Численно-экспериментальные методы моделирования магнитных и температурных полей в электромагнитных устройствах

• Автор: Ковалев, Олег Федорович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 425 с. : ил

Введение
1. Аналитический обзор существующих методов моделирования полей в электромагнитных механизмах
2. Модифицированный метод конечных элементов для моделирования магнитных полей в электромагнитных устройствах

2.1. Основные положения методов конечных элементов и

вторичных источников

2.2. Модифицированный метод конечных элементов

2.3. Исследование сходимости модифицированного метода

2.4. Применение метода конечных элементов для оценки

эффективности преобразования энергии в проектируемых электромагнитных системах

2.5. Применение модифицированного метода конечных элементов к решению задач расчета магнитного поля при вариации расчетной сетки

2.6. Расчет электромагнитных усилий по энергетическим соотношениям

2.6.1. Расчет электромагнитных сил для ненасыщенных
магнитных систем
2.6.2. Определение сил взаимодействия при неизменных
потенциалах
2.7. Применение модифицированного метода для моделирования трехмерных магнитных полей
2.8. Учет малых воздушных промежутков в электромагнитных системах с помощью потенциала 1 двойного слоя
Проектирование электромагнитных механизмов с заданными 1 свойствами .
3.1. Двухэтапные методики проектирования
3.2. Проектирование электромагнитных механизмов с
заданными динамическими характеристиками
3.2.1. Исследование влияния характеристики
противодействующих сил на формирование заданного закона движения подвижной части
3.2.2. Выбор типа электромагнитной системы и основных геометрических соотношений по математическим моделям теории цепей
3.2.3. Влияние геометрических соотношений на форму характеристик Тх и ,
3.2.4. Особенности синтеза электромагнитных систем с магнитными шунтами
3.2.5. Математическая модель синтеза электромагнитных систем в полевой постановке задачи
3.3. Проектирование электромагнитов с минимальной
мощностью управления
3.3.1. Общие положения
3.3.2. Методика проектирования при заданной мощности
и минимуме объема
3.3.3. Проектирование электромагнитов с минимальной мощностью управления
3.3.4. Проектирование электромагнитов с заданной мощностью управления
3.3.5. Проектирование Шобразных электромагнитных механизмов с заданной потребляемой мощностью
3.3.6. Электромагнитные устройства с многовитковым
магнитопроводом
4. Расчетноэкспериментальные методы исследования магнитных полей и характеристик электромагнитных 9 механизмов
4.1. Варианты построения расчетноэкспериментальных 9 методов
4.2. Экспериментальные исследования статических 2 магнитных полей с помощью устройства магнитного сканирования
4.2.1. Устройство для сканирования магнитного поля
4.2.2. Алгоритмы математической обработки данных устройства магнитного сканирования
4.3. Расчетноэкспериментальные методы исследования 5 характеристик электромагнитных систем
4.3.1. Расчетноэкспериментальный метод определения 6 статических характеристик электромагнитных систем
4.3.2. Комбинированный метод определения 2 динамических характеристик электромагнитных систем
4.4. Расчетноэкспериментальное исследование магнитных 9 полей при дефектоскопии стальных канатов
4.4.1. Анализ структуры магнитного поля в 1 намагничивающих устройствах магнитной дефектоскопии
4.4.2. Алгоритмы обработки информации для устройств 8 магнитной дефектоскопии
5. Моделирование температурных полей электромагнитных устройств модифицированными методами
5.1. Постановка задачи тепловых расчетов электромагнитных устройств
5.2. Модифицированный метод моделирования стационарных температурных полей
5.2.1. Основные положения метода
5.2.2. Исследование сходимости метода
5.2.3. Моделирование температурных полей при вариации 8 параметров теплопередачи
5.2.4. Компьютерная реализация и исследование тепловых 8 режимов реальных технических устройств
5.2.5. Моделирование тепловых режимов электромагнитных 1 вентилей трубопроводной арматуры
5.3. Моделирование нестационарных температурных полей 5 модифицированным методом
5.3.1. Математическая модель нестационарного 5 температурного поля
5.3.2. Исследование тепловых режимов электромагнитов 3 захвата
5.4. Моделирование трехмерных температурных полей
5.4.1. Математическая формулировка трехмерной модели 9 температурного поля
5.4.2, Исследование температурных полей
электромагнитных устройств Расчетноэкспериментальные методы исследования
температурных полей электротехнических объектов
6.1. Общие положения комбинированных расчетно
экспериментальных методов исследований тепловых
режимов
6.2. Применение идентификации в качестве метода тепловых
испытаний
6.2.1. Постановка задачи идентификации на основе 1 данных эксперимента
6.2.2. Основные соотношения рекуррентного метода 5 наименьших квадратов
6.2.3. Исследование теплового режима главного 3 контроллера ЭКГ8 электровозов
6.3. Расчетноэкспериментальный метод определения
температурных полей во внутренних областях
электромагнитных устройств
6.3.1. Особенности формирования граничных условий 3 при реализации метода
6.3.2. Исследования теплового режима
электромагнитного вентиля ЭВ
6.3.3. Анализ влияния соотношения сторон сечения 2 катушек электромагнитов броневого типа на температурные поля
6.4. Применение системы адаптивного регулирования для
определения критических тепловых режимов
6.4.1. Постановка задачи непосредственного определения 9 критического теплового режима
6.4.2. Основные соотношения адаптивного регулятора
6.4.3. Исследование критических режимов нагрева 7 электромагнитного контактора типа МК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


При этом в технику решения каждого из методов коррективы не вносятся. Уделено внимание разработке комбинированных расчетноэкспериментальных методов, аккумулирующих в себе положительные качества расчетных и экспериментальных приемов в едином программноаппаратном комплексе. Формулировка критерия оценки эффективности преобразования энергии в электромагнитных системах. Разработка и применение методов проектирования электромагнитных механизмов с заданными динамическими характеристиками. Разработка и применение методов проектирования электромагнитных механизмов с минимальной и заданной потребляемой мощностью. Разработка и реализация автоматизированного расчетноэкспериментального метода исследования стационарных магнитных полей. Разработка и реализация методов определения статических и динамических характеристик электромагнитных механизмов. Разработка и реализация модифицированного метода конечных элементов для расчета стационарных температурных полей в двумерной постановке задачи. Разработка и реализация модифицированного метода конечных элементов для математического моделирования нестационарных температурных полей в двумерной постановке задачи. Разработка компьютерной модели трехмерного температурного поля на основе модифицированного метода конечных элементов с применением элементов высокого порядка аппроксимации. Разработка и реализация комбинированных расчетноэкспериментальных методов исследования температурных полей и создание методик ускоренных тепловых испытаний электрических аппаратов. Разработка автоматизированных систем исследований тепловых и магнитных состояний технических объектов. В данном разделе предлагается модифицированный метод, основанный на методах конечных элементов и вторичных источников, который обеспечивает существенный выигрыш по времени в сравнении с традиционным МКЭ при одинаковых результатах, а также позволяющий получить новые дополнительные сервисные возможности при анализе и синтезе электромагнитных устройств. При выполнении расчетов полей в устройствах, материалы в которых обладают нелинейными свойствами, традиционно используются итерационные методы решения с линеаризацией свойств материалов в пределах итерации. С точки зрения вычислений решение нелинейной задачи эквивалентно последовательному решению линейных задач, где количество итераций. При неудачном выборе параметров итерационного процесса количество итераций велико и вычислительные затраты на реализацию расчета заметно возрастают. Поскольку расчет поля линейной задачи требует решения системы алгебраических уравнений большой размерности и требует больших вычислительных ресурсов, то актуален вопрос об изменении стандартной технологии вычислительного процесса. Основной идеей метода конечных элементов является разбиение дискретизация расчетной области на ряд неперекрывающихся областей конечных размеров конечных элементов и построение затем аппроксимации отдельно для каждого элемента. Если подобласти имеют сравнительно простую форму и базисные функции, то весьма просто использовать указанный способ для областей сложной формы. Задачи расчета стационарных магнитных полей обычно описываются либо для скалярного потенциала , определенного таким образом, что Я , , , и др. А, для которого А В , и др При отсутствии зависимости характеристик поля в направлении одной из координат плоскопараллельные, осесимметричные поля наиболее эффективными считаются модели на основе векторного магнитного потенциала, поскольку искомая величина имеет только одну пространственную составляющую и может быть решена в скалярной постановке. Для трехмерных задач сравнительно просто может быть получено решение для скалярного потенциала, так как в каждой точке требуется определить только одну, а не три неизвестные величины. А0 или 0. В вариационной трактовке нахождение решения 2. Указанные граничные условия являются естественными для функционала 2. А ,x,, где линейная часть границы, на которой
наоадывается рассматриваемое граничное условие. В силу свойства аддитивности функционал 2. А от координат.