基于物理信息神经网络的电磁场计算方法

物理信息神经网络(PINNs)将偏微分方程(PDEs)及其定解条件编码进网络中,使PDEs残差最小化的同时逼近定解条件,实现PDEs的求解。由于电磁场计算时存在局部高梯度问题、含源方程引发的训练困难问题和高对比系数界面识别问题等,PINNs在用于电磁场方程求解时训练效率低、计算精度不高,因而目前应用较少。该文对于PINNs在电磁场中的训练困难问题进行理论分析,提出了针对电磁场PDEs形式和神经网络架构的修改方法,实现了基于PINNs的静电场和稳恒磁场求解,计算结果准确性较好。将该方法推广到方程更加复杂的频域涡流场求解中,求解结果表明PINNs可以在复杂的频域方程上保证良好的精度。该研究工作为实现电磁场快速计算提供了新思路。

电磁场计算中的无网格局部Petrov-Galerkin方法

无网格局部Petrov-Galerkin方法(MLPG)建立在局部积分弱形式的基础之上,不依赖于背景网格,而只是在所考虑点的局部区域及其边界上积分,灵活方便,有利于并行计算的实现,且容易推广到非线性与非均匀介质的问题。将此方法引入电磁场计算,并且详细探讨了局部域上的积分策略,给出了一种较为简便且精确的积分方案。数值试验结果表明,MLPG方法是计算电磁场一种有效可靠的算法,计算结果优于一般高斯积分。

电磁脉冲模拟器电磁场计算

利用电磁场张量法计算了平行板电磁脉冲模拟器内的电磁场并推导了其时域解析表达式。按照模拟器的平行板段和前后三角板的结构将平板近似为线网格。场的幅值由各线段元的不同滞后时间叠加来确定,其方向由线段元和场点的单位矢量经简单矢量运算来确定。计算结果表明:平行板段内的场具有横电磁分布特性,而靠近三角板处由于各线段元的非对称性贡献将使场出现其它分量。通过对模拟器的电场测量值与理论计算值相比较可知,两者大致相同。

电磁场计算中的MLPG-FE耦合新方法

针对现有各种无网格与有限元耦合思路的利弊,提出一种新的无网格局部Petrov-Galerkin-有限元耦合(MLPG-FE)方法,应用其成功求解了电磁场问题。在有限元与无网格的过渡区域内,对T.Belytschko提出的传统斜坡函数进行改进,使得交界面上求解场变量及其导数的连续性同时得到了保证,且可精确实施第一类边界条件。电磁场数值算例给出了令人满意的结果。

无网格法及其在电磁场计算中的应用展望

先从与FEM相比较的角度,以操作流程的方式介绍了无网格法(MLM)的原理和特点,指出了MLM和FEM之间是一般和特殊的关系。然后介绍了MLM的发展历史、研究队伍和应用现状;经过对发表在电磁计算领域的MLM文献的全面综述,可以看到MLM在电磁计算中的研究才刚起步。最后介绍了MLM的局限性和尚待解决的关键技术问题,并对MLM在电磁计算中的潜在研究课题和应用前景进行了展望。

电磁场计算中一般的逐层递推求解有限元法

相似剖分有限元法在相似剖分的基础上；实现了按层逐步递推计算；使刚度阵阶数大大降低，但对于具有多媒质、多连通场域的问题，相似剖分有限元法处理起来就不十分容易。本文给出一种更为普遍的方法，由于这种方法对于剖分无严格限制，不要求每层剖分相似，也不要求每边节点数目相同，使得在多媒质、多连通场域的问题中，按层逐步递推求解的思想能够实现。另外，可以认为相似剖分有限元法是这种方法的特例。

基于CDEGS软件的变电站工频电磁场计算

为了深入研究变电站站内工频电磁场在正常运行状态及短路故障状态时的分布情况,以500 kV变电站为例,采用CDEGS软件对变电站进行模型建立与工频电磁场分布的仿真计算。首先,通过将仿真结果与实测结果的对比,验证了建立模型及该软件的正确性。然后分析了正常状态下变电站站内有无建筑物时的工频电场分布情况及短路故障时变电站站内工频磁场的分布情况,优化变电站工频电场分布的各种情况,为变电站站内正常运行和短路故障状态时工频电磁场的计算与分析提供了一种有效方法。

基于电磁场计算的开关磁阻电动机设计研究

利用面向对象的程序设计方法编制了开关磁阻电动机电磁场计算软件,并进行了计算与分析,得出了一些有用的设计结论。

粒子模拟软件中电磁场计算并行算法的研究

在当前电磁场计算串行算法的基础上,采用"分而治之"的并行算法设计思想。设计并实现了CHIPIC软件三维直角坐标、柱坐标、极坐标下电磁场计算的并行算法。分析了并行算法的加速比,最后通过实例验证了算法的正确性和效率。

电磁场计算中的Laplace插值函数

在电磁场数值计算中常常需要采用插值方法计算任意位置处的电位和场强。本文采用满足Laplace方程的多项式作为插值函数 ,以使插值所得的电位亦满足Laplace方程 ,从而得到了较为精确的插值结果。本文提出通过旋转坐标系来调整插值点的坐标 ,使得各插值点的坐标在各坐标轴方向上均匀分布 ,以进一步提高插值计算的精度。计算结果表明该方法在避免系数矩阵的奇异性和提高插值结果的精度上均较传统插值方法有相当的改善。

电机电磁场计算中对周期性边界条件的处理

阐述了在电机电磁场的有限元法计算中，当周期性边界上的节点和求解区域内部的节点混合任意编号时，对周期性边界条件的处理方法。

永磁无刷直流电机电磁场计算软件研制

本文将模糊数学理论用于电磁场有限元网格剖分,以快速生成高质量的计算网格;通过建立结构处理程序库,使软件适用于不同槽形、不同磁极结构无刷直流电动机的分析。并开发了新型永磁无刷直流电动机二维电磁场计算软件。

ANSYS前处理器在大型水轮发电机电磁场计算中的应用

本文以水轮发电机二维电磁场计算场域为例 ,介绍了利用ANSYS宏命令开发编制的前处理程序 ,及开发过程中遇到的难点 ,并介绍了ANSYS前处理程序与其他软件的接口。该程序具有通用性强、方便、快捷等优点。使用该程序可以使前处理工作变得简便 ,大大提高工作效率。

电动汽车无线充电系统电磁场计算方法

随着电动汽车的大量普及,电动汽车无线充电技术也得到更多的关注。首先,对基于磁耦合的IPT(感应电能传输)技术的工作原理进行了分析,推导出基于IPT的电动汽车无线充电系统电磁场计算方法。其次,利用电磁场的矢量叠加原理,推导得出多匝线圈产生的电磁场解析式,从而得出WPT(无线电能传输)系统初、次级侧线圈产生的合成电磁场解析表达式。最后,应用CPOSMOL仿真软件,并搭建WPT实验系统,验证了电磁场解析表达式的正确性。

一种有限元并行共轭梯度算法在电磁场计算中的应用

以POSSION方程为研究背景,实现了有限元的并行计算。通过对定解区域进行特殊的划分,达到了不需合成结构刚度矩阵的目的,并在此基础上应用线性方程组的共轭梯度法,使计算的并行性得到了很好的拓展,实现了从网格划分、刚度矩阵的合成到方程求解的并行执行。并将该算法应用在电磁场的计算中。程序在西北工业大学高性能计算中心的HP RX2600上进行了数值实验,结果表明,该方法具有良好的加速比。

220 kV输电线路工频电磁场计算与分析

高压输电线路周围的电磁环境是影响线路工程规划和建设的重要影响因素之一。根据井冈山220 kV水电厂送出工程规划情况,建立了220 kV线路以及220 kV和500 kV线路平行段的二维电磁场仿真模型,计算电磁场分布情况并分析其电磁环境对周边居民住房的影响,根据电磁场标准限值要求,确定线路下方建筑的高度限值;根据平行段线路电场计算结果,综合考虑了线路风偏的影响,确定了平行段线路之间的距离。本文计算方法可为输电线路电磁环境分析提供借鉴,计算的结果为实际工程的规划设计提供了强有力的理论支撑。

考虑磁滞效应的电抗器二维电磁场计算

将J-A模型与电磁场数值分析方法相结合,在考虑铁心的磁滞效应的情况下,推导出电磁场的有限元计算模型。分别采用基本磁化曲线和磁滞回线两种不同的方法对电抗器的电磁场进行仿真计算。研究结果表明磁滞现象对电抗器电磁场的计算影响较大,因此考虑磁滞效应的电磁场数值计算模型,为进一步研究电抗器的发热问题奠定了理论基础。

ANSYS前处理器在大型水轮发电机电磁场计算中的应用

随着社会的不断发展,在大型水轮发电机的电场计算中,需要将ANSYS的软件编程技术作为主要的平台,实现对大型水轮发电机的电机偏心磁场的有效计算。在该方法中,可以有效计算大型水轮机中偏心转子的一系列参数。简要分析了物理模型,阐述了水轮机的电机转子偏心磁场的计算情况,以期为日后的相关工作提供参考。

“不可识别性”在对称性电磁场强计算中的应用

电磁场分布的计算是大学物理中电磁学部分的重难点。现有教材都强调了利用对称性模型的直接计算结果,而忽略了具体对称性的判定,这严重影响了学生对高斯定理和安培环路定理求解电磁场空间分布的深刻理解和灵活应用。本文首次提出了“不可识别性”的概念,解决了电磁场分布计算中对称性判定的难题。具体通过带电球面内部、无限大带电平面以及同心圆柱电流电磁场场强分布的三个算例来阐述“不可识别性”在电磁场分布计算中的应用。本文将对学生深刻理解电磁场的对称性、灵活应用高斯定理和安培环路定理具有重要指导意义。

应用矩量法计算变电站内的空间电磁场

基于矩量法,提出了一种适合于变电站内开关操作时母线、设备间连线、架空线路产生的电磁场的计算方法,可以应用于变电站内较高频率分量的电磁场计算。应用文中计算方法与给出的计算方法分别对同一算例进行计算,其计算结果均一致,验证了文中方法的有效性。最后,借助于快速傅立叶变换,应用文中计算方法对某500kV变电站开关合闸操作时空载母线上的电流波过程和空间瞬态电场分布进行了预测计算,计算结果被应用于该变电站保护小室的屏蔽设计。