ВВЕДЕНИЕ. Электромагнитные явления и эффекты являются основой для понимания принципа действия электротехнических устройств

Электромагнитные явления и эффекты являются основой для понимания принципа действия электротехнических устройств. Математическое описание электромагнитных явлений и эффектов в расчетах позволяет оценить эффективность электротехнического устройства, определить его параметры и рабочие характеристики. Практически все виды расчетов электротехнических устройств, основаны на анализе соответствующего физического (электрического и/или магнитного) поля. Однако, в большинстве случаев непосредственное моделирование поля не выполняется, так как между моделированием картины поля в электротехническом устройстве и расчетчиком, как правило, стоит так называемая инженерная методика. Отталкиваясь от априорного представления о характере распределения поля в стандартизованной геометрической конфигурации, она сводит задачу к некоторой упрощенной модели, удобной для манипулирования в задачах анализа и синтеза. Чаще всего такой моделью является электрическая цепь, математический аппарат для анализа которой являются хорошо изученным. При этом совершенствование инженерной методики обычно означает добавление новых элементов эквивалентной электрической цепи и уточнение методов подбора их параметров. Усложнение модели электрической цепи неизбежно сопровождается уменьшением надежности ее параметров, приводит к менее обозримым и надежным результатам.

Взамен бесконечному уточнению эквивалентных электрических схем замещения и других упрощающих инженерных методик существует более эффективный путь расчета электротехнических устройств, основанный на применении программ прямого моделирования физических полей. Из методов моделирования метод конечных элементов (МКЭ) является более популярным и хорошо изученным. Рынок соответствующих программных средств уже сформирован. Однако широкое применение полевого моделирования в расчетах электротехнических устройств является скорее приятным исключением, чем хорошей привычкой и повседневной необходимостью. Причина заключается не только в заметной цене доступных на рынке коммерческих программ, но и в высокой сложности их использования. Освоение приемов работы с большой многофункциональной конечно-элементной системой требует значительного времени. Это обстоятельство создает ложное впечатление, что полевое моделирование полезно только при поверочном анализе уже спроектированного электротехнического устройства и не может быть применено для быстрых многовариантных расчетов, характерных для фазы синтеза.

Сделать полевое моделирование повседневным конструкторским инструментом - такую задачу поставили разработчики ELCUT: российского инженерного пакета моделирования двумерных физических полей. За 11 лет коммерческого существования пакета десятки российских и сотни зарубежных фирм и университетов по достоинству оценили две главные особенности ELCUT: предельную дружественность интуитивно понятного интерфейса пользователя, а также беспрецедентно высокую скорость расчета.

В данном учебном пособии изложены следующие вопросы:

· в первой главе даны краткие теоретические сведения об электромагнитном поле и уравнениях Максвелла для его исследования; приведены уравнения метода конечных элементов для решения основных типов задач электромагнитного поля;

· во второй главе рассмотрено назначение и основные принципы работы пакета ELCUT;

· в третьей главе представлены примеры решения задач в пакете ELCUT.

· в четвертой главе указаны варианты домашних заданий по расчетам электрического и/или магнитного поля с применением пакета ELCUT.