УМК "Электромагнитные расчеты"

Учебно-методический комплекс

Электромагнитные расчеты

Методические материалы Иванова-Смоленского А.В. в обработке Гончарова В.И. (до 2020 г.)

Посвящение

Содержание курса

Магнитостатика

Обзор методов электромагнитных расчетов. Основные задачи курса. Основные законы и понятия электромагнитного поля. Простейшая электрическая машина. Уравнения Максвелла. Векторные и скалярные поля. Уравнение Пуассона относительно векторного магнитного потенциала. Выражение энергии магнитного поля через векторный магнитный потенциал. Численные методы решения полевой задачи. Метод конечных элементов. Основные сведения о методе зубцовых контуров. Математическое описание электромагнитного поля в электрической машине. Математическое описание электромагнитного поля в машине: внутренние и внешние граничные условия, постановка задачи. Электромагнитный момент и силы тяжения. Аналитические методы исследования поля в электрической машине. Допущения. Магнитостатическая (стационарная) задача. Функция потока. Запись граничных условий через функцию потока и потенциальную функцию. Метод разделения переменных. Поле в плоском зазоре при гармоническом распределении потенциала. Упрощение формул в частных случаях. Поверхностные токи как источник поля. Поле в зазоре с учетом кривизны. Коэффициент затухания поля. Оценка погрешности при замене криволинейного зазора плоским. Комплексная потенциальная функция. Ортогональность линий функции потока и потенциальной функции. Выражение напряженности поля через комплексную потенциальную функцию. Конформное преобразование. Основные свойства преобразования. Примеры конформного преобразования. Конформное преобразование с помощью логарифмической функции. Определение поля в кольцевом зазоре при гармоническом возбуждении одного из сердечников.

Расчет переменных магнитных полей

Магнитное поле в зазоре электрической машины с учетом зубчатости сердечников. Определение постоянных в уравнениях Шварца-Кристоффеля. Магнитное поле в зазоре электрической машины с учетом зубчатости сердечников. Основные допущения. Разложение поля одиночного паза на четное и нечетное поля. Решение задачи о поле двух намагниченных пластин. Коэффициент воздушного зазора. Магнитное поле зубцового контура. Допущения, принимаемые при анализе поля зубцового контура. Особые граничные условия для области прямоугольного паза. Основное свойство зубцового контура. Электромагнитные силы в магнитном поле. Объемная плотность электромагнитных сил. Натяжения в магнитное полеПеременное электромагнитное поле. Уравнения переменного магнитного поля для напряженностей магнитного и электрического полей и для векторного магнитного потенциала. Поток электромагнитной энергии в переменном электромагнитом поле. Допущения, граничные условия, выбор системы координат. Вид уравнений Максвелла для плоского электромагнитного поля. Переменное электромагнитное поле в проводящем магнитном полупространстве. Допущения. Решение основного уравнения. Глубина проникновения поля. Интегральные величины для переменного электромагнитного поля. Переменное магнитное поле в пластине магнитопровода. Расчет потерь. Оценка влияния поверхностного эффекта. Поверхностный эффект в прямоугольном проводнике в пазу электрической машины. Конструктивное исполнение стержней обмоток крупных электрических машин, транспозиция элементарных проводников. Коэффициент увеличения сопротивления на переменном токе. Определение оптимального числа элементарных проводников стержня, лежащего в прямоугольном пазу. Расчет магнитного потока в брусе с произвольной формой сечения при резко выраженном поверхностном эффекте. Задача о стальном тороиде, охваченном катушкой с током.

Моделирование магнитных полей в электрических машинах

Численные методы расчета полей. Численные методы решения дифференциальных уравнений. Краткий обзор развития ЭВМ в последние 40 лет. Метод конечных элементов и его применение для электромагнитных расчетов электротехнических устройств. Применение метода конечных элементов. Построение геометрии конечно-элементных моделей. Задание граничных условий. Учет пространственной неоднородности при одновременном моделировании шихтованных и массивных ферромагнитных сердечников. Моделирование асинхронных машин. Моделирование поля в поперечном сечении асинхронной машины при холостом ходе. Определение исходных данных для магнитостатической модели асинхронной машины, работающей под нагрузкой. Моделирование асинхронной машины с массивным ферромагнитным ротором, многослойные модели массивного ротора. Моделирование асинхронных машин с обрывом роторных стержней. Моделирование крупных синхронных машин. Использование программирования при расчете характеристик синхронных машин. Использование периодических и антипериодических граничных условий при моделировании гидрогенераторов. Конструктивные исполнения электрических машин с постоянными магнитами на роторе. Особенности моделирования машин с внутренними (расположенными внутри сердечника ротора) постоянными магнитами. Моделирование индукторных машин с аксиальным возбуждением. Полевая модель для одновременного моделирования униполярного поля возбуждения и многополюсного поля обмотки якоря: особенности внешних граничных условий, допущения, оценка точности. Выбор формы поперечного сечения ротора, обеспечивающей оптимальный гармонический состав поля в зазоре. Уточненный расчет обмотки возбуждения по результатам моделирования. Определение потерь в массивных сердечниках. Допущения, принимаемые при моделировании переменных электромагнитных полей в нелинейных (ферромагнитных) средах. Особенности формирования конечно-элементной структуры моделей массивных сердечников. Оценка точности конечно-элементных моделей массивных сердечников при моделировании переменного поля. Решение некоторых практических задач.