Конечноэлементное моделирование трехмерных нелинейных магнитных полей в электродвигателях

• Автор: Гамадин, Максим Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНЫЕ РАСЧЕТЫ СТАЦИОНАРНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ

1.1. Математическая модель для расчета двумерного магнитного поля .

1.2. Математическая модель для расчета трехмерного магнитного поля

1.3. Методы расчета поля токовых обмоток.

1.4. Оценка погрешности решения трехмерной задачи при замене в

обмотках распределенных токов сосредоточенными на линиях

.1.5. Расчет напряженности магнитного поля обмоток электродвигателя с помощью токовых линий.

1.6. Расчет скачка потенциалов на границе раздела сред.

1.7. Вычисление магнитных потоков при моделировании трехмерного магнитного поля
1.8. Выводы
ГЛАВА 2. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ С ВЫДЕЛЕНИЕМ ДВУМЕРНОЙ ЧАСТИ ПОЛЯ.
2.1. Моделирование электромагнитных процессов в электродвигателях
2.2. Расчет магнитных потоков трехмерного поля на основе выделения его двумерной части
2.3. Пример вычисления значений магнитных потоков трехмерного поля с использованием выделения его двумерной части.
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ГЕНЕРАЦИИ СЕТОК И СРАВНЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНЫХ РЕШЕНИЙ ТРЕХМЕРНЫХ ЗАДАЧ НА СЕТКАХ С ЭЛЕМЕНТАМИ РАЗЛИЧНОГО ТИПА.
3.1. Алгоритм автоматического построения конечноэлементных сеток
ДЛЯ ЗАДАЧ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ.
3.2. Анализ точности конечноэлементного решения трехмерных задач с
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ В ВИДЕ ПРИЗМ С ТРЕУГОЛЬНЫМ ОСНОВАНИЕМ.
3.3. Анализ точности конечноэлементного решения трехмерных задач с
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШЕСТИГРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
3.4. Сравнение точности конечноэлементных решений на различных сетках
3.5. Выводы.
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС МПЭМЗО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ.
4.1. Описание программного комплекса
4.2. Структура программного комплекса МПЭМЗО
4.3. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Однако рассматриваемые в данной работе задачи обладают определенной спецификой, связанной, с одной стороны, с тем, что конструкция электродвигателей может быть насыщена большим числом токоведущих элементов, а с другой стороны, трехмерное магнитное поле в таких электрических машинах имеет- довольно неплохое двумерное приближение. Основной научной проблемой, решению которой посвящена данная диссертационная работа, является проблема разработки эффективных методов расчета трехмерных магнитных нолей в электрических машинах при моделировании их работы в различных режимах. Целью работы было создание программно-математического обеспечения для моделирования трехмерных нелинейных магнитных полей в электрических машинах. Разработан и реализован метод решения трехмерной задачи магнитостатики, основанный на выделении двумерной части поля и позволяющий значительно снизить вычислительные затраты при моделировании электродинамических процессов в элекгрических машинах. Предложена и обоснована аппроксимация магнитного ноля токовых об маг о к электрической машины полем, создаваемым набором токовых линий. Разработаны алгоритмы посгросния конечноэлементных сеток для моделирования трехмерного магнитного поля электрической машины с учетом вращения ротора. Математическая постановка и конечноэлементные схемы моделирования стационарных нелинейных магнитных полей в электродвигателях. Алгоритмы построения консчиоэлементных сеток для решения задач магнитостатики в электродвигателях с учетом вращения ротора. Метод расчета магнитного ноля от токовых обмоток статора и ротора путем их замены токовыми линиями. Результаты расчетов трехмерных магнитных нолей в электрических машинах различных типов, анализ вычислительных затрат и точности получаемых решений. Решение задачи расчета магнитного поля в двумерной постановке сравнивалось с результатами решений, полученными другими авторами. Верификация трехмерных расчетов магнитного ноля проводилась на основе нсевдотрехмерной постановки для скалярного потенциала и путем сравнения с решениями, получаемыми на основе двумерных постановок для вектор-потенциала Л. Расчеты были выполнены для различных консчноэлсментных сеток и типов электродвигателей. Результаты расчета трехмерных магнитных потоков, полученные с использованием метода выделения двумерной части поля, сравнивались с результатами расчета магнитных потоков в стандартной трехмерной постановке (без выделения основной части поля) на очень подробных сетках. Предлагаемая в данной работе конечноэлсментная схема моделирования трехмерных стационарных магнитных полей в электрических машинах реализована в программном комплексе. Разработанные программы могут бы ть использованы для более точного моделирования рабочего цикла электрической машины с учетом ее трехмерной геометрии. С помощью разработанных методов были выполнены расчеты некоторых режимов работы электродвигателя вентильного типа и асинхронного электродвигателя с учетом его конечной длины и обусловленной этим трехмерности магнитного поля. Результаты диссертационной работы использовались при выполнении тематических планов НИР НГТУ (НГТУ . ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на - гг. НПФ «Ирбис». Автором лично разработаны и программно реализованы конечноэлементные схемы моделирования трехмерных нелинейных стационарных магнитных нолей в. Соответствующие результаты опубликованы в работах автора [-]. В совместных публикациях автору принадлежат следующие результаты. В работах [1, , ] автором выполнено построение конечноэлементных сеток и проведены расчеты электромагнитных полей. В работах [, , , , ] автору принадлежит реализация вычислительных схем для моделирования трехмерного нелинейного магнитного поля в электрических машинах, включая разработку и реализацию метода вычисления магнитных потоков, реализацию метода расчета магнитного поля от токовых обмоток статора и ротора путем их замены токовыми линиями и генерация трехмерных сеток в электродвигателях. Основные результаты работы были представлены на Всероссийской научно-технической конференции «Электротехника, электромеханика и электротсхнологии» (Новосибирск г. Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП» (Новосибирск г. Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск г.