Feladat 2
|
Feladat #2 - Sztatikus mágneses | ||
|
Oktató
|
További oktatók:
| |
A feladat célja
A hallgatók elsajátítsák az elektromágneses térszámítás alapjait, főbb lépéseit, valamint gyakorlatot szerezzen az eredmények kiértékelésében a FEMM vagy Agros2D szoftver segítségével. Ezen túl a nemzetközi elvárásoknak megfelelő Műszaki Jelentés (Technical Report) írásában is gyakorlatot szerezzen.
A feladat megoldásához szükséges ismeretek
- A végeselem-módszer lépései;
- A sztatikus mágneses térre vonatkozó elméleti ismeretek (anyagok definiálásához, gerjesztés és peremfeltétel megadásához);
- A FEMM vagy Agros2D szoftver alapszintű kezelése.
A feladat
A feladat két részből áll, a szimulációból és az összefoglaló elkészítéséből.
| Leadási határidő: | 2020. október 16., 23:59 |
| Leadás formája: | A szimulációs fájlt (FEMM - *.fem; Agros2D - *.a2d) 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
A mágnesszelep mozgó részére ható erő és az induktivitás számítása végeselem-módszerrel
A kapott sorszám alapján a feladat geometriájának méreteit a következő táblázatban találja: Feladat #2 méretei.
A feladat: meghatározni a mozgó részre ható erőt és a tekercs induktivitását.
- A tekercs menetszáma [math]N = 900[/math] az 1. változat és [math]N = 450[/math] a 2-es és 3-as változat esetében.
- A tekercs gerjesztése [math]I = 2~\text{A}[/math] az összes esetben.
Az állandó mágnest tartalmazó esetben tetszőlegesen eldönthető, hogy melyik mágnest használja a megoldáshoz:
- NdFeB30 - [math]B_{\text{r}} = 1,1~\text{T}; H_{\text{c}} = 838~\text{kA/m}[/math];
- NdFeB35 - [math]B_{\text{r}} = 1,23~\text{T}; H_{\text{c}} = 890~\text{kA/m}[/math]
- AlNiCo9 - [math]B_{\text{r}} = 1,06~\text{T}; H_{\text{c}} = 119,36~\text{kA/m}[/math]
| Mágnes | Maxwell 2D | 2D Extractor | FEMM | Agros2D | Analitikus - 1[1] | Analitikus - 2[2] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [math]B_r[/math] | 64246 | 66268 | 124297 | 127727 | - | - |
| Végeselemek száma | 33983 | 34382 | 247260 | 28416 | - | - |
| Polinom fokszáma | Másodfokú | Másodfokú | Elsőfokú | Harmadfokú | - | - |
| Kapacitás [pF] | 96,729 | 96,763 | 97,136 | 96,74 | 127,9 | 93,040 |
A kapacitást az elektromos energia segítségével tudja meghatározni:
[math]C = \frac{2\cdot W_{\text{e}}}{U^{2}}[/math],
majd a töltést
[math]\rho = C\cdot U[/math]
képlettel, ahol [math]U[/math] a vezetők közötti potenciálkülönbség, [math]\rho[/math] a töltés, [math]W_{\text{e}}[/math] az elektromos energia.
A töltést mindig [math]1\,\text{V}[/math] gerjesztésre határozza meg!
Elvégzendő feladatok
- A megadott paraméterek alapján elkészíteni a hengerszimmetrikus (axisymmetric)) feladat geometriáját a FEMM vagy Agros2D szoftverek valamelyikében;
- Az anyagtulajdonságok, a gerjesztés és a peremfeltételek megadása;
- A FEM szimuláció futtatása;
- Az eredmények kiértékelése.
- A megoldó beállításainak vizsgálata (Solution performance tuning, Curved surface meshing) az erő függvényében (AIM); A lezárás méretének és a háló sűrűségének (csomópontok [Nodes] vagy háromszögek [Elements] száma) vizsgálata az erő függvényében (FEMM);
- A végeselemek száma (Tetrahedra; Elements), az energia (Total Energy), az energiahiba (Energy Error - AIM) és az energiahiba megváltozása (Delta Energy - AIM) az adaptív lépések függvényében a két szélső esetben;
- az eredmények feldolgozása (post-processing) [lentiek közül legalább kettő legyen a jelentésben]:
- 1) az erő és induktivitás meghatározása;
- 2) az ekvipotenciális vonalak megjelenítése;
- 3) a mágneses fluxussűrűség maximumának és minimumának megjelenítése;
- 4) a mágneses térerősség értékének megjelenítése;
- 5) a mágneses fluxussűrűség vektorok megjelenítése.
- Egy Műszaki Jelentés (Technical Report) elkészítése a megadott instrukciók alapján, a fenti eredmények felhasználásával.
Megj.: A “Feladat I. részének” elemei a gyakorlat során részletesen áttekintésre kerülnek, hogyan kell egy elektromágneses feladat szimulációs modelljét elkészíteni és lefuttatni. Ez alapján a hallgatók könnyedén tudják a “Feladat I. részét” teljesíteni, ha látogatják a gyakorlatokat.
Megj.: A feladatban a vasmag (Core) és a tekercs (Coil) érintkezik. Ez kétdimenziós (hengerszimmetrikus) feladatnál nem okoz problémát, de a háromdimenziós példánál emiatt az áram nem csak a tekercsben hanem a vasmagban is folyik. Ennek kiküszöbölésére az ANSYS Discovery AIM szoftverben a Physics Definition - Electromagnetic Conditions - Insulating peremfeltételt kell alkalmazni a tekercsre (célszerű a tekercs térfogatára alkalmazni).
A valóságban is szigetelő veszi körül a tekercset, amit jellemzően nem modellezünk a feladatban, helyette peremfeltételt alkalmazunk.
|
|
|
| Feladat #2 - 1. változat. | Feladat #2 - 2. változat. |
|
|
|
| Feladat #2 - 3. változat. | Feladat #2 - anyagok. |
- A feladathoz tartozó paraméterek:
- Levegő és tekercs relatív permeabilitása [math]\mu_r = 1[/math];
- A tekercs gerjesztése (Az eredmények validálásához)): [math]I = 0.76~\text{A}[/math], [math]N = 789~\text{menet}[/math] (egyenfeszültség);
- A vasmag és a szelep mágnesezési görbéje:
Ábra 2. - AISI 1020 acél mágnesezési görbéje. Szoftverek használatának bemutatása
Az 1. ábrán látható feladat megoldásán keresztül röviden bemutatom az előadáson és a 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.
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.
Ábra 1. - A mintapélda és geometriai méretei. A szimulációval kapott eredmények. Szoftver Discovery AIM Maxwell 3D FEMM Maxwell 2D Erő [N] 3,586 3,582 3,542 3,587 Induktivitás [mH] 39,88 39,84 39,71 39,84 Videók a szoftverek használatához
- [FEMM]
- [Agros2D]
- [Ansys Maxwell 2D]
- [Ansys Maxwell 3D]
- [Ansys Discovery AIM]
Feladat II. része
A műszaki jelentés elkészítése és leadása a Moodle rendszerben PDF formátumban.
A műszaki jelentés a következő linken elérhető: Word; PDF.
