William Gullvik, Rom E428 Fritz Ove Larsen, Rom F452 Robert Nilssen, Rom E418 miranda.elkraft.ntnu.no/~kvitass SIE1040/

Like dokumenter
Denne casen skal gi innblikk i fenomenet skin effekt i strømskinner. Det skal også fokuseres på induserte strømmer i ledere.

2 ELEKTRISK FELT I PLATEKONDENSATOR

3 BEREGNING AV FELTER I INDUKTORER

Felter i Elkraftteknikken

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 29. mai 2017

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

Felter i Elkraftteknikken

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

Her skal du lære å programmere micro:biten slik at du kan spille stein, saks, papir med den eller mot den.

Det du skal gjøre i denne oppgava er først å sette opp bakgrunnen til spillet og så rett og slett å få firkanter til å falle over skjermen.

Tetris. Introduksjon. Skrevet av: Kine Gjerstad Eide. Lag starten på ditt eget tetris spill!

Kanter, kanter, mange mangekanter. Introduksjon: Steg 1: Enkle firkanter. Sjekkliste. Skrevet av: Sigmund Hansen

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende).

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Laboratorieoppgave 8: Induksjon

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

Kom i gang med micro:bit

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

41307 Kraftelektroniske motordrifter Løsningsforslag Kapittel 4 Roterende elektriske maskiner

Hvor i All Verden? Del 2 Erfaren Scratch PDF

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Kanter, kanter, mange mangekanter

UNIVERSITETET I OSLO

Lab 3: AC og filtere - Del 1

Løsningsforslag til øving 13

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

Hvor i All Verden? Del 2. Introduksjon. Steg 0: Forrige gang. Skrevet av: Geir Arne Hjelle

Mandag 7. mai. Elektromagnetisk induksjon (fortsatt) [FGT ; YF ; TM ; AF ; LHL 24.1; DJG 7.

Bygge en pyramide. Introduksjon. Steg 1: Lage en ny mod. Sjekkliste. Skrevet av: Pål G. Solheim

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

grunnlaget for hele elektroteknikken. På litt mer generell form ser den slik ut:

Bygge en pyramide. Steg 1: Lage en ny mod. Sjekkliste. Introduksjon

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

Løsningsforslag Eksamen S2, høsten 2017 Laget av Tommy O. Sist oppdatert: 26. november 2017

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

EKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 30. mai 2006 kl

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 24. mai = 2πrlɛE(r) = Q innenfor S =

EKSAMENSOPPGAVE. 7 (6 sider med oppgaver + 1 side med formler)

UNIVERSITETET I OSLO

Den mest fundamentale ligningen som beskriver tidsvarierende magnetiske felter er Faradays lov,

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 30. mai 2006 kl

Kan micro:biten vår brukes som en terning? Ja, det er faktisk ganske enkelt!

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

ELE610 Prosjekter i robotteknikk, vår 2017.

Løsningsforslag til øving 9

Løpende strekmann Erfaren Videregående Python PDF

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

WORKSHOP BRUK AV SENSORTEKNOLOGI

MODELLERING AV AKSESYMMETRISKE STREKKPRØVER VED HJELP AV DEFORM PC-PRO.

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

Øvingsforelesning i Python (TDT4110)

Om du allerede kjenner Scratch og har en Scratchbruker kan du gå videre til Steg 1.

Start et nytt Scratch-prosjekt. Slett kattefiguren, for eksempel ved å høyreklikke på den og velge slett.

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

Norgestur. Introduksjon. Steg 1: Et norgeskart. Sjekkliste. Scratch. Skrevet av: Geir Arne Hjelle

TFE4101 Krets- og Digitalteknikk Høst 2016

EKSAMEN Emnekode: ITD12011

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

For å finne amplituden kan vi f.eks. ta utgangspunkt i AB=-30 og siden vi nå kjenner B finner vi A :

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

Skinndybde. FYS 2130

Bruksanvisning for innlegging av nyheter på Tana kommunes nettsted

1. Rullende navn, s 3 2. Smilefjes, s 5 3. Skritteller, s 7 4. Orakel, s 9 5. Stein, saks og papir, s Kompass, s 14

Husk at du skal ha to vinduer åpne. Det ene er 'Python Shell' og det andre er for å skrive kode i.

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

Norgestur. Introduksjon. Steg 1: Et norgeskart. Sjekkliste. Skrevet av: Geir Arne Hjelle

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Steg 1: Få Flakse til å falle

Soloball. Introduksjon. Steg 1: En roterende katt. Sjekkliste. Skrevet av: Geir Arne Hjelle

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

Lab 1 i INF3410. Prelab: Gruppe 5

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 4

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Verden - Del 2. Steg 0: Oppsummering fra introduksjonsoppgaven. Intro

Inf109 Programmering for realister Uke 5. I denne leksjonen skal vi se på hvordan vi kan lage våre egne vinduer og hvordan vi bruker disse.

STK1000 Uke 36, Studentene forventes å lese Ch 1.4 ( ) i læreboka (MMC). Tetthetskurver. Eksempel: Drivstofforbruk hos 32 biler

Veiledning til regnearksmalen

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Fredag 25. mai Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN. Oppgavesettet består av 3 oppgaver. Alle spørsmål på oppgavene skal besvares, og alle spørsmål teller likt til eksamen.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Ola Hunderi, tlf (mobil: )

MATLAB Bruk av dedikert programvare for hydrostatiske beregninger

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 13. mai 2004

DEL 1 Uten hjelpemidler

Transkript:

4 INDUSERTE STRØMMER Denne casen skulle gi innblikk i fenomenet skin effekt i strømskinner og andre ledere. Samt et innblikk i hvordan man kan kombinere MATLA og FEMLA. LØSNINGS FORSLAG CASE 4 Utarbeidet av: Studasser: Faglærer: Internett: Morgan Sagmo, Rom E420 William Gullvik, Rom E428 Fritz Ove Larsen, Rom F452 Robert Nilssen, Rom E418 miranda.elkraft.ntnu.no/~kvitass SIE1040/ Oppgave 1 I oppgave 1 skulle R DC beregnes. Utregningen blir som følger: R = DC ρ l Ā - = 1 l 1 ------- ------- σ cu A = --------------------------------------------------------- Ω 5 ---- cu 58 10 6 10 100 10 6m = 1.72 10 Ω ---- m Oppgave 2 1) Gå på File>New. Velg Electromagnetics module>in-plane quasi- statics>perpendicular currents>time harmonic i MN vinduet. Trykk OK. 2) Geometrien er lett å tegne. Husk å tegn et område rundt kobberskinnen, slik at magnetfeltet har et medie å forflytte seg i. 3) Ingen Variabels å legge til. 4) Gå på oundary>specify oundary Conditions. Her skal vi sette grensebetingelsene. Sett A Z0 =0 på alle sideflatene. 5) Nå skal vi tilføre verdier i de partielle differensiale ligningene. I dette tilfellet skal kobberskinnen ha σ = 58e6, µ r = 1, J e = 1e6 og de resterende parametrene skal være lik null. Området rundt skal ha µ r = 1, og alle andre parametre lik null. Størrelsen på J e, ekstern strømtetthet, er tilfeldig valgt. 6) Trykk på Initialize Mesh knappen, og en gang på Refine Mesh knappen. Legemet blir nå delt inn i små biter. 7) Trykk på Solve Problem knappen. 8) Velg ønsket plott fra plotte menyen på venstre kant. 9) Gå på Plot>Parameters og velg Surface fra menyen og velg deretter total current i Surface data vinduet. Trykk Apply og OK. For å forandre frekvensen på vekselstrømmen, så kan dette GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK 1

gjøres i Options>Applications Scalar Variables. Ved å øke frekvensen så ser man hvordan strømmen trekker seg ut til kantene. Dette kalles skin effekt. 10)Gikk alt greit? Hvis ikke, gå tilbake og rett opp. Hopp deretter til punkt 6). For å finne R AC kan følgende formler benyttes: P = R AC ( J 2 ρ) ds (4-1) (4-2) Disse formlene vil bli brukt i MATLA for å finne R AC. Nå skal geometrien og betingelsene som er satt i FEMLA overføres til MAT- LA. Gå på File>Save As>Model M-file og lagre FEM modellen som en m-file. Når dette er gjort, åpnes MATLA editor. I editoren åpnes den lagrede m-filen. M-filen vil inneholde all informasjon om kobberskinnen som ble lagd i FEMLA. Gå så nedover i tekst filen inntil dere finner % Plot solution. Allt under, inkludert % Plot solution, kan slettes. Dette fordi denne løsningen allerede er løst i FEMLA. Sett inn følgende kode istedet: = P ---- I 2 % Post-beregninger: integrasjonsomraade = rect2(-0.1, 0, -0.05, - 0.04); femstrom.geom = integrasjonsomraade; femstrom.dim = {'Jz'}; femstrom.sdim = {'' 'y'}; femstrom.mesh = meshinit(femstrom, 'hma',0.3e-3); Jz = postnode(fem,posteval(fem,'jz')); jz = postinterp(fem, Jz, femstrom.mesh.p,1); femstrom.sol.u = [jz]'; I = postint(femstrom,'jz') P1 = postint(femstrom,'jz.*conj(jz)*1/58e6') Rac = P1/(I*conj(I)) 2 GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK

I linje 2 er integrasjonsomraade koordinatene til rektangelet. Gå derretter til % Define application mode variables og bytt ut 'omega', 314.15926535897933,... med 'omega', omega,... På begynnelsen av tekst filen så legg til f= 50; og omega = 2*pi*f; Frekvensen kan nå enkelt forandres. Lagre tekst filen og kjør programmet. Løsningen på oppgaven blir da: R AC,50 = 1.9540e-005 Ω R AC,100 = 2.1353e-005 Ω R AC,1000 = 4.2919e-005 Ω Oppgave 3 I denne oppgaven kunne det vært lurt å simulert problemet. Husk å legg et område utenfor kobberskinnene med relativ permeabilitet lik 1. Dette gjøres fordi magnetfeltet som lederene setter opp må ha et medium å kunne vandre i. Ved å legge to strømskinner inntil hverandre så vil det samme fenomenet som ble oppdaget i oppgave 2, skin effekten, gjøre seg gjeldende. Strømtettheten vil øke utover mot ytterkantene, når frekvensen øker. Se figur 4-1. Figur 4 1: Strømtetthetensfordelingen i to strømførende kobberskinner. Nærhetseffekten gjør seg gjeldende. Oppgave 4 Figur 4-1 viser et eksempel på strømfortrengning. -feltet øker oppover sporets høyde. -feltet er opphav til virvelstrømmer i lederen. Virvelstrømmene settes opp for å motvirke den påtrykte feltendringen. Den nøyaktige virvelstrømsfordelingen er vanskelig å forutsi. Figur 4-1 indikerer at det kreves større virvelstrømmer øverst i sporet for å sette opp et felt som motvirker det påtrykte feltet. Feltet er sterkest øverst i lederen fordi der vil like mye fluks gå som i lufta (µ r = 1 i kobber). GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK 3

Påtrykt felt: Motfelt: virvelstrøm () Figur 4 2: Strømfortrengning. I den nedre delen av lederen vil fluksen velge å gå i jernet som har mye mindre motstand. Virvelstrømmene avtar derfor sammen med det påtrykte feltet nedover i sporet. Virvelstrømmene følger Faradays lov (induserte spenninger): e = λ t λ t øker med frekvensen. Dette gjør også e og dermed virvelstrømmene: f 1 f 2 f 2 >f 1 Figur 4 3: Frekvensavhengige virvelstrømmer. 4 GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK

Oppgave 5 Denne oppgaven er omtrent identisk med oppgave 2. Tegn geometrien og sett de samme grensebetingelsene. Se figur 4-4. Figur 4 4: ilde av strømtettheten for en leder i et elmaskinspor. Svaret skal bli: R AC = 1.8309e-004 Ω Oppgave 6 Tverrfeltet gjennom den øverste dellederen er nå konstant. Derfor er virvelstrømsbildet symmetrisk: Påtrykt felt: Motfelt: Forenklet virvelstrømsbilde: Virvelstrøm Figur 4 5: Eksempel på hvordan virvelstrømmene oppstår. GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK 5

Figur 4 6: Strømfordeling. Feltbildet i den nederste dellederen er ikke prinsippielt forskjellig fra forrige deloppgave. Derfor er ikke virvelstrømsfordelingen heller (ettersom virvelstrømmene er en respons på det påtrykte feltet). Se figur 4-4. Oppgave 7 Strømfordelingen i den nederste dellederen er fortsatt uforandret. Den øverste lederen vil ha et virvelstrømsbilde som er en respons på både tverrfeltet satt opp av den nederste lederen (konstant over ) og tverrfeltet satt opp av den øverste dellederen selv (lineært økende). Vi kombinerer altså de to fenomenene vi har sett i de to foregående deloppgavene. Skissen blir derfor som vist i figur 4-5. Figur 4 7: Virvelstrømsbilde der begge lederene leder strøm. Vi må passe på å legge fine elementer der vi forventer virvelstrømmer.utnytter symmetri. Neglisjerer i tillegg spredefeltet i luftgapet over sporåpningen (det er ikke galt å modellere dette spredefeltet!) Se figur 4-6. 6 GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK

Leder A=0 på denne grenseflaten, Neumann på alle andre. µ R =1 i luft og delledere Symmetrilinje Figur 4 8: Modell for simulering i FEMLA. GRUNNLAG FOR ELKRAFT TEKNIKK 7