Дополнительный расчётный метод
Гладкий зазор: аналитическая проверка поля и независимых источников ошибки
Сопоставление с точным полем гладкого зазора позволяет отдельно измерить ошибку сетки, дискретизации возбуждения и затухания гармоник.
Лабораторные работы по методу: Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник
Получаемые величины. B, H на разных высотах зазора; коэффициент затухания; ошибка сетки; ошибка представления токового слоя
- Сопоставляем граничные условия скалярного и векторного потенциалов.
- Выполняем плоский и кольцевой эталоны при постоянной и гармонической МДС.
- Сравниваем точечные значения и гармонические амплитуды с аналитикой.
- Меняем только сетку при фиксированном токовом слое, затем только слой при фиксированной сетке.
Страницы источника. PDF 1–4: границы; 5–9: слои и периодичность; 9–12: количественная программа
Литература по методу
Чётное и нечётное поля паза: Картер и разностная проводимость
Разложение на чётное и нечётное поля объясняет, как паз одновременно изменяет главный поток и создаёт рассеяние.
Лабораторные работы по методу: Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник; Сила в пазу: нагрузка меди, стенок и выбор глубины проводника
Получаемые величины. \beta _s(x), \beta _c(x); поток полузубцового деления; разностная проводимость \theta; коэффициент Картера k\delta
- При одинаковой геометрии решить нечётное поле тока паза.
- Заменяем распределённый ток тонким слоем, сохранив полный ток.
- Рассчитываем чётное поле с согласованной опорной индукцией.
- Вычисляем проводимость и k\delta, сопоставляем с аналитическим эталоном.
Страницы источника. PDF 1: смысл разложения; 2–3: варианты, интегралы, k\delta и проверка
Литература по методу
Конформный эталон поля линейного тока
Конформный эталон позволяет независимо проверить потенциалы и выбрать сгущение сетки при резко различающихся геометрических масштабах.
Лабораторные работы по методу: Сила в пазу: нагрузка меди, стенок и выбор глубины проводника
Получаемые величины. A в 7 парах сходственных точек; ошибка потенциала; отклонение от ортогональности линий \psi и \Phi
- Строим исходную и отображённую области.
- Фиксируем общий уровень потенциала и вычисляем пары координат.
- Сопоставляем A и строим одну эквипотенциаль \psi.
- Проверяем сгущение сетки и внешнюю границу независимо.
Страницы источника. PDF 1–4: преобразование и точки; 5–7: эквипотенциаль; 8: количественная программа
Литература по методу
Нечётное поле паза как аналитический эталон рассеяния
Нечётное поле служит эталоном собственного потока паза и позволяет проверить точность расчёта рассеяния в зоне раскрытия.
Лабораторные работы по методу: Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник
Получаемые величины. A и \Phi в сходственных точках/участках; H в заданной точке; ошибка усечения области и сетки
- Строим глубокий паз с сохранённым полным током.
- Вычисляем отображённые координаты и локально сгущённую сетку.
- Сравниваем потенциалы, потоки и H с аналитикой.
- Проверяем влияние глубины паза, ширины зубца и удалённой границы.
Страницы источника. PDF 1–3: постановка и формула; 4–7: модели и сохранение величин; 7–8: программа
Литература по методу
Чётное поле паза и контроль комплексной потенциальной функции
Чётное поле позволяет проверить искажение главного потока раскрытием паза по аналитически заданным сходственным точкам.
Лабораторные работы по методу: Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник
Получаемые величины. комплексный потенциал w; \Phi и разность \psi; координаты одной силовой линии; ошибка по каждой плоскости отображения
- Решить униполярное поле без тока рассматриваемого паза.
- Строим три отображённые области с согласованными граничными условиями.
- Отображаем точки одной силовой линии и сопоставляем A.
- Восстанавливаем разность \psi интегралом H·dl и оценить ошибки.
Страницы источника. PDF 1–3: отображения; 4–6: силовая линия; 6–8: потенциалы и программа
Литература по методу
Векторная алгебра и векторный магнитный потенциал
Провод с током даёт количественный эталон B(r), A(r), циркуляции и потока. Через него проверяют калибровку потенциала, локальные производные и допустимость скалярного магнитного потенциала.
Лабораторные работы по методу: Трансформатор от потокосцеплений до схемы замещения и нагрузочной характеристики; Асинхронный двигатель от поля в зазоре до параметров и механической характеристики; Генератор с постоянными магнитами от конструкции ротора до ЭДС и нагрузочного напряжения; Выбор обмотки и расчет момента в кольцевом зазоре; Определение коэффициентов поля явнополюсной машины; Потери массивного ротора: частота, гармоники и магнитное смещение; Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник; Зубцовые контуры: проводимости, коронки и взаимная связь при смещении; Контрольный опыт: от условия задачи к инженерному выводу; Опыт Эрстеда: момент стрелки, эквивалентный ток и движение; Измерительная рамка: от поля провода к ЭДС; Аналогии полей: проводимость, дуальная сеть и диффузия; От магнитной цепи к карте \Psi (i,\theta ) и моменту SRM
Получаемые величины. B_r и B\tau прямого провода; разности A и поток на единицу длины; циркуляция H; ошибка численной производной и сеточной аппроксимации
- Различить скалярное и векторное поле и вычисляемые операции.
- Сопоставить аналитическое поле внутри и снаружи провода с точками и контурами FEMM.
- Изменить отсчёт A, сохранив B и разности потенциала.
- Проверить скачок скалярного магнитного потенциала вокруг тока и объяснить необходимость разреза области.
Страницы источника. PDF 1–31 полностью: 1–12 операции и потенциалы; 13–23 поле прямого провода; 24–28 поток, Биo–Савар, уравнения потенциала; 29–31 разностная схема.
Литература по методу
Аналитические методы: назначение эталонов и допущения
Равномерный зазор и линейная магнитная цепь задают независимый масштаб поля. Сравнение с полевой моделью показывает влияние рассеяния и помогает обосновать необходимую сложность расчёта.
Лабораторные работы по методу: Выбор обмотки и расчет момента в кольцевом зазоре; Определение коэффициентов поля явнополюсной машины; Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник; Аналогии полей: проводимость, дуальная сеть и диффузия
Получаемые величины. H и B равномерного зазора; поток на единицу длины; скачок магнитного потенциала от тока; погрешность упрощения
- Записать линейность, размерность задачи и условия симметрии.
- Вывести аналитическое решение Лапласа или Пуассона.
- Повторить его в FEMM с совпадающими источниками и границами.
- По одному ослабить допущения и оценить изменение искомого параметра.
Страницы источника. PDF 1–19 полностью: 1–4 назначение аналитики и допущения; 5–12 потенциалы и условия; 13–15 равномерный зазор; 16–19 линейный ток и МДС.
Литература по методу
Разделение переменных: поле плоского и кольцевого зазора
Затухание пространственных гармоник зависит от ширины зазора и радиусов. Расчёт связывает геометрию машины с полезной основной гармоникой и подавлением высших.
Лабораторные работы по методу: Асинхронный двигатель от поля в зазоре до параметров и механической характеристики; Генератор с постоянными магнитами от конструкции ротора до ЭДС и нагрузочного напряжения; Выбор обмотки и расчет момента в кольцевом зазоре; Определение коэффициентов поля явнополюсной машины; Асинхронный двигатель: механическая характеристика и вращающееся поле; Синхронный генератор: от полевых параметров к внешней и угловой характеристикам; Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник; Аналогии полей: проводимость, дуальная сеть и диффузия
Получаемые величины. B\nu (y) и отношение потоков на двух сердечниках; затухание гармоники при \delta /\tau \nu; ошибка замены кольцевого зазора плоским
- Задать одну гармонику МДС и её период.
- Решить плоский и кольцевой зазоры с одинаковой МДС и согласованным масштабом.
- Проверить амплитуды на обеих границах и поток.
- Сравнить с FEMM и вычислить ошибку по основной и выбранным высшим гармоникам отдельно.
Страницы источника. PDF 1–33 полностью: 1–11 плоский зазор; 12–21 кольцевой и открытые области; 22–24 погрешности плоского приближения; 25–33 потоковая функция и комплексный потенциал.
Литература по методу
Конформные преобразования и комплексная потенциальная функция
Кольцевой зазор даёт аналитический эталон потока. При преобразовании геометрии важно различать сохранение потенциала и потока и изменение локального поля.
Лабораторные работы по методу: Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник; Сила в пазу: нагрузка меди, стенок и выбор глубины проводника; Аналогии полей: проводимость, дуальная сеть и диффузия
Получаемые величины. поток между соответствующими линиями; локальная H через производную отображения; погрешность плоского приближения
- Выбрать аналитическое однозначное отображение и соответствие границ.
- Сохранить значения потенциала и потоковой функции в сходственных точках.
- Перенести локальное поле через производную преобразования.
- Проверить поток и поле в нескольких точках независимым аналитическим способом и FEMM.
Страницы источника. PDF 1–30 полностью: 1–7 аналитические функции и ортогональность; 8–17 преобразования; 18–25 кольцевой зазор; 26–30 поля линейных токов.
Литература по методу
Преобразование Шварца–Кристоффеля
Отображение Шварца–Кристоффеля даёт углублённый пазовый эталон. Его результат позволяет оценить влияние раскрытия паза на поле без полного аналитического вывода в начальной работе.
Лабораторные работы по методу: Пазовый зазор: коэффициент Картера и комплексная передача гармоник; Сила в пазу: нагрузка меди, стенок и выбор глубины проводника; Аналогии полей: проводимость, дуальная сеть и диффузия
Получаемые величины. коэффициенты отображения и соответствие вершин; поле у кромки и поток; ошибка аналитического пазового эталона
- Составить таблицу вершин и внутренних/дополнительных углов.
- Определить ветви степеней и постоянные по границам.
- Проверить отображение геометрии перед переносом поля.
- Сравнить интегральный поток и поле на физически заданном удалении от кромки с FEMM.
Страницы источника. PDF 1–13 полностью: 1–6 уравнение и пример; 7–13 определение постоянных и вырожденные многоугольники.
Литература по методу
Аналоговые модели электромагнитного поля
Сходство краевых задач позволяет связать магнитную проводимость с проводимостью токового аналога. Коэффициенты масштаба переводят измеряемую величину аналога в параметр исходного устройства.
Лабораторные работы по методу: Аналогии полей: проводимость, дуальная сеть и диффузия
Получаемые величины. масштабы потенциала, поля и потока; электрическая и магнитная проводимости; ошибка резистивной сетки относительно непрерывной задачи
- Сопоставить уравнения и граничные условия двух физических задач.
- Задать масштабы геометрии, потенциала и свойств с единицами.
- Получить поток и ток на сходственных границах.
- Уточнить дискретную сеть или полевую сетку и проверить выбранную интегральную величину.
Страницы источника. PDF 1–18 полностью: 1–6 прямая аналогия; 7–12 обратная и токовводы; 13–15 сеточные аналоги; 16–18 нелинейные аналоги.
Литература по методу