Challenges in FEM application in selected domains of electrical engineering

• Autorzy: Augustyniak M.

Warianty tytułu

PL

Wyzwania w stosowaniu metody elementow skończonych w wybranych zagadnieniach elektrotechnicznych

• Konferencja: Seminarium ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W NAUCE I TECHNICE 2013 (XXIII; 2013 ; Gdańsk, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the last three decades Finite Element Method / Analysis (FEM / FEA) has gained well-deserved acceptance as a modelling tool in macro-scale, static- and low/medium/highfrequency electromagnetics. It allows better engineering designs, providing insight into complex interactions between field vectors and the ferromagnetic or paramagnetic solids. Despite steady progress, there are still issues which have got no general numerical solution, and tend to be tackled using various simplifications. Two such modelling challenges are presented in detail, namely the eddy current induction in a 3D moving conductor, and the accurate, yet practical representation of material hysteresis loop. Brief software preview is carried out, and some experiences from Author's commercial R&D projects are described.

PL

W przeciągu ostatnich trzech dekad metoda elementów skończonych (MES) została stopniowo uznana jako narzędzie użyteczne w modelowaniu makroskopowych elektromagnetycznych zagadnień statycznych, jak również nisko-, średnioi wysoko-częstotliwościowych. Pozwala projektować bardziej wydajne urządzenia, dając wgląd w złożone interakcje pomiędzy parametrami wektorowymi pola magnetycznego i elektrycznego a ciałem stałym. Pomimo nieustających postępów, wciąż istnieją zagadnienia nie posiadające w pełni zadowalającego ujęcia numerycznego, i są rozwiązywane z pomocą daleko idących uproszczeń. W artykule szczególna uwaga poświęcona jest zjawiskom indukcyjnym w przewodnikach znajdujących się we wzajemnym ruchu, a także sposobom odwzorowania pętli histerezy ferromagnetycznej. Dodatkowo dokonany jest krótki przegląd programów obliczeniowych opartych na MES oraz podsumowane są doświadczenia z wybranych projektów badawczo-rozwojowych Autora.

Słowa kluczowe

EN

finite element method; ferromagnetic hysteresis; induction

PL

metoda elementów skończonych; Histereza Magnetyczna; indukcja

• Wydawca: Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 36
• Strony: 21--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Augustyniak M.

• Politechnika Gdańska, Wydz. Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej tel: [phone]
• DES ART. Sp. z o.o., Gdynia

Bibliografia

• [1] Why Do Electromagnetic Finite Element Analysis?, K.-C. Tang, D. Ellis, NAFEMS Publishing, 2009
• [2] Instrukcja do programu ANSYS dołączona do wersji instalacyjnej (ANSYS 13.0 Theory Manual)
• [3] Electromagnetic Modeling by Finite Element Methods, J.P.A. Bastos, N. Sadowski, 2003, ISBN: 0-8247-4269-9
• [4] Wprowadzenie on-line do biblioteki algorytmów DEAL-II: http://www.dealii.org/
• [5] Instrukcja on-line do programu EMAP: http://www.cvel.clemson.edu/
• [6] Wprowadzenie on-line do programu RILLFEM: http://rillfem.sweb.cz/index_en.htm
• [7] Instrukcja on-line do programu FEMM: http://www.femm.info/wiki/HomePage
• [8] Przegląd produktów komercyjnych do obliczeń MES zagadnień elektromagnetycznych (wersja lipiec 2013): http://www.tenlinks.com/cae/products/ electromagnetic.htm
• [9] Electromagnetic hysteresis modelling: from material science to finite element analysis of devices, L. Dupré, materiały konferencyjne 17th International Conference on Supercomputing, 2003, San Francisco
• [10] Vector Preisach hysteresis modeling: Measurement, identification and application, M. Kuczmann, Physica B406 (2011), pp. 1403–1409
• [11] Including effects of microstructure and anisotropy in theoretical models describing hysteresis of ferromagnetic materials, H. Hauser, Y. Melikhov, D. Jiles, Appl. Phys. Lett. 91, 172512 (2007)
• [12] An energy-based variational model of ferromagnetic hysteresis for finite element computations, V. François-Lavet, Journal of Computational and Applied Mathematics 246 (2013) 243–250
• [13] Magnetic field calculation considering the measured hysteresis, M. Jesenik et al, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 320 (2008) pp. 988–991
• [14] The use of neural networks in describing magnetisation phenomena, A. Nafalski, J. Magn. Magn. Mat., vol. 160, 1996, pp. 84-86
• [15] Finite element simulation of a magnetic brake with a soft magnetic solid iron rotor , H. De Gersem, K. Hameyer, COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, Vol. 21 Iss: 2, pp.296 - 306
• [16] Parametric Analysis of Eddy-Current Brake Performance by 3-D Finite-Element Analysis , S. E. Gay, M. Ehsani, IEEE transactions on magnetics, vol. 42, no. 2, february 2006
• [17] Analiza namagnesowania w badaniach technicznych, materiałów ferromagnetycznych, M. Augustyniak, Politechnika Gdańska, praca doktorska, Gdańsk 2007
• [18] Hysteresis material model in OPERA solver, OPERA Home Page, http://www.cobham.com/aboutcobham/aerospace-and-security/about-us/antennasystems/specialist-technical-services-andsoftware/products-and-services/design-simulationsoftware/opera/opera-3d/hysteresis.aspx
• [19] Eddy Current Testing of Metallic Sheets with Defects Using Force Measurements, H. Brauer, M. Ziolkowski, Serbian journal of electrical engineering Vol. 5, No. 1, May 2008, 11-20
• [20] Nonlinear two-dimensional finite element modeling of a single-phase induction motor, D. Marcsa, M. Kuczmann, Przegląd elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 85 NR 12/2009
• [21] Computation of eddy currents in a solid rotor induction machine with 2-D and 3-D FEM , B. Silwal, Master’s Thesis, Aalto university school of electrical engineering, 2012
• [22] Krytyczny przegląd założeń metody badań nieniszczących opartej na „magnetycznej pamięci metalu", M. Augustyniak, Energetyka, Zeszyt Tematyczny nr XXII, Listopad 2011
• [23] Boundary area between gas and vacuum breakdown mechanism, R. Todorovic et al, Vacuum 86 (2012) pp. 1800-1809
• [24] Determination of ionization conditions characterizing the breakdown threshold of a point-plane air interval using fuzzy logic, Y. Bourek, Electric Power Systems Research 81 (2011) pp. 2038– 2047