©2004 Валентин Володин Сайт Валентина Володина
Главная Статьи Книги и журналы Справочник Программы Ссылки
О себе RytmArc Схемы и описания Резервный форум Разное http://valvol.qrz.ru
Гостевая книга Файловый архив Архив форума Форум ГОСТы Измерительные приборы
file-upload mega.co.nz depositfiles ... ... radikal keep4u fotoifolder fastpic imageup

Power Electronics

Посвящается источникам питания вообще и сварочным источникам в частности
Текущее время: 20-07, 18:52

Часовой пояс: UTC + 4 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 12-05, 16:25 
В сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 7957
Откуда: Burbach
Бесплатная программа FEMM позволяет моделировать плоские или осесимметричные электромагнитные (или тепловые) поля методом конечных элементов. Отличается простым интерфейсом. Вполне можно использовать для решения простых электромагнитных 2-х мерных задач.
Для примера, попытаемся смоделировать систему индукционного нагрева, состоящую из 20кг керамического тигля, заполненного цветным металлом (алюминий) и цилиндрического индуктора, намотанного медной трубкой. Через индуктор протекает переменный синусоидальный ток величиной 900Аrms и частотой 20000Гц.

1. Запускаем программу, кликнув дважды по соответствующей иконке на рабочем столе.
2. Активируем пункт меню File -> New (Ctrl-N) и в возникшем окне Create a new problem выбираем Magnetics Problem (будем решать магнитную задачу) и давим OK.
3. Кликнув по пункту меню Problem вызываем окно Problem Definition (Формулировка задачи).

Устанавливаем:
Problem Type - Axisymmetric (Осесимметричная задача)
Length Units - Millimeters
Frequency (Hz) - 20000 (рабочая частота)

Для осесимметричной задачи необходимо определить лишь половину поперечного разреза, так как программа FEMM определяет вклад двумерного среза и вычисляет суммарную картину, полученную соответствующим телом вращения.
4. Активируем кнопку Operate on Nodes

Теперь вводим точки, координаты которых указаны в таблице ниже. Для этого, при помощи клавиши табуляции, вызываем окно ввода координат Enter Point для каждой точки:

Код:
R=0;   Z=0
R=40;  Z=0
R=59.5;Z=32
R=64;  Z=89
R=68;  Z=146
R=71;  Z=203
R=0;   Z=203

5. Чтобы соеденить введенные точки между собой, активируем кнопку Operate on segments

В итоге мы получаем контурную линию,которая обрамляет область, заполненную нагреваемым металлом (алюминием).

6. Обмотка индуктора выполнена медной трубкой диаметром 20мм с толщиной стенки 1мм и содержит 6 витков.
Так же как и в случае тигля (пункт 4), для прорисовки обмотки нужно ввести опорные точки. Координаты точек указаны в таблице:
Код:
R=100; Z=194
R=100; Z=193
R=100; Z=175
R=100; Z=174

R=100; Z=161
R=100; Z=160
R=100; Z=142
R=100; Z=141

R=100; Z=128
R=100; Z=127
R=100; Z=109
R=100; Z=108

R=100; Z=95
R=100; Z=94
R=100; Z=76
R=100; Z=75

R=100; Z=62
R=100; Z=61
R=100; Z=43
R=100; Z=42

R=100; Z=29
R=100; Z=28
R=100; Z=10
R=100; Z=9

7. Чтобы соеденить введенные точки между собой, активируем кнопку Operate on arc segments

В окне Arc segment properties указываем Arc = 180.
В итоге получаем следующий вид.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи"- Марк Твен


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 12-05, 22:57 
В сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 7957
Откуда: Burbach
После того, как мы прорисовали основные конструктивные элементы, мы должны определить границы области исследования. Мы знаем, что в реальности поле, генерируемое даже самым маленьким индуктором, ни чем не ограничено и может распространяться хоть до границ Вселенной (если они конечно существуют). Однако наши компьютеры не настолько сильны, что моделировать подобное. Поэтому надо ограничить исследуемую область, но так, чтобы это не сильно повлияло на результаты исследования. Будем считать, что для достижения этой цели, достаточно продлить исследуемое пространство на расстояние в 1.5-2 раза превышающее высоту индуктора.

8. Определим координаты точек, определяющих границы пространства:
Код:
R=0; Z=450
R=0; Z=-222

Теперь соединяем данные точки и у нас должно получиться что-то типа этого

9. Чтобы определить материалы, активируем кнопку Operate on block labels.

И расставляем ярлычки на все области. Далее эти ярлычки помогут нам определить материалы для этих областей.

10. Определяем параметры материалов.
Для этого активируем пункт меню Properties -> Materials, вызывающий окно Property Definition. Здесь давим кнопочку Add Property, которая вызывает окно Block Property.
10.1. Определяем материал Air (воздух):

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи"- Марк Твен


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 13-05, 14:26 
В сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 7957
Откуда: Burbach
Перед определением параметров металлов, надо решить, для какой температуры это будет сделано. Дело в том, что электрическая проводимость металла при нагреве и плавке сильно изменяется. И по хорошему надо производить моделирование для многих температурных режимов, а также для случаев, когда тигель заполнен сплошным, а также дробленным металлом. В данном случае целью является не полномасштабное моделирование системы индукционного нагрева, а методика использования программы FEMM для целей моделирования индукционного нагрева. Поэтому будем считать, что в нашем случае алюминий расплавлен и его температура на 10гр.С превышает температуру плавления (+661 гр.С).
В связи с текущими рассуждениями, видимо, будет полезно привести таблицу температурных коэффициентов для различных металлов:
Изображение
где В - сопротивление километрового отрезка провода из данного металла сечением 1 мм2;
Тпл - температура плавления металла (металлы расположены в порядке возрастания сопротивления);
K1 - коэффициент увеличения сопротивления при нагреве от 20гр.С до температуры плавления;
K2 - коэффициент возрастания сопротивления при плавлении;
K3 = K1*K2 - общий коэффициент возрастания сопротивления.

И так, будем считать, что алюминий, при 670 гр.С, будет иметь проводимость Ga = 38000000/7.53=5000000
Для меди индуктора проводимость составит Gc = 58000000

Магнитная проницаемость металлов близка к 1.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи"- Марк Твен


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 13-05, 15:59 
В сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 7957
Откуда: Burbach
10.2. Определяем материал Al670 (Алюминий):

10.3 Определяем материал Copper (Медь)


11. Определяем схемный параметр, необходимый для задания тока, протекающего в обмотке индуктора.
Для этого активируем пункт меню Properties -> Circuits, вызывающий окно Property Definition. Здесь давим кнопочку Add Property, которая вызывает окно Circuit Property.

Для тока необходимо указать амплитудное значение. Т.е., если действующее значение синусоидального тока 900Arms, то амплитудное составит 900*1.414=1272.8А
12. Для присвоения различным областям свойств материалов, активируем кнопку Operate on block labels.

Теперь кликаем правой кнопкой мышки по точке соответствующего ярлычка, чтобы та окрасилась в красный цвет. После этого давим пробел, что вызывает окно Properties for selected block.

Для обмотки индуктора необходимо дополнительно указать, что она включена в схему In Circuit -> Coil.


После присвоения материалов, должна получиться следующая картинка.

На этом, создание модели индуктора можно считать законченным.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи"- Марк Твен


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 13-05, 17:33 
В сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 7957
Откуда: Burbach
1. Перед началом моделирования, необходимо разбить модель на конечные элементы. Кнопка Run mesh generator позволяет произвести такое разбиение автоматически.

После нажатия этой кнопки получится нечто подобное:

2. Для запуска расчета модели, нажимаем кнопку Run Analysis

3. Для отображения результатов, нажимаем кнопку View result

4. И наконец-то мы можем видеть то, к чему так долго стремились.
Это распределение полей.

А это плотность тока

Отчетливо видно проявление эффекта близости. Максимальная плотность тока достигается с той стороны трубки, которая повернута к индуктору.
5. Однако не эта красота для нас важна. То, что по настоящему важно, вызывается командой View-> Circuits Props, которая открывает окно с информацией Circuit Properties.

Строка Voltage/Current = 0.0105783+I*0.337748 Ohms комплексное значение сопротивления индукционной системы. Индуктивность нагруженного индуктора можно определить по формуле:
Ls=XLs/(2*pi*F)=0.337748/(2*pi*20000)=2.688 мкГн
6. Проведём ещё одну симуляцию, исключив алюминиевую нагрузку из входных данных FEMM. Для этого можно удалить тигель или переопределив его как <No Mesh> (нет сетки).

7. Комплексное сопротивление индуктора (без тигля) определяется строкой:
Voltage/Current = 0.00357873+I*0.54539 Ohms
Индуктивность ненагруженного индуктора можно определить по формуле:
Ls=XLs/(2*pi*F)=0.54539/(2*pi*20000)=4.34 мкГн
8. Зная активную мощность, потребляемую нагруженным Pn=8568.54Вт и не нагруженным Px=2898.81Вт индукторами, можно определить эффективность индукционного нагрева в данном случае.
КПД=100*(Pn-Px)/Pn=100*(8568.54-2898.81)/8568.54=66%
Это, скажем так, не плохо для установки мощность 8-10кВт(при плавке цветного металла). При повышении мощности индукционного нагрева, его эффективность растет.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи"- Марк Твен


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 21-05, 00:06 
Не в сети
Участник
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 07-05, 13:29
Сообщения: 131
Откуда: Москва
Кто создает такие штуки? И при этом не жаждет получить за это вознаграждение....

_________________
Как победить лень?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 21-05, 02:02 
В сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 7957
Откуда: Burbach
Sanchosd писал(а):
Кто создает такие штуки? И при этом не жаждет получить за это вознаграждение....

На свете много разных людей и далеко не для всех материальное вознаграждение является целью жизни.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи"- Марк Твен


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Моделирование в программе FEMM
СообщениеДобавлено: 21-05, 18:28 
Не в сети
Участник
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 07-05, 13:29
Сообщения: 131
Откуда: Москва
valvol писал(а):
Sanchosd писал(а):
Кто создает такие штуки? И при этом не жаждет получить за это вознаграждение....

На свете много разных людей и далеко не для всех материальное вознаграждение является целью жизни.


Я как раз и хотел сказать, что есть удивительные люди с какими-то более высокими побуждениями! И это прекрасно! Пусть они двигают океан обычного человечества вперед, к звездам!

_________________
Как победить лень?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 

Часовой пояс: UTC + 4 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения

Найти:
Перейти:  

| |

Powered by Forumenko © 2006–2014
Русская поддержка phpBB
file-upload mega.co.nz depositfiles ... ... radikal keep4u fotoifolder fastpic imageup
Рейтинг@Mail.ru