FEMM 5

Часть V · Электрические машины → § 35 · Проводники, нагрев и изоляция

Занятие 35.2

Тепловая модель электрической машины: карта потерь, анизотропия и охлаждение

Цель и задачи

Цель. Оценить нагрев машины при сохранении принятой карты потерь.

Задачи

  • Сопоставьте одноузловой тепловой предел и пространственное решение, сохранив полную мощность и объёмную теплоёмкость.
  • Сведите мощности по областям, направления теплопроводности, температуры и выходящие потоки вариантов.
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 теплового сопротивления и установившегося нагрева

Инженерный вопрос. Как охлаждение и анизотропия меняют температуру при одной мощности потерь?

Температура, тепловое сопротивление и постоянная времени связывают потери с охлаждением и длительностью включения. Это позволяет сравнить материалы, отвод тепла и рабочие циклы по количественным критериям.

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. Согласуйте источники мощности, теплопроводность и условия отвода; выберите температуру, поток или тепловое сопротивление как искомую характеристику.

  2. Нагрев тела с сосредоточенной теплоёмкостью — аналитический эталон. Проверьте аналитический тепловой путь и баланс в условиях геометрии примера.

  3. Перенесите сохранённую карту потерь машины в тепловую модель; сравните два условия охлаждения и стационарный либо переходный режим.. Выполните действия практикума по его исходной таблице. Сведите мощности по областям, направления теплопроводности, температуры и выходящие потоки вариантов.

  4. Ответить на вопрос по своим результатам. Восстановите профиль или тепловое сопротивление из таблицы; сопоставьте суммарные источники и выходящие потоки.

Что включить в отчёт

Результат этого занятия. Тепловой баланс и сравнение температур с перечислением исключённых осевых эффектов.

Данные именно этого опыта. Сведите мощности по областям, направления теплопроводности, температуры и выходящие потоки вариантов.

Оформление наблюдений. Температуры в заданных местах, потоки через границы, мощности по областям и свойства; для сопротивления — определённая разность температур и мощность.

Как обосновать результат

Проверка из практикума. Число Био и пространственное распределение температуры должны оправдывать одноузловую оценку; она не является доказанным результатом FEMM. Прямое численное сравнение возможно только при совпадении всех исходных данных и постановки.

Независимый контроль. Сопоставьте суммарную мощность источников с выходящим тепловым потоком и аналитическим пределом, допустимым для этой геометрии.

Критерий выполнения. Сумма источников совпадает с принятой мощностью потерь; есть тепловой баланс, температурная сходимость и перечень исключённых осевых эффектов; h не объявлен решённым FEMM.

Точность и расхождения. Сеточную устойчивость температуры и потока оценивайте отдельно. Неопределённость теплоотдачи и теплопроводности нельзя устранить уменьшением конечного элемента.

Основание сравнения. Опора — закон Фурье и аналитический тепловой баланс из занятия. Теплоотдача и свойства материала являются исходными данными; одномерный предел применим только при согласованном пути тепла.

Вывод для устройства

Определите доминирующий тепловой путь и влияние материала или границы; решение о допустимом нагреве требует заданной температуры среды и предела материала.

Границы вывода. Результат зависит от источников, среды, теплоотдачи и теплоёмкости. Упрощённый эталон не заменяет неизвестные условия охлаждения реального устройства.

Дополнительный расчётный метод

Поле асинхронного двигателя на холостом ходу и вращательное перемагничивание

Спектр поля и годографы индукции показывают, где преобладают вращательное перемагничивание и насыщение; эти данные определяют дальнейший расчёт потерь.

Лабораторные работы по методу: Асинхронный двигатель: механическая характеристика и вращающееся поле

Получаемые величины. B_{1}, B_{3} и спектр B_{\delta}; годографы Bx(t), By(t); Bmax зубца и ярма; чувствительность к толщине ярма и зубца

  1. Переводим действующий ток в мгновенные пазовые плотности с заполнением и ветвями.
  2. Проверяем поле ХХ на гладком роторе.
  3. Отдельно усилить насыщение ярма и зубцов при одинаковом возбуждении.
  4. Рассчитываем период последовательностью статических состояний, строим годографы и спектры.

Страницы источника. PDF 1–3: токи и поле; 4–5: насыщение и годографы; 6–8: сценарий; 9: программа и варианты

Литература по методу

Транспонированный стержень: выбор числа элементарных проводов

Сравнение массивного и составного стержней позволяет выбрать число элементарных проводов по потерям и коэффициенту увеличения сопротивления.

Лабораторные работы по методу: Проводник на переменном токе: сопротивление, транспозиция и частота силового воздействия

Получаемые величины. Rac/Rdc; Z стержня и P меди; J(y); влияние числа элементарных проводов и температуры

  1. Задаём геометрию меди и изоляции, \sigma при 120°C, частоту и явное peak/RMS соглашение.
  2. Для идеальной транспозиции наложить равенство токов: I э=I ст/(2n).
  3. Сопоставляем поля массивного и составного стержней при одном полном токе.
  4. Вычисляем потери и сопротивление, проверяем аналитикой и сеткой по skin-depth.
\begin{aligned}N&=2n,\\\widehat I_{\mathrm{эл}}&=\frac{\widehat I_{\mathrm{ст}}}{N},\\I_{\mathrm{эл,rms}}&=\frac{\widehat I_{\mathrm{эл}}}{\sqrt{2}}.\end{aligned}
При идеальной транспозиции каждый из N элементарных параллельных проводов несёт одинаковый ток. В 2D условие равенства можно задавать Series-цепью с током одного элементарного провода.
Численный пример применения метода

Синусоидальный ток стержня имеет амплитуду 6000 А. По высоте 24 провода, по ширине 2; идеальная транспозиция. Для отдельной проверки DC-потерь сопротивление каждого провода задано равным 2 мОм.

  1. Получаем N=2\cdot 24=48 проводов.
  2. Амплитуда тока каждого провода 6000/48=125.000 А.
  3. Действующий ток каждого провода 88.388 А; сумма равных мгновенных токов восстанавливает полный ток.
  4. Потери отдельных проводов: P=NI_{\text{эл,д}}^2R_{\text{эл}}=750\,\text{Вт}.
  5. Проверка по эквивалентной цепи: P=I_{\text{ст,д}}^2(R_{\text{эл}}/N)=750\,\text{Вт}.

Ответ. В FEMM-условие равных токов передаём 125 А на элемент при амплитудной нормировке. Полный ток остаётся 6000 А; вычисленные DC-потери 750 Вт служат отдельным аналитическим эталоном.

Страницы источника. PDF 1: физика; 2–3: цепь и расчётные соотношения; 4–5: измерения и варианты

Литература по методу

Теория и вывод формул

Потери в стали, обмотках и других учитываемых элементах распределяются по соответствующим областям тепловой модели. Эффективная теплопроводность пакета и обмотки может быть анизотропной, поэтому её направления и исходные данные требуют явного обоснования.

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. (35.13) · Вывод контрольного соотношения
  2. (35.14) · Диффузия поля и разрешение скин-слоя
  3. (35.15) · Диффузия поля и разрешение скин-слоя
  4. (35.16) · Когда допустима замена объёма импедансной границей
  5. (35.17) · Когда допустима замена объёма импедансной границей
  6. (35.18) · Слабая связь с тепловой задачей и её пределы
  7. (35.19) · Слабая связь с тепловой задачей и её пределы
  8. (35.20) · Какие ограничения связывают геометрию машины
  9. (35.21) · Какие ограничения связывают геометрию машины
  10. (35.22) · Медные потери и однозвенная тепловая оценка
  11. (35.23) · Медные потери и однозвенная тепловая оценка
  12. (35.24) · Проверка размещения провода и температурного бюджета

Физический и методический смысл

Магнитные, медные и прочие принятые потери распределяют по физическим областям машины. Для пакета стали и обмотки эффективная теплопроводность может быть анизотропной; её направление и источник должны быть документированы.

Охлаждение задаётся внешними условиями, а не вычисляется как течение. Двумерная модель активной части может не учитывать лобовые обмотки, осевой перенос и вентиляцию; их вклад вводят отдельными обоснованными связями либо ограничивают вывод.

Вывод контрольного соотношения

Сопоставьте одноузловой тепловой предел и пространственное решение, сохранив полную мощность и объёмную теплоёмкость.

C_{th}\frac{d\vartheta}{dt}+\frac{\vartheta}{R_{th}}=P,\quad \vartheta(t)=PR_{th}(1-e^{-t/(R_{th}C_{th})})
(35.13)
RC-формула — проверочный предел пространственно однородного тела. Тепловая модель FEMM решает распределённую теплопроводность, без гидродинамики.
  1. Тепловая постоянная времени равна 200 с, установившееся превышение температуры 20 К.

  2. При 200 с превышение равно 12,64 К.

  3. При отключении потерь температура экспоненциально приближается к среде с той же постоянной времени.

Границы применимости. RC-формула — проверочный предел пространственно однородного тела. Тепловая модель FEMM решает распределённую теплопроводность, без гидродинамики.

Связь с опытом в FEMM

Перенесите сохранённую карту потерь машины в тепловую модель; сравните два условия охлаждения и стационарный либо переходный режим.

Сначала вычислите контрольное значение вручную, затем сформулируйте ожидаемый знак и зависимость от одного параметра. Повторите опыт в рабочей копии с изменением только этого параметра. Сохраняйте геометрию, единицы, глубину, материалы, источники и граничные условия вместе с результатом. Успешное завершение решателя означает решение введённой модели, но само по себе не доказывает её соответствие устройству.

Проверка и границы вывода

Сумма источников совпадает с принятой мощностью потерь; есть тепловой баланс, температурная сходимость и перечень исключённых осевых эффектов; h не объявлен решённым FEMM.

Применимость одноузловой оценки обоснуйте числом Био и пространственным распределением температуры.

Средняя температура статора не заменяет максимальную температуру изоляции; выбор контрольной точки должен соответствовать критерию.

Пояснения к официальному руководству

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

Формулы и таблицы руководства к этому занятию

Пакет листов как анизотропная среда: продольное и поперечное поле

Пакет электротехнической стали состоит из железа и межлистовой изоляции. В модели приложения A.2 отдельные листы не обязательно строить геометрически: их заменяют сплошной средой с эффективными свойствами. Коэффициент заполнения c означает долю железа по толщине пакета, а не коэффициент заполнения паза медью. Исходная проницаемость железа в выводе считается изотропной; основная трудность поперечного потока объясняется пересечением слабопроницаемой изоляции.

Для потока вдоль листов железо и изоляция работают как параллельные магнитные пути: напряжённость H вдоль пути общая, а потоки складываются по площадям. Поэтому эффективная проницаемость равна среднему с весами c и 1 - c. Для потока поперёк листов участки железа и изоляции соединены последовательно: нормальная B общая, а магнитные падения напряжения складываются. Здесь усредняется обратная проницаемость. Простое умножение \mu на c в обоих направлениях неверно.

Продольное сопротивление железной доли пакета

\mathcal R_{\parallel,\mathrm{Fe}}=\frac{L}{\mu_r\mu_0 cS}
(М.A.2)
При потоке вдоль листов железо занимает долю c полной площади поперечного сечения. Длина пути остаётся L, поэтому сопротивление железной ветви обратно пропорционально cS. Железная и изоляционная ветви находятся под одной магнитодвижущей силой и затем объединяются параллельно.

Обозначения и единицы

  • L — длина магнитного пути, м; S=W d_z — полная площадь поперечного сечения, м².
  • c — доля железа, \mu_r — его относительная проницаемость; \mathcal R — А/Вб=1/Гн.

Условия применения. Однородная изотропная проницаемость железа в локальной рабочей точке, плоские слои, 0<c<1. Нормаль к S направлена вдоль рассматриваемого магнитного пути.

В оригинале знаменатель содержит ширину W плоской схемы без явной глубины. Здесь использована площадь S=W\cdot d_z: d_z — физическая глубина пакета. Так магнитное сопротивление имеет единицу 1/Гн; исходная нормировка соответствует принятой единичной глубине.

Продольное сопротивление межлистовой изоляции

\mathcal R_{\parallel,\mathrm{air}}=\frac{L}{\mu_0(1-c)S}
(М.A.3)
Оставшаяся доля сечения 1-c проводит поток параллельно железу, но имеет проницаемость примерно \mu _{0}. Обычно эта ветвь пропускает малую часть потока, однако именно она сохраняет правильный предел при уменьшении доли железа. Исключать её допустимо только после оценки отношения вкладов.

Обозначения и единицы

  • (1-c)S — площадь немагнитной доли, м²; L — м.
  • \mu_0 — Гн/м; \mathcal R_{\parallel,\mathrm{air}} — 1/Гн.

Условия применения. Изоляция принята магнитно эквивалентной воздуху, \mu _{r}\approx 1. При c\to 1 эта ветвь исчезает: её сопротивление стремится к бесконечности, а не к нулю.

Эквивалентное сопротивление вдоль листов

\mathcal R_{\parallel}=\frac{L}{[(1-c)+c\mu_r]\mu_0 S}
(М.A.4)
Параллельное соединение даёт 1/\mathcal R_{\parallel}=1/\mathcal R_{\parallel,\mathrm{Fe}}+1/\mathcal R_{\parallel,\mathrm{air}}. Потоки складываются при общей МДС, поэтому складываются магнитные проводимости, а не сопротивления. Полученный знаменатель непосредственно задаёт эффективную продольную проницаемость пакета.

Обозначения и единицы

  • \mathcal R_{\parallel} — 1/Гн; L — м; S — м².
  • c и \mu_r — безразмерные параметры заполнения и железа.

Условия применения. Модель параллельных плоских слоёв без краевых полей. Площадь S относится ко всему пакету, включая изоляцию.

Точная продольная проницаемость в модели слоёв

\mu_{\parallel}=[(1-c)+c\mu_r]\mu_0
(М.A.5)
Общая напряжённость вдоль слоёв и сумма потоков по площадям приводят к среднему арифметическому проницаемостей с весами c и 1-c. При полностью железном сечении получается \mu _{0}\mu _{r}, при отсутствии железа — \mu _{0}. Эта проверка пределов помогает обнаружить ошибку заполнения.

Обозначения и единицы

  • \mu_{\parallel} — абсолютная эффективная проницаемость, Гн/м.
  • c — доля железа; \mu_r — относительная проницаемость железа.

Условия применения. Плоские слои, изотропное железо и немагнитная изоляция. При нелинейном железе коэффициент соответствует выбранной рабочей точке, а не постоянной для всех возбуждений.

Поперечное сопротивление железных слоёв

\mathcal R_{\perp,\mathrm{Fe}}=\frac{cL}{\mu_r\mu_0 S}
(М.A.7)
Поперёк пакета один и тот же поток последовательно проходит железо и изоляцию. Железо теперь занимает долю длины cL, а не долю площади. Это геометрическое различие меняет место коэффициента c и объясняет, почему поперечную проницаемость нельзя получить простым умножением \mu на заполнение.

Обозначения и единицы

  • cL — суммарная длина железных участков пути, м.
  • S — общая площадь, нормальная поперечному потоку, м²; \mathcal R_{\perp,\mathrm{Fe}} — 1/Гн.

Условия применения. Последовательная модель плоских слоёв, общая нормальная индукция и изотропная проницаемость железа. Краевое выпучивание потока в этой локальной модели отсутствует.

Поперечное сопротивление межлистовых промежутков

\mathcal R_{\perp,\mathrm{air}}=\frac{(1-c)L}{\mu_0 S}
(М.A.8)
Даже короткий суммарный путь по изоляции может определять основную часть поперечного магнитного сопротивления, потому что её проницаемость намного меньше проницаемости стали. Поэтому тонкие промежутки существенно ограничивают поток поперёк листов.

Обозначения и единицы

  • (1-c)L — суммарная длина немагнитных промежутков, м.
  • \mu_0 — Гн/м; S — м²; \mathcal R_{\perp,\mathrm{air}} — 1/Гн.

Условия применения. Промежутки считаются немагнитными; контактные неровности и локальные замыкания не моделируются отдельно. Это магнитное сопротивление, не тепловое контактное сопротивление.

Эквивалентное поперечное сопротивление

\mathcal R_{\perp}=\frac{c+(1-c)\mu_r}{\mu_r\mu_0}\,\frac{L}{S}
(М.A.9)
Сопротивления последовательных участков складываются: \mathcal R_{\perp}=\mathcal R_{\perp,\mathrm{Fe}}+\mathcal R_{\perp,\mathrm{air}}. При общей площади и потоке суммируются падения МДС. Переписывание результата как L/(\mu_{\perp}S) определяет эффективную поперечную проницаемость.

Обозначения и единицы

  • \mathcal R_{\perp} — 1/Гн; L — длина всего составного пути, м; S — м².
  • c и 1-c — доли длины железа и изоляции.

Условия применения. Одна последовательная цепь потока через слои; не включает боковой обход промежутков. Для однородного железа при c=1 получается L/(\mu _{0}\mu _{r}S).

Поперечная эффективная проницаемость пакета

\mu_{\perp}=\frac{\mu_r\mu_0}{c+(1-c)\mu_r}
(М.A.10)
Поперёк слоёв усредняется обратная проницаемость, то есть используется взвешенное гармоническое среднее. При c=0{,}9 и \mu _{r}=1000 относительная поперечная проницаемость составляет около 9,9108, тогда как продольная — 900,1. Большая анизотропия возникает из геометрии слоёв даже при изотропном железе.

Обозначения и единицы

  • \mu_{\perp} — абсолютная проницаемость, Гн/м; для относительной делят на \mu_0.
  • c — доля железа; \mu_r — его относительная проницаемость.

Условия применения. Та же последовательная модель, что в сопротивлениях выше. При c\to 0 получается \mu _{0}, при c\to 1 — \mu _{0}\mu _{r}; ориентацию этого коэффициента согласуют с реальной нормалью к листам.

Для нелинейной процедуры FEMM использует упрощение продольной проницаемости \mu _{\parallel} \approx c\mu _{r}\mu _{0} при (1 - c) \ll c\mu _{r}. В учебном примере c = 0{,}9 и \mu _{r} = 1000 точная продольная относительная проницаемость равна 900,1, приближённая — 900, а поперечная — около 9,9108. Небольшой объём изоляции способен уменьшить поперечную проницаемость на два порядка относительно продольной. Само приближение не следует бездумно продолжать к почти пустому пакету или к состоянию, где \mu _{r} близка к единице.

Упрощённая продольная проницаемость

\mu_{\parallel}\approx c\mu_r\mu_0
(М.A.6)
Вклад изоляции в продольную магнитную проводимость отброшен. При c=0{,}9 и \mu _{r}=1000 точная относительная проницаемость 900,1 заменяется на 900: ошибка около 0,0111 %. При \mu _{r}, близкой к единице, либо очень малом заполнении такая замена уже не гарантирует малой ошибки.

Обозначения и единицы

  • \mu_{\parallel} — Гн/м; c и \mu_r — безразмерны.
  • Критерий малости отброшенного вклада: (1-c)\ll c\mu_r.

Условия применения. Применять только при выполнении критерия. При c\to 0 приближение даёт нуль вместо \mu _{0} и теряет правильный предел; насыщение уменьшает \mu _{r} и может ухудшить точность.

Если листы лежат в плоскости модели, весь двумерный поток идёт по лёгкому направлению и используется соответствующая эффективная характеристика. Если листы ориентированы параллельно x или y, двум направлениям назначаются разные проницаемости. Направление пакета необходимо согласовать с физической конструкцией и типом задачи. Проверка только названия материала без ориентации, толщины листа и коэффициента заполнения недостаточна.

Это магнитная эквивалентная модель. Тепловая анизотропия того же пакета имеет похожую геометрическую логику последовательных и параллельных слоёв, но требует собственных теплопроводностей и контактных сопротивлений. Магнитные \mu _{\parallel} и \mu _{\perp} нельзя переносить в тепловой модуль как численные коэффициенты k.

c\to1:\ \mu_{\parallel},\mu_{\perp}\to\mu_0\mu_r;\qquad c\to0:\ \mu_{\parallel},\mu_{\perp}\to\mu_0
(Р.9.5)
Физические пределы точных формул усреднения. Приближённая формула для лёгкого направления не предназначена для предела c \to 0.

Проверьте на своей модели

  • Для c = 0{,}9 и \mu _{r} = 1000 самостоятельно получите 900,1 и 9,9108; поясните, почему значения настолько различаются.
  • До гармонического расчёта укажите направление листов, долю железа и толщину именно металлической части листа.
  • При изменении коэффициента заполнения не меняйте одновременно исходную B(H)-кривую, иначе нельзя отделить эффект структуры от материала.

Источник: [33]. § a.2

Разобранный численный пример

Нагрев тела с сосредоточенной теплоёмкостью — аналитический эталон

Дано. C_{\mathrm{th}}=100\,\mathrm{Дж/К}; R_{\mathrm{th}}=2\,\mathrm{К/Вт}; постоянные потери P=10\,\mathrm{Вт}; T_{\infty }=300\,\mathrm{К}; T(0)=300\,\mathrm{К}. Применимость равномерной температуры проверяется отдельно.

  1. Тепловая постоянная времени равна 200 с, установившееся превышение температуры 20 К.

  2. При 200 с превышение равно 12,64 К.

  3. При отключении потерь температура экспоненциально приближается к среде с той же постоянной времени.

Ответ: T(200\,\mathrm{с})=312{,}64241118\,\mathrm{К}; T_{\infty ,\mathrm{steady}}=320\,\mathrm{К}.

Проверка: Применимость одноузловой оценки обоснуйте числом Био и пространственным распределением температуры. Значения получены аналитически и сами по себе не подтверждают выполнения полевого расчёта FEMM.

Углублённый разбор

Индукционный нагрев: поле, мощность, поверхность и теплоперенос

Как индуктор нагревает заготовку

Индукционный нагреватель состоит из питаемой переменным током обмотки и проводящей заготовки. Магнитный поток вызывает в заготовке замкнутые вихревые токи; их джоулевы потери становятся источником тепла. Электрический контакт с заготовкой не нужен. Входные данные — частота, ток, геометрия, электропроводность и магнитная характеристика; выходные — поле, распределение тока, мощность нагрева и температура при заданном охлаждении.

Плоская спиральная катушка под круглым диском допускает осесимметричную идеализацию. Каждое кольцо тока в меридиональном сечении имеет азимутальное направление. Дискретный шаг спирали, подводящие выводы и неодинаковое охлаждение по окружности исключены. Объёмный интеграл обязан включать множитель 2\pi r: площадь сечения сама по себе не является объёмом заготовки.

Связная последовательность соответствует практикуму ENSEM, но исполняемый пример ниже уменьшен: диск радиуса 20 мм и толщины 2 мм, \mu _{r}=100, \sigma =1{,}67 МСм/м; катушка 10 витков радиусами 5…18 мм на 3…5 мм ниже диска. Ток 10 А RMS вводится как 14,1421 А амплитуды. Это самостоятельная геометрия для быстрой проверки методов, а не воспроизведение бытовой плиты автора.

Диффузия поля и разрешение скин-слоя

В квазистационарном приближении ток смещения мал по сравнению с током проводимости. Из \operatorname{rot} H=J, \operatorname{rot} E=-\partial B/\partial t и J=\sigma E в однородном линейном проводнике следует уравнение диффузии. При зависимости \exp (j\omega t) поле в полупространстве убывает как \exp[−(1+j)x/\delta]. Амплитуда уменьшается в e раз за глубину \delta, а фаза запаздывает на один радиан.

Условие h\le \delta /3 — начальный выбор размера элементов, а не доказанная точность. Сравнение \delta /3 и \delta /6 проверяет чувствительность мощности. В углах, возле ребра диска и при неоднородном насыщении нужен дополнительный контроль. При изменении частоты нельзя оставлять сетку, выбранную для низкочастотного режима.

При увеличении частоты в 25 раз глубина проникновения уменьшается в 5 раз. Это одновременно повышает вычислительную стоимость объёмной модели и улучшает асимптотическое обоснование поверхностного импеданса. Нелинейная или комплексная проницаемость требует более аккуратного определения эффективного скин-слоя, чем подстановка одного постоянного \mu _{r}.

\nabla^2\widehat H=j\omega\mu\sigma\widehat H,\quad\delta=\sqrt{\frac{2}{\omega\mu\sigma}},\quad\widehat H(x)=\widehat H(0)e^{-(1+j)x/\delta}
(35.14)
Фазоры амплитудные, временная конвенция \exp (j\omega t).
dV=2\pi r\,dr\,dz,\qquad P_J=\int_V\frac{|\widehat J|^2}{2\sigma}\,dV
(35.15)
Число 1/2 возникает при усреднении произведения амплитудных синусоид.

Когда допустима замена объёма импедансной границей

Если толщина проводника и характерный радиус кривизны намного больше \delta, поле внутри можно исключить из сетки. Его влияние на внешнее поле заменяется соотношением между касательными E и H на поверхности. Поверхностное сопротивление равно реактивной части: обе пропорциональны 1/(\sigma \delta ). В FEMM это Small Skin Depth, тип магнитной границы 1, с явно указанными \mu _{r} и \sigma.

Удаление области проводника меняет способ вычисления мощности: интеграл по отсутствующему объёму больше не определён. Мощность берут либо из потока Пойнтинга по поверхности, либо из активной мощности, передаваемой через идеальный индуктор. Если у индуктора есть собственные потери, их необходимо вычесть; иначе вся входная мощность ошибочно приписывается заготовке.

В новом опыте обмотка представлена идеальными тонкими витками, поэтому переданная мощность выражается через её потокосцепление. Для реальной Litz-катушки следует добавить её материалы и сравнивать P вход−P обмотки с P заготовки. При t/\delta \approx 1{,}6 на 1 кГц поверхностная модель имеет ограниченное основание; на 25 кГц t/\delta \approx 8{,}1, но ребро диска остаётся источником локальной ошибки.

Z_s=\frac{1+j}{\sigma\delta},\qquad\overline p_s=\frac12\operatorname{Re}(Z_s)|\widehat H_t|^2
(35.16)
Поверхностная плотность мощности в Вт/м²; ориентацию нормали согласуют с потоком внутрь металла.
P_{tr}=\frac12\operatorname{Re}\{j\omega\widehat\Psi\widehat I^*\}=-\frac\omega2\operatorname{Im}(\widehat\Psi\widehat I^*)
(35.17)
Формула относится к идеальной токовой обмотке; её собственное сопротивление здесь равно нулю.

Слабая связь с тепловой задачей и её пределы

Магнитное решение даёт пространственную плотность потерь q. Тепловой модуль решает баланс накопления энергии, теплопроводности и внешнего теплообмена. При постоянных свойствах сначала можно рассчитать электромагнитную задачу, затем перенести мощность в тепло. При существенном нагреве электропроводность и B–H меняются, поэтому требуется внешняя итерация двух встроенных модулей.

В компактном опыте q усредняется по диску: q=P/V. Это сохраняет полную мощность, но сглаживает нагрев скин-слоя. Для локальной температуры поверхности нужно разбить диск на слои или области и переносить интегральную мощность каждой области, проверяя сумму. Простое копирование значений в узлы другой сетки может нарушить баланс.

На верхней, нижней и боковой поверхностях задана конвекция к 293,15 К с h=10 Вт/(м²·К); ось r=0 имеет условие симметрии. Полученная стационарная температура сухого диска не является температурой воды. Нагрев воды требует её массы, теплоёмкости, теплообмена, возможной конвекции и скрытой теплоты фазового перехода. Переходный тепловой API FEMM 5 доступен, но данный короткий FE-опыт проверяет стационарную передачу мощности.

\rho c\frac{\partial T}{\partial t}=\nabla\cdot(k\nabla T)+q,\qquad-k\partial_nT=h(T-T_a)
(35.18)
В FEMM магнитные потери задаются в Вт/м³; объёмная теплоёмкость теплового материала — в МДж/(м³·К).
T_\infty\simeq T_a+\frac{P}{hS},\quad\tau=\frac{\rho cV}{hS},\quad T(t)=T_a+\frac{P}{hS}(1-e^{-t/\tau})
(35.19)
Сосредоточенная оценка допустима при малом числе Био; это независимая модель, не выполненный переходный расчёт методом конечных элементов.

Две частоты и два представления проводника

Дано. I_{\mathrm{RMS}}=10 А; новый диск r=20 мм, t=2 мм; постоянные \mu _{r}=100, \sigma =1{,}67 МСм/м.

  1. На 1 кГц \delta =1{,}23158 мм; объёмные мощности на \delta /3 и \delta /6: 0,0419902 и 0,0417526 Вт. Импедансная граница: 0,0404700 Вт, отличие−3,07% от более мелкой объёмной сетки.

  2. На 25 кГц \delta =0{,}246316 мм; мощности 3,31846 и 3,30337 Вт. Импедансная граница: 3,28816 Вт, отличие−0,460%.

  3. Для мелкой объёмной сетки 25 кГц мощность через потокосцепление 3,30340 Вт; невязка с объёмным интегралом около 3,06·10⁻⁵ Вт.

Ответ. Уточнение сетки меняет объёмную мощность на 0,455% при 25 кГц; поверхностная модель приближается к объёмной при уменьшении \delta /t.

Проверка. Сравниваются одинаковые ток, геометрия и материалы. Ни правило \delta /3, ни совпадение двух интегралов не доказывают отсутствие геометрической ошибки.

Мощность превращается в температуру

Дано. P=3{,}30337 Вт, V=2{,}51327\cdot 10^{-6} м³, k=15 Вт/(м·К), h=10 Вт/(м²·К).

  1. Переносим q=P/V=1{,}31437\cdot 10^{6} Вт/м³ в новый тепловой документ.

  2. Полная охлаждаемая поверхность 2\pi R^{2}+2πRt даёт сосредоточенную оценку 412,638 К.

  3. Нативный тепловой расчёт даёт температуру центра 413,100 К; разность 0,462 К отражает пространственную неоднородность.

Ответ. Связь поле→мощность→теплоперенос выполнена внутри FEMM 5. Показана стационарная температура сухого учебного диска.

Проверка. При \rho c=3{,}9 МДж/(м³·К) оценка \tau \approx 354{,}5 с; время нагрева не следует из одного стационарного решения.

Самостоятельное воспроизведение и расширение

  1. Запустите 07-induction-heating.py и сопоставьте шесть магнитных строк.
  2. Проверьте RMS/амплитуду; сопоставьте объёмную мощность с мощностью через потокосцепление.
  3. Повторите 25 кГц при другом токе и проверьте P∝I^{2} только для постоянных линейных свойств.
  4. Разбейте диск на поверхностный слой и внутреннюю область; перенесите две интегральные мощности с сохранением их суммы.

Ожидаемый результат. Шесть магнитных моделей, тепловая модель и results.json с балансом мощности.

Проверка.

  • Уточнение сетки \delta /3\to \delta /6.
  • Сумма переносимых мощностей равна исходной.
  • Температуры и тепловые коэффициенты заданы в СИ.
Индукционный нагрев и стационарное тепло

Шесть полевых гармонических решений и одно тепловое; авторская уменьшенная геометрия.

Проверка программы. Программа выполнена во встроенном Python FEMM 5.0. Это ограниченная проверка указанной постановки, не эксперимент.

Скачать программу для встроенного Python FEMM 5

Для запуска сохраните необходимые файлы, сохраняя их имена и структуру подпапок:

MicroPython · FEMM 5
"""Законченный уменьшенный ENSEM-подобный опыт: ток → потери → температура.
FEMM 5/MicroPython. Диск r=20 мм, t=2 мм; mu_r=100, sigma=1.67 МСм/м.
Катушка r=5..18 мм, z=-5..-3 мм, N=10, I_peak=sqrt(2)*10 А; тонкие витки.
f=1 и 25 кГц; сетки delta/3 и delta/6, затем Small Skin Depth на том же контуре.
Тепловая модель: k=15 Вт/(м К), h=10 Вт/(м² К), Ta=293.15 К; потери при 25 кГц.
Потери усредняются по объёму с сохранением мощности; стационарная температура
не предсказывает время закипания и не учитывает воду/движение/зависимость sigma(T).
"""

# Каталог сценария определяется явно: запуск не зависит от чужого CWD.
import os
import sys

os.chdir(os.path.dirname(os.path.abspath(sys.argv[0])))
exec(open("common.py").read())
folder = result_folder("results-induction-heating")
rows = []
for frequency, mode, divisor in [
    (1000, "Bulk", 3),
    (1000, "Bulk", 6),
    (1000, "Impedance", 3),
    (25000, "Bulk", 3),
    (25000, "Bulk", 6),
    (25000, "Impedance", 3),
]:
    delta = math.sqrt(2 / (2 * math.pi * frequency * MU0 * 100 * 1.67e6))
    newdocument(0)
    mi_probdef(frequency, "millimeters", "axi", 1e-9, 1, 30)
    material("Air")
    material("Metal", mu=100, sigma=1.67)
    mi_addcircprop("Coil", math.sqrt(2) * 10, 1)
    mi_drawrectangle(5, -5, 18, -3)
    label(10, -4, "Air", 0.4, "Coil", 10, 1)
    mi_drawrectangle(0, 0, 20, 2)
    label(25, 0, "Air", 1.5)
    mi_makeABC(7, 70, 0, 0, 0)
    if mode == "Bulk":
        label(10, 1, "Metal", delta * 1000 / divisor, group=2)
    else:
        mi_selectsegment(0, 1)
        mi_deleteselectedsegments()
        mi_addboundprop("SSD", 0, 0, 0, 0, 100, 1.67, 0, 0, 1)
        for x, y in [(10, 0), (20, 1), (10, 2)]:
            mi_selectsegment(x, y)
        mi_setsegmentprop("SSD", delta * 1000 / 3, 0, 0, 2)
        mi_clearselected()
    solve(folder, "%dHz-%s-%d" % (frequency, mode, divisor))
    current, voltage, linkage = mo_getcircuitproperties("Coil")
    transmitted = -(2 * math.pi * frequency * linkage * current.conjugate()).imag / 2
    row = {
        "frequency_Hz": frequency,
        "mode": mode,
        "mesh_divisor": divisor,
        "delta_mm": delta * 1000,
        "P_from_linkage_W": transmitted,
        "elements": mo_numelements(),
    }
    if mode == "Bulk":
        mo_groupselectblock(2)
        row["P_volume_W"] = mo_blockintegral(4).real
    rows.append(row)
    close_magnetic()
    save_json(folder, {"magnetic": rows})
power = rows[4]["P_volume_W"]
volume = math.pi * 0.02**2 * 0.002
newdocument(2)
hi_probdef("millimeters", "axi", 1e-9, 1, 30)
hi_addmaterial("Metal", 15, 15, power / volume, 3.9)
hi_addboundprop("Convection", 2, 0, 0, 293.15, 10, 0)
hi_drawrectangle(0, 0, 20, 2)
hi_addblocklabel(10, 1)
hi_selectlabel(10, 1)
hi_setblockprop("Metal", 0, 0.25, 1)
hi_clearselected()
for x, y in [(10, 0), (20, 1), (10, 2)]:
    hi_selectsegment(x, y)
hi_setsegmentprop("Convection", 0.25, 0, 0, 0)
hi_clearselected()
hi_saveas(os.path.join(folder, "temperature.feh"))
hi_analyze(1)
hi_loadsolution()
temperature = ho_getpointvalues(0, 1)[0]
ho_close()
hi_close()
surface = 2 * math.pi * 0.02**2 + 2 * math.pi * 0.02 * 0.002
data = {
    "magnetic": rows,
    "thermal": {
        "input_W": power,
        "volume_m3": volume,
        "uniform_q_W_m3": power / volume,
        "center_T_K": temperature,
        "lumped_T_K": 293.15 + power / (10 * surface),
    },
}
save_json(folder, data)
assert power > 0 and temperature > 293.15
assert abs(power / rows[4]["P_from_linkage_W"] - 1) < 0.03
print(data)

Сохранённые численные результаты: таблица JSON. Просмотр серий доступен на отдельной странице исследования.

Границы модели.

Связная авторская реконструкция метода ENSEM во встроенном Python. Не модель всей плиты, не расчёт воды и не эксперимент; перенос мощности здесь усреднённый, свойства не зависят от температуры.

Первоисточники: [20] (Раздел Chauffage par induction: Premiers calculs; Impédance de surface; température.).

От конструктивных размеров к магнитной и тепловой проверке

Какие ограничения связывают геометрию машины

Электрическая машина преобразует энергию за счёт взаимодействия поля и токов. Полевая модель описывает активное сечение, но конструкция содержит также лобовые части, изоляцию, корпус и пути охлаждения. Поэтому геометрически возможная обмотка ещё не обеспечивает допустимые ток, температуру и напряжение.

До создания модели составьте таблицу исходных ограничений: активная длина, диаметры, механический зазор, площадь паза, сечение изолированного провода, число проводников, материал, ток и охлаждение. После расчёта возвращайте в эту таблицу потокосцепления, момент и потери. Такая последовательность связывает предварительный выбор размеров с проверкой FEMM.

Влияние пазового раскрытия иногда оценивают увеличенным эффективным зазором. Если пазы построены в FEMM явно, дополнительно увеличивать геометрический зазор коэффициентом Картера нельзя: это повторно учитывает один эффект.

k_{\text{зап}}=\frac{n_{\text{пр}}S_{\text{медь}}}{S_{\text{паза}}},\qquad J=\frac{I_{\text{пр}}}{S_{\text{медь}}}
(35.20)
Площадь меди отличается от площади провода с изоляцией; n пр — число проводников в пазу. Для параллельных ветвей ток проводника определяют из схемы.
g_{\text{эф}}=k_{\text{К}}g,\quad k_{\text{К}}>1,\qquad \mathcal R_{\text{з}}\approx\frac{g_{\text{эф}}}{\mu_0 S_{\text{з}}}
(35.21)
Приближение эффективного зазора применяют в предварительной гладкозазорной схеме, а не поверх явно заданной пазовой геометрии.

Медные потери и однозвенная тепловая оценка

Активное сопротивление зависит от полной длины провода, включая лобовые части. В магнитостатической модели идеализированной обмотки эта длина автоматически не появляется. Сначала вычислите сопротивление при известной температуре, затем мощности всех фаз и прочие источники тепла.

Для первого контроля заменим пути отвода тепла одним тепловым сопротивлением. Из баланса мощности следует превышение установившейся температуры. С учётом теплоёмкости получается дифференциальное уравнение первого порядка. Это собственная оценка курса; пространственное поле температуры в следующем практикуме FEMM проверяет её допущения.

R(T)=\rho_{20}\frac{l_{\text{пров}}}{S_{\text{медь}}}\bigl[1+\alpha_{20}(T-20\,^{\circ}\text{C})\bigr],\quad P_{\text{медь}}=mI_{\text{д}}^2R(T)
(35.22)
\rho _{20} — Ом·м; \alpha _{20} — К⁻¹; I д — действующее значение фазного тока. Для несинусоидального тока используйте среднее i^{2}R либо гармонический расчёт потерь.
C_{\text{т}}\frac{\mathrm d\Delta T}{\mathrm dt}=P-\frac{\Delta T}{R_{\text{т}}},\quad \Delta T_{\infty}=PR_{\text{т}},\quad \tau_{\text{т}}=R_{\text{т}}C_{\text{т}}
(35.23)
R т — К/Вт; C т — Дж/К; \Delta T — К; \tau т — с. При постоянных коэффициентах и \Delta T(0)=0 решение равно PR т[1-\exp(-t/\tau т)].

Проверка размещения провода и температурного бюджета

Дано. S паза=100 мм², 90 проводников по 0,5 мм² меди; фазный ток 2 А действующего значения, провод фазы 50 м; \rho _{20}=1{,}724\cdot 10^{-8} Ом·м; три фазы. Для общей тепловой оценки R т=2 К/Вт, C т=300 Дж/К; учитывается только медь при 20 °C.

  1. Коэффициент заполнения медью 0,45, плотность тока проводника 4 А/мм². Возможность размещения изоляции проверяется отдельно.

  2. Фазное сопротивление 1,724 Ом; суммарные медные потери 20,688 Вт.

  3. При постоянных потерях получаем предварительные тепловые параметры.

    \Delta T_{\infty}=41{,}376\ \text{К},\quad\tau_{\text{т}}=600\ \text{с},\quad\Delta T(600\ \text{с})\approx26{,}15\ \text{К}
    (35.24)

Ответ. Эта оценка даёт порядок нагрева и время выхода на режим. Она ещё не включает нагрев сопротивления, потери стали, магнитов и контактные тепловые сопротивления.

Проверка. Если учесть рост R, равновесие нужно согласовать повторно. Для \alpha _{20}=0{,}00393 К⁻¹ и среды 20 °C: \Delta T=P_{20}R т/(1-\alpha _{20}P_{20}R т)≈49,4 К. Условие положительного знаменателя выявляет ограничение этой линейной тепловой схемы.

Границы модели.
  • Учебные размеры, расчёты и выводы самостоятельны. Из материалов PEG отобраны только постановка магнитного проектирования и тепловые ограничения; расчёт силовой электроники и прошивки в маршрут не включён. Тепловая оценка не определяет допустимый класс изоляции или ресурс без исходных данных.

Первоисточники: [54] (физические страницы PDF 20, 24, 62–64); [55] (физические страницы PDF 50–56).

Практикум в FEMM 5

Перенесите сохранённую карту потерь машины в тепловую модель; сравните два условия охлаждения и стационарный либо переходный режим.

Таблица 35.2. Исходные данные практикума
Исходная величинаЗначениеЕдиница
C_{\mathrm{th}}100Дж/К
R_{\mathrm{th}}2К/Вт
P10Вт
t200с
  1. Составьте стационарную тепловую модель с потерями в выбранных областях и документированными условиями охлаждения.
  2. Задайте объёмную теплоёмкость материалов в МДж/(м³·К) и получите начальное решение.
  3. Организуйте последовательность тепловых шагов с предыдущим решением; сохраняйте источник по каждой части цикла.
  4. Проверьте сохранение энергии и временную сходимость; сравнение с RC-оценкой сопровождайте различием максимальной и средней температуры.

Ожидаемый результат. T(200\,\mathrm{с})=312{,}64241118\,\mathrm{К}; T_{\infty ,\mathrm{steady}}=320\,\mathrm{К}. Для FEMM сравнение действительно только при совпадении идеализации и граничных условий.

Как проверить. Число Био и пространственное распределение температуры должны оправдывать одноузловую оценку; она не является доказанным результатом FEMM. Прямое численное сравнение возможно только при совпадении всех исходных данных и постановки.

Обработка и анализ результатов

Как охлаждение и анизотропия меняют температуру при одной мощности потерь?

  1. Сведите мощности по областям, направления теплопроводности, температуры и выходящие потоки вариантов.
  2. Восстановите профиль или тепловое сопротивление из таблицы; сопоставьте суммарные источники и выходящие потоки.

С чем сравнить. Опора — закон Фурье и аналитический тепловой баланс из занятия. Теплоотдача и свойства материала являются исходными данными; одномерный предел применим только при согласованном пути тепла.

Итог работы. Тепловой баланс и сравнение температур с перечислением исключённых осевых эффектов.

Расчётные исследования по теме

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

  • Температура подземного кабеля

    Три кабеля в одной траншее нагревают друг друга через грунт. Поэтому средний кабель оказывается горячее крайних даже при одинаковых потерях и одинаковой конструкции. Задача связывает внутренние сопротивления изоляции с распространением тепла в окружающей среде и с конвекцией на поверхности земли. Она полезна для обсуждения групповой прокладки и различия между локальной температурой поверхности и температурой жилы.

    Решений FEMM: 3 · Численных проверок: 6

  • Ортотропный теплораспределитель аппарата

    Пластина 20 × 20 мм, глубина 1 мм; короткий контакт 60 °C на левой нижней стороне и контакт 20 °C на правой верхней стороне. Теплопроводности по осям 20 и 2 Вт/(м К).

    Решений FEMM: 6 · Численных проверок: 2

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.

Увеличенная область трёх многослойных кабелей в грунте: межосевое расстояние 300 мм. Поверхность грунта и удалённая граница за кадром; подписи материалов скрыты только в отображении.
Увеличенная область трёх многослойных кабелей в грунте: межосевое расстояние 300 мм. Поверхность грунта и удалённая граница за кадром; подписи материалов скрыты только в отображении. Открыть в полном размере
Сохранённое решение «Температура подземного кабеля». Температура T, К, и изотермы вокруг трёх подземных кабелей. Верхняя горизонталь — поверхность грунта; удалённая нижняя граница за кадром.
Сохранённое решение «Температура подземного кабеля». Температура T, К, и изотермы вокруг трёх подземных кабелей. Верхняя горизонталь — поверхность грунта; удалённая нижняя граница за кадром. Открыть в полном размере
Рабочая область модели «Ортотропный теплораспределитель аппарата». Нативный препроцессор FEMM 5.
Рабочая область модели «Ортотропный теплораспределитель аппарата». Нативный препроцессор FEMM 5. Открыть в полном размере
Сохранённое решение «Ортотропный теплораспределитель аппарата». Температура T, К, и изотермы ортотропного теплораспределителя; стационарная теплопроводность.
Сохранённое решение «Ортотропный теплораспределитель аппарата». Температура T, К, и изотермы ортотропного теплораспределителя; стационарная теплопроводность. Открыть в полном размере

Самостоятельная работа

Перенесите сохранённую карту потерь машины в тепловую модель; сравните два условия охлаждения и стационарный либо переходный режим. Сопоставьте исходный и изменённый режимы, сохраните исходные файлы, результаты и объяснение различия.

Критерий выполнения: Сумма источников совпадает с принятой мощностью потерь; есть тепловой баланс, температурная сходимость и перечень исключённых осевых эффектов; h не объявлен решённым FEMM.
Первоисточники и дополнительное чтение по занятию
  1. [33] — 13, 65–77, 129–142
  2. [20] — Раздел Chauffage par induction: Premiers calculs; Impédance de surface; température.
  3. [54] — физические страницы PDF 20, 24, 62–64
  4. [55] — физические страницы PDF 50–56
Пояснения и типичные ошибки
Почему нужна отдельная таблица переноса потерь?

Она связывает источник каждой мощности с конкретным объёмом тепловой модели и позволяет проверить сохранение ватт.

Какое контрольное число и единица проверяют этот опыт?

T(200\,\mathrm{с})=312{,}64241118\,\mathrm{К}; T_{\infty ,\mathrm{steady}}=320\,\mathrm{К}.

При каких предположениях получена приведённая формула?

RC-формула — проверочный предел пространственно однородного тела. Тепловая модель FEMM решает распределённую теплопроводность, без гидродинамики.

На что обратить внимание

  • Средняя температура статора не заменяет максимальную температуру изоляции; выбор контрольной точки должен соответствовать критерию.
  • RC-формула — проверочный предел пространственно однородного тела. Тепловая модель FEMM решает распределённую теплопроводность, без гидродинамики.