کنتاکتور AC با سیم پیچ سایه

View Categories

کنتاکتور AC با سیم پیچ سایه

27 min read

PDF

کنتاکتور AC با سیم پیچ سایه
معرفی
کنتاکتور AC نوع خاصی از دستگاه سوئیچ مغناطیسی است که توسط یک سیم پیچ اولیه که توسط جریان متناوب تغذیه می شود فعال می شود. برخلاف سوئیچ‌های DC، چنین دستگاه‌هایی می‌توانند از تمایل به باز شدن مجدد زمانی که جریان AC از صفر عبور می‌کند، رنج ببرند. افزودن یک سیم پیچ سایه‌انداز که جریان‌های القایی عقب‌افتاده را با توجه به جریان‌های سیم‌پیچ تغذیه می‌کند، این امکان را فراهم می‌آورد که همیشه نیروی کششی غیر صفر داشته باشیم، بنابراین بسته شدن پایدارتری ایجاد می‌کند.
این مثال دینامیک بسته شدن یک کنتاکتور AC و در نتیجه ایجاد یک تماس مکانیکی را مطالعه می کند. تغییر فاصله بین قطعات متحرک و ثابت دستگاه بر توزیع میدان مغناطیسی تأثیر دارد. این اثر به دلیل استفاده از مش متحرک در هوای اطراف است. این مدل با استفاده از رابط چندفیزیکی Magnetomechanics تنظیم شده است.
تعریف مدل
شکل 1 یک مقطع از هندسه دستگاه را نشان می دهد.
شکل 1: هندسه کامل کنتاکتور. سیم پیچ اولیه با رنگ قرمز، سیم پیچ سایه با رنگ مشکی، کنتاکت های مسی با رنگ نارنجی، هسته آهنی با رنگ آبی و قطعات پلاستیکی با رنگ زرد نشان داده شده اند.
قسمت ثابت هسته آهنی توسط سیم پیچ تغذیه اولیه پیچ می شود که با هم می توانند به عنوان یک آهنربای الکتریکی قوی عمل کنند که قسمت متحرک هسته آهنی را پایین می کشد. قسمت متحرک روی فنرهایی که به فنرهای برگشتی معروف هستند آویزان می شود. هنگامی که جریانی از سیم پیچ اصلی وجود ندارد، فنرهای برگشتی دستگاه را باز نگه می دارند. کنتاکت الکتریکی از مس ساخته شده و به قطعات ثابت و همچنین قسمتی که به قسمت متحرک هسته متصل است تقسیم می شود. توسط فنر دیگری به نام فنر تماسی متصل می شود. فاصله اولیه بین قطعات تماس الکتریکی کمتر از فاصله بین قطعات آهن است. هنگامی که هسته کاملاً بسته می شود، فنر تماس کمی گسترش می یابد، بنابراین نیروی کششی اضافی برای بسته نگه داشتن تماس الکتریکی ایجاد می کند.
سیم پیچ اولیه توسط ولتاژ AC 48 ولت در 50 هرتز تغذیه می شود. دو کویل سایه (حلقه) ساخته شده از آلومینیوم در اندام های جانبی قسمت ثابت هسته آهنی تعبیه شده است. جریان القا شده در سیم پیچ های سایه زنی نسبت به سیم پیچ اولیه تغییر فاز خواهد داشت. این مقداری نیروی مغناطیسی کششی را حتی زمانی که جریان در سیم پیچ اولیه نزدیک به صفر است فراهم می کند و از باز شدن کنتاکتور جلوگیری می کند.
هسته از آهن نرم با خواص مغناطیسی غیر خطی ساخته شده است که توسط منحنی BH نشان داده شده در شکل 2 مشخص شده است .
شکل 2: منحنی BH برای آهن نرم.
به دلیل تقارن آینه ای دو برابری هندسه در امتداد محور عمودی، مدل سازی تنها نیمی از دستگاه کافی است. این باعث کاهش زمان مورد نیاز برای حل مدل می شود. علاوه بر این، میدان مغناطیسی باید در هوای اطراف کنتاکتور محاسبه شود. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، می توان با ایجاد یک جعبه مرزی برای هندسه انجام داد .
شکل 3: هندسه مدل، زمانی که به نصف بریده می شود و شامل جعبه مرزی می شود.
برای گنجاندن اثر تغییر فاصله بین قطعات، هنگامی که قسمت بالایی دستگاه توسط میدان مغناطیسی منحرف می‌شود، یک مش متحرک را در دامنه‌ای که قسمت متحرک را احاطه کرده است، تنظیم می‌کنید. این در شکل 3 نشان داده شده است . مش آزاد است تا در داخل آن دامنه تغییر شکل دهد، و همچنین می تواند روی مرزهای برش تقارن بلغزد.
برای مسئله مکانیک سازه، میدان مغناطیسی و مش متحرک، از شرایط تقارن در صفحه برش تقارن استفاده می شود. این به شما این امکان را می‌دهد که راه‌حل را برای هندسه کامل با انعکاس نیمه‌ای که در حال مدل‌سازی است، بازیابی کنید.
نتایج و بحث
شکل 4 نشان می دهد که چگونه اندازه دو شکاف هوایی مختلف در زمان تکامل می یابند. در اینجا نشان داده شده است که شکاف هوای اولیه در اندام مرکزی بزرگتر از فاصله بین کنتاکت های الکتریکی است، حتی اگر هر دو پس از گسترش فنر تماس صفر شوند. شکل 5 در عوض جریان در سیم پیچ اولیه را به همراه جریان القایی مربوطه در سیم پیچ سایه نشان می دهد. شکل 6 و شکل 7 میدان های مغناطیسی تولید شده توسط هر سیم پیچ را نشان می دهد.
شکل 4: تکامل شکاف هوا برای کلید بسته شدن.
شکل 5: جریان در سیم پیچ اولیه و سایه انداز.
شکل 6: چگالی شار مغناطیسی و شار مغناطیسی جریان در t = 50 ms. میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ اولیه ایجاد می شود.
شکل 7: چگالی شار مغناطیسی و شار مغناطیسی جریان در t = 38.5 ms. میدان مغناطیسی به دلیل جریان القایی در سیم پیچ سایه انداز است.
شکل 8 نیروهای تماسی را نشان می دهد که بر روی تماس الکتریکی و اندام مرکزی عمل می کنند، همانطور که توسط پروب های متغیر جهانی ارزیابی شده است. با مقایسه با اندازه های شکاف هوا در شکل 4 ، می توان اشاره کرد که نیروی تماس در اندام مرکزی حتی پس از تماس اولیه دو قسمت به نوسان ادامه می دهد، در حالی که نیروی وارد بر تماس الکتریکی به دلیل فنر تماسی صفر باقی می ماند. در نهایت، شکل 9 نشان می دهد که چگونه جزء عمودی کل نیروی الکترومغناطیسی کششی در زمان تکامل می یابد، همانطور که توسط ویژگی محاسبه نیرو ارزیابی می شود. در مقایسه با نمودار قبلی، می توان دریافت که این نیروی کششی مربوط به نیروی تماس در اندام مرکزی است. با این حال، به دلیل سیم پیچ سایه، دستگاه هرگز دوباره باز نمی شود.
شکل 8: تغییر نیروی تماس مکانیکی در زمان.
شکل 9: کل نیروی الکترومغناطیسی کششی (برای هندسه کامل دوباره محاسبه می شود).
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
این مدل با استفاده از رابط چندفیزیکی Magnetomechanics تنظیم شده است. هنگامی که این رابط به یک مدل اضافه می شود، یک رابط فیزیکی مکانیک جامد و یک رابط فیزیک میدان های مغناطیسی به همراه ویژگی کوپلینگ چندفیزیکی نیروهای مغناطیسی مکانیکی اضافه می شود. دو گره مرتبط با مش متحرک نیز به طور خودکار اضافه می شوند: یک دامنه تغییر شکل و یک شرط مرزی Symmetry/Roller.
بدنه مغناطیسی و نیروهای سطحی وارد بر صفحه به طور خودکار توسط ویژگی کوپلینگ در انتخاب آن اعمال می شود. بعداً در مدل‌سازی، یک گره محاسبه نیرو را نیز در رابط فیزیک میدان‌های مغناطیسی اضافه خواهید کرد. این گره فقط در پس پردازش برای محاسبه کل نیروی وارد بر صفحه استفاده می شود.
فنرهای برگشتی را با استفاده از ویژگی Spring Foundation در دامنه ای که بخش متحرک هسته را نشان می دهد، مدل کنید. برای فنر تماسی، از ویژگی Spring-Damper مخصوص استفاده کنید که قسمت متحرک کنتاکت الکتریکی را با پوشش پلاستیکی متصل به هسته متحرک متصل می کند.
برای جلوگیری از بسته شدن کامل شکاف‌های هوا، از یک افست روی ویژگی تماس مکانیکی استفاده کنید، زیرا چنین تغییری در توپولوژی با توری متحرک در شکاف‌های هوا ناسازگار است. علاوه بر این، از آنجایی که هنگام بسته شدن شکاف ها، مش بیشتر و بیشتر اعوجاج می یابد، باید گزینه مش بندی خودکار را در گره مرحله مطالعه فعال کنید.
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Electromagnetics_and_Mechanics/contactor_shading_coil
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard روی  2D کلیک کنید .
2
در درخت Select  Physics ، Structural  Mechanics>Electromagnetics-Structure  Interaction>Magnetomechanics>Magnetomechanics را انتخاب کنید .
3
روی افزودن کلیک کنید .
4
 روی مطالعه کلیک کنید .
5
در درخت انتخاب  مطالعه ، General  Studies>Time  Dependent را انتخاب کنید .
6
 روی Done کلیک کنید .
ابتدا برخی از پارامترهایی را که در هنگام ایجاد مدل استفاده می شوند، تعریف کنید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Global  Definitions روی Parameters  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام
اصطلاح
ارزش
شرح
em_w
100[mm]
0.1 متر
عرض، آهنربای الکتریکی
em_h
60[mm]
0.06 متر
ارتفاع، آهنربای الکتریکی
core_w
20[mm]
0.02 متر
عرض، هسته
pl_h
30[mm]
0.03 متر
ارتفاع، پیستون
plunger_travel
6[mm]
0.006 متر
سکته مغزی کامل، پیستون
ن
500
500
تعداد چرخش، سیم پیچ اولیه
د
1.35 [N*s/m]
1.35 N·s/m
میرایی ثابت، فنر برگشتی
kr
24.2 [N/m]
24.2 نیوتن بر متر
ثابت بهار، فنر برگشتی
l0
plunger_travel*0.1
6E-4 متر
طول بدون تغییر شکل، فنر تماسی
op
plunger_travel*0.7
0.0042 متر
باز شدن، تماس الکتریکی
دی سی
2.7[mm]
0.0027 متر
قطر، سیم پیچ سایه
kc
255 [N/m]
255 نیوتن بر متر
فنر ثابت، فنر تماسی
ج
7 [N*s/m]
7 N·s/m
ضریب میرایی، فنر تماسی
حال، شروع به ساخت هندسه مدل کنید.
هندسه 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Geometry  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید .
3
از لیست واحد طول  ، میلی متر را انتخاب کنید .
مستطیل 1 (r1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width ، em_w/2 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، em_h را تایپ کنید .
مستطیل 2 (r2)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width ، em_w/2 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، pl_h را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، em_h را تایپ کنید .
مستطیل 3 (r3)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت Width متن (em_w-2*core_w)/2 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، em_h+pl_h -core_w را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، core_w/2 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن y ، core_w/2 را تایپ کنید .
تفاوت 1 (dif1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans  and  Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید .
2
فقط اشیاء r1 و r2 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید .
4
زیربخش اشیاء را  برای  تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن  انتخاب کلیک کنید .
5
فقط شی r3 را انتخاب کنید.
تقسیم 1 (spl1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Conversions کلیک کنید و Split را انتخاب کنید .
2
فقط شی dif1 را انتخاب کنید.
مستطیل 4 (r4)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 20 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 44 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 12 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن y عدد 12 را تایپ کنید .
مستطیل 5 (r5)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 50 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y عدد 90 را تایپ کنید .
مستطیل 6 (r6)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 10 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 20 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y عدد 95 را تایپ کنید .
مستطیل 7 (r7)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 24 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 3 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، 115 را تایپ کنید .
6
برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . تیک لایه های  سمت  چپ را انتخاب کنید .
7
تیک Layers  on  bottom را پاک کنید .
8
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام لایه
ضخامت (میلی متر)
لایه 1
10
مستطیل 8 (r8)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 6 را تایپ کنید .
4
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 18 را تایپ کنید .
5
در قسمت متن y ، 114 را تایپ کنید .
مستطیل 9 (r9)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 6 را تایپ کنید .
4
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 18 را تایپ کنید .
5
در قسمت متن y ، 113 را تایپ کنید .
مستطیل 10 (r10)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 40 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 3 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 18 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن y ، 110 را تایپ کنید .
حرکت 1 (mov1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Move را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حرکت ، بخش Displacement را پیدا کنید .
3
در قسمت متن y ، l0 را تایپ کنید .
4
فقط اشیاء r10 ، r7 ، r8 و r9 را انتخاب کنید.
حرکت 2 (mov2)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Move را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حرکت ، بخش Displacement را پیدا کنید .
3
در قسمت متن y ، plunger_travel را تایپ کنید .
4
فقط اشیاء mov1(1) ، mov1(2) ، mov1(3) ، mov1(4) ، r5 ، r6 و spl1(2) را انتخاب کنید.
حرکت 3 (mov3)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Move را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حرکت ، بخش Displacement را پیدا کنید .
3
در قسمت متن y ، -op را تایپ کنید .
4
فقط اشیاء mov2(1) و mov2(4) را انتخاب کنید.
فیله 1 (fil1)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Fillet کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، core_w*0.1 را تایپ کنید .
4
در شیء mov2(7) فقط نقاط 3، 5 و 7 را انتخاب کنید.
5
در شیء spl1(1) فقط نقاط 4، 6 و 8 را انتخاب کنید.
فیله 2 (fil2)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Fillet کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، 1 را تایپ کنید .
4
در شیء mov2(3) فقط نقاط 1 و 2 را انتخاب کنید.
5
در شیء mov3(2) فقط نقاط 3 و 4 را انتخاب کنید.
برای تکمیل ساخت هندسه، یک جعبه مرزی برای آن تنظیم کنید که حوزه های هوای اطراف را مشخص می کند.
مستطیل 11 (r11)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width ، 3*em_w/2 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 3*em_w را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، -em_w را تایپ کنید .
در مرحله بعد، دامنه هایی را که نشان دهنده سطح مقطع سیم پیچ سایه هستند، تعریف کنید.
مستطیل 12 (r12)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width ، dc را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 2 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید .
6
در قسمت متن x ، 44 را تایپ کنید .
7
در قسمت متن y ، 59 را تایپ کنید .
8
قسمت لایه ها را پیدا کنید . تیک Layers  on  bottom را پاک کنید .
9
تیک Layers را  در  سمت  راست انتخاب کنید .
10
تیک لایه های  سمت  چپ را انتخاب کنید .
11
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام لایه
ضخامت (میلی متر)
لایه 1
0.8
حذف نهادهای 1 (del1)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Geometry  1 کلیک راست کرده و Delete  Entities را انتخاب کنید .
2
در شی r12 ، فقط مرز 5 را انتخاب کنید.
در نهایت، دامنه ای را تعریف کنید که در آن از مش متحرک استفاده شود.
مستطیل 13 (r13)
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Width عدد 58 را تایپ کنید .
4
در قسمت متن ارتفاع ، 90 را تایپ کنید .
5
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y عدد 50 را تایپ کنید .
6
 روی Build  All  Objects کلیک کنید .
برای اینکه مرزهایی که شروع می شوند از هم جدا می شوند اما در نهایت با هم تماس پیدا می کنند، دو جفت تماس ایجاد کنید. یکی از آنها برای تماس الکتریکی مس است، در حالی که دیگری برای قطعات آهنی در هسته است.
تعاریف
جفت تماس 1 (p1)
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  جفت ها کلیک کنید و جفت تماس  را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 44، 78 و 80 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای جفت ، قسمت Destination  Boundaries را پیدا کنید .
4
برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن  انتخاب کلیک کنید .
5
فقط مرزهای 45، 79 و 81 را انتخاب کنید.
6
قسمت Advanced را پیدا کنید . از لیست روش جستجو  ، ردیابی فاصله را انتخاب کنید .
7
از لیست فاصله جستجو  ، دستی را انتخاب کنید .
8
در قسمت متن فاصله ، 6 را تایپ کنید .
جفت تماس 2 (p2)
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  جفت ها کلیک کنید و جفت تماس  را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 8، 55، 59، 61، 64، 66، 76، 82 و 84 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای جفت ، قسمت Destination  Boundaries را پیدا کنید .
4
برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن  انتخاب کلیک کنید .
5
فقط مرزهای 10، 56، 77، 83 و 85 را انتخاب کنید.
6
قسمت Advanced را پیدا کنید . از لیست روش جستجو  ، ردیابی فاصله را انتخاب کنید .
7
از لیست فاصله جستجو  ، دستی را انتخاب کنید .
8
در قسمت متن فاصله ، 6 را تایپ کنید .
به منظور محاسبه فاصله بین قطعات در حال کاهش، از قابلیت توری متحرک استفاده خواهد شد.
مش متحرک
تغییر شکل دامنه 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Moving  Mesh روی Deforming  Domain  1 کلیک کنید .
2
فقط دامنه 4 را انتخاب کنید.
تقارن / غلتک 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Symmetry/Roller  1 کلیک کنید .
2
فقط مرزهای 7، 15، 19، 72 و 74 را انتخاب کنید.
مواد را اضافه کنید
1
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material باز شود .
2
به پنجره Add  Material بروید .
3
در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید .
4
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
5
در درخت، AC/DC> Soft  Iron  (Without  Losses) را انتخاب کنید .
6
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
مواد
آهن نرم (بدون تلفات) (mat2)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Materials روی Soft  Iron  (Without  Losses)  (mat2) کلیک کنید .
2
فقط دامنه های 2، 3، 5 و 16 را انتخاب کنید.
مواد را اضافه کنید
1
به پنجره Add  Material بروید .
2
در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید .
3
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
مواد
مس (mat3)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Materials روی Copper  (mat3) کلیک کنید .
2
فقط دامنه های 8، 10 و 13-15 را انتخاب کنید.
مواد را اضافه کنید
1
به پنجره Add  Material بروید .
2
در درخت، Built-in>Acrylic  plastic را انتخاب کنید .
3
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
مواد
پلاستیک اکریلیک (mat4)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Materials روی Acrylic  plastic  (mat4) کلیک کنید .
2
فقط دامنه های 6 و 7 را انتخاب کنید.
مواد را اضافه کنید
1
به پنجره Add  Material بروید .
2
در درخت، Built-in>Aluminium را انتخاب کنید .
3
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material بسته شود .
مواد
آلومینیوم (mat5)
فقط دامنه های 17 و 18 را انتخاب کنید.
اکنون زمان آن است که با استفاده از رابط مکانیک جامد و رابط میدان های مغناطیسی ، فیزیک را به مدل اضافه کنیم . هر دوی اینها به طور خودکار با اضافه شدن جفت چندفیزیکی اضافه شدند.
مکانیک جامدات (جامدات)
1
 روی دکمه Show  More  Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید .
2
در کادر محاوره ای Show  More  Options ، روی  Select  All کلیک کنید .
3
روی OK کلیک کنید .
4
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Solid  Mechanics  (solid) کلیک کنید .
5
در پنجره تنظیمات مکانیک جامدات  ، بخش ضخامت را پیدا کنید .
6
در قسمت متن d ، 30[mm] را تایپ کنید .
7
فقط دامنه های 2، 3، 5-8، 10 و 13-18 را انتخاب کنید.
8
برای گسترش بخش تنظیمات پیشرفته  کلیک کنید . متغیرهای Group ODE را در زیربخش حل کننده پیدا کنید . کادر بررسی Attachments را پاک کنید .
محدودیت ثابت 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Fixed  Constraint را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 4، 41 و 73 را انتخاب کنید.
بنیاد بهار 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Spring  Foundation را انتخاب کنید .
2
فقط دامنه 5 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای Spring  Foundation ، بخش Spring را پیدا کنید .
4
از لیست نوع Spring  ، ثابت کل فنر را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن tot ، kr را تایپ کنید .
6
برای گسترش بخش Viscous  Damping کلیک کنید . از لیست نوع میرایی  ، ثابت میرایی کل را انتخاب کنید .
7
در قسمت متن tot ، d را تایپ کنید .
غلتک 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Roller را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 47، 67، 68، 70 و 71 را انتخاب کنید.
پیوست 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Attachment را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 18 را انتخاب کنید.
پیوست 2
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Attachment را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 16 را انتخاب کنید.
فنر-دمپر 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Spring-Damper را انتخاب کنید .
2
در پنجره Settings برای Spring-Damper ، بخش Attachment  Selection را پیدا کنید .
3
از فهرست منبع ، پیوست  1 را انتخاب کنید .
4
از لیست مقصد ، پیوست  2 را انتخاب کنید .
5
قسمت Spring-Damper را پیدا کنید . در قسمت متن k ، kc را تایپ کنید .
6
در قسمت متن c ، c را تایپ کنید .
تقارن 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 3، 5، 9، 11، 13 و 17 را انتخاب کنید.
تماس 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Contact  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای مخاطب ، برای گسترش بخش Offset و Adjustment سطح تماس  کلیک کنید .
3
در قسمت متنی offset,d 0.05[mm] را تایپ کنید .
میدان های مغناطیسی (MF)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی قسمت Magnetic  Fields  (mf) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای میدان های مغناطیسی  ، قسمت ضخامت را پیدا کنید .
3
در قسمت متن d ، 30[mm] را تایپ کنید .
قانون آمپر 2، آهن
1
در نوار ابزار فیزیک ، روی  Domains کلیک کنید و قانون آمپر را  انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات قانون آمپر  ، قانون آمپر 2، آهن را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
فقط دامنه های 2، 3، 5 و 16 را انتخاب کنید.
4
قسمت Material  Type را پیدا کنید . از لیست نوع مواد  ، جامد را انتخاب کنید .
5
بخش Constitutive  Relation  B-H را پیدا کنید . از لیست مدل مغناطیسی  ، منحنی BH را انتخاب کنید .
قانون آمپر 3، هوا
1
در نوار ابزار فیزیک ، روی  Domains کلیک کنید و قانون آمپر را  انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات قانون آمپر  ، قانون آمپر 3، هوا را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
فقط دامنه های 1، 4 و 9 را انتخاب کنید.
سیم پیچ 1، اولیه
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Coil را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای سیم پیچ ، Coil 1، اولیه را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
فقط دامنه های 11 و 12 را انتخاب کنید.
4
قسمت Coil را پیدا کنید . از لیست مدل Conductor  ، چند چرخشی همگن را انتخاب کنید .
5
از لیست تحریک سیم پیچ  ، ولتاژ را انتخاب کنید .
6
در قسمت متن سیم پیچ V ، 48[V]*sin(2*pi*50[Hz]*t)/2 را تایپ کنید .
7
بخش هادی  چند چرخشی  همگن را پیدا کنید . در قسمت متن N ، N را تایپ کنید .
8
از لیست سطح مقطع سیم سیم پیچ  ، از قطر سیم گرد را انتخاب کنید .
9
در قسمت متن سیم d ، 1.5[mm] را تایپ کنید .
کویل 2، سایه زنی
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Coil را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای کویل ، Coil 2 را تایپ کنید و در قسمت نوشتار Label سایه بزنید .
3
فقط دامنه های 17 و 18 را انتخاب کنید.
4
قسمت Material  Type را پیدا کنید . از لیست نوع مواد  ، جامد را انتخاب کنید .
5
قسمت Coil را پیدا کنید . در قسمت متنی سیم پیچ I ، 0[A] را تایپ کنید .
عایق مغناطیسی 2
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Magnetic  Insulation را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 18، 20، 33، 34، 40، 41، 44-47، 73 و 78-81 را انتخاب کنید.
صفحه تقارن 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry  Plane را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 1، 3، 5، 7، 9، 11، 13، 15، 17، 19 و 21 را انتخاب کنید.
در نهایت، انتخاب برای جفت چندفیزیکی بین دو رابط فیزیک باید مشخص شود.
چند فیزیک
نیروهای مغناطیسی مکانیکی 1 (mmf1)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Multiphysics روی Magnetomechanical  Forces   (mmf1) کلیک کنید .
2
فقط دامنه های 2، 3، 5 و 16-18 را انتخاب کنید.
مواد
پلاستیک اکریلیک (mat4)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Materials روی Acrylic  plastic  (mat4) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material  Contents را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
ویژگی
متغیر
ارزش
واحد
گروه اموال
نفوذپذیری نسبی
mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0
1
1
پایه ای
رسانایی الکتریکی
sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0
0
S/m
پایه ای
گذر نسبی
epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0
3.5
1
پایه ای
آهن نرم (بدون تلفات) (mat2)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Soft  Iron  (Without  Losses)  (mat2) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material  Contents را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
ویژگی
متغیر
ارزش
واحد
گروه اموال
مدول یانگ
E
204e9
پا
مدول یانگ و نسبت پواسون
نسبت پواسون
نه
0.39
1
مدول یانگ و نسبت پواسون
تراکم
rho
7840
کیلوگرم بر متر مکعب
پایه ای
به منظور نشان دادن نتایج در حین محاسبات، چند پروب تهیه کنید. دو مورد اول پروب های نقطه ای هستند که در شکاف های هوایی بین تماس الکتریکی و هسته قرار می گیرند و در آنجا متغیرهای خاصی را ارزیابی می کنند.
تعاریف
شکاف هوا، تماس الکتریکی
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Point  Probe را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Point  Probe ، در قسمت نوشتار Label، Air gap, electric contact را تایپ کنید .
3
در قسمت متن نام متغیر  ، gap_p1 را تایپ کنید .
4
فقط نقطه 30 را انتخاب کنید.
5
قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، solid.gap_p1 را تایپ کنید .
6
چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، شکاف هوای تماس الکتریکی را تایپ کنید .
7
کلیک کنید تا قسمت Table  and  Window  Settings گسترش یابد .  روی Add  Plot  Window کلیک کنید .
شکاف هوا، اندام مرکزی
1
روی Air  gap،  contact electric  کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Point  Probe ، در قسمت نوشتار Label، Air gap, central limb را تایپ کنید .
3
در قسمت متن نام متغیر  ، gap_p2 را تایپ کنید .
4
فقط نقطه 4 را انتخاب کنید.
5
قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، solid.gap_p2 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن توضیحات ، شکاف هوای مرکزی اندام را تایپ کنید .
نیروی تماس، تماس الکتریکی
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Global  Variable  Probe را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی  ، نیروی تماس، تماس الکتریکی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
در قسمت متن نام متغیر  ، T_toty_p1 را تایپ کنید .
4
قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، solid.dcnt1.T_toty_p1*(solid.dcnt1.T_toty_p1<500[N])+500[N]*(solid.dcnt1.T_toty_p1>500[N]) را تایپ کنید .
5
چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، نیروی تماس، تماس الکتریکی را تایپ کنید .
6
کلیک کنید تا قسمت Table  and  Window  Settings گسترش یابد .  روی Add  Plot  Window کلیک کنید .
نیروی تماسی، اندام مرکزی
1
روی Contact  force،  contact electric  کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی  ، نیروی تماس، اندام مرکزی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
در قسمت متن نام متغیر  ، T_toty_p2 را تایپ کنید .
4
قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن توضیحات ، نیروی تماس، اندام مرکزی را تایپ کنید .
5
در قسمت متن Expression ، solid.dcnt1.T_toty_p2*(solid.dcnt1.T_toty_p2<500[N])+500[N]*(solid.dcnt1.T_toty_p2>500[N]) را تایپ کنید .
ادغام 1 (در اول)
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal  Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید .
2
فقط دامنه 18 را انتخاب کنید.
جریان کل، سیم پیچ
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Global  Variable  Probe را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی  ، I_coil را در قسمت متن نام متغیر تایپ کنید .
3
در قسمت نوشتار برچسب ، Total current, coil را تایپ کنید .
4
روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Magnetic  Fields>Coil  Parameters>mf.ICoil_1  –  Coil  current  –  A را انتخاب کنید .
5
قسمت Table  and  Window  Settings را پیدا کنید .  روی Add  Plot  Window کلیک کنید .
جریان کل، سیم پیچ سایه
1
روی کل  جریان،  سیم پیچ راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی  ، I_shading_coil را در قسمت متن نام متغیر تایپ کنید .
3
در قسمت Label text، Total current, shading coil را تایپ کنید .
4
قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text عبارت intop1(abs(mf.Jz)) را تایپ کنید .
5
چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Shading coil current (مقدار مطلق) را تایپ کنید .
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش مطالعه  1 ، روی Step  1:  Time  Dependent کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مربوط به زمان  وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه  را پیدا کنید .
3
از لیست واحد زمان  ، ms را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن زمان خروجی  ، range(0,0.2,20) range(20.5,0.5,50) را تایپ کنید .
5
برای گسترش بخش Study  Extensions کلیک کنید . تیک گزینه Automatic  Remeshing را انتخاب کنید .
6
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show  Default  Plots کلیک کنید .
نتایج
استرس (جامد)
مجموعه داده ای را برای تجسم نتایج برای هندسه کامل تنظیم کنید. از آنجایی که تنها نیمی از هندسه به دلیل تقارن مدل شده است، برای بازیابی مدل کامل، یک عملیات آینه ای لازم است. همچنین، یک نمای ایجاد کنید که می تواند برای طرح های مختلف استفاده شود.
آینه 2 بعدی 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید .
2
روی Results>Datasets کلیک راست کرده و More  2D  Datasets>Mirror  2D را انتخاب کنید .
3
در پنجره تنظیمات برای Mirror  2D ، بخش Data را پیدا کنید .
4
از لیست Dataset ، Study  1/Remeshed  Solution   (sol2) را انتخاب کنید .
تعاریف
مشاهده 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Definitions روی View  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای مشاهده ، بخش View را پیدا کنید .
3
تیک Lock  axis را انتخاب کنید .
محور
1
در پنجره Model  Builder ، گره View  1 را گسترش دهید ، سپس روی Axis کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Axis ، بخش Axis را پیدا کنید .
3
در قسمت حداقل متن x ،  -90 را تایپ کنید .
4
در قسمت حداکثر متن x ،  90 را تایپ کنید .
5
در قسمت حداقل y  متن، -20 را تایپ کنید .
6
در قسمت حداکثر متن y ،  160 را تایپ کنید .
همچنین پلات ها و مطالعه را طوری تنظیم کنید که هنگام حل کنتاکتور کامل نشان داده شود.
نتایج
هنجار چگالی شار مغناطیسی (mf)
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش Results روی Norm چگالی شار مغناطیسی  (mf) کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for 2D  Plot  Group ، بخش Data را پیدا کنید .
3
از لیست Dataset ، Mirror  2D  1 را انتخاب کنید .
4
قسمت Plot  Settings را پیدا کنید . از لیست View ، View  1 را انتخاب کنید .
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1
در پنجره Model  Builder ، گره Study  1>Solver  Configurations را گسترش دهید ، سپس روی Study  1>Step  1:  Time  Dependent کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مربوط به زمان  وابسته ، کلیک کنید تا بخش Results  When  Solving گسترش یابد .
3
کادر Plot را انتخاب کنید .
4
از لیست گروه Plot  ، Norm چگالی شار مغناطیسی (mf) را انتخاب کنید .
5
در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
شکاف هوا
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش Results روی Probe  Plot  Group  3 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی  ، Air Gap را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
نمودار جدول پروب 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Air  Gap را گسترش دهید ، سپس روی Probe  Table  Graph  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول  ، برای گسترش بخش Legends کلیک کنید .
3
از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید .
4
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
افسانه ها
شکاف هوا، تماس الکتریکی (mm)
شکاف هوا، اندام مرکزی (mm)
نیروی تماس
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش Results روی Probe  Plot  Group  4 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی  ، Contact Force را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
جریان سیم پیچ
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش Results روی Probe  Plot  Group  5 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی  ، Coil Current را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
با افزودن ویژگی محاسبه نیرو  به مدل ، کل نیروی الکترومغناطیسی وارد بر قطعه متحرک را محاسبه کنید . این ویژگی فقط برای پس پردازش استفاده می شود.
میدان های مغناطیسی (MF)
محاسبه نیرو، برای پس پردازش
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Force  Calculation را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای محاسبه نیرو  ، برای پس پردازش در قسمت نوشتار برچسب ، عبارت Force Calculation را تایپ کنید .
3
فقط دامنه 5 را انتخاب کنید.
مطالعه 1
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Update  Solution کلیک کنید .
نتایج
گروه طرح 1 بعدی 6
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 1D  Plot  Group را انتخاب کنید .
جهانی 1
روی 1D  Plot  Group  کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید .
نیروی الکترومغناطیسی کل
1
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی  ، نیروی الکترومغناطیسی کل را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
2
قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study  1/Remeshed  Solution   (sol2) را انتخاب کنید .
3
قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show  legends را پاک کنید .
جهانی 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Global  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis  Data را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
اصطلاح
واحد
شرح
2*mf.Forcey_0
ن
نیروی الکترومغناطیسی کل، جزء y
4
در نوار ابزار Total Electromagnetic Force ، روی  Plot کلیک کنید .
نیروی تماس، تماس با برق
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 1D  Plot  Group را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی  ، نیروی تماس، تماس الکتریکی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study  1/Remeshed  Solution   (sol2) را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب زمان  ، Interpolated را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن Times  (ms) range(15,0.2,50) را تایپ کنید .
6
قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show  legends را پاک کنید .
جهانی 1
1
روی Contact  Force،  Electrical  Contact کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis  Data کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Definitions>T_toty_p1  –  نیروی تماس ،  تماس الکتریکی – N را انتخاب کنید .
3
در نوار ابزار Contact Force، Electrical Contact ، روی  Plot کلیک کنید .