在 FEM 模型中定义电流密度 (MATLAB)

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2021-12-05 06:24:31

我正在尝试在存在电流源的情况下求解磁矢量势的 3D 泊松方程。为了验证我的代码,我最初希望重现以下两篇论文中描述的模型:

  • N. Demerdash、T. Nehl 和 F. Fouad,“三维磁场问题的有限元公式和分析”,IEEE Transactions on Magnetics,vol。16,没有。5,第 1092-1094 页,1980 年 9 月。doi:10.1109/TMAG.1980.1060817 URL:http ://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1060817&isnumber=22843

  • NA Demerdash、FA Fouad、TW Nehl 和 OA Mohammed,“电气设备中磁场的三维有限元矢量电势公式”,IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,第一卷。PAS-100,没有。8,第 4104-4111 页,1981 年 8 月。doi:10.1109/TPAS.1981.317005。网址: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4111101&isnumber= 4111054

论文给出了下图来描述承载电流的线圈:在此处输入图像描述

除了以下参数:

  • 20 安培的电流。
  • 电线为 AWG #16 类型,861 匝
  • 绕线高度(Z轴):8.89cm
  • 外边界横截面:15.24 cm x 15.24 cm
  • 内边界横截面:10.42 cm x 10.42 cm

我也知道电流密度在特定元素中应该是均匀的。在这个模型中,Jz = 0 并且我知道J = N*I / A,其中 A 是横截面积,N 是匝数,I 是电流。

1个回答

可以通过考虑绕组区域内的平均电流密度来定义该系统中的电流密度,J0(然后将其细分为元素)。对于绕组高度 h,内横截面L1, 外截面L2N匝承载电流I:

J0=INh(L2L1)/2.

我注意到这个表达式没有包含论文中指定的特定电线属性——这可能是为了允许系统的物理重建而不是建模方面。