¡Descarga practicas.........1. y más Apuntes en PDF de Máquinas Eléctricas solo en Docsity!
PRACTICA 1: INTRODUCCIÓ AL FEMM.
MODELIZACIÓ DE CIRCUITS MAGNÈTICS
EN CORRENT CONTINU
FEMM és un conjunt de programes de lliure distribució basat en l’anàlisi d’elements finits (http://ca.wikipedia.org/wiki/An%C3%A0lisi_d%27elements_finits) que permet resoldre problemes electromagnètics de sistemes de baixa freqüència i amb models de dues dimensions.
1. CIRCUIT MAGNÈTIC SIMPLE SENSE ENTREFERRO
L’objectiu de la pràctica és modelitzar el següent circuit magnètic el qual té una bobina amb 50 espires de coure de secció 16 AWG per les quals hi circularà una corrent de 60 A. El nucli és quadrat, amb un mides externes de 6 x 6 cm i una finestra interior de 5 x 5 cm. La profunditat o espessor és de 1 cm, segons mostra la figura 1.
Figura 1: Circuit magnètic.
Es demana:
1 - Determinar amb el FEMM el valor del camp magnètic B (T) i el factor de farciment del debanat. 2 - Comprovar segons càlculs el resultat del camp magnètic que dona el FEMM i justificar les possibles discrepàncies. Comprovar segons càlcul que el factor de farciment és correcte (el FEMM no té compte ni el recobriment aïllant dels fils de coure, ni espai de les espires).
FEMM:
“File””New””Magnetics problem”
“Problem” “Problem definition”
Figura 2: Definició del problema.
Realitzar el model del circuit magnètic:
Per introduir els nodes hi ha dos maneres:
1 - Introduir node a node:
Figura 3. Afegir un node
Figura 6. Llibreria de materials
Definició dels circuits elèctrics:
“Properties” “Circuits” Add Property Afegir el nom (I) que tindrà i la intensitat que hi circularà (60 A) i en sèrie.
Figura 7. Circuit elèctric
Introduïr els materials en el model:
Clicar a “Operate on block labels” i a cada zona tancada definir el material que li toca, segons es veu a la següent figura (seleccionar el node que defineix el block amb el botó dret i polsar la tecla space, apareixerà un requadre per poder seleccionar el tipus de material).
En el cas del fil de coure també haurem de seleccionar el circuit I que hi circulen els 60 A i el número d’espires bobinades.
Poseu que la “Mesh size” sigui de 0.1. Amb això estem diguem com volem mallar cada un dels blocs definits amb els materials (el nucli, el coure i l’aire).
Figura 8. Definicio dels blocs
Per tal de simular el correcte sentit de flux magnètic caldrà posar 50 espires a la banda esquerra i - 50 espires a la banda dreta tal com mostra la figura 8.
Figura 9. Creació del camp magnètic
Figura 10. Polaritats en funció del sentit de gir del bobinat i la corrent.
Definir els límits de simulació del model:
Per tal de tenir una zona tancada per la simulació i acotar així la resolució del problema, farem: “Properties” “Boundary” “Add property” A = 0. Generarem 4 nodes més a: (-5,-5) – (-5,11) – (11,-5) – (11,11). Seleccionarem les 4 línies i amb el botó space assignarem al “Segment Property” A=0.
Figura 11. Definició dels límits de simulació
Crear la malla:
Clicar a “Run Mesh Generator”
Figura 12. Generar la malla
Generar l’anàlisi de resultats i visualització:
“Run analysis” i “view results”
Figura 13. Càlcul i anàlisis de resultats
Visualització de la camp magnètic B:
Figura 14. Representació de B
Factor de farciment:
Polsar al node, i llavor polsar a la zona a on hi ha el debanat. Al requadre de resultats hi ha el factor de farciment “Winding Fill”.
Figura 17. Càlcul del factor de farciment del debanat
2. CIRCUIT MAGNÈTIC SIMPLE AMB ENTREFERRO
Modelitzar el següent circuit magnètic amb una bobina de 50 espires de coure de secció 16 AWG per les quals hi circularà una corrent de 60 A. Les dimensions del nucli són idèntiques a l’exemple que hem desenvolupat en l’apartat 1 però ara s’inclou un entreferro de 0,75 cm, segons mostra la figura 18.
Figura 18 : Circuit magnètic amb entreferro.
Es demana:
1 - Determinar amb el FEMM el valor del camp magnètic B (T) a l’entreferro.
2 - Comprovar segons càlculs el resultat que dona el FEMM i justificar les possibles
discrepàncies
Definir la geometria:
NODES:
NUCLI: (0,0) – (0,6) – (6,0) – (6,6) – (1,1) – (1,5) – (5,1) – (5,5) – (5,3.5) – (6,3.5) – (5,2.75) –
BOBINAT: (-0.25,4.5) – (0.25,1.5) – (0,4.5) – (0,1.5) – (1,4.5) – (1,1.5) – (1.25,4.5) – (1.25,1.5)
Definir els materials, límits, circuits ...
3.1 – FLUX DISPERS:
Figura 20. Anul·lar el flux dispers
3.2 – CORBA DE MAGNETIZACIÓ LINEAL
Figura 21. Corba de magnetització lineal
3.3 – ARRODONIR LES VORES.
Si la geometria es totalment quadrada la secció no es constant i per tant el camp magnètic B varia. Si s’arrodoneixen les vores la secció queda constat i a més el flux flueix amb el radi de la geometria.
Figura 22. Arrodoniment de les vores
EXERCICI D’AVALUACIÓ - ES DEMANA:
Dissenyar un circuit magnètic i resoldre’l numèricament i amb el programa de simulació FEMM, analitzar els resultats i explicar si s’escau perquè els resultats calculats i els del FEMM no lliguen.
El circuit plantejat ha de contenir com a mínim el següent:
- 1 entreferro
- un nucli magnètic amb 2 materials diferents
