Treść zadania

Wykorzystując możliwości języyka skryptowego LUA przeprowadzić analizę napięcia indukowanego w cewce generatora w czasie obrotu wirnika, w zależnoście od zmiany kształtu wirnika wykonanego z magnesu trwałego. Przykłady dla wirnika w kształcie walca oraz wirnika prostokątnego z wyokrągleniami

Przygotowanie modelu w FEMM

Utworzono planarny model w programie FEMM. Punkty geometryczne utworzono na podstawie poniższego rysunku:

Odtworzono wybraną geometrię oraz przypisano odpowiednie właściwości materiałów.

Utworzono warunki graniczne i przypisano je do ramki otaczającej rysunek. Ramka ma wymiary 40x40 cm, a średnica zewnętrzna stojana generatora to 30 cm.

Analogicznie postąpiono w przypadku modelu z wirnikiem prostokątnym z wyokrągleniami.

Skrypt LUA

              Do ruchomych elementów w obu modelach przypisano wspólną grupę – oznaczoną numerem 5.

Linia biegnąca od środka do prawej strony wirnika oznacza kierunek magnesowania.

Po przygotowaniu dwóch plików z modelami, przystąpiono do napisania skryptu w języku LUA.

Inicjalizacja:

ruchoma_grupa=5;

  ilosc_zwojow=150;

  katalog="./";

  open(katalog.."generator_"..wybrany_typ_wirnika.."_damian_nowak.fem");

  mi_saveas(katalog.."tmp.fem");

  mi_seteditmode("group");

  wyniki=katalog.."wyniki_"..wybrany_typ_wirnika.."_"..czestotliwosc_obrotu.."Hz.csv";

  plik=openfile(wyniki,"w"); 

Przeliczanie potrzebnych wartości:

  okres_obrotu=1/czestotliwosc_obrotu;

  delta_t=okres_obrotu/ilosc_krokow_na_obrot;

  kat_obrotu_na_krok=360/ilosc_krokow_na_obrot;

Pętla główna skryptu:

  for krok=0,ilosc_krokow_na_obrot do

    mi_analyze();

    mi_loadsolution();

    mo_showdensityplot(1,0,2,0,"mag");

    -- Linia prowadzenia charakterystyki

      mo_addcontour(-9,0);

      mo_addcontour(9,0);

    wartosc_calkowita,wartosc_srednia=mo_lineintegral(0);

    if krok==0 then

     strumien_1=wartosc_calkowita;

      strumien_2=0;

    else

      strumien_2=strumien_1;

      strumien_1=wartosc_calkowita;

      zmiana_strumienia=strumien_2-strumien_1;

      aktualny_czas=delta_t*krok;

      indukowane_napiecie=ilosc_zwojow*(zmiana_strumienia/delta_t);

      print("["..krok.."]: "..aktualny_czas..indukowane_napiecie)          

      write(plik,aktualny_czas,separator,indukowane_napiecie,"\n");

    end; 

    if (krok<ilosc_krokow_na_obrot) then

      mi_selectgroup(ruchoma_grupa);

      mi_moverotate(0, 0, kat_obrotu_na_krok, 4);

    end

  end

  print("Zakonczono analize.");

  closefile(plik);

  mo_close();

  mi_close();

Przetwarzanie wyników

              Wynikiem działania skryptu jest plik tekstowy, z którego można odczytać wartości całki dla zdefiniowanego konturu/linii prowadzenia charakterystyki.

              Otrzymany plik tekstowy przetworzono w programie MATLAB za pomocą prostego skryptu:

wyniki = csvread('wyniki_prostokat_50Hz.csv');

plot(wyniki);

Uzyskano w ten sposób wykresy, które prezentują zmiany strumienia magnetycznego B.n w czasie [s] odpowiednio dla wirnika w kształcie walca oraz wirnika w kształcie prostokąta z wyokrągleniami:

Przebiegi pochodzą z analizy przypadku obrotów wirnika z częstotliwością 50 Hz, przy zebraniu 120 próbek na obrót.

Podczas przeprowadzania analizy wykonano także zrzuty map bitowych, z których w programie VirtualDub utworzono film, do którego link znajduje się poniżej:

https://www.youtube.com/watch?v=fgUNWqvcAaQ

Zarówno pełen skrypt LUA, jak i modele FEMM zostaną przesłane w formie załącznika wraz z niniejszym sprawozdaniem.

Wnioski

              Program FEMM ponownie bardzo dobrze sprawdził się jako narzędzie analizy problemu – w tym przypadku zagadnienia elektromagnetyzmu – z zastosowaniem metody elementów skończonych. Rozszerzenie funkcjonalności o obsługę popularnego języka skryptowego LUA pozwala niemal nieograniczenie zwiększyć możliwości zastosowania programu do rozwiązywania bardzo zróżnicowanych problemów.