Investigation of the accuracy of electromagnet actuators characteristics based on FEM magnetic field solution

• Autorzy: Pochanke Z.

Warianty tytułu

PL

Badanie dokładności wyznaczania charakterystyk siłowników elektromagnesowych na podstawie analizy numerycznej pola magnetycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of numerical experiments on the accuracy and convergence of force and energy characteristics of electromagnet actuators calculated on the base of magnetic field solution obtained using FEM approach. It was shown, that observation of convergence of the calculations of a particular, local field quantity, with increasing mesh density, does not yield a reliable criterion for error assessments of neither the numerical field model, nor of the actuator characteristics. The principle of the joint approximation of the actuator characteristic was formulated and used in the characteristics error estimations. The proposed method was applied in two cases of electromagnets with long plunger stroke.

PL

W artykule przedstawiono wyniki eksperymentów numerycznych dotyczących zbieżności i dokładności obliczeń sił oraz energii siłowników elektromagnesowych, przeprowadzonych metodą elementu skończonego. Pokazano, że obserwacja zbieżności wyników obliczeń lokalnych wielkości polowych w miarę zagęszczania siatki nie daje niezawodnego kryterium oceny błędów obliczeń ani rozkładu pola magnetycznego, ani charakterystyk siłownika. Sformułowano zasadę łącznej aproksymacji charakterystyk siłownika, z której wyprowadzono także metodę oceny błędów wyznaczania charakterystyk siłowników. Proponowaną metodę zastosowano w obliczeniach dwóch siłowników o dużym skoku nura.

Słowa kluczowe

EN

electromagnet; electromagnet actuator; force of the electromagnet; calculation; electromagnetic force; numerical analysis; magnetic field

PL

elektromagnes; siłownik elektromagnetyczny; analiza numeryczna; pole magnetyczne

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 55, nr 2
• Strony: 113--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Pochanke Z.

• Department of High Voltage Technology and Electrical Apparatus, Warsaw University of Technology,

Bibliografia

• 1. Carpenter C.J.: Surface-Integral Methods of Calculating Forces on Magnetised Iron Parts. Proc. IEE, Vol. 106, 1960.
• 2. Coulomb J.L., Meunier G.: Finite Element Implementation of Virtual Work Principle for Magnetic or Electric Force Computation. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 20, No 5, September 1984, pp. 1894-1896.
• 3. McFee S., Lowther D.A.: Towards Accurate and Consistent Force Calculation in Finite Element Based Computational Magnetostatics. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 23, No 5, September 1987, pp. 3771-3773.
• 4. Mizia J., Adamiak K., Eastham A.R., Dawson G.E.: Finite Element Force Calculation: Comparison of Methods for Electrical Machines. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 24, No 1, January 1988, pp. 447-450.
• 5. Takefumi K., Atsushi K., Tadahiko G.: Force Calculation Using Magnetising Currents. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 24, No 1, January 1988, pp. 451-454.
• 6. Ito M., Tajima F., Kanazawa H.: Evaluation of Force Calculating Methods. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 26, No 2, March 1990, pp. 1035-1038.
• 7. DeBortoli M.J., Salon S.J.: Computation of Forces and Torque in Electromagnetic Devices Using the Finite Element Method. Proc. ICEM, 1990.
• 8. Sadowski N., Lefevre Y., Lajoie-Mazenec M., Bastos J.P.A.: Sur le calcul des forces magnetiques. J. Phys. III France 2 (1992) 859-870.
• 9. Ren Z.: Comparison of Different Force Calculation Methods in 3D Finite Element Modelling. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 30, No 5, September 1994, pp. 3471-3474.
• 10. Komeza K. et al.: Comparative Computation of Forces and Torques of Electromagnetic Devices by Means of Different Formulae. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 30, No 5, September 1994, pp. 3475-3478.
• 11. Takahashi N. et al.: Investigation of a Model to Verify Software for 3-D Static Force Calculation. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 30, No 5, September 1994, pp. 3483-3486.
• 12. Tsukerman I, Lavers J.D., Konrad A.: Using Complementary Formulations for Accurate Computations of Magnetostatics Field and Forces in a Synchronous Motor. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 30, No 5, September 1994, pp. 3479-3482.
• 13. Demski W., Szymański G.: Comparison of the Force Computation Using the Vector and Scalar Potential for 3D. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 33, No 2, March 1997, pp. 1231-1234.
• 14. Demenko A.: Wyznaczanie rozkładu trójwymiarowego pola magnetycznego metodą elementów krawędziowych {Edge method in the analysis of 3D magnetic field - in Polish). Przegląd Elektrotechniczny No. 6, 1997.
• 15. De Medeiros L.H., Reyne G., Meunier G.: Comparison of Global Force Calculations on Permanent Magnets. IEEE Trans, on Magnetics, Vol. 34, No 5, September 1998, pp. 3560-3563.
• 16. ANSYS, Inc. Theory Reference.