Использование техники подмоделирования для сокращения временных затрат моделирования дистанционных датчиков магнитного поля
Л.В. Вайтеленок, В.С. Ковженкин
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 1, сс. 53—59
Скачать PDF
Состояние вопроса. В настоящее время в технике широкое применение находят различные датчики магнитного поля, расположенные на расстоянии от источника сигнала. Разработка и оптимизация конструкций таких датчиков зачастую выполняется при помощи компьютерного моделирования, требующего не только больших вычислительных ресурсов, но и существенных временных затрат. В связи с этим актуальными являются разработка и использование специальных методов по уменьшению временных затрат на моделирование указанных преобразователей.
Материалы и методы. Решение дифференциальных уравнений в модели магнитного поля преобразователя выполнено при помощи метода конечных элементов, реализуемого в программе COMSOL Multiphysics. Решение цепной модели получено на основе общих положений теории цепей при помощи встроенного редактора электрических цепей в программе COMSOL Multiphysics.
Результаты. Предложено использование техники подмоделирования применительно к решению переходных процессов в датчиках магнитного поля, расположенных на большом расстоянии от источника сигнала и имеющих в своем составе магнитную цепь. В качестве начальных условий предложено использовать решение двухмерной модели. Предложена методика определения размеров субмодели по сопоставлению результатов двух двухмерных моделей, в одной из которых магнитопровод не учитывается. Определены факторы, влияющие на эффективность использования предложенной техники.
Выводы. Предлагаемая методика настройки субмодели обеспечивает снижение времени моделирования датчиков магнитного поля с погрешностью замены полной модели на субмодель не более 1 %. Использование предложенной техники подмоделирования позволит повысить эффективность разработки конструкций датчиков магнитного поля.
1. Патент 2399920 C1 Российская Федерация, МПК G01R 23/20. Способ бесконтактного измерения коэффициента нелинейных искажений напряжения и тока в контактной сети электрифицированной железной дороги / Ю.Б. Башкуев, В.Б. Хаптанов, В.Р. Адвокатов; опубл. 20.09.2010, Бюл. № 26.
2. Идентификация по внешнему магнитному полю внутренних электромагнитных дефектов неявнополюсных синхронных генераторов / А.Н. Морозов, Ю.Б. Казаков, Н.А. Морозов, С.А. Нестеров // Проблемы региональной энергетики. – 2022. – № 3(55). – С. 27–37. DOI 10.52254/1857-0070.2022.3-55.03.
3. Казаков М.К. Использование воздушного трансформатора в составе измерительных преобразователей тока в электроэнергетике // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер.: Естественные и Технические Науки. – 2019. – № 6-2. – С. 74–80.
4. Казанский В.Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 239 с.
5. Беззубцева М.М., Волков В.С. Аналитический обзор пакетов прикладных программ для моделирования энергетических процессов потребительских энергосистем АПК // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 6. – С. 191–195.
6. Electromagnetic Simulation of Split-Core Current Transformer for Medium Voltage Applications / N. Paudel, V. Siddharth, S. Shaw, D. Raschka // COMSOL Conference in Boston, MA. – Boston, 2018.
7. Вайтеленок Л.В., Ковженкин В.С. Анализ способов повышения эффективности компьютерного моделирования дистанционных датчиков переменного магнитного поля // Энергетика в условиях цифровой трансформации. Наука. Технологии. Инновации: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. – Волжский: Филиал ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», 2023. – С. 10–16.
8. Gratkowski S., Ziolkowski M. A three-dimensional infinite element for modeling open-boundary fieldproblems // IEEE Transactions on Magnetics. – March, 1992. – Vol. 28, No. 2. – P. 1675–1678. DOI: 10.1109/20.124024.
9. Силкина Л.А. Технология подмоделирования применительно к анализу элементов космического аппарата // Решетневские чтения. – 2016. – Т. 1. – С. 455–457.
10. Вовк Л.П. Расчет локальной концентрации напряжений в области сварного шва путем использования субмоделирования в ANSYS: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. «Научно-технические аспекты развития автотранспортного комплекса 2020». – Горловка: Автомобильно-дорожный институт ДонНТУ, 2020. – С. 16–19.
11. Submodeling Method-Based Thermal Investigation of the Battery Energy Storage System Integrated in a 450 kW EV Charger / H. Guan, Y. Wu, Z. Qin, P. Bauer // 2023 IEEE 14th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG). – Shanghai, China, 2023. – Р. 434–438. DOI: 10.1109/PEDG56097.2023.10215247.
12. COMSOL Multiphysics AC/DC Module User’s Guide [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doc.comsol.com/6.1/doc/com.comsol.help.acdc/ACDCModuleUsersGuide... [Дата обращения 20.09.2023].