Application of the modified approach of Finite Element Method for determining the displacement current distribution in nonlinear magnetic circuits

• Autorzy: Ludowicz Wojciech , Wojciechowski Rafał M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.07.02

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie zmodyfikowanego podejścia Metody Elementów Skończonych do wyznaczania rozkładu prądu przemieszczenia w nieliniowych obwodach magnetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Within this article the multistage approach of Finite Element Method combined with the Fixed-Point Method and Harmonic Balance Method has been presented and discussed. In the paper the analysis of the field model of a high-frequency transformer has been conducted. Obtained results enables the complex analysis of displacement currents distribution in a converter core and also estimation of the phenomena impact on operate states of the transformer.

PL

W ramach niniejszego artykułu omówiona i zaprezentowana została wielostopniowa metoda elementów skończonych, w której wykorzystane zostały Metody Punktu Ustalonego (Fixed - Point Method) oraz Metody Bilansu Harmonicznych (Harmonic Balance Method). W pracy wykonano i poddano analizie model polowy transformatora wysokiej częstotliwości. Przeprowadzone obliczenia umożliwiły zobrazowanie rozkładu prądów przesunięcia dielektrycznego w rdzeniu oraz ocenę wpływu zjawiska na pracę przetwornika elektromagnetycznego.

Słowa kluczowe

EN

displacement current; transformer; fixed point method; harmonic balance method

PL

prądy przesunięcia dielektrycznego; metoda punktu ustalonego; metoda harmonicznego balansu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 7
• Strony: 5--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Ludowicz Wojciech

• Poznan University of Technology, Institute of Electrical Engineering and Electronics, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań

• https://orcid.org/0000-0002-5561-5235

autor

Wojciechowski Rafał M.

• Poznan University of Technology, Institute of Electrical Engineering and Electronics, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań

• https://orcid.org/0000-0003-4906-469X

Bibliografia

• [1] Darwish, M.A.; Trukhanov, A.V.; Senatov, O.S.; Morchenko, A.T.; Saafan, S.A.; Astapovich, K.A.; Trukhanov, S.V.; Trukhanova, E.L.; Pilyushkin, A.A.; Sombra, A.S.B.; et al. Investigation of AC-measurements of epoxy/ferrite composites, Nanomaterials, 10 (2020), 492, doi:10.3390/nano10030492.
• [2] Jalaiah, K.; Mouli, K.C.; Krishnaiah, R.V.; Babu, K.V.; Rao, P.S.V.S, The structural, DC resistivity and magnetic properties of Zr and Co co-substituted Ni0.5Zn0.5Fe2O4. Heliyon, 5 (2019), e01800, doi:10.1016/j.heliyon.2019.e01800.
• [3] Hui, S.Y.R.; Zhong, W.; Lee, C.K., A Critical review of recent progress in mid-range wireless power transfer, IEEE Trans. Power Electron, 29 (2014), 4500–4511, doi: 10.1109/ TPEL.2013.2249670.
• [4] Sanjari Nia, M.S.; Altimania, M.; Shamsi, P.; Ferdowsi, M., Magnetic field analysis for hf transformers with coaxial winding arrangements, In Proceedings of the 2020 IEEE Kansas Power and Energy Conference (KPEC); IEEE: Manhattan, KS, USA, July 2020; pp. 1–5.
• [5] Maamar AET, Helaimi M, Taleb R., Analysis, simulation and experimental validation of high frequency DC/AC multilevel inverter. Przeglad Elektrotechniczny; 96 (2020), no. 8: 16-19.
• [6] Achour, Y.; Starzyński, J., High-frequency displacement current transformer with just one winding, COMPEL 2019, COMPEL10-2018-0414, doi:10.1108/COMPEL-10-2018-0414.
• [7] Biela, J.; Kolar, J.W., Using transformer parasitic for resonant Meeting. Conference Record of the 2005 Industry Applications Conference; IEEE: Hong Kong, China; 3 (2005), pp. 18681875.
• [8] Hai Yan Lu; Jian Guo Zhu; Hui, S.Y.R., Experimental determination of stray capacitances in high frequency transformers, IEEE Trans. Power Electron, 18 (2003), 1105-1112, doi:10.1109/TPEL.2003.816186.
• [9] Zhang, X.; Zhao, Y.; Ho, S.L.; Fu, W.N., Analysis of wireless power transfer system based on 3D finite-element method including displacement current. IEEE Trans. Magn., 48 (2012), 3692–3695, doi:10.1109/TMAG.2012.2196263.
• [10] Clemens, M.; Kähne, B.; Schöps, S., A Darwin time domain scheme for the simulation of transient quasistatic electromagnetic fields including resistive, Capacitive and Inductive Effects 2020.
• [11] Fang, N.; Liao, C.; Ying, L.-A., Darwin approximation to maxwell’s equations, In Computational Science – ICCS 2009; Allen, G., Nabrzyski, J., Seidel, E., van Albada, G.D., Dongarra, J., Sloot, P.M.A., Eds.; Lecture Notes in Computer Science; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 5544 (2009), pp. 775–784 ISBN 978-3-642-01969-2.
• [12] Ludowicz, W.; Wojciechowski, R.M., Analysis of the distributions of displacement and eddy currents in the ferrite core of an electromagnetic transducer using the 2d approach of the edge element method and the harmonic balance method, Energies, 14 (2021), 3980, doi:10.3390/en14133980.
• [13] Demenko, A., Eddy current computation in 3-dimensional models for electrical machine applications. In Proceedings of the 2006 12th International Power Electronics and Motion Control Conference; IEEE: Portoroz, August 2006; pp. 19311936.
• [14] Demenko, A.; Sykulski, J.K., Network equivalents of nodal and edge elements in electromagnetics, IEEE Trans. Magn., 38 (2002), 1305–1308, doi:10.1109/20.996333.
• [15] Kuczmann, M., Nodal and edge finite element analysis of eddy current field problems, Przegląd Elektrotechniczny, 84 (2008), no. 12, 2008, pp. 194-197.
• [16] Biro, O.; Preis, K., An efficient time domain method for nonlinear periodic eddy current problems, IEEE Trans. Magn., 42 (2006), 695–698, doi:10.1109/TMAG.2006.871666.
• [17] Koczka, G.; Auberhofer, S.; Biro, O.; Preis, K., Optimal convergence of the fixed-point method for nonlinear eddy current problems, IEEE Transactions on Magnetics, 45 (2009), 948–951, doi:10.1109/TMAG.2009.2012477.
• [18] Wojciechowski, R.M.; Jedryczka, C., The analysis of stray losses in tape wound concentrated windings of the permanent magnet synchronous motor, COMPEL, 34 (2015), 766–777, doi:10.1108/COMPEL-10-2014-0287.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).