FEMM 5

Часть V · Электрические машины → § 31 · Карты и спектры машин с магнитами

Занятие 31.4

Оценка потерь и размагничивания в заданных условиях

Цель и задачи

Цель. Оценить потери и локальный запас магнита в одном режиме.

Задачи

  • Использовать локальную историю B и проекцию H вдоль намагниченности без заявления о полной модели повреждения.
  • Получить H вдоль намагниченности с учётом материального закона и температуры.
Что нужно вспомнить перед началом

Если одно из понятий незнакомо, вернитесь к предыдущему занятию и воспроизведите его численный пример. После этого переходите к новой постановке.

Место занятия в инженерной методике

Расчётная лабораторная работа · Определение потерь и границы энергетического баланса

Инженерный вопрос. Какие ограничения по потерям и полю магнита видны в заданных условиях?

Угловые потокосцепления, ЭДС, средний и пульсирующий моменты позволяют оценивать магнитную структуру и выбирать токовый угол. Рабочие точки магнитов ограничивают допустимые режимы.

Лабораторная работа:

Последовательность решения, отчёт и критерии результата

Результат получают из наблюдаемых величин и проверяют в условиях данного практикума.

Последовательность решения

  1. Обосновать постановку и способ измерения. Перечислите учитываемые механизмы и области потерь; укажите проводимость, частоту и нормировку. Неучтённые торцевые и гистерезисные вклады записываются отдельно.

  2. Вычисленный аналитический эталон. Проверьте размерность мощности и контрольный предел проводника или RL-цепи, когда он применим.

  3. Потери и локальный запас магнита. Выполните действия практикума по его исходной таблице. Сохраните составляющие потерь и минимум проекции поля вдоль намагничивания.

  4. Ответить на вопрос по своим результатам. Сведите потери по областям и механизмам в общий баланс; сохраняйте одинаковую нормировку тока и границу системы.

Что включить в отчёт

Результат этого занятия. Таблица режима с границами температурных и материальных исходных данных.

Данные именно этого опыта. Сохраните составляющие потерь и минимум проекции поля вдоль намагничивания.

Оформление наблюдений. Потери по областям и механизмам, входная мощность, токовая нормировка и частота; отдельно — добавленные сопротивления и происхождение их значений.

Как обосновать результат

Проверка из практикума. Сетка и набор контрольных точек уточнены; температурный предел имеет источник.

Независимый контроль. Сведите мощности выводов и объёмные потери в один баланс, используя физически одинаковые границы системы.

Критерий выполнения. Потери названы оценкой; команды чтения потерь проверены; магнитный критерий имеет источник данных изготовителя и ограниченную область вывода.

Точность и расхождения. Уточняйте сетку в проводнике относительно глубины проникновения; неопределённость проводимости и дополнительных сопротивлений отделяйте от сеточного изменения.

Основание сравнения. Используйте определения потерь и глубины проникновения из занятия. Формула однородного проводника или полупространства служит контрольным пределом; торцевые и неучтённые механизмы перечисляют отдельно.

Вывод для устройства

Определите, какие потери ограничивают режим или передаются тепловой модели; полный КПД нельзя получать без всех требуемых членов баланса.

Границы вывода. Статическое состояние и заданная характеристика магнита не подтверждают автоматически температурный режим, необратимое размагничивание или полный спектр потерь.

Дополнительный расчётный метод

Расчёт потерь в массивных сердечниках электрических машин с помощью конечно-элементных моделей

Парное сравнение токового слоя и пазовой геометрии по спектру и вихревым потерям показывает, сохраняет ли упрощение нужную характеристику массивного сердечника.

Лабораторные работы по методу: Потери массивного ротора: частота, гармоники и магнитное смещение

Получаемые величины. B\nu и фазовые углы; Вт/мм активной длины и полная мощность; потери по гармоникам; ошибка дискретизации токового слоя

  1. Построить согласованный базовый пазовый опыт.
  2. Заменить возбуждение различными токовыми слоями с одинаковыми гармониками МДС.
  3. Сравнить спектр поля до сравнения мощности.
  4. Изменить число участков и реальную B(H); повторить потери при одной нормировке.
  5. Проверить независимость ошибки источника, материала и сетки.

Страницы источника. PDF 1–12 полностью: 1–3 восемь моделей; 4–6 сопоставление спектров; 7–10 нелинейность, потери и выводы; 11–12 резюме и авторы.

Литература по методу

Простые конечно-элементные модели для приближённых расчётов потерь в массивных роторах

Упрощение ротора обосновывают сохранением спектра возбуждения и рабочего насыщения. Потери существенных гармоник проверяют по отдельности, затем сравнивают их сумму с полной моделью.

Лабораторные работы по методу: Потери массивного ротора: частота, гармоники и магнитное смещение

Получаемые величины. состав и амплитуды токового слоя; частота гармоники относительно ротора; P\nu и ошибка суммы потерь; масштаб потерь и глубины проникновения

  1. Получить поле основной гармоники и насыщение базового режима.
  2. Сформировать отдельные гармонические токовые слои с достаточной дискретизацией.
  3. Назначить каждой гармонике частоту в системе ротора.
  4. Сравнить сумму потерь с многогармонической/полной моделью.
  5. При масштабировании проверить подобие поля, глубины проникновения и пересчёт мощности.

Страницы источника. PDF 1–17 полностью: 1–5 гармонические модели; 6–7 сравнение потерь; 8–10 физическое масштабирование; 11–15 реальные роторы и разностное поле; 16–17 литература и автор.

Литература по методу

Теория и вывод формул

Оценка потерь и запаса до размагничивания основывается на заданных режимах и характеристиках материалов. Для каждого результата указываются исходные данные и область, в которой применима принятая модель.

Соглашения об обозначениях и единицах
  • \(i(t)\), \(u(t)\) — мгновенные значения; \(\widehat I\), \(\widehat U\) — комплексные амплитуды; \(\underline I_{\text{д}}\), \(\underline U_{\text{д}}\) — комплексные действующие значения. Для синусоиды \(\widehat I=\sqrt{2}\,\underline I_{\text{д}}\); действующее значение тока равно \(|\underline I_{\text{д}}|\). Нормировка обязательно учитывается в формулах мощности.
  • \(\Phi=\int_S\mathbf B\cdot\mathrm d\mathbf S\) — поток через ориентированную поверхность; \(\Psi=\sum_k\oint_{C_k}\mathbf A\cdot\mathrm d\mathbf l\) — потокосцепление последовательных витков с согласованными замкнутыми контурами. Только при одинаковом сцепленном потоке каждого витка \(\Psi=N\Phi\). Обе величины измеряются в веберах: число витков безразмерно. Запись «Вб·виток» подчёркивает суммирование.
  • \(\theta_{\text{м}}\), \(\Omega\) (также \(\omega_{\text{мех}}\)) — механические угол и угловая скорость. Для основной гармоники \(\theta_{\text{э}}=p\theta_{\text{м}}\), \(\omega_{\text{э}}=p\Omega\), где \(p\) — число пар полюсов. Геометрический период зубцов задаётся отдельно. В производных по углу используйте радианы.
  • Статическая индуктивность \(L_{\text{ст}}=\Psi/i\) — наклон секущей из начала координат; это определение используется при \(\Psi(0)=0\) и \(i\ne0\). Динамическая индуктивность \(L_{\text{дин}}=\partial\Psi/\partial i\) — наклон касательной (дифференциальная, инкрементальная); положение и остальные токи фиксированы. Для линейной характеристики без смещения обе равны одной индуктивности \(L\). При постоянных магнитах и взаимном возбуждении сначала учитывают ненулевое смещение потокосцепления.
  • Положительные направления, оси и специальные индексы определяются в конкретной задаче. Единицу берите из условия или заголовка таблицы; перед подстановкой в формулу СИ переводите миллиметры в метры, миллигенри в генри и градусы в радианы.
  • Численные результаты обычно показаны с четырьмя значащими цифрами; для сравнения близких значений в таблицах сходимости сохранено больше цифр. Полные значения остаются в исходных расчётных данных. Малые остатки вычисления координат на осях показаны как ноль; малые физические величины сохраняются в показательной записи.
Указатель формул этого занятия
  1. (31.30) · Физическая и вычислительная постановка
  2. (31.31) · Физическая и вычислительная постановка
  3. (31.32) · Численный пример

Физическая и вычислительная постановка

Потери стали по угловой статической последовательности оценивают внешним по отношению к полевому уравнению материальным законом, но вычисляют его внутри MicroPython. Для каждой области необходимы согласованные коэффициенты при нужной частоте, температуре и форме возбуждения. Простая сумма гистерезисного и вихретокового членов является инженерной аппроксимацией, а не прямым решением вихревых токов из статической карты. Вращающееся поле и гармоники могут требовать другой модели потерь.

Для оценки размагничивания нужна физическая напряжённость \mathbf H_{\text{физ}}, а не поле эквивалентного токового источника магнита. Для линейной изотропной модели линии возврата её можно независимо восстановить по \mathbf B, остаточной индукции и направлению намагничивания. Перед использованием компонентов H из FEMM проверьте соглашение о возвращаемом поле текущей версии: уже скорректированное физическое поле нельзя сдвигать второй раз. Проекция H_\parallel=\mathbf H_{\text{физ}}\cdot\mathbf m сравнивается с температурным коленом реального материала; библиотечное H_c само по себе не задаёт критерий необратимости. Разность H_\parallel-H_{\text{предел}} измеряется в \text{А}/\text{м}; положительный запас при отрицательном пределе означает менее размагничивающее поле. Проверка отдельных точек требует уточнения сетки и расположения точек и не доказывает отсутствие опасного локального минимума во всём магните.

Для опубликованной радиальной модели SPM проверка FEMM 5.0 06Oct2026 выявила конкретное расхождение: постпроцессор игнорирует пространственную часть theta/theta+180 при вычислении H, а интеграл энергии mo_blockintegral(2) наследует ошибочное направление. Поэтому программа использует B_x,B_y и локальный вектор \mathbf m для восстановления физического поля. Численная контрольная точка приведена в 25.4; методика исправления энергии — в подробном примере. Это ограничение данной сборки и данного типа задания намагниченности, а не изменение материального закона.

Для воспроизводимого практикума можно выбрать Arnold N35SH: официальный технический лист N35SH Rev. 210607 содержит температурные кривые поляризации J(H). Имя файла на сайте содержит N_{35}H, поэтому марку проверяют по заголовку внутри PDF. Явно определите используемое колено, например H_{k90} при J=0{,}90B_r(T), и погрешность чтения кривой; H_{k90} не равно Hcj. Учебные B_r=1{,}2 \,\text{Тл} и \mu_{\mathrm{rec}}=1{,}05 из аналитического примера не являются данными изготовителя для этой марки. Сохраните PDF, страницу, определение критерия, температуру и хеш источника. Пересечение колена в линейной модели возврата означает выявленный риск; такая модель не вычисляет необратимую потерю намагниченности. Допустимая рабочая температура сама по себе не гарантирует запас в данной магнитной цепи.

Технический лист voestalpine isovac, январь 2026, приводит для 270-35A типичные потери при 50 \,\text{Гц}: 1{,}05 \,\text{Вт}/\text{кг} при 1{,}0 \,\text{Тл} и 2{,}50 \,\text{Вт}/\text{кг} при 1{,}5 \,\text{Тл}; максимум при 1{,}5 \,\text{Тл} — 2{,}70 \,\text{Вт}/\text{кг}. Эти две точки позволяют построить только явно выбранную аппроксимацию основной гармоники при 50 \,\text{Гц}. Они не определяют отдельно гистерезисный и вихретоковый коэффициенты и не заменяют полную B(H). Учебную B(H) нельзя называть заявленной изготовителем B(H) этой стали. Отдельно сообщите долю массы стали и оценённых потерь вне диапазона 1{,}0\text{–}1{,}5 \,\text{Тл}: там результат экстраполирован. Для вращающегося поля, гармоник и другой температуры применимость требует дополнительных данных.

P_{\text{сталь}}=m[k_{\text{г}}fB_{\text{амп}}^{\alpha}+k_{\text{в}}(fB_{\text{амп}})^2],\quad H_{\parallel}=\mathbf H_{\text{физ}}\cdot\mathbf m,\quad \Delta H=H_{\parallel}-H_{\text{предел}}
(31.30)
Коэффициенты первого выражения имеют единицы, обеспечивающие Вт; предел H берётся из реальной температурной характеристики.
\mathbf H_{\text{физ}}=\frac{\mathbf B-B_r\mathbf m}{\mu_0\mu_{\text{воз}}},\qquad H_\parallel=\mathbf H_{\text{физ}}\cdot\mathbf m
(31.31)
Линейная изотропная модель линии возврата при заданной температуре; \mathbf m — единичный вектор намагничивания. Для нелинейной или анизотропной модели используют её собственный материальный закон.

Порядок проверки результата

Численный пример ниже является аналитическим учебным эталоном. Его значения вычислены по указанным формулам; они не обозначают результат решения новой модели методом конечных элементов. Практикум связывает эталон с полевой задачей: сначала воспроизведите уже проверенный результат базового раздела, затем измените только один исследуемый параметр. Именно такое сравнение позволяет отделить ошибку программы от влияния геометрии, сетки и физического приближения. Сохраните исходную модель, рабочую копию и таблицу с заголовками величин. В подписи каждой величины укажите единицу, положительное направление и способ получения; для гармонических величин дополнительно укажите амплитудную нормировку. Если условие задачи не выполнено, остановите серию и сохраните причину отказа вместе с последним корректным состоянием.

Пояснение программы

Коэффициенты закона потерь заданы как условные учебные значения с согласованными единицами. Умножение удельных потерь на массу даёт мощность в ваттах. Запас до условного предела вычисляется как разность двух знаковых проекций напряжённости. Переменная assumed_limit_am обозначает принятое допущение; её значение не подтверждает стойкость реального магнита без источника данных изготовителя и температуры.

Потери и размагничивание как отдельные проверки

Тепловое состояние задаётся явно, а коэффициенты потерь относятся к указанному материалу, частоте и форме поля.

  1. Для удельной эмпирической формулы потерь проверьте единицы коэффициентов и массу материала. Параметры, найденные по синусоидальному перемагничиванию, не описывают автоматически вращающееся поле.

  2. Проекцию размагничивающей напряжённости сравните с температурным пределом с учётом знака. Запас положителен только при согласованных определениях проекции и порога.

  3. Сопоставьте опасные области при разных токовых углах и температурах. Положительный запас одного номинального режима не исключает размагничивания при аварийном токе.

Таблица 31.10. Обозначения и единицы
ВеличинаФизический смыслЕдиница СИ
PСредняя активная мощностьВт
BМагнитная индукцияТл
HНапряжённость магнитного поляА/м
fЧастота гармоникиГц
mМасса материала в формуле удельных потерькг

Границы применимости. Эмпирическая оценка потерь и линейная модель линии возврата магнита являются ограниченными проверками. Они не заменяют связанных тепловых расчётов и модели необратимого изменения магнитов.

Пояснения к официальному руководству

Подробности, которые следует учитывать при настройке и проверке модели. Все учебные пояснения.

Рисунки из руководства к этому занятию (1)
  1. М.A.4 · Линия возврата частично размагниченного Alnico 5
Формулы и таблицы руководства к этому занятию

Как превратить размагничивающую кривую в данные FEMM

В модели приложения A.1 магнит рассматривается как ферромагнитный объём с эквивалентным возбуждением, которое можно представить тонким поверхностным токовым слоем. Это полезная эквивалентная картина, а не требование дополнительно рисовать реальную обмотку вокруг магнита. Если источник уже задан коэрцитивной силой и направлением намагничивания, отдельный эквивалентный ток создал бы двойное возбуждение.

Сначала выбирают заявленную изготовителем кривую размагничивания B(H) при нужной температуре. Параметр H_c в Material Properties соответствует модулю поля, при котором B обращается в нуль на выбранной кривой. Для нелинейной модели эту кривую сдвигают вправо на H_c: координата H новой таблицы равна H исходной кривой плюс H_c, а B сохраняется. Тогда точка B = 0 попадает в начало координат. В таблицу вносится характеристика материала без постоянного смещения, а само смещение задаётся отдельным H_c.

Сдвиг размагничивающей кривой для ввода материала

H_{\mathrm{table}}=H_{\mathrm{source}}+H_c,\qquad B_{\mathrm{table}}=B_{\mathrm{source}}
(М.Н.23)
Отрицательную исходную ветвь сдвигают вправо на положительный модуль H_c, чтобы точка B = 0 совпала с началом координат. Постоянное возбуждение задаётся отдельным полем H_c.

Обозначения и единицы

  • H_c — модуль коэрцитивного поля по B, А/м; H_{\mathrm{source}},H_{\mathrm{table}} — исходная и сдвинутая координаты, А/м; B — индукция, Тл.

Условия применения. Используется согласованная заявленная изготовителем характеристика при нужной температуре; сдвиг не заменяет модель истории размагничивания.

Ненумерованное соотношение из текста руководства; обозначения и условия раскрыты для курса.

Для достаточно прямолинейной характеристики вместо полной таблицы используют её наклон. Относительная возвратная проницаемость равна наклону dB /dH, делённому на \mu _{0}; она не равна безразмерному отношению B/H без указания точки. Линейная модель согласует B_r, \mu_{\text{воз}} и H_c. Если взять B_r из одной температурной кривой, H_c — из другой, а \mu_{\text{воз}} оставить произвольной, модель перестанет соответствовать любой из исходных кривых.

Не смешивайте коэрцитивную силу по индукции H_{cB} с собственной коэрцитивной силой H_{cJ}, определяемой нулём магнитной поляризации J = B - \mu _{0}H. В FEMM источник линейной линии возврата согласуется с нулём B. Проверка необратимого размагничивания дополнительно требует колена соответствующей заявленной изготовителем характеристики, температуры и компоненты H против направления намагничивания. Один интегральный магнитный поток не показывает наихудшую локальную рабочую точку.

Для Alnico уход ниже колена может перевести магнит на другую линию возврата: после удаления размагничивающего воздействия прежняя индукция не восстановится. Одна однозначная B(H)-таблица FEMM не хранит эту историю. Редкоземельные магниты при обычной температуре часто допускают линейное описание рабочего участка, но это не отменяет температурной зависимости колена и возможности необратимого размагничивания при неблагоприятном режиме. Статический расчёт оценивает рабочие точки принятой характеристики, а не автоматически моделирует историю повреждения магнита.

На размагничивающей кривой Alnico 5 красными стрелками показано движение к колену и возврат по более низкой прямой.

Рисунок М.A.4. Линия возврата частично размагниченного Alnico 5

После сильного размагничивающего воздействия возврат проходит по другой линии: удаление внешнего воздействия не восстанавливает прежнюю индукцию. Однозначная таблица FEMM не хранит такую историю автоматически. Для проверки стойкости нужны заявленное изготовителем колено при заданной температуре и локальная рабочая точка.

Обозначения на рисунке

recoil line
Линия возврата
Field Intensity, A/m
Напряжённость H, А/м
Flux density, Tesla
Индукция B, Тл

Увеличить рисунок · Источник: Д. Микер, [33]. Подпись и пояснение переведены для курса.

\mu_{\text{воз}}=\frac{1}{\mu_0}\frac{dB}{dH},\qquad B=B_r+\mu_0\mu_{\text{воз}}H,\qquad H_c=\frac{B_r}{\mu_0\mu_{\text{воз}}}
(Р.7.2)
Линейная модель вдоль направления намагничивания; \mu_{\text{воз}} безразмерна. Связь применима к одной согласованной линии возврата, а не произвольной петле гистерезиса.

Проверьте на своей модели

  • Возьмите точку исходной кривой H = -H_c, B = 0 и убедитесь, что после сдвига она стала (0, 0).
  • В простой линейной проверке H = 0 должно давать B = B_r, а H = -H_c должно давать B = 0.
  • Для оценки размагничивания сохраните температуру, источник заявленной изготовителем кривой и локальный минимум H вдоль намагничивания.

Источник: [33]. § a · § a.1

Разобранный численный пример

Вычисленный аналитический эталон

Дано. Учебный материальный закон: m = 5 \,\text{кг}; k_{\text{г}} = 0{,}02 \,\text{Вт}/(\text{кг}\cdot \text{Гц}\cdot \text{Тл}^2); k_{\text{в}} = 0{,}00005 \,\text{Вт}/(\text{кг}\cdot \text{Гц}^2\cdot \text{Тл}^2); \alpha = 2; f = 50 \,\text{Гц}; B_{\text{амп}} = 1 \,\text{Тл}. Учебная точка магнита H_\parallel = -450 \,\text{кА}/\text{м}, предел = -600 \,\text{кА}/\text{м}.

  1. Удельная потеря: 0{,}02 \cdot 50 \cdot 1^{2} + 0{,}00005 \cdot 50^{2} = 1{,}125 \,\text{Вт}/\text{кг}.

    P_{\text{сталь}}=5[0{,}02\cdot50+0{,}00005\cdot50^2]=5{,}625\ \text{Вт},\quad\Delta H=-450-(-600)=150\ \text{кА}/\text{м}
    (31.32)
  2. Полная оценка P_{\text{сталь}} = 5 \cdot 1{,}125 = 5{,}625 \,\text{Вт}.

  3. Запас \Delta H = -450 - (-600) = +150 \,\text{кА}/\text{м}. Примерный предел специально учебный, а не характеристика реального магнита.

Ответ: Учебная оценка стали 5{,}625 \,\text{Вт}; локальный запас 150 \,\text{кА}/\text{м} по условному критерию.

Проверка: Значения нельзя назвать полными потерями машины или подтверждённой стойкостью магнита.

Практикум в FEMM 5

Потери и локальный запас магнита

Таблица 31.11. Исходные данные практикума
Исходная величинаЗначениеЕдиница
Заданыскорость, токи, температура
Контрольсталь и все магниты
Материальные данныеиз документации изготовителя
  1. Выберите номинальный и размагничивающий токовый режим, сохранив реальную температурную характеристику магнитов.
  2. Получите статическую последовательность B в областях стали и H в магнитах; задайте точки вдали от неоднозначной границы.
  3. Используйте mo_getpointvalues: компоненты B имеют индексы 1, 2, компоненты возвращаемого H — 5, 6 при нумерации Python с нуля. Для SPM с theta/theta+180 в FEMM 5.0 06Oct2026 не используйте готовое H для размагничивающего критерия: восстановите его из B и фактического локального направления. Для других версий и вариантов намагниченности проверьте возвращаемое поле контрольной подстановкой материального закона.
  4. Вычислите H_\parallel именно из физической напряжённости и единичного направления \mathbf m; найдите опасные зоны, уточните точки и сетку. Не вычитайте коэрцитивный сдвиг повторно, если API уже возвращает размагничивающее поле.
  5. Примените выбранный закон стали с заявленными изготовителем коэффициентами и явно перечислите неучтённые механизмы.
  6. Сравните два режима; не экстраполируйте карты за пределы рассчитанного тока и температуры.
  7. Приложите исходные документы изготовителя в формате PDF и таблицу прочитанных точек с единицами и погрешностью. Для потерь отделите интерполяцию от экстраполяции и укажите долю массы/потерь вне области данных изготовителя; для магнитов проверьте все полюса и явно отличайте выявление риска от расчёта необратимого повреждения.

Ожидаемый результат. Оценки с прослеживаемыми материальными данными и локальный критерий магнитов в определённых условиях.

Как проверить. Сетка и набор контрольных точек уточнены; температурный предел имеет источник.

Обработка и анализ результатов

Какие ограничения по потерям и полю магнита видны в заданных условиях?

  1. Сохраните составляющие потерь и минимум проекции поля вдоль намагничивания.
  2. Сведите потери по областям и механизмам в общий баланс; сохраняйте одинаковую нормировку тока и границу системы.

С чем сравнить. Используйте определения потерь и глубины проникновения из занятия. Формула однородного проводника или полупространства служит контрольным пределом; торцевые и неучтённые механизмы перечисляют отдельно.

Итог работы. Таблица режима с границами температурных и материальных исходных данных.

Программа с русскими пояснениями: Численная проверка выведенного эталона · Порядок запуска

Численная проверка выведенного эталона

Код выполняется во встроенном Python FEMM 5. Он проверяет приведённый аналитический вывод; получение полевых данных выполняется отдельным практикумом с указанной моделью.

Python · встроенный MicroPython FEMM 5
"""Оценка потерь и размагничивания в заданных условиях.

Среда: встроенный MicroPython FEMM 5.
Аналитический учебный пример; полевой решатель не вызывается.
Параметры, единицы величин и порядок вывода пояснены по стадиям.
"""

# Масса стали, кг; частота, Гц; амплитуда индукции, Тл.
# Коэффициенты закона потерь — условные учебные значения с согласованными единицами.
mass_kg, frequency_hz, flux_peak_t = 5.0, 50.0, 1.0
hysteresis_coefficient, eddy_coefficient, exponent = 0.02, 0.00005, 2
# Удельные потери, Вт/кг, составлены из гистерезисного и вихретокового слагаемых.
specific_loss_wkg = (
    hysteresis_coefficient * frequency_hz * flux_peak_t**exponent
    + eddy_coefficient * (frequency_hz * flux_peak_t) ** 2
)
print("Учебная оценка потерь, Вт:", mass_kg * specific_loss_wkg)
# Проекция напряжённости на направление намагничивания и условный предел, А/м.
# Оба значения отрицательны; запас рассчитывается как знаковая разность.
field_parallel_am, assumed_limit_am = -450000.0, -600000.0
print("Запас по условному критерию, А/м:", field_parallel_am - assumed_limit_am)
# Реальный температурный предел необходимо заменить паспортными данными.

Расчётное исследование и разбор результатов

Эти материалы продолжают практикум: постановка, программа встроенного Python, сохранённые численные результаты и проверка их смысла. Графики строятся по результатам FEMM 5.

Пошаговая настройка расчётного примера

Откройте отдельную страницу с последовательными действиями, точными параметрами, накопительными файлами этапов и программами с русскими комментариями.

Все расчётные примеры курса

Расчётный образец FEMM 5

Откройте модель, воспроизведите указанный режим и сопоставьте свои измерения с таблицей результатов.

Таблица 31.12. Результаты расчётного образца
ВеличинаРезультатЕдиница
Частота0Гц
Активная длина80мм
Ток цепи Фаза А1А
Потокосцепление цепи Фаза А0,001816Вб
Ток цепи Фаза С-2А
Потокосцепление цепи Фаза С-0,2922Вб
Ток цепи Фаза В1А
Потокосцепление цепи Фаза В0,2904Вб
Момент на исходной учебной сетке-1,156Н·м
Энергия по локальному направлению намагниченности35,15Дж
Модуль B в контрольной точке0,8503Тл
Координаты контрольной точки (x, y)56,42; 17,25мм
Момент на проверенной уточнённой сетке-1,152Н·м
Визуализация численных данных FEMM 5: Машина с поверхностными постоянными магнитами. Это экспорт результатов поля, а не снимок окна программы.
Рисунок 31.25. Визуализация численных данных FEMM 5: Машина с поверхностными постоянными магнитами. Это экспорт результатов поля, а не снимок окна программы.

Двумерная модель активной части. Модель стали с постоянной магнитной проницаемостью не описывает насыщение. Идеализированные обмотки с нулевой проводимостью не учитывают все потери. Сеточная проверка момента этой рабочей точки выполнена отдельно; её критерии, методы и границы приведены в протоколе. Здесь энергия получена отдельным интегрированием с фактическим локальным направлением намагниченности. Способ интегрирования приведён в программе шага 11. У острых кромок модели стали с постоянной проницаемостью возможны большие локальные значения B. Они не описывают реальный материал и сами по себе не доказывают насыщение или повреждение. Проверяйте нелинейную характеристику материала и сходимость поля в физически заданной области.

Ориентиры в интерфейсе
Геометрия: поверхностные постоянные магниты и проверенная трёхфазная обмотка
Рисунок 31.26. Геометрия: поверхностные постоянные магниты и проверенная трёхфазная обмотка Открыть в полном размере
Распределение магнитной индукции: поверхностные постоянные магниты и проверенная трёхфазная обмотка
Рисунок 31.27. Распределение магнитной индукции: поверхностные постоянные магниты и проверенная трёхфазная обмотка Открыть в полном размере
Геометрия: встроенные магниты; железные пути и магнитная анизотропия
Рисунок 31.28. Геометрия: встроенные магниты; железные пути и магнитная анизотропия Открыть в полном размере
Распределение магнитной индукции: встроенные магниты; железные пути и магнитная анизотропия
Рисунок 31.29. Распределение магнитной индукции: встроенные магниты; железные пути и магнитная анизотропия Открыть в полном размере
Машина с поверхностными постоянными магнитами: выбранная сетка воздушного зазора.
Рисунок 31.30. Машина с поверхностными постоянными магнитами: выбранная сетка воздушного зазора. Открыть в полном размере
Машина с поверхностными постоянными магнитами: момент ротора на выбранной сетке.
Рисунок 31.31. Машина с поверхностными постоянными магнитами: момент ротора на выбранной сетке. Открыть в полном размере
Метка радиального магнита: направление «theta».
Рисунок 31.32. Метка радиального магнита: направление «theta». Открыть в полном размере
Метка радиального магнита: направление «theta+180».
Рисунок 31.33. Метка радиального магнита: направление «theta+180». Открыть в полном размере
Радиальный SPM: восстановление физического H в локальном направлении намагниченности.
Рисунок 31.34. Радиальный SPM: восстановление физического H в локальном направлении намагниченности. Открыть в полном размере
Встроенная консоль FEMM: Оценка потерь и размагничивания в заданных условиях. Аналитическая проверка программы занятия. Показана консоль исходной редакции программы, зафиксированной при съёмке. Текущая программа с русскими пояснениями проверена отдельно во встроенном Python FEMM; этот снимок не является новым запуском текущей редакции.
Рисунок 31.35. Встроенная консоль FEMM: Оценка потерь и размагничивания в заданных условиях. Аналитическая проверка программы занятия. Показана консоль исходной редакции программы, зафиксированной при съёмке. Текущая программа с русскими пояснениями проверена отдельно во встроенном Python FEMM; этот снимок не является новым запуском текущей редакции. Открыть в полном размере

Расчётные исследования по теме

Изучите физическую постановку, выполните программу во встроенном Python FEMM 5 и проверьте результаты по сохранённым моделям и независимым критериям.

Все темы учебного практикума

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.

Машина с локальным ослаблением одного постоянного магнита до 60% исходной остаточной индукции: геометрия выбранного положения ротора 15°. Подписи скрыты; размеры магнитов сохранены.
Машина с локальным ослаблением одного постоянного магнита до 60% исходной остаточной индукции: геометрия выбранного положения ротора 15°. Подписи скрыты; размеры магнитов сохранены. Открыть в полном размере
Локальное ослабление одного магнита до 60% исходной остаточной индукции; положение ротора 15°. Статическая карта |B|, Т, и линии поля. Влияние дефекта оценивают сравнением потокосцеплений с исправной моделью при тех же условиях.
Локальное ослабление одного магнита до 60% исходной остаточной индукции; положение ротора 15°. Статическая карта |B|, Т, и линии поля. Влияние дефекта оценивают сравнением потокосцеплений с исправной моделью при тех же условиях. Открыть в полном размере

Самостоятельная работа

Постройте карту H_\parallel внутри одного магнита при двух токовых режимах; сравните минимумы на двух сетках и укажите источник температурного предела.

Критерий выполнения: Потери названы оценкой; команды чтения потерь проверены; магнитный критерий имеет источник данных изготовителя и ограниченную область вывода.
Первоисточники и дополнительное чтение по занятию
  1. [33] — 10–15, 33–35, 108–110
  2. [81] — Раздел Packages · Локальная копия
  3. [19] — Выделенный раздел, с. 41–67 и 130–132; исходный PDF, с. 76–102 и 165–167
  4. [23] — Вопрос 6; проверено 15 октября 2026 г.
  5. [59]
  6. [67]
  7. [5]
Пояснения и типичные ошибки
Считает ли статическая карта вихревые токи магнитов?

Нет. Для прямого учёта нужны соответствующая гармоническая постановка и проводимость либо отдельная обоснованная модель.

Что доказывает положительный \Delta H в одной точке?

Только локальный запас относительно выбранного критерия в этой точке и при данных условиях.

На что обратить внимание

  • Коэрцитивная сила по индукции H_c не заменяет коэрцитивную силу по намагниченности и температурную зависимость положения колена кривой размагничивания.
  • Сумма гармонических потерь без проверки закона не универсальна для вращающегося поля.