Ввод свойств блоков

После того как введены все опорные точки, построены отрезки прямых линий, дуг окружностей и обозначены метки блоков модели, необходимо ввести свойства всех блоков, а также свойства всех частей наружного контура модели (граничные условия).

При вводе свойств блоков и граничных условий можно находиться в любом режиме, так как привязка свойств к конкретным объектам (их идентификация) будет осуществлена позднее. Свойства можно было ввести даже до начала построения модели, но удобнее сделать сейчас, ориентируясь на контуры уже созданного изображения.

Начинать ввод свойств блоков имеет смысл с тех стандартных материалов, свойства которых уже имеются в библиотеке материалов программы FEMM.

1. Щелкнуть Properties -> Material Library (Свойства/Библиотека материалов). Возникнет одноименный диалог. В левой его части расположены папки библиотеки, открыть которые можно стандартным щелчком знака + слева от названия папки. Любой материал автоматически присваивается модели, если его значок скопировать путем «перетаскивания» в правую часть текущего диалога (она называется Model Materials — Материалы модели). Для этого надо указать стрелкой курсора мыши на значок нужного материала, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, перетащить значок в правую часть диалога. Отпустить левую кнопку мыши. Изображение значка этого материала присоединится к открытой папке Model Materials правой части диалога Materials Library, при этом оно останется и в библиотеке.

Поскольку почти все модели имеют в качестве одного из материалов воздух, то перетащив значок Air, сразу можно воздушным блокам модели присвоить и имя, и свойства.

К сожалению, многие материалы библиотеки соответствуют стандартам США, поэтому свойства многих блоков придется вводить так, как это описано ниже.

• 2. Щелкнуть строку Materials (Материалы) пункта Properties (Свойства) Главного меню — возникает диалог Property Definition (Назначение свойства), в котором поле Property Name (Имя свой) будет пустым, если еще ввести для описываемого материала в иоле Name (Имя) вместо New Material (Новый материал) содержательное имя для блока.
• 3. Путем выбора подходящей строки в выпадающем списке В-Н Сипе (Кривая В-Н) надо решить, будет ли материал иметь линейную или нелинейную кривую В-Н. Если выделить Linear В-Н Relationship (Линейная связь В и Я), будет активна группа параметров Linear Material Properties (Линейные свойства материала). FEMM позволяет ввести разные относительные проницаемости в горизонтальном направлениях.

Здесь следует обратить внимание читателя, что в гл. 5 и приложениях ПЗ — П5 настоящего учебного пособия сохранены обозначения программы FEMM, в которой относительная магнитная проницаемость обозначается без индекса г, а под ц, имеется в виду составляющая относительной магнитной проницаемости вдоль оси г аналогичнотому, как под цл, цх, цу имеются в виду составляющие относительной магнитной проницаемости вдоль осей z, х и у (в программе FEMM можно учесть анизотропию магнитных свойств материала).

В прямоугольнике Linear Material Properties находятся также фпс, deg и foy, deg, которые обозначают гистерезисный угол по отношению к каждому из направлений. В FEMM в линейных квазистационарных задачах считается, что гистерезис независимо от частоты создает постоянный угол сдвига фаз между В и Я. Это равносильно предположению, что петля гистерезиса имеет эллиптическую форму.

4. Если из выпадающего списка В-Н Сипе выделить Nonlinear В-Н Curve (Нелинейная кривая В-Н), то активной станут параметры в прямоугольнике Nonlinear Material Properties (Нелинейные свойства материала).

Чтобы ввести кривую В (Н), нужно щелкнуть кнопку Edit В-Н Сип е (Редактирование В-Н кривой). Появляется диалог В-Н Curve Data (см. рис. П5.2, а и б), позволяющий ввести координаты точек этой кривой. Необходимо ввести для одного и того же номера точки значение в колонку «В, Tesla» (Магнитная индукция В, Тл) и значение в колонку «Н, Ат р/m* (Напряженность магнитного поля, А/м). Для нелинейного материала нужно ввести, по крайней мере, три точки, а для получения хорошего результата — 10—15.

После ввода данных кривой не помешает построить ее, чтобы убедиться в том, что кривая получилась достаточно плавной. Это делается щелчком кнопки Plot В-Н Curve (Построение В-Н кривой) диалога В-Н Curve Data. Маленькие квадраты на графике соответствуют координатам введенных точек, а кривая представляет собой кубическую сплайн-интерполяцию по этим координатам. Поскольку FEMM интерполирует между точками кривой В (Н), используя кубические сплайны, если не будет введено достаточное количество точек, возможно получение плохой кривой. Особенно это касается районов относительно быстрых изменений ее формы.

FEMM контролирует качество кривой В-Н. Если данные кривой неудовлетворительны, что проявляется в отсутствии их однозначности, FEMM повторно сглаживает В данные, используя трехточечный передвигающий фильтр усреднения вплоть до получения однозначности. Это приближение весьма действенно в смысле получения однозначности, но результат может несколько отличаться от исходных значений. Добавка данных для точек сильно искривленных участков кривой помогает избежать необходимости в сглаживании.

Важно отметить, что FEMM экстраполирует линейно за пределами концов кривой В (Н), если в программе встречается магнитная индукция или напряженность поля, которые лежат за пределами введенных величин. Эта экстраполяция может сделать так, что материал при высоких индукциях будет иметь большую проницаемость, чем на самом деле. Необходимо ввести достаточное число координат, чтобы получить правильное решение при высоких насыщениях (надо сделать так, чтобы программа интерполировала между введенными данными, нежели экстраполировала).

Среди нелинейных параметров диалога Block Property находится также величина фЬгаач, deg. Для нелинейных задач предполагается, что гистерезисный угол отставания пропорционален эффективной проницаемости. Считается, что при самой высокой эффективной проницаемости гистерезисный угол достигает максимальной величины.

5. Поле редактирования ст, MS/m устанавливает удельную электропроводность материала блока. Ее единицы измерения: это 10° сименс/метр (10б См/м эквивалентно 10б (Ом * м)1). Для справки, удельная электропроводность меди при комнатной температуре составляет 57,143 МСм/м: хорошей кремнистой стали (листовой) для электродвигателей — менее 2 МСм/м, листов трансформаторной стали — более 9 МСм/м. Поскольку удельная электропроводность обычно сильно зависит от температуры, необходимо ввести ее значение для рабочих условий.

Несмотря на то что магнитопровод из изолированных пластин при расчете в FE. MM обычно заменяется сплошным телом, удельную электропроводность в поле a, MS/m надо подставлять дня материала магнитопровода, а не среднюю между электропроводностью материалов магнитопровода и изоляции. То же относится и к удельной электропроводности проводникового материала обмотки.

• 6. Следующие вводимые величины— действительная и мнимая части J, МА/пГ2 — представляют плотность тока стороннего источника тока (МА/м²). Если предполагается блоку поперечного сечения обмотки присвоить цепные свойства, то в полях ввода плотности тока диалога Block Property следует оставить нулевые значения.
• 7. Следующая грунна свойств — Special Attributes: Lamination & Wire Type (Специальные свойства: Пластинчатость и Тип провода). Если материал, который в модели обычно представлен в виде «сплошного» тела, на самом деле состоит из изолированных пластин, то Различные типы ориентации пластин относительно осей координат: а — пластины параллельны плоскости ху; б— пластины параллельны только оси х при плоскопараллельном иоле или оси г при осесимметричном; в — пластины параллельны только оси у при плоскопараллельном поле или оси z при осесимметричном обозначения направления, в котором он разбит на пластины. Для обмотки, которая в модели обычно тоже представляется в виде «сплошного» тела, этот выпадающий список позволяет ввести тип провода, из которого она сделана.

Если выбран какой-то тип разбивки на листы, то становятся активными поля Толщина листа (Lam thickness, mm) и Коэффициент заполнения стали (Lam fill factor). Толщина листа, коэффициент заполнения и ориентация набора используются для создания сплошной модели из листового материала, при расчете которой в квазистационарной задаче можно учесть гистерезис и вихревые токи.

Дополнительное магнитное сопротивление, которое создают магнитному потоку зазоры между пластинами, если он последовательно проходит через зазоры, а также уменьшение плошали поперечного сечения по магнитному материалу в случае, если поток проходит вдоль пластин, учитываются и в квазистанионарной и в магнитостатических задачах.

В поле Lam thickness, mm следует подставить толщину одного листа из набора используемых. Если материал не из пластин, это поле не активно, в противном случае в него вводится толщина только железной части одного листа (без изоляции) в мм. Коэффициент заполнения стали (Lam fill factor) имеет в FEMM общепринятый смысл (равен отношению площади поперечного сечения магнитопровода по стали, к полной площади поперечного сечения магнитопровода, включающей и площади изоляционных промежутков между пластинами).

Если в поле Special Attributes: Lamination & Wire Type выбран тип провода, то становятся активными поля Диаметр жилы (Strand dia) и/или Число жил (Number of strands). Если выбран Провод магнита (Magnet wire) или Прямоугольный провод (Square wire), то надо иметь в виду, что может быть только одна жила и что поэтому поле Number of strands не активно. При этом в ноле Strand dia. вводится диаметр (или ширина) провода (без учета толщины изоляции). Для многожильного провода надо вводить число жил и диаметр жилы. В настоящее время поддерживаются только одножильные провода.

Каждый виток индивидуально может не моделироваться. Программа будут автоматически учитывать изоляционные промежутки между витками. Однако, если пользователь задает размеры плошали поперечного сечения обмотки, число витков и диаметр провода, то он сам должен рассчитать коэффициент заполнения обмотки и убедиться в том. что выбранный провод войдет в заданное окно.

В задачах на переменном токе принимаются во внимание не только коэффициент заполнения, но и эффект близости и поверхностный эффект, которые учитываются для района обмотки через эффективную комплексную проницаемость и удельную электропроводность.

Последовательно вводятся свойства каждого блока модели.