Сучасні системи автоматизованого аналізу та синтезу електромеханічних перетворювачів

Мета вивчення дисципліни:
Одержання здобувачами теоретичних та практичних знань з питань синтезу та аналізу електромеханічних перетворювачів, ознайомлення із можливостями сучасного програмного забезпечення із автоматизації процесу проектування.
Практичне значення та використання отриманих знань:
Навчальна дисципліна є базовою для професійної підготовки другого магістерького рівня електротехніків та електромеханіків. Вона надає здобувачам глибокі знання з питань аналізу та синтезу електромеханічних перетворювачів та автоматизації цього процесу.
Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття

Лекція 1. Типи електромеханічних перетворювачів енергії. Сучасні підходи до їх синтезу.
Лекція 2. Методи аналізу електромеханічних перетворювачів.
Лекція 3. Математичні моделі електромеханічних перетворювачів.
Лекція 4. Лінійні та нелінійні моделі. Обмеження застосовності.
Лекція 5. Метод кінечних елементів при розрахунках електромеханічних перетворювачів.
Лекція 6. Програмне забезпечення розрахунків магнітних та електричних полів методом кінечних елементів.
Лекція 7. Зв’язані електромагнітні, теплові та механічні задачі в електромеханічних перетворювачах. Мультифізичне моделювання.
Лекція 8. Автоматизований параметричний аналіз електромеханічних перетворювачів. Побудова параметричних моделей, скриптове керування розрахунками.
Лекція 9. Методи оптимізаційного синтезу електромеханічних перетворювачів.
Лекція 10. Інтеграція CAD-, CAE- та CAO-систем у задачах синтезу електромеханічних перетворювачів. Єдиний цифровий ланцюг синтезу та аналізу.
Лекція 11. Моделювання електромеханічних перетворювачів у середовищах ANSYS, COMSOL Multiphysics, JMAG. Порівняльний аналіз можливостей.
Лекція 12. Автоматизований аналіз динамічних режимів роботи електромеханічних перетворювачів. Пуск, гальмування, перевантаження, аварійні режими.
Лекція 13. Урахування технологічних факторів у задачах синтезу: допуски, розсіювання параметрів, вплив дефектів і асиметрій.
Лекція 14. Цифрові двійники електромеханічних перетворювачів. Моніторинг стану, ідентифікація параметрів, прогнозування ресурсу.
Лекція 15. Верифікація та валідація результатів чисельного моделювання. Порівняння з аналітичними розрахунками та експериментом.

Лабораторні заняття

В ході лабораторних занять відбувається розширення, поглиблення й деталізація знань, отриманих здобувачами на лекціях та в процесі самостійної роботи і спрямованих на підвищення рівня засвоєння навчального матеріалу, прищеплення умінь і навичок, розвиток наукового мислення здобувачів.
Загальною метою проведення лабораторних робіт є:
• допомогти студентам засвоїти та закріпити основні положення теоретичного курсу;
• прищепити студентам початкові навички дослідної роботи, зокрема, у виконанні аналізу магнітного поля електромеханічних перетворювачів зміні їх геометрії та параметрів живлення, у оформленні результатів досліджень відповідно до діючих вимог;
• навчити студентів аналізувати результати досліджень, робити узагальнення і висновки.

Лабораторне заняття № 1. Підготовка вхідних даних електромеханічного перетворювача для розрахунку магнітного поля.
Мета заняття: сформувати файл вхідних даних. Виконати тріангуляцію заданої геометрії активної частини електромеханічного перетворювача.

Лабораторне заняття № 2. Розрахунок магнітного поля, аналіз розподілу індукції та напруженості поля, оцінка насичення.
Мета заняття: навчитися на практиці оцінювати параметри магнітного поля та якість геометрії перетворювача за розподілом індукцій та рівнем насичення, набуття навичок аналізу магнітних полів.

Лабораторне заняття № 3. Визначення тягових зусиль та обертових моментів за результатами розрахунку магнітного поля.
Мета заняття: визначення механічних показників електромеханічних перетворювачів за результатами розрахунку параметрів магнітного поля.

Лабораторне заняття № 4. Побудова електромеханічних характеристик та робочих характеристик.
Мета заняття: розрахунок електромагнітного моменту та аналіз його пульсацій, визначення залежностей моменту від струму / кута стану ротора.

Лабораторне заняття № 5. Параметричний аналіз електромеханічного перетворювача.
Мета заняття: освоєння серійних розрахунків із варіацією геометричних та електричних параметрів, побудова залежностей характеристик та аналіз чутливості.

Лабораторне заняття № 6. Мультифізичне моделювання електромеханічного перетворювача.
Мета заняття: ознайомлення з пов’язаними електромагнітно-тепловими задачами, тепловий розрахунок, вплив температури на параметри та аналіз теплових обмежень.

Лабораторне заняття № 7. Оптимізаційний синтез електромеханічного перетворювача.
Мета заняття: оволодіння базовими методами оптимізації, постановка критерію оптимізації та автоматичний пошук оптимальних параметрів.

Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття

Установча лекція 1. Типи електромеханічних перетворювачів енергії. Сучасні підходи до їх синтезу. Методи аналізу електромеханічних перетворювачів.

Установча лекція 2. Зв’язані електромагнітні, теплові та механічні задачі в електромеханічних перетворювачах. Мультифізичне моделювання. Моделювання електромеханічних перетворювачів у середовищах ANSYS, COMSOL Multiphysics, JMAG.

Лабораторні заняття

Лабораторне заняття № 1. Підготовка вхідних даних електромеханічного перетворювача для розрахунку магнітного поля.
Мета заняття: сформувати файл вхідних даних. Виконати тріангуляцію заданої геометрії активної частини електромеханічного перетворювача.

Лабораторне заняття № 2. Розрахунок магнітного поля, аналіз розподілу індукції та напруженості поля, оцінка насичення.
Мета заняття: навчитися на практиці оцінювати параметри магнітного поля та якість геометрії перетворювача за розподілом індукцій та рівнем насичення, набуття навичок аналізу магнітних полів.

Індивідуальна робота

Для здобувачів денної форми здобуття освіти індивідуальної роботи не передбачено

Контрольна робота для здобувачів заочної форми здобуття освіти

Мета виконання контрольної роботи – закріплення теоретичних знань з методів аналізу та синтезу електромеханічних перетворювачів.

Контрольна робота містить, викладений у реферативній формі, матеріал, що внаслідок часових обмежень не був включений до установчих лекцій, а саме:
– математичні моделі електромеханічних перетворювачів;
– лінійні та нелінійні моделі, обмеження застосовності;
– опис розрахунку магнітних та електричних полів методом кінечних елементів;
– інтеграція CAD-, CAE- та CAO-систем у задачах синтезу електромеханічних перетворювачів; єдиний цифровий ланцюг синтезу та аналізу;
– цифрові двійники електромеханічних перетворювачів; моніторинг стану та прогнозування ресурсу.

Обсяг контрольної роботи 15-20 сторінок. Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у виконанні:
1) Захисту лабораторних робіт. Захист проводиться на підставі оформлених звітів по кожній роботі. Сумарний бал по захисту лабораторних робіт становить 50 балів.
2) Двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп’ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 25 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний.
Сумарна оцінка за виконання, лабораторних робіт, модульних контрольних робіт дорівнює 100 балам

Для заочної форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у виконанні:
1) Захисту лабораторних робіт. Захист проводиться на підставі оформлених звітів по кожній роботі. Сумарний бал по захисту лабораторних робіт становить 40 балів.
2) Виконанні контрольної реферативної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи становить 30 балів.
3) Виконанні контрольної роботи, що складається з теоретичної і практичної частин та проводиться у формі комп’ютерного тестування. Максимальна оцінка становить 30 балів
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний.
Сумарна оцінка за виконання, лабораторних та контрольних робіт дорівнює 100 балам