12ELEKTRO 2/2012výměna zkušenostíPočítačová simulace, vizualizace a analýza fyzikálních polí v praxi (5. závěrečná část)Přechodné (tranzientní) jevyVýčet případů, kde se lze setkat s pře-chodnými jevy, by byl velmi dlouhý a ur-čitě neúplný. Uvedeny proto budou alespoň některé, podle příslušných fyzikálních polí, která je provázejí:– EM pole – nabíjení a vybíjení kondenzátoru, – připojení nebo odpojení induktoru od sítě, – připojení nebo odpojení elektromotorů, popř. elektrických pecí od sítě, – úder blesku do vedení.– Teplotní pole – ohřev nebo chlazení vodičů ve vinutí elektromotorů nebo transformátorů, – vysokofrekvenční ohřev součástek ve strojírenství, – tavení kovů v hutním průmyslu, – chladnutí výrobků, např. v chemickém nebo potravinářském průmyslu.– Pole mechanických napětí a deformacítato pole vznikají působením vnějších me-chanických sil nebo jako důsledek EM a tep-lotních polí. Například síly, které vznikají v důsledku zkratu ve vinutích transformáto-rů, mohou vyvolat mechanická napětí a de-formace, které transformátor zničí.Problémy s uvedenými časově proměnnými fyzikálními poli lze řešit buď samostatně, nebo společně. V druhém případě jsou moduly QF mezi sebou provázány tak, že výsledky řešení jednoho z polí lze použít jako vstupní veličiny dalšího pole. Například lze sledovat, jak EM pole vytváří teplotní a deformační pole v tě-lese. Takto řešená úloha je označová-na jako sdružená. Jako typický, v pra-xi velmi častý a důležitý příklad lze uvést vysokofrekvenční ohřev sou-částek. S řešením této úlohy pomocí QuickFieldu je možné se seznámit na [8]. Jde o webový seminář producen-ta QF k uvedené problematice. Mno-ho dalších příkladů z tohoto oboru je obsaženo v uživatelské příručce QF, kterou lze bezplatně stáhnout z [7].Od transformátoru k tokamakuPo obecném úvodu bude na příkladu trans-formátoru ukázána simulace EM pole v pře-chodném režimu. Nepůjde o běžný síťový transformátor, ale o impulzový. Důvodem je, že princip jeho funkce je totožný s principem činnosti tokamaku, o kterém bude pojedná-no v další části.Příklad č. 5 – Impulzový transformátorBude analyzován atypický plášťový im-pulzový transformátor, který je schematicky v řezu zobrazen na obr. 1. Skládá se pouze z primárního a sekundárního vinutí. Atypic-ký je zejména tím, že nemá feromagnetické jádro. Indukční vazba vinutí je tzv. vzducho-vá. Taková je i u tokamaku Compass v Ústa-vu fyziky plazmatu AV ČR.ZadáníPrimární vinutí impulzového transformá-toru je zapojeno na impulzní zdroj napětí a sekundární je bez zátěže (ve zkratu). Obě vinutí jsou měděná.– Primární vinutí – počet závitů v sérii: 64, průřez vodiče: 5 × 10 mm.– Sekundární vinutí – počet závitů: 1, prů-měr vodiče: 10 mm.– Impulzní zdroj – tvar impulzu: obdélníko-vý, délka impulzu: 0,1 s, napětí: 20 V.Úloha– Zobrazit průběh magnetické indukce ve vi-nutích transformátoru a jeho blízkém oko-lí v časovém intervalu 0,2 s,– zobrazit průběh celkových proudů ve vo-dičích obou vinutí v intervalu 0,2 s,– animovat průběh proudových hustot ve vo-dičích vinutí v intervalu 0,2 s,– animovat průběh indukce v řešené oblasti v intervalu 0,2 s.Řešení1. Příprava úlohy (preprocessing)Po zadání jména úlohy TokamakD16 se z nabídky standardních oblastí vybere pře-chodný magnetismus (Transient magnetics). V dalším kroku se jako souřadný systém zvolí osová symetrie a do okénka Circuit se zapí-še název obvodu TokamakD16. Jako délková jednotka se zadají milimetry (mm). Na kar-tě Timing (časování) se do okénka Calculate up to zadá hodnota intervalu sledování děje 0,2 s a zaškrtne se okénko Auto. Při této vol-bě program sám nastaví vhodnou délku ča-sového kroku pro výpočet.1.1 Tvorba geometrického modeluJako hranice řešené oblasti se zvolí kou-le o poloměru R = 500 mm. Bloky zde tvoří: primární vinutí, sekundární vinutí a vzduch. Geometrický model po zasíťování je na obr. 2.Ing. Jan Růžička, konzultant v oblasti projektování, Ústí nad LabemV této části seriálu bude pojednáno o velmi významné oblasti analýzy elektromagnetické-ho (EM) pole, o přechodných (tranzientních) elektromagnetických jevech. Jde o jevy, které provázejí každé zapnutí nebo vypnutí spotřebiče, např. svítidla nebo elektromotoru. Bu-dou uvedeny možnosti jejich simulace v programu QuickField, zejména způsoby, jakými lze běžné blokové zadání zařadit do obvodu a propojit s dalšími, především zdrojovými prvky.Obr. 1. Impulzový transformátor∅10~320∅100∅200Obr. 2. Zasíťovaný modelObr. 3. Schéma obvodu