Difference between revisions of "Feladat 3"

From Maxwell
Jump to: navigation, search
(→‎A feladat)
(→‎Szoftverek használatának bemutatása)
 
(47 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 19: Line 19:
  
 
=== A feladat célja ===
 
=== A feladat célja ===
−
A hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében a [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy az [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftver segítségével.  Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.
+
A hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében a [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy az [http://www.agros2d.org/ Agros2D] vagy az [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Maxwell] szoftver segítségével.  Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.
  
−
A feladat egy söntellenállásnál meghatározni a feszültségesését, az ellenállást és a keletkező veszteségeket.
+
A feladat egy sönt ellenállásnál meghatározni a feszültségesést, az ellenállást és a keletkező veszteségeket adott áramerősség mellett.
  
 
=== A feladat megoldásához szükséges ismeretek ===
 
=== A feladat megoldásához szükséges ismeretek ===
 
* A végeselem-módszer lépései;  
 
* A végeselem-módszer lépései;  
 
* A stacionárius áramlási térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
 
* A stacionárius áramlási térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
−
* A [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftver alapszintű kezelése.
+
* Az [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student] szoftver alapszintű kezelése.
  
 
=== A feladat ===
 
=== A feladat ===
Line 34: Line 34:
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
| '''Leadási határidő:'''
 
| '''Leadási határidő:'''
−
| '''nappali''' - 2020. november 06., 23:59 / '''távoktatás''' - 2020. december 5. 23:59
+
| '''nappali''' - 2020. november 13., 23:59 / '''távoktatás''' - 2021. december 19. 23:59
 
|-
 
|-
 
| '''Leadás formája:'''
 
| '''Leadás formája:'''
−
| A szimulációs fájlt (FEMM - *.fec; Agros2D - *.a2d) tömörítve (.zip formátumban).<br />Az összefoglalót PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára.
+
| A szimulációs fájlt (*.aedt) tömörítve (.zip formátumban).<br />Az összefoglalót PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára.
 
|-
 
|-
 
| '''Benyújtás nyelve:'''
 
| '''Benyújtás nyelve:'''
Line 63: Line 63:
  
 
== Feladat I. része ==
 
== Feladat I. része ==
−
==== Kapacitás számítása végeselem-módszerrel ====
+
=== Rezisztencia és veszteség számítása végeselem-módszerrel ===
−
A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mv7rsx6ODZOoSdl6ZZzk0bpnLxiJzT-SUmMuwxzpgK4/edit?usp=sharing '''Feladat #1 méretei'''].
+
A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: [https://docs.google.com/spreadsheets/d/14OkGI9KyXiyaVAlQIdBgWTfDiy-I7YwrCAIGQxowkr4/edit?usp=sharing '''Feladat #3 méretei'''].
  
−
A feladat: meghatározni a vezető (ha több van tetszőlegesen választott vezetőre) esetében a kapacitást és a töltést.<br \>
+
A feladat: meghatározni az elrendezés esetében a feszültségesést, a rezisztenciát és az ohmos veszteséget.<br \>
−
A kapacitást az elektromos energia segítségével tudja meghatározni:
+
A feszültségesés az elrendezés két kapcsa között lévő potenciálkülönbség. A rezisztenciát az Ohm-törvény segítségével tudja meghatározni:
 
   
 
   
−
<math>C = \frac{2\cdot W_{\text{e}}}{U^{2}}</math>,
+
<math>R = \frac{U}{I}</math>,
  
−
majd a töltést
+
majd a veszteség
 
   
 
   
−
<math>\rho = C\cdot U</math>
+
<math>P = I^2\cdot R</math>
  
−
képlettel, ahol <math>U</math> a vezetők közötti potenciálkülönbség, <math>\rho</math> a töltés, <math>W_{\text{e}}</math> az elektromos energia.
+
képlettel, ahol <math>U</math> a feszültségesés, <math>I</math> az áramerősség, <math>R</math> a rezisztencia.
  
−
''A töltést mindig <math>1\,\text{V}</math> gerjesztésre határozza meg!''
+
''A <math>z-</math>irányú hossza (vastagsága) a feladatnak minden esetben <math>5\,\text{mm}</math> legyen.''
  
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
 
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
Line 93: Line 93:
 
'''Elvégzendő feladatok'''
 
'''Elvégzendő feladatok'''
  
−
* A megadott paraméterek alapján elkészíteni a síkbeli (''planar'') feladat geometriáját a [http://www.femm.info/wiki/HomePage FEMM] vagy [http://www.agros2d.org/ Agros2D] szoftverek valamelyikében;
+
* A megadott paraméterek alapján elkészíteni a síkbeli (''planar'') feladat geometriáját az [https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student Ansys Electronics Desktop Student] szoftverben;
 
* Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;  
 
* Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;  
 
* A FEM szimuláció futtatása;
 
* A FEM szimuláció futtatása;
 
* Az eredmények kiértékelése, ha a <math>z-</math>irányú hossza a feladatnak minden esetben <math>5\,\text{mm}</math>.
 
* Az eredmények kiértékelése, ha a <math>z-</math>irányú hossza a feladatnak minden esetben <math>5\,\text{mm}</math>.
  
−
A [https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mv7rsx6ODZOoSdl6ZZzk0bpnLxiJzT-SUmMuwxzpgK4/edit?usp=sharing táblázatban] található méretek jelentését az alábbi ábrák mutatják. A táblázatban a 2. oszlop jelöli a változat számát.
+
A [https://docs.google.com/spreadsheets/d/14OkGI9KyXiyaVAlQIdBgWTfDiy-I7YwrCAIGQxowkr4/edit?usp=sharing táblázatban] található méretek jelentését az alábbi ábrák mutatják. A táblázatban a 2. oszlop jelöli a változat számát.
 +
 
  
 
{| width=80%
 
{| width=80%
 
|-
 
|-
 
| align=center |
 
| align=center |
−
[[File:01 Microstrip.png|500px]]
+
[[File:01 ShuntResistor.png|550px]]
 
| align=center |
 
| align=center |
−
[[File:02 Edge CoupledMicrostrip.png|500px]]
+
[[File:02 ShuntResistor.png|550px]]
 
|-
 
|-
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 1. változat.'''</span>
+
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #3 - 1. változat.'''</span>
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 2. változat.'''</span>
+
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #3 - 2. változat.'''</span>
 
|-
 
|-
 
| align=center |
 
| align=center |
−
[[File:03 EmbeddedMicrostrip.png|500px]]
+
[[File:03 ShuntResistor.png|550px]]
 
| align=center |
 
| align=center |
−
[[File:04 CoplanarWaveguide.png|500px]]
+
[[File:04 CurrentConduction Materials.png|550px]]
−
|-
 
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 3. változat.'''</span>
 
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 4. változat.'''</span>
 
 
|-
 
|-
−
| align=center |
+
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #3 - 3. változat.'''</span>
−
[[File:05 SymmetricStripline.png|500px]]
+
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #3 - anyagok.'''</span>
−
| align=center |
 
−
[[File:06 AsymmetricStripline.png|500px]]
 
−
|-
 
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 5. változat.'''</span>
 
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 6. változat.'''</span>
 
−
|-
 
−
| align=center |
 
−
[[File:07 EdgeCoupledStripline.png|500px]]
 
−
| align=center |
 
−
[[File:08 BroadsideCoupledStripline.png|500px]]
 
−
|-
 
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 7. változat.'''</span>
 
−
|align=center | <span style="font-size:88%;">'''Feladat #1 - 8. változat.'''</span>
 
 
|}
 
|}
  
−
==== Szoftverek használatának bemutatása ====
+
=== Szoftverek használatának bemutatása ===
−
Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és az önálló feladat során használandó szoftvereket. A feladathoz készült videók segítségével elsajátítható a feladat beállítása, a geometria rajzolása, az anyagtulajdonságok, a peremfeltételek és a gerjesztés megadása. Majd a megoldást követően a térváltozók megjelenítése és kapacitás valamint töltés meghatározása.
+
Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és az önálló feladat során használandó szoftvereket. A feladathoz készült videók segítségével elsajátítható a feladat beállítása, a geometria rajzolása, az anyagtulajdonságok, a peremfeltételek és a gerjesztés megadása. Majd a megoldást követően a térváltozók megjelenítése és a feladathoz kapcsolódó számítandó mennyiségek meghatározása. A feladatban az áramerősség <math>400~\text{A}</math>.
  
 
A mintdapéldához nincs a levegő berajzolva. Ennek méretei a videókban megtalálhatóak, de akár gyakorlásképpen ellenőrizhető, hogyan befolyásolja a kapacitás értékét (az eredményt) a lezárás mérete.
 
A mintdapéldához nincs a levegő berajzolva. Ennek méretei a videókban megtalálhatóak, de akár gyakorlásképpen ellenőrizhető, hogyan befolyásolja a kapacitás értékét (az eredményt) a lezárás mérete.
Line 143: Line 128:
 
|-
 
|-
 
| align=center |
 
| align=center |
−
[[Image:09 Elektrosztatika Mintafeladat.png|650px]]
+
[[Image:05 StacionariusAramlas Mintapelda.png|650px]]
 
|-
 
|-
 
|align=center | <span style="font-size:88%;>''' ''Ábra 1.'' - A mintapélda és geometriai méretei.'''</span>
 
|align=center | <span style="font-size:88%;>''' ''Ábra 1.'' - A mintapélda és geometriai méretei.'''</span>
 
|}
 
|}
 
   
 
   
−
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 1000px; height: 80px;"
+
{| class="wikitable"  style="text-align: center; width: 800px; height: 80px;"
 
|+ Az eredmények összehasonlítása.
 
|+ Az eredmények összehasonlítása.
 
! Szoftver
 
! Szoftver
−
! Maxwell 2D
 
−
! 2D Extractor
 
 
! FEMM
 
! FEMM
 
! Agros2D
 
! Agros2D
−
! Analitikus - 1<ref>https://www.ee.ucl.ac.uk/~amoss/java/microstrip.htm</ref>
+
! Maxwell 2D
−
! Analitikus - 2<ref>https://www.emisoftware.com/calculator/microstrip-capacitance/</ref>
+
! Maxwell 3D
−
|-
+
! Q3D Extractor
−
! Ismeretlenek száma (DoF)
 
−
| 64246 || 66268 || 124297 || 127727 || - || -
 
 
|-
 
|-
−
! Végeselemek száma
+
! Potenciálkülönbség [mV]
−
| 33983 || 34382 || 247260 || 28416 || - || -
+
| 8,025 || 8,049 || - || 8,028 || 8,022
 
|-
 
|-
−
! Polinom fokszáma
+
! Rezisztencia [<math>\mu\Omega</math>]
−
| Másodfokú || Másodfokú || Elsőfokú || Harmadfokú || - || -
+
| 20,064 || 20,125 || 20,071 || 20,056 || 20,054
 
|-
 
|-
−
! Kapacitás [pF]
+
! Veszteség [W]
−
| 96,729 || 96,763 || 97,136 || 96,74 || 127,9 || 93,040
+
| 3,21 || 3,22 || 3,21 || 3,21 || 3,21
 
|}
 
|}
  
 
'''Videók a szoftverek használatához'''
 
'''Videók a szoftverek használatához'''
−
* [https://youtu.be/E-uPFUIDlZo FEMM]
+
* [ Ansys Maxwell 2D]
−
* [https://youtu.be/dScBIRecoMg Agros2D]
+
* [ Ansys Maxwell 3D]
−
* [https://youtu.be/g_qcZmHnvtY Ansys Maxwell 2D]
+
* [ Ansys Q3D Extractor]
−
* [https://youtu.be/oijUg2dZDQQ Ansys 2D Extractor]
 
  
 
== Feladat II. része ==
 
== Feladat II. része ==

Latest revision as of 16:30, 21 February 2022

Feladat #3 - Áramvezetés

Oktató

  • Marcsa Dániel (óraadó)
  • Előadás: -
  • Fogadóóra: egyeztetés alapján

További oktatók:

  • -
  • Fogadóóra: -.

A feladat célja

A hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében a FEMM vagy az Agros2D vagy az Ansys Maxwell szoftver segítségével. Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.

A feladat egy sönt ellenállásnál meghatározni a feszültségesést, az ellenállást és a keletkező veszteségeket adott áramerősség mellett.

A feladat megoldásához szükséges ismeretek

  • A végeselem-módszer lépései;
  • A stacionárius áramlási térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
  • Az Ansys Electronics Desktop Student szoftver alapszintű kezelése.

A feladat

A feladat két részből áll, a szimulációból és az összefoglaló elkészítéséből.

Leadási határidő: nappali - 2020. november 13., 23:59 / távoktatás - 2021. december 19. 23:59
Leadás formája: A szimulációs fájlt (*.aedt) tömörítve (.zip formátumban).
Az összefoglalót PDF formátumban. A színes ábrákat úgy kell elkészíteni, hogy fekete-fehérben kinyomtatva is világos legyen a tartalmuk az olvasó számára.
Benyújtás nyelve: Magyar
Benyújtás helye: A Moodle rendszerben kiírt feladatnál.
Késői benyújtás: Minden megkezdett nap után 5% levonás az elért eredményből (azaz pl. 5 nap késés után 100%-os leadandóra már csak max. 100% - 5x5% = 75%-ot lehet szerezni).
Értékelés: 0 – 50% - Elégtelen (1)
51 – 60% - Elégséges (2)
61 – 70% - Közepes (3)
71 – 85% - Jó (4)
86 – 100% - Jeles (5)
A formai követelmények tekintetében az alábbi linken elérhető útmutatót/sablont kell használni.

Feladat I. része

Rezisztencia és veszteség számítása végeselem-módszerrel

A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: Feladat #3 méretei.

A feladat: meghatározni az elrendezés esetében a feszültségesést, a rezisztenciát és az ohmos veszteséget.
A feszültségesés az elrendezés két kapcsa között lévő potenciálkülönbség. A rezisztenciát az Ohm-törvény segítségével tudja meghatározni:

[math]R = \frac{U}{I}[/math],

majd a veszteség

[math]P = I^2\cdot R[/math]

képlettel, ahol [math]U[/math] a feszültségesés, [math]I[/math] az áramerősség, [math]R[/math] a rezisztencia.

A [math]z-[/math]irányú hossza (vastagsága) a feladatnak minden esetben [math]5\,\text{mm}[/math] legyen.

Az anyagok fajlagos vezetése.
Anyag Titánium Réz Aluminium Réz mangán
[math]\sigma~[\text{MS/m}][/math] 1,789 58 36,9 20,833

Elvégzendő feladatok

  • A megadott paraméterek alapján elkészíteni a síkbeli (planar) feladat geometriáját az Ansys Electronics Desktop Student szoftverben;
  • Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;
  • A FEM szimuláció futtatása;
  • Az eredmények kiértékelése, ha a [math]z-[/math]irányú hossza a feladatnak minden esetben [math]5\,\text{mm}[/math].

A táblázatban található méretek jelentését az alábbi ábrák mutatják. A táblázatban a 2. oszlop jelöli a változat számát.


01 ShuntResistor.png

02 ShuntResistor.png

Feladat #3 - 1. változat. Feladat #3 - 2. változat.

03 ShuntResistor.png

04 CurrentConduction Materials.png

Feladat #3 - 3. változat. Feladat #3 - anyagok.

Szoftverek használatának bemutatása

Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és az önálló feladat során használandó szoftvereket. A feladathoz készült videók segítségével elsajátítható a feladat beállítása, a geometria rajzolása, az anyagtulajdonságok, a peremfeltételek és a gerjesztés megadása. Majd a megoldást követően a térváltozók megjelenítése és a feladathoz kapcsolódó számítandó mennyiségek meghatározása. A feladatban az áramerősség [math]400~\text{A}[/math].

A mintdapéldához nincs a levegő berajzolva. Ennek méretei a videókban megtalálhatóak, de akár gyakorlásképpen ellenőrizhető, hogyan befolyásolja a kapacitás értékét (az eredményt) a lezárás mérete.

05 StacionariusAramlas Mintapelda.png

Ábra 1. - A mintapélda és geometriai méretei.
Az eredmények összehasonlítása.
Szoftver FEMM Agros2D Maxwell 2D Maxwell 3D Q3D Extractor
Potenciálkülönbség [mV] 8,025 8,049 - 8,028 8,022
Rezisztencia [[math]\mu\Omega[/math]] 20,064 20,125 20,071 20,056 20,054
Veszteség [W] 3,21 3,22 3,21 3,21 3,21

Videók a szoftverek használatához

  • [ Ansys Maxwell 2D]
  • [ Ansys Maxwell 3D]
  • [ Ansys Q3D Extractor]

Feladat II. része

A műszaki jelentés elkészítése és leadása a Moodle rendszerben PDF formátumban.
A műszaki jelentés a következő linken elérhető: Word; PDF.

Hivatkozások

Retrieved from "http://wiki.maxwell.sze.hu/index.php?title=Feladat_3&oldid=2793"