Елагин, Роман Артурович

Милых, Владимир Иванович

Педорич, Д. А.

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Х Міжнародна науково-практична студентська конференція магістрантів 
 
Матеріали конференції, 2016 Ч.2. 100 
УДК 621.313  
 
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАСЧЕТЫ В ПРОГРАММНОЙ  
СРЕДЕ FEMM ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ 
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
 
Р.А. ЕЛАГИН1, Д.А. ПЕДОРИЧ1, В.И. МИЛЫХ2* 
 
1 магистрант кафедры электрических машин, НТУ «ХПИ», Харьков, УКРАИНА  
2 зав. кафедрой электрических машин, д-р техн. наук, НТУ «ХПИ», Харьков, УКРАИНА 
*
email:mvikpi@kpi.kharkov.ua  
 
Введение. С развитием компьютерной техники и численных методов 
расчета магнитных полей (МП) в систему исследования и проектирования 
электрических машин (ЭМ) все больше внедряются расчеты их 
электромагнитных параметров (ЭМП) на такой основе [1]. При этом обширная 
теория ЭМ с множеством формул, созданных для их отдельных их типов, 
сводятся к нескольким базовым выражениям. Остается квалифицированно 
задать исходные данные об ЭМ, «извлечь» ЭМП из результатов численного 
расчета МП и осознанно использовать полученные результаты.  
При расчете двухмерных МП в активной части ЭМ и, в том числе, 
асинхронных электродвигателей (АД) [2], широко применяется 
программный пакет FEMM [3], основанный на методе конечных элементов. 
Этот программный пакет привлекателен относительной простотой, 
общедоступностью и эффективностью.  
Основные затраты времени расчетчики несут при формировании 
графических и физических моделей ЭМ и преобразовании результатов расчетов 
в форму, пригодную для дальнейшего использования.  
Целью работы является представление того, как часть этой проблемы 
можно преодолеть посредством автоматизации управления процессом расчета 
МП в среде FEMM и последующего извлечения электромагнитных параметров, 
трехфазного АД.  
Материалы исследования. Возможности для решения указанной 
проблемы пользователям программы FEMM дает интегрированный в нее 
алгоритмический язык Lua [3]. И задача теперь заключается в написании 
комплекса управляющих программ – скриптов. Эта задача является весьма 
сложной, так как требует знаний в областях ЭМ, программирования и теории 
МП. Но ее решение оправдано и окупаемо, так как программа пишется один 
раз, а применяется бесчисленное число раз и любым числом пользователей. 
Скрипты и файлы исходных данных о рассчитываемых объектах пишутся 
в простых текстовых редакторах, например, Блокнот. Основой скриптов для 
автоматизированных расчетов в среде FEMM являются команды и процедуры 
оперирования с геометрическими, токовыми, магнитными и полевыми 
параметрами рассчитываемых ЭМ или других устройств. Сложные 
геометрические формы ЭМ складываются из элементарных объектов: точка, 
Х Міжнародна науково-практична студентська конференція магістрантів 
 
Матеріали конференції, 2016, Ч. 2. 101 
отрезок, дуга и метка блока, при этом разные элементы можно объединять в 
группы и оперировать одновременно с пронумерованной группой объектов. 
Язык Lua позволяет создавать массивы, циклы, процедуры и функции, 
условные операторы, выполнять вычисления по математическим формулам, 
стандартным и авторским функциям, устанавливает тип данных.  
Для обеспечения высокой эффективности численных расчетов МП и ЭМП 
АД с помощью программы FEMM в данной работе представляется скрипт Lua, 
который создан по аналогии со скриптами для турбогенератора [4, 5]. Скрипты 
позволяют многократно повысить производительность расчетчиков и при этом 
еще обеспечить возможность получения таких параметров и характеристик ЭМ, 
которые практически невозможно получить в «ручном» режиме работы с 
программой FEMM. Одним из требований к таким скриптам является их 
универсальность с точки зрения возможного варьирования геометрией и 
размерами проектируемых ЭМ при минимуме вводимой исходной информации 
в числовой форме и в виде строковых данных. 
Предполагается, что расчетные геометрическая и физическая модели АД 
уже создана «вручную» или автоматизированным построением посредством 
скрипта Lua, аналогичного представленному для турбогенератора [4]. 
Созданный новый скрипт для АД обеспечивает программный ввод 
необходимых для расчета МП его параметров и управляет последующим 
численным расчетом этого поля в среде FEMM.  
После расчета магнитного поля обеспечивается программное определение 
и вывод в текстовый файл целого ряда ЭМП АД, а именно: распределение 
магнитной индукции, магнитные потоки в заданных местах, магнитные 
потокосцепления и индуктивные параметры обмоток, силы, действующие на 
токонесущие и ферромагнитные элементы конструкции, электромагнитный 
момент, ЭДС в обмотке статора и их гармонический состав и т.д. 
Выводы. Созданный скрипт показал высокую эффективность для 
обеспечения численных расчетов МП и ЭМП асинхронных двигателей и 
рекомендуется для распространения на другие типы ЭМ при соответствующей 
доработке и модификации. 
Список литературы: 
1. Милых В.И. Определение электромагнитных параметров электрических машин на 
основе численных расчетов магнитных полей / В.И. Милых, Н.В. Полякова // Електротехніка і 
електромеханіка. – 2006.– №2. – С.40-46. 
2. Meeker D. Finite Element Method Magnetics. FEMM 4.2 32 bit 11 Oct 2010 Self-
Installing Executable. / D. Meeker  // Режим доступа: http://www.femm.info/wiki/OldVersions.  
3. Милых В.И. Анализ магнитного поля асинхронного двигателя в различных режимах 
работы с использованием метода конечных элементов / В.И. Милых, Е.А. Сидоренко, 
Л.В. Шилкова // Вестник НТУ «ХПИ». – Х: НТУ «ХПИ». – 2007. – №24. – С.54-61. 
4. Милых В.И. Автоматизированное формирование расчетных моделей 
турбогенераторов для программной среды FEMM / В.И. Милых, Н.В. Полякова // 
Електротехніка і електромеханіка. – 2015. – № 4. – С. 7-14. 
5. Милых В.И Автоматизированные расчеты в программной среде FEMM динамики 
электромагнитных процессов турбогенераторов / В.И. Милых, Н.В. Полякова // 
Електротехніка і електромеханіка.– 2015.– № 6.– С.14-20. 


Автоматизированные расчеты в программной среде FEMM электромагнитных параметров асинхронных двигателей

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Х Міжнародна науково-практична студентська конференція магістрантів  Матеріали конференції, 2016 Ч.2. 100 УДК 621.313   АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАСЧЕТЫ В ПРОГРАММНОЙ  СРЕДЕ FEMM ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ  Р.А. ЕЛАГИН1, Д.А. ПЕДОРИЧ1, В.И. МИЛЫХ2*  1 магистрант кафедры электрических машин, НТУ «ХПИ», Харьков, УКРАИНА  2 зав. кафедрой электрических машин, д-р техн. наук, НТУ «ХПИ», Харьков, УКРАИНА *email:mvikpi@kpi.kharkov.ua   Введение. С развитием компьютерной техники и численных методов расчета магнитных полей (МП) в систему исследования и проектирования электрических машин (ЭМ) все больше внедряются расчеты их электромагнитных параметров (ЭМП) на такой основе [1]. При этом обширная теория ЭМ с множеством формул, созданных для их отдельных их типов, сводятся к нескольким базовым выражениям. Остается квалифицированно задать исходные данные об ЭМ, «извлечь» ЭМП из результатов численного расчета МП и осознанно использовать полученные результаты.  При расчете двухмерных МП в активной части ЭМ и, в том числе, асинхронных электродвигателей (АД) [2], широко применяется программный пакет FEMM [3], основанный на методе конечных элементов. Этот программный пакет привлекателен относительной простотой, общедоступностью и эффективностью.  Основные затраты времени расчетчики несут при формировании графических и физических моделей ЭМ и преобразовании результатов расчетов в форму, пригодную для дальнейшего использования.  Целью работы является представление того, как часть этой проблемы можно преодолеть посредством автоматизации управления процессом расчета МП в среде FEMM и последующего извлечения электромагнитных параметров, трехфазного АД.  Материалы исследования. Возможности для решения указанной проблемы пользователям программы FEMM дает интегрированный в нее алгоритмический язык Lua [3]. И задача теперь заключается в написании комплекса управляющих программ – скриптов. Эта задача является весьма сложной, так как требует знаний в областях ЭМ, программирования и теории МП. Но ее решение оправдано и окупаемо, так как программа пишется один раз, а применяется бесчисленное число раз и любым числом пользователей. Скрипты и файлы исходных данных о рассчитываемых объектах пишутся в простых текстовых редакторах, например, Блокнот. Основой скриптов для автоматизированных расчетов в среде FEMM являются команды и процедуры оперирования с геометрическими, токовыми, магнитными и полевыми параметрами рассчитываемых ЭМ или других устройств. Сложные геометрические формы ЭМ складываются из элементарных объектов: точка, Х Міжнародна науково-практична студентська конференція магістрантів  Матеріали конференції, 2016, Ч. 2. 101 отрезок, дуга и метка блока, при этом разные элементы можно объединять в группы и оперировать одновременно с пронумерованной группой объектов. Язык Lua позволяет создавать массивы, циклы, процедуры и функции, условные операторы, выполнять вычисления по математическим формулам, стандартным и авторским функциям, устанавливает тип данных.  Для обеспечения высокой эффективности численных расчетов МП и ЭМП АД с помощью программы FEMM в данной работе представляется скрипт Lua, который создан по аналогии со скриптами для турбогенератора [4, 5]. Скрипты позволяют многократно повысить производительность расчетчиков и при этом еще обеспечить возможность получения таких параметров и характеристик ЭМ, которые практически невозможно получить в «ручном» режиме работы с программой FEMM. Одним из требований к таким скриптам является их универсальность с точки зрения возможного варьирования геометрией и размерами проектируемых ЭМ при минимуме вводимой исходной информации в числовой форме и в виде строковых данных. Предполагается, что расчетные геометрическая и физическая модели АД уже создана «вручную» или автоматизированным построением посредством скрипта Lua, аналогичного представленному для турбогенератора [4]. Созданный новый скрипт для АД обеспечивает программный ввод необходимых для расчета МП его параметров и управляет последующим численным расчетом этого поля в среде FEMM.  После расчета магнитного поля обеспечивается программное определение и вывод в текстовый файл целого ряда ЭМП АД, а именно: распределение магнитной индукции, магнитные потоки в заданных местах, магнитные потокосцепления и индуктивные параметры обмоток, силы, действующие на токонесущие и ферромагнитные элементы конструкции, электромагнитный момент, ЭДС в обмотке статора и их гармонический состав и т.д. Выводы. Созданный скрипт показал высокую эффективность для обеспечения численных расчетов МП и ЭМП асинхронных двигателей и рекомендуется для распространения на другие типы ЭМ при соответствующей доработке и модификации. Список литературы: 1. Милых В.И. Определение электромагнитных параметров электрических машин на основе численных расчетов магнитных полей / В.И. Милых, Н.В. Полякова // Електротехніка і електромеханіка. – 2006.– №2. – С.40-46. 2. Meeker D. Finite Element Method Magnetics. FEMM 4.2 32 bit 11 Oct 2010 Self-Installing Executable. / D. Meeker  // Режим доступа: http://www.femm.info/wiki/OldVersions.  3. Милых В.И. Анализ магнитного поля асинхронного двигателя в различных режимах работы с использованием метода конечных элементов / В.И. Милых, Е.А. Сидоренко, Л.В. Шилкова // Вестник НТУ «ХПИ». – Х: НТУ «ХПИ». – 2007. – №24. – С.54-61. 4. Милых В.И. Автоматизированное формирование расчетных моделей турбогенераторов для программной среды FEMM / В.И. Милых, Н.В. Полякова // Електротехніка і електромеханіка. – 2015. – № 4. – С. 7-14. 5. Милых В.И Автоматизированные расчеты в программной среде FEMM динамики электромагнитных процессов турбогенераторов / В.И. Милых, Н.В. Полякова // Електротехніка і електромеханіка.– 2015.– № 6.– С.14-20. 

http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/26373/1/Elagin_Avtomatizirovannye_2016.pdf

Автоматизированные расчеты в программной среде FEMM электромагнитных параметров асинхронных двигателей

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository