);label(37,(lo+hi)/2,mat,.5/(2**level),group)
    label(0.5,0,'Воздух',2/(2**level),3);label(300,0,'Воздух',30/(2**level),1)
    row=solve(level,variant);energy_identity(row,[name],CONFIG['f'])
    for group,key in ((5,'bulk_loss_W'),(6,'joint_loss_W')):
        mo_groupselectblock(group);row[key]=real(mo_blockintegral(4));mo_clearblock()
    check('Сумма потерь зон трубы '+row['model'],abs((row['bulk_loss_W']+row['joint_loss_W'])/row['ohmic_loss_W']-1),1e-8)
    row['joint_loss_density_W_m3']=row['joint_loss_W']/(math.pi*(.04**2-.035**2)*.008)
    row['primary']=row['joint_loss_W'];records.append(row);finish()

elif MODE=='particle':
 for variant in CONFIG['variants']:
  for level in range(3):
    start(True,0,400,level);material('Медь обмотки');material('Ферромагнитная частица',CONFIG['mu'])
    name=coil(20,0,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N'],.5/(2**level),1)
    for radius in (1,3):
        mi_addnode(0,variant-radius);mi_addnode(0,variant+radius);mi_addarc(0,variant-radius,0,variant+radius,180,2/(2**level))
    label(.5,variant,'Ферромагнитная частица',.2/(2**level),5)
    label(2,variant,'Воздух',.2/(2**level),6)
    rect(0,-50,60,80);label(40,0,'Воздух',1.5/(2**level),3);label(200,0,'Воздух',25/(2**level))
    row=solve(level,variant);energy_identity(row,[name],0)
    mo_groupselectblock(5);force=real(mo_blockintegral(19));volume=real(mo_blockintegral(10));mo_clearblock()
    r=.02;z=variant*.001;b=MU0*CONFIG['N']*CONFIG['I']*r*r/(2*(r*r+z*z)**1.5);deriv=-3*z/(r*r+z*z)*b
    exact=3*(4/3*math.pi*.001**3)*(CONFIG['mu']-1)/(CONFIG['mu']+2)/MU0*b*deriv
    row.update({'Fz_N':force,'dipole_force_N':exact,'particle_volume_m3':volume,'primary':force})
    check('Дипольная оценка малой сферы '+row['model'],abs(force/exact-1),.04)
    check('Сила направлена к катушке '+row['model'],max(0,force),0)
    records.append(row);finish()
# 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 ('slot','lamination','litz','threephase','line-matrix','earth','pipe-joint','particle') else 0.012)
result={'runtime':'FEMM 5; embedded MicroPython','case_id':'resolved-lamination','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-0p1-03.ans
Визуализация сохранённого решения FEMM 5 model-0p1-03.ans. Плоская постановка: изолинии векторного потенциала Az. Показана действительная компонента фазора при фазе 0; это не модуль индукции. Показана расчётная область. 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.

Отдельная электротехническая пластина 20 × 0,1 мм, глубина плоской модели 1 м. Геометрия показана целиком; толщина существенно меньше ширины.
Отдельная электротехническая пластина 20 × 0,1 мм, глубина плоской модели 1 м. Геометрия показана целиком; толщина существенно меньше ширины. Открыть в полном размере
Отдельная пластина толщиной 0,1 мм при 50 Гц: увеличенный центральный фрагмент, торцы за кадром. Норма комплексной амплитуды плотности вихревого тока |J|, МА/м²; шкала отображения 0–0,019 МА/м². Контуры A скрыты.
Отдельная пластина толщиной 0,1 мм при 50 Гц: увеличенный центральный фрагмент, торцы за кадром. Норма комплексной амплитуды плотности вихревого тока |J|, МА/м²; шкала отображения 0–0,019 МА/м². Контуры A скрыты. Открыть в полном размере

Результаты и численные проверки

Сохранено решений FEMM: 9. Выполнено проверок: 12. Полная точность чисел и условия сравнения доступны в таблицах результатов JSON.

Результаты расчётов и производные итоги
Объёмная плотность потерь, Вт/м³Средняя джоулева мощность, ВтТолщина пластины, ммМощность тонколистовой формулы, ВтЧисло элементовОсновной численный результатФайл моделиУровень сеткиОбъём пластины, м³Сохранение, открытие и решениеЭнергия поля, ДжЧисло узлов
9,8719,74 × 10⁻⁶0,119,74 × 10⁻⁶1123419,74 × 10⁻⁶model-0p1-01.fem12 × 10⁻⁶Да159,2 × 10⁻⁶6647
9,8719,74 × 10⁻⁶0,119,74 × 10⁻⁶4570519,74 × 10⁻⁶model-0p1-02.fem22 × 10⁻⁶Да159,2 × 10⁻⁶24913
9,8719,74 × 10⁻⁶0,119,74 × 10⁻⁶18422919,74 × 10⁻⁶model-0p1-03.fem32 × 10⁻⁶Да159,2 × 10⁻⁶96232
39,48157,9 × 10⁻⁶0,2157,9 × 10⁻⁶5649157,9 × 10⁻⁶model-0p2-01.fem14 × 10⁻⁶Да318,3 × 10⁻⁶3342
39,48157,9 × 10⁻⁶0,2157,9 × 10⁻⁶22843157,9 × 10⁻⁶model-0p2-02.fem24 × 10⁻⁶Да318,3 × 10⁻⁶12457
39,48157,9 × 10⁻⁶0,2157,9 × 10⁻⁶91895157,9 × 10⁻⁶model-0p2-03.fem34 × 10⁻⁶Да318,3 × 10⁻⁶48016
157,90,0012630,40,00126327920,001263model-0p4-01.fem18 × 10⁻⁶Да636,6 × 10⁻⁶1658
157,90,0012630,40,001263114180,001263model-0p4-02.fem28 × 10⁻⁶Да636,6 × 10⁻⁶6232
157,90,0012630,40,001263460020,001263model-0p4-03.fem38 × 10⁻⁶Да636,6 × 10⁻⁶24044
Проверки опубликованного расчёта
КритерийПолученоДопуск или ожидаемое значениеИтог
Тонколистовое аналитическое решение model-0p1-01.fem1,588 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p1-02.fem2,066 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p1-03.fem2,206 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p2-01.fem25,39 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p2-02.fem33,09 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p2-03.fem35,01 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p4-01.fem408,9 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p4-02.fem529 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Тонколистовое аналитическое решение model-0p4-03.fem560 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 0.21,921 × 10⁻⁹0,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 0.1139,5 × 10⁻¹²0,025Выполнен
Сходимость измеряемой величины, режим 0.430,99 × 10⁻⁹0,025Выполнен

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