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
Подготовительный этап методики · Обеспечение воспроизводимости расчётной последовательности
Инженерный вопрос. Какие числа подтверждены сохранённым расчётом точной версии модели?
От геометрии и обмоток переходят к потокосцеплениям и ЭДС, затем к характеристикам ХХ, КЗ, нагрузки и регулирования. Эти характеристики определяют требуемое возбуждение и допустимый электрический режим.
Последовательность решения, отчёт и критерии результата
Результат этого этапа — проверенная постановка или воспроизводимая процедура перед серией расчётов.
Последовательность решения
Обосновать постановку и способ измерения. Разделите исходный файл, изменённую копию, актуальное решение и последующую обработку; каждая команда должна обращаться к ожидаемому документу.
Турбогенератор как воспроизводимый вычислительный эксперимент. Выполните действия практикума по его исходной таблице. Сопоставьте параметры протокола и модели: радиусы, воздушный зазор, активную длину, полюсность и источник возбуждения. Укажите, как они определяют последующий расчёт ЭДС.
Ответить на вопрос по своим результатам. Повторите выбранную строку по сохранённым входам и проверьте связь числа с файлом и режимом; зафиксируйте причину отказа отдельно.
Что включить в отчёт
Результат этого занятия. Краткая цепочка от входов до результата с различением полевых и аналитических данных.
Данные именно этого опыта. Сопоставьте параметры протокола и модели: радиусы, воздушный зазор, активную длину, полюсность и источник возбуждения. Укажите, как они определяют последующий расчёт ЭДС.
Оформление наблюдений. Таблица заданных и прочитанных из сохранённой модели параметров с единицами и объяснением их влияния на характеристику генератора.
Как обосновать результат
Проверка из практикума. Указаны p=1, плоская постановка, активная длина, частота магнитостатической задачи 0 Гц и частота движения 50 Гц; мощность 340 МВт не заявлена.
Независимый контроль. Повторите выбранную строку в новой рабочей папке по сохранённым входам; аналитический self-check проверяет арифметику, а решение FEMM — полевую постановку.
Критерий выполнения. Указаны p=1, плоская постановка, активная длина, частота магнитостатической задачи 0 Гц и частота движения 50 Гц; мощность 340 МВт не заявлена.
Точность и расхождения. Критерий этого этапа — соответствие исходным данным, топологии, назначениям и процедуре повторного открытия. Численный допуск поля здесь не назначают: поле ещё не является защищаемым результатом. Расхождения размеров и параметров фиксируйте с единицами и происхождением.
Основание сравнения. Опора — контрольный пример и протокол воспроизведения этого занятия. Численный self-check программы и фактическое решение FEMM имеют разное происхождение.
Вывод для устройства
Покажите, как другой исполнитель воспроизведёт параметр устройства и обнаружит сбой без ручного восстановления скрытого состояния.
Границы вывода. Каждая характеристика требует своих независимых условий и скорости. Двумерный срез, заданные токи и статическое поле не подтверждают автоматически режим на сеть, устойчивость и полную мощность реального генератора.
Теория и вывод формул
Исследование турбогенератора последовательно связывает исходные данные, построение геометрии, рабочие характеристики и влияние дефектов. Методическую основу составляют работы Милыха и соавторов; учебный материал включает собственную адаптированную модель и независимые контрольные примеры.
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.
В работах по турбогенераторам последовательно связаны параметрическое построение, насыщенное поле, фазовые соотношения, многопозиционные функции и рабочие характеристики. Перенос в FEMM 5 означает новое исполняемое описание на встроенном MicroPython: алгоритм сохраняет физический смысл, но не обязан повторять структуру Lua-программы.
Учебный объект — двухполюсная машина с 24 открытыми пазами статора и 12 открытыми пазами возбуждения цилиндрического ротора. Каждый профиль содержит устье, выемку под клин и отдельную немагнитную область клина; ферромагнитной перемычки поперёк устья нет. Размеры, число витков и кривые стали заданы в программе как учебные. Это самостоятельная геометрия. Статья 2015 г. демонстрирует 340 МВт; статья 2019 г. Милыха и Ревуженко — 325 МВт. Ни одну из этих заявленных изготовителем мощностей нельзя приписывать данной модели.
Статья 2015 прямо сообщает о публикации лишь фрагментов входного D_TG340.txt. Не раскрыты все массивы размеров пазов, радиус ротора, размеры спинки, упаковка и полная B(H) статора. Поэтому воссоздать точный турбогенератор 340 МВт по этим материалам нельзя; недостающие данные в курсе не выдаются за опубликованные. Статья 2019 относится к другой машине 325 МВт и другому составу авторов: В. И. Милых и С. А. Ревуженко.
Протокол и единицы
Плоская модель решает поперечное сечение. Активная длина умножает потокосцепление, энергию, силу и момент; лобовые части, торцевое рассеяние, демпферные и вихревые токи не возникают от увеличения глубины. Частота 50 Гц задаёт последующую связь угла и времени; каждая позиция рассчитывается магнитостатически при частоте задачи 0 Гц.
До расчёта фиксируем направление +z для проводников, положительный поворот против часовой стрелки, начала A, B, C, ось d возбуждения, ось q и знак отдаваемой мощности. По каждой величине в таблице указываем: мгновенная, амплитуда первой гармоники или действующее значение.
p — число пар полюсов; f — Гц; n_s — об/мин; угловые скорости — рад/с. В учебном объекте p=1.
Из одной электрической пары периодов за оборот следует f=p n/60.
При p=1 и f=50 Гц получаем n=3000 об/мин, \Omega =314{,}159 рад/с и T=0{,}020 с.
Устройство независимого шага
reproduce.py принимает STAGE от 01 до 16. Шаг сам восстанавливает необходимые контуры, свойства и возбуждение; запуск 09 не требует предварительного запуска 01–08. На стадиях 01–03 последовательно строится геометрия, на 04 добавляются нелинейные B(H), на 05 включаются рабочие токи. Программа выполняет проверочный расчёт при нулевых токах и сохраняет FEM/ANS также на ранних стадиях: это проверка сборки и сетки при нулевых токах, а не рабочий режим или характеристика генератора.
Сохраните reproduce.py и выбранный run-NN.py в одну рабочую папку; проверьте README.md и абсолютный путь TG_ROOT. Выполните выбранный файл во встроенном редакторе FEMM 5. В новой папке calculated-NN изучайте result.json, CSV и сохранённые модели. Повторные опыты храните отдельно. Библиотечные оригиналы и ранее проверенные квитанции не заменяются учебными копиями.
Вывод кинематической и размерной основы модели
Предполагаем p одинаковых пар полюсов, постоянную механическую скорость и отсутствие скоса по длине. За механический оборот магнитная полярность повторяет p электрических периодов. Все равенства относятся к этим предположениям.
Сначала считаем число периодов, затем выводим частоту и только после этого связываем угловую последовательность с временем. Глубина модели входит в интегралы один раз; повторное умножение экспортированного момента на активную длину даст ошибку.
Связь с программой. Проверочная программа занятия вычисляет n и Te. В reproduce.py постоянная OMEGA задаёт электрическую опорную частоту; build() создаёт магнитостатическую задачу с частотой 0 и глубиной CFG["depth_mm"].
Оборот равен 2\pi механических радиан, а p электрических периодов — 2\pi p; отсюда электрический угол пропорционален механическому.
Сохраните reproduce.py и выбранный run-NN.py в одну папку, прочитайте README.md и укажите рабочий путь TG_ROOT; найдите исходные размеры, B(H), витки, глубину и сопротивление.
Составьте таблицу из четырёх колонок: величина, единица, источник, статус «учебное допущение / из статьи / измерено / вычислено».
Запишите соглашения о токах и координатах до первого запуска; проверьте, что ток отдачи противоположен пассивному фазному току FEMM, направленному внутрь машины. Ток возбуждения ротора задаётся отдельной цепью.
Откройте run-01.py, укажите TG_ROOT и сохраните отдельную рабочую копию. Сравните встроенный запуск с кодом на странице.
Выберите будущий результат: U, P, T или гармонику внешнего поля. Определите, какие исходные данные и проверки потребуются для вывода о нём.
Ожидаемый результат. Протокол учебной модели, карта 16 воспроизводимых стадий и схема происхождения данных.
Как проверить. Указаны p=1, плоская постановка, активная длина, частота магнитостатической задачи 0 Гц и частота движения 50 Гц; мощность 340 МВт не заявлена.
Оценка результата
Какие числа подтверждены сохранённым расчётом точной версии модели?
Сопоставьте протокол, пути исходников, контрольные суммы и происхождение выбранной строки результата.
Повторите выбранную строку по сохранённым входам и проверьте связь числа с файлом и режимом; зафиксируйте причину отказа отдельно.
С чем сравнить. Опора — контрольный пример и протокол воспроизведения этого занятия. Численный self-check программы и фактическое решение FEMM имеют разное происхождение.
Итог работы. Краткая цепочка от входов до результата с различением полевых и аналитических данных.
Сохраните reproduce.py и выбранный run-NN.py в одну рабочую папку и прочитайте README.md. Укажите её абсолютный путь в TG_ROOT; пример на странице использует C:/FEMM5/turbogenerator. Запускайте через редактор Python FEMM 5. Каждый шаг восстанавливает необходимые входы без запуска предыдущих; внешний pyFEMM не требуется.
Python · встроенный MicroPython FEMM 5
"""Турбогенератор как воспроизводимый вычислительный эксперимент: аналитическая проверка паспорта, без запуска полевого решателя."""importmath# Двухполюсная машина имеет одну пару полюсов; все скорости записываем с единицами.f_hz=50.0p=1n_rpm=60.0*f_hz/p# Электрический период соответствует полному механическому обороту при p = 1.print("Синхронная частота вращения, об/мин:",n_rpm)print("Длительность периода, с:",1.0/f_hz)
Самостоятельная работа
Составьте протокол мини-курса и укажите по одному независимому контролю для геометрии, поля, цепи, спектра и динамики.
Критерий выполнения: Указаны p=1, плоская постановка, активная длина, частота магнитостатической задачи 0 Гц и частота движения 50 Гц; мощность 340 МВт не заявлена.
Первоисточники и дополнительное чтение по занятию
[72] — С. 7–14; алгоритм геометрии и назначения свойств. Учебная геометрия курса создана отдельно.
[73] — С. 24–30; особенно с. 25–27: симметрия и многопозиционные функции. Реконструкция по 60° требует условий симметрии.
[65] — С. 1–12; ХХ, КЗ, регулировочные и U-образные характеристики; в статье рассмотрен турбогенератор 325 МВт.
Пояснения и типичные ошибкиПочему 50 Гц не вводятся как частота каждой магнитостатической позиции?
Позиции являются замороженными состояниями заданных токов и геометрии; время восстанавливается после расчёта. Частотная вихретоковая задача имеет другие уравнения.
Может ли учебная модель считаться цифровым двойником промышленного ТГ?
Для этого нет полного набора геометрии, материалов, обмоточных, торцевых и экспериментальных данных. Она воспроизводит методику в явно ограниченной постановке.
На что обратить внимание
Номинальная мощность опубликованного прототипа не является мощностью учебной модели.
Число успешно выполненных скриптов не заменяет проверку физических предположений.