论文摘要
含有运动导体的三维瞬态涡流场—电路—运动系统耦合问题是现代工业生产中经常遇到的一类复杂电磁场问题,目前对于该类问题的研究仍是国内外工程电磁场研究领域关心的难点问题。现有的理论分析方法计算精度较低而且求解时间冗长,因此需要加以改进;此外,以较高水平的理论分析为基础,研制并开发功能齐全、能够求解各种复杂电磁场问题的专业电磁场软件,对机电装置的优化设计和性能分析十分必要,具有重要的工程应用价值。为此,本文主要开展了如下几方面的研究工作。首先,在理论分析方面本文对于以下问题作了较深入的研究。1、非线性三维瞬态涡流场问题的计算精度是本文研究的一个重点。本课题应用罚函数的形式在电磁场控制方程中并入规范条件,改善了节点矢量位函数零散度规范条件在离散情况下满足的情况。针对不同结构问题寻找罚因子最佳值的大小和选取方法,实现了对非线性三维瞬态涡流场问题分析方法的改进。2、提出一种以磁链为耦合因子的三维场—路直接耦合法,将节点矢量位函数与支路电流作为未知函数同时求解,并保持了代数方程组系数矩阵的对称性和稀疏性。3、对三维运动电磁场问题求解方法的研究是本文的另一重点。首先,运动边界条件的处理是求解运动问题的关键,为提高前处理工作的效率并保持方程组系数矩阵的稀疏性和对称性,本文将插值运动边界法的理论分析由二维扩展到三维,并首次应用于三维瞬态场与运动系统耦合问题的求解;其次,推导了电磁场与机械运动两系统耦合问题的数学模型,为减少求解两系统方程时的耦合迭代次数,通过调整时步法中的时间步长实现了对迭代过程的简化。4、基于上述研究,提出了一种求解非线性三维瞬态涡流场—电路—运动系统耦合问题的新方法。该方法在对材料非线性、外部电路以及运动等问题的求解过程中均考虑了如何保持方程组系数矩阵的对称性和稀疏性,以及求解效率等问题,提高了对含运动导体的瞬态电磁场问题的计算精度,缩短了计算时间。其次,在理论分析的基础之上,应用Fortran语言完成了计算机软件编制与实际问题的分析。使得较难求解的三维瞬态涡流场与电路及运动系统耦合等复杂电磁场问题,应用本文的软件工具得到了很好的分析与计算。最后,设计并制作了一个可用来验证非线性三维瞬态涡流场—电路—运动系统耦合问题分析方法的实验模型,并搭建了精度较高的测试系统。计算结果与实验结果基本相符,充分证明了本文所做理论研究工作的正确性以及软件的有效性。
论文目录
摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题的背景及意义1.2 国内外研究现状以及需要解决的问题1.2.1 电磁场数值计算方法的发展现状1.2.2 有限元方法的发展现状1.2.3 静止媒质中三维瞬态涡流场问题的研究现状1.2.4 静止媒质中三维瞬态涡流场与外部电路耦合问题的研究现状1.2.5 三维瞬态涡流场与运动系统耦合问题的研究现状1.3 本文研究的主要内容第二章 三维瞬态涡流场问题的研究2.1 引言2.2 改进的三维瞬态涡流场问题分析方法的方数学模型2.3 非线性方程组的求解2.4 改进方法中罚因子的选取2.4.1 算例分析12.4.2 算例分析22.4.3 算例分析32.5 本章小结第三章 三维瞬态涡流场与电路系统耦合问题分析3.1 引言3.2 以磁链为耦合因子的场—路直接耦合法数学模型3.3 场—路直接耦合法算例分析3.3.1 对线性三维瞬态场—路耦合问题的分析与计算3.3.2 对非线性三维瞬态场—路耦合问题的分析与计算3.4 本章小结第四章 三维电磁转矩的计算及运动边界条件的处理4.1 引言4.2 三维电磁转矩的计算4.2.1 虚位移法4.2.2 麦克斯韦应力法4.2.3 节点力法4.2.4 电磁转矩计算实例分析4.2.5 麦克斯韦应力法与节点力法的比较4.3 运动边界条件的处理方法4.3.1 边界积分法法4.3.2 数值解与解析解结合法4.3.3 迪朗尼镶嵌法4.3.4 运动边界法4.4 三维插值运动边界法数学模型的建立4.5 插值运动边界法的实现4.6 三维插值运动边界法算例分析4.6.1 计算模型4.6.2 永磁体励磁的三维瞬态电磁场—运动系统耦合问题数学模型4.6.3 插值运动边界法的计算结果4.6.4 网格重构法的计算结果4.7 本章小结第五章 三维瞬态涡流场—电路—运动系统耦合问题分析5.1 引言5.2 求解三维瞬态涡流场—电路—运动系统耦合问题新方法的数学模型5.3 新方法计算软件的实现5.4 新方法有效性的验证5.4.1 模型的研制与测量系统的搭建5.4.2 转子固定情况下模型的测量与计算5.4.3 转子运动情况下模型的测量5.4.4 新方法的计算结果5.5 本章小结第六章 结论6.1 主要结论6.2 需要进一步解决的问题参考文献在学研究成果致谢
相关论文文献
标签：瞬态涡流场论文; 运动电磁场论文; 场路运动耦合论文; 插值运动边界法论文; 节点力法论文; 数值分析法论文;
