Построение графиков, проведение расчетов

Построение графиков, расчеты и вывод на экран расчетных данных можно сделать в femmтолько после построения и анализа модели или после загрузки в femmрезультатов предыдущего анализа модели, автоматически записанных в файле с расширением *.ans. Далее все указания относятся к кнопкам панели инструментов и пунктам меню окна femmпри работе программы в режиме постпроцессора (см. рис. 3.14).

Режим параметров точки.

1. Щелкнуть кнопку с изображением маленького квадратика – (если выделена кнопка другого режима работы) в этом режиме можно вывести на экран значения характеристик поля в любой точке модели.

2. Если поверх окна femmнет окна FEMM Output,то восстановить его с помощью View-> Output WindowГлавного меню.

Нажать и отпустить клавишу [Tab] – на экране возникнет диалог Enter Point(Ввод точки) для ввода с клавиатуры координат точки. Ввести нужные числа и щелкнуть кнопку ОК (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Окно постпроцессора в режиме вывода информации

параметров расчетной точки

Режим параметров контура.

1. Щелкнуть кнопку Define contour for line integrals and plots(Назначить контур для интегрирования по линии и построения графиков) панели инструментов, на ней изображена красная прямая с квадратиками на концах – .

2. Щелкнуть на модели правой кнопкой мыши точку одного конца предполагаемой линии – появится красный крестик, потом точку другого ее конца – на экране возникнет отрезок прямой красного цвета. Можно дополнительными щелчками добавить к ней еще прямые – сделать линию ломаной.

Если предварительно включить сетку привязки и привязку к ней, то при щелчке правой кнопкой мыши будет выделяться ближайший к указанному месту узел сетки привязки.

Если щелчок осуществляется левой кнопкой мыши, то для построения прямой или ломаной используется ближайшая к месту щелчка опорная точка модели. Для удаления всей линии (в случае необходимости) – нажать и отпустить клавишу [Esc], последнего участка – клавишу [Delete].

3. Щелкнуть кнопку панели инструментов с изображением графика – . На экране возникнет диалог X-Y Plot of Field Values(График полевых параметров в прямоугольной системе координат), предлагающий построить график изменения вдоль введенной линии любой величины, выбираемой из выпадающего списка поля Plot Туреэтого диалога, который для стационарного плоскопараллельного поля имеет следующий вид:

· Potential (Модуль векторного потенциала А), Вб/м;

· |В| (Magnitude of flux density) (Модуль магнитной индукции), Тл;

· B.n (Normal flux density) (Нормальная составляющая индукции), Тл;

· B.t (Tangential flux density) (Тангенциальная составляющая индукции), Тл;

· |Н| (Magnitude of flux intensity) (Модуль напряженности магнитного поля), А/м;

· H.n (Normal field intensity) (Нормальная составляющая напряженности магнитного поля), А/м;

· H.t (Tangential field intensity) (Тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля), А/м.

График строится с помощью программы femmplot в специальном окне (рис. 3.20) которое открывается после выбора величины для построения из выпадающего списка описанного диалога и щелчка его кнопки ОК.

Рис. 3.19. Диалог построения графиков

Рис. 3.20 График изменения модуля индукции

в воздушном зазоре Ш-образного электромагнита

Если после выбора контура щелкнуть кнопку панели инструментов окна femm,на которой изображен знак интеграла – , то на экране возникает диалог Line Integrals(Интегралы вдоль линии), позволяющий пользователю путем интегрирования вдоль введенного контура рассчитать (независимо от типа поля) любую из следующих величин:

· В.п;

· H.t;

· Contour length (Длина контура);

· Force from Stress Tensor (Сила через тензор натяжения Макс­велла);

· Torque from Stress Tensor (Момент через тензор натяженияМаксвелла);

· (В.n) ².

После выбора В.n и щелчка кнопки ОКтекущего диалога на экране появится информационное окно Integral Result(Результат интегрирования) со значениями Normal flux (Магнитного потока, нормального контуру) и Average В.n (Средней индукции, нормальной контуру) (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Информационное окно, появляющееся на экране

после выбора В.n

При выборе остальных пунктов выпадающего списка на экране можно получить:

· магнитное напряжение на контуре и среднее значение тангециальной составляющей напряженности магнитного поля конура;

· длину контура;

· составляющие электромагнитных сил, действующих на контур по осям координат;

· вращающий электромагнитный момент (относительно начала координат), действующий на контур;

· квадрат полного магнитного потока, нормального контуру, и среднее на длине контура значение квадрата нормальной контуру магнитной индукции.

Электромагнитную силу, действующую на часть модели, со всех сторон окруженную воздухом (и/или примыкающую к границе), можно определить, если в диалоге Line Integralsвыбрать строку Force from Stress Tensor. Неразборчивое использование тензора силы Максвелла может привести к ошибочному расчету силы и момента.

Не следует интегрировать тензор силы вдоль поверхности стыка материалов с разными свойствами. Необходимо выбирать контур интегрирования как замкнутый путь вокруг рассматриваемого объекта на расстоянии нескольких элементов (по крайней мере - двух) от любых стыков или границ. Всегда следует обходить контур по часовой стрелке, чтобы получить корректный ответ.

В общем случае для расчета силы и момента лучше вместо линейного интеграла тензора натяжения определить в режиме параметров блока объемный интеграл по средневзвешенному тензору натяжения.

Режим параметров блока.

1. Щелкнуть кнопку панели инструментов, имеющую вид зеленого квадрата с четырьмя маленькими квадратиками по углам – . При этом программа входит в режим Define areas over which integration can be performed(Назначение площади, по которой может быть выполнено интегрирование), в котором возможны расчеты параметров поля, связанных с площадью и объемом. Площадь, которая далее будет использоваться в расчетах, представляет собой любой блок, ограниченный замкнутым контуром, сторонами которого могут быть только прямые и дугообразные участки, введенные в процессе построения модели.

2. Щелкнуть любую точку внутри блока, параметры которого интересуют – при этом вся его площадь окрасится в зеленый цвет. Это означает, что она выделена и с ней можно проводить нижеописанные действия.

3. Щелкнуть кнопку с изображением интеграла – и на экране возникнет диалог Block Integrals(Интегралы по площади блока), который позволит сделать расчет любой из пятнадцати следующих величин:

· A.J;

· А;

· Magnetic field energy (Энергия магнитного поля);

· Hysteresis, Laminated eddy, or Proximity effect (Потери на гистерезис, вихревые токи при магнитопроводе из пластин или за счет эффекта близости);

· Resistive losses (Потери в активном сопротивлении);

· Block cross-section area (Площадь выделенного блока);

· Total losses (Суммарные потери);

· Total current (Общий ток);

· Integral of В over block (Интеграл магнитной индукции по площади блока);

· Block volume (Объем блока);

· Lorentz force (J х В) (Сила Лоренца);

· Lorentz torque (г х J x В) (Момент от силы Лоренца, вычисляется относительно начала координат);

· Magnetic field coenergy (Коэнергия магнитного поля);

· Force via Weighted Stress Tensor (Сила по средневзвешенному тензору натяжения);

· Torque via Weighted Stress Tensor (Момент по средневзвешенному тензору натяжения);

· R² (i.e. Moment of Inertia/Density) (Момент инерции, деленный на плотность).

Результат расчета выводится в информационном окне, которое открывается на экране после выбора необходимой величины извыпадающего списка описанного диалога и щелчка кнопки ОК.

Программа FEMM рассчитывает статическую индуктивность по формуле

, (3.1)

· где А – модуль векторного магнитного потенциала; – плотность тока; V – объем, занимаемый витками проводника с током I.

Блоковый интеграл по средневзвешенному тензору натяжения автоматически рассчитывает по конечно-элементной сетке средневзвешенную функцию, которая позволяет внести в интеграл тензора натяжения все возможные замкнутые вокруг выделенных блоков воздушные контуры обхода.

Чтобы рассчитать силу, приложенную к блоку или группе блоков, необходимо выделить блоки, на которые эта сила действует, и выбрать строку Force via Weighted Stress Tensor выпадающего списка диалога Block Integrals. Тензор натяжения далее определяется как объемный интеграл и выводится на экран. Результат обычно более точен, чем линейный интеграл по тензору натяжения Максвелла, так как при расчете силы по средневзвешенному тензору натяжения усредняются расчеты по всем возможным контурам. Пример расчета электромагнитной силы, действующей на якорь электромагнита и определенный через средневзвешенный тензор натяжений, представлен на рис. 3.22.

Рис. 3.22. Расчет электромагнитной силы электромагнита

через средневзвешенный тензор натяжений в магнитном поле

Список литературы

1. Тейн Наинг Тун Применение полевых методов в электромагнитных расчетах электрических машин: Автореф. дис. к-та. техн. наук: 05.09.01/ “Московский Энергетический Институт, технический университет” – Москва, 2010. – 20 с.

2. ГОСТ 2.119-73 ЕСКД "Эскизный проект".

3. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах. – М.: Высш. школа, 1989. – 312 с.

4. Моделирование электромагнитных полей в электротехнических устройствах / Под ред. А. Степанова, Р. Сикоры. – К.: Техника, 1990; Щецин: Научное издательство Щецинского политехнического института, 1990. – 188 с.

5. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР. – М.: Мир, 1989. – 190 с.

6. Терзян А.А. Автоматизированное проектирование электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 256 с.

7. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. – М.: Высш. школа., 2001. – 327 с.

8. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 392 с.

9. Сильвестр П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. – М.: Мир, 1986. – 229 с.

10. Рымша В.В., Радимов И.Н., Порайко А.С. Расчет статического электромагнитного момента вентильно-реактивного двигателя модифицированным методом натяжений // Електромашинобудування та електрообладнання. – 2003. – Вип. 60. – С. 35-38.

11. Е. Е. Красновский / Решение прикладных задач термомеханики с применением программного комплекса ANSYS. Методические указания // изд.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008 г. 88 стр.

12. Алямовский А.А. / SolidWorks/COSMOSWorks Инженерный анализ методом конечных элементов // 2004, издат. ДМК Пресс – Москва, стр. 426.