Электромагнит с отдельным якорем1 — Якорь · 2 — δ = 1 мм · 3 — ОбмоткаРасчётный образец. Два рабочих зазора по 1 мм между торцами сердечника и нижней поверхностью якоря; h — общая высота от низа сердечника до верха якоря. Глубина 20 мм.Открыть SVG целикомРезультат отдельноИсходная учебная модель
Цель и задачи
Задачи
Объяснить метод и условия его применимости.
Выполнить исследуйте насыщение без изменения геометрии
Исследуйте насыщение без изменения геометрии. Выполните действия практикума по его исходной таблице. Сведите исходное и изменённое состояния в одну таблицу, укажите единицы и вычислите разность результатов.
Ответить на вопрос по своим результатам. Проверьте знак, единицу и масштаб по постановке; используйте аналитическое поле, если для этого эталона оно выведено в занятии.
Что включить в отчёт
Оформление наблюдений. Координаты, компоненты поля, единицы, режим и принадлежность точки материалу; при сравнении профилей — одна ориентация оси.
Как обосновать результат
Независимый контроль. Используйте производную потенциала, аналитический однородный предел или закон источника, предусмотренный данным занятием.
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.
Вывод для устройства
Поясните, где поле определяет полезный эффект устройства, а где локальная неоднородность ограничивает простую расчётную схему.
Границы вывода. Методические опыты; расчётный статус определяется точными моделями и результатами проверки.
Решатель сначала оценивает поле, по нему уточняет локальную проницаемость и повторяет решение до согласованности. Поэтому насыщение локально: угол стержня может быть насыщен раньше его середины. Усреднённая индукция не доказывает отсутствие насыщения в кромках. Изменение B(H) требует повторного решения, а не только изменения цветовой шкалы. При сравнении линейной и нелинейной моделей ферромагнетика сохраняют одну геометрию, ток, границу и достаточно близкие сетки; иначе разные причины изменения результата оказываются смешаны.
Контроль причины изменения
Сначала сравните материалы на одной геометрии, с одним током и границей. Затем исследуйте ток, сохраняя кривую. Сеточную серию проводите отдельно: изменение цвета шкалы или точности решателя не заменяет сеточную проверку. При росте тока сравнивайте локальное B и интегральное потокосцепление.
Разобранный численный пример
Контрольный расчёт: Нелинейное решение и локальное насыщение
Дано. Потокосцепление возрастает с 0,10 до 0,13 Вб при росте тока с 2 до 3 А. Найдите приращение \Psi/приращение I.
Приведите данные к СИ и используйте соотношение из теории.
Последовательность вычисления приведена в программе ниже; контрольное значение: 0,03 Гн.
Ответ: 0,03 Гн
Проверка: Это аналитический контроль указанного частного случая. Полевой опыт проверяется отдельно.
Создайте магнитостатическую Planar-модель в миллиметрах с глубиной 20 \,\text{мм}. Постройте замкнутый П-образный неподвижный сердечник по вершинам (-30;-40), (30;-40), (30;20), (10;20), (10;-20), (-10;-20), (-10;20), (-30;20).
Постройте отдельный якорь прямоугольником x=-30\ldots 30 \,\text{мм}, y=21\ldots 41 \,\text{мм}. Между каждым торцом стержня и якорем получается воздушный зазор 1 \,\text{мм}. Для уменьшения зазора весь якорь перемещается вниз; сами полюса остаются неподвижными.
Одна обмотка охватывает левый стержень: x=-40\ldots -30 и x=-10\ldots 0 \,\text{мм}, y=-10\ldots 10 \,\text{мм}. Назначьте последовательную цепь с током 5 \,\text{А}, витки соответственно +100 и -100. Это две стороны одной 100-витковой обмотки.
Назначьте линейному сердечнику и якорю \mu_r=2000, \sigma=0; воздуху и учебной обмотке \mu_r=1, \sigma=0. Замкните воздушную область квадратом x,y=-150\ldots 150 \,\text{мм} с A=0, разместите необходимые метки областей.
В зазорах установите ограничение размера элемента 0{,}2 \,\text{мм}, на поверхности якоря 0{,}5 \,\text{мм}, в железе 2 \,\text{мм}. Постройте сетку, убедитесь, что в каждом зазоре несколько рядов элементов, затем решите задачу.
Сохраните отдельный материал «Учебное нелинейное железо» и введите пары (H;B): (0;0), (100;0{,}25), (200;0{,}50), (400;0{,}90), (800;1{,}20), (2000;1{,}45), (5000;1{,}60), (10000;1{,}70), в \text{А}/\text{м} и Тл.
Назначьте его сердечнику и якорю; сравните решения при 5 и 20 \,\text{А} с линейной \mu_r=2000. В таблице отдельно отметьте индукцию в зазоре и максимум внутри железа.
Используйте ту же рабочую копию из 6.1 и одну B–H-кривую.
Рассчитайте не менее трёх токов, сохраните B в фиксированных точках и потокосцепление цепи.
Сопоставьте локальное насыщение и изменение наклона \Psi (I); затем отдельно повторите крайний режим на более мелкой сетке.
Ожидаемый результат. Получите таблицу параметров и результатов; объясните знак и отличие от аналитического контроля.
Как проверить. Повторите опыт с изменением одного параметра. Сохраните исходный файл, версию FEMM, решение и единицы результатов.
Оценка результата
Какие условия и наблюдаемые величины определяют проверку: исследуйте насыщение без изменения геометрии?
Сведите исходное и изменённое состояния в одну таблицу, укажите единицы и вычислите разность результатов.
Проверьте знак, единицу и масштаб по постановке; используйте аналитическое поле, если для этого эталона оно выведено в занятии.
С чем сравнить. Аналитический профиль из теории применим только при тех же источниках, материале и граничных условиях. Карта цветов не заменяет численное измерение.
Итог работы. Таблица по теме «Нелинейное решение и локальное насыщение», исходные файлы, программа и объяснение ограничений.
Выполните во встроенной консоли Python FEMM 5. Сначала проверьте арифметику метода; затем выполните полевой опыт.
Python · встроенный MicroPython FEMM 5
"""Нелинейное решение и локальное насыщение.Встроенный Python FEMM 5. Аналитический контроль; не квитанция полевого решения."""frommathimportpi,sqrt,sin,cos# Исходные данные приведены в СИ; результат сравнивается с примером урока.result=(0.13-0.10)/(3-2)# Контрольный вывод: Гн.print(result)
Самостоятельная работа
Выполните опыт «Исследуйте насыщение без изменения геометрии» и представьте таблицу сравнения.
Критерий выполнения: Показаны исходные данные, метод, контроль, одно изменение параметра и физическое объяснение результата.
