čeština

Absolvent předmětu získají základní přehled o numerických metodách a principech využívaných při modelování elektromagnetických polí a technických aplikacích parciálních diferenciálních rovnic. Budou schopni formulovat a řešit základní elektromagnetické a kombinované úlohy (elektromechanické, elektrotepelné, …).

Student by měl být schopen vysvětlit základní pojmy z elektromagnetismu, vysvětlit základní fyzikální principy elektromagnetismu a diskutovat jejich důsledky. Měl by porozumět matematickému zápisu parciálních diferenciálních rovnic.

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning.
Student vypracuje povinně v průběhu semestru 12 úloh ve cvičení na počítači.

Průběžná kontrola studia:
Test průběžných znalostí (20 min) dne 19.3.2015 za 10 bodů
Test průběžných znalostí (20 min) dne 16.4.2015 za 10 bodů

Podmínky zápočtu:
Povinná a aktivní účast na všech počítačových cvičeních, získat minimálně 10 bodů.
Projekt odevzdaný 30.4.2015, za jeho vypracování získat minimálně 15 bodů.
Z testů průběžných znalostí získat dohromady minimálně 10 bodů.

Podmínky udělení zkoušky:
Získání zápočtu
Ze závěrečné písemní zkoušky získat minimálně 20 bodů.

Osnova přednášek:

1. Úvod do modelování, základní pojmy, veličiny a rovnice pro analýzu polí
2. Analýza elektrostatického pole I.: Poissonova rovnice, úplný matematický model, typy okrajových podmínek a jejich fyzikální význam.
3. Analýza elektrostatického pole II.: elektrostatické okrajové podmínky, druhy a interpretace fyzikálních veličin na elektrodách. Energie elektrostatického pole a kapacita soustavy elektrod.
4. Stacionární proudové a nestacionární elektrické pole, technické aplikace parciálních diferenciálních rovnic
5. Teplotní, termoelektrické a sdružené úlohy
6. Magnetostatická analýza I.: Formulace magnetostatické úlohy,zdroje magnetického pole, typy magnetických okrajových podmínek a jejich fyzikální význam.
7. Magnetostatická analýza II.: magnetické materiály a postprocesing magnetických veličin.
8. Analýza nestacionárního elektromagnetického pole: Rovnice výkonové rovnováhy, vlnová rovnice v nevodivém a v dobře vodivém prostředí.
9. Analýza kvazistacionárního elektromagnetického pole: Povrchový jev elektrický, magnetický a jev blízkosti. Vyhraněný povrchový jev. Frekvenční závislost impedance vinutí. Ztráty ve feromagnetikách.
10. Základní vztahy a principy pro vysokofrekvenční analýzy: Úvod do vysokofrekvenčních simulací, přehled aplikací a moderních simulačních technologií.
11. Variační a přibližné metody řešení okrajových úloh: Variační metoda řešení okrajových úloh, princip minima potenciální energie, energetický funkcionál a variační formulace. Ritzova a Galerkinova přibližná metoda řešení.
12. Metoda konečných prvků: charakteristika a princip metody. Formulace rovnic na úrovni prvků. Sestavení globální matice soustavy, její řešení a vyhodnocení výsledků.
13. Metoda hraničních prvků a metoda konečných diferencí: princip metody hraničních prvků, konečných diferencí a porovnání jednotlivých numerických metod.

Osnova počítačových cvičení:

1. Seznámení se s programem ANSYS Maxwell, základy modelování - analýza rovinných kondenzátorů s děleným dielektrikem.
2. Numerické řešení Poissonovy rovnice programem ANSYS Maxwell
3. Analýza elektrostatického pole VN průchodky (energie, kapacita, intenzita, náboj).
4. Elektrická analýza tranzistorové struktury IGBT (rezistivita, Jouleovy ztráty).
5. Teplotní analýza tranzistorové struktury IGBT (teplota, energetická bilence).
6. Elektromagnet nad feromagnetickým diskem (výpočet indukčnosti, sil).
7. Elektromagnet buzený napěťovým zdrojem a elektrickým obvodem.
8. Permanentní magnet a cívka v blízkosti feromagnetika, cívka nad vodivým diskem.
9. Povrchový jev a jev blízkosti ve vodičích (vířivé proudy, Jouleovy ztráty). Simulace oteplení vodičů.
10. Extrakce L a C parametrů vedení.
11. Stínění magnetostatického a nestacionárního magnetického pole.
12. Senzor vířivých proudů

Osnova ostatní:
Vypracovat projekt podle odborného zaměření studenta v prostředí ANSYS Maxwell.

1. Seznámit studenty se základními teoretickými principy a základními numerickými metodami využívanými při numerickém modelování elektromagnetických polí.
2. Seznámit studenty s technickými aplikacemi parciálních diferenciálních rovnic.
3. Naučit studenty samostatně formulovat, provádět a kontrolovat základní elektromagnetické a teplotní simulace využitím programů ANSYS Maxwell a ANSYS Workbench.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Dědek L., Dědková, J.: Elektromagnetismus. Skripta, VUTIUM, Brno 2000 (CS)
Dědková, J., Kříž T.: Modelování elektromagnetických polí. Skripta, VUTIUM, Brno 2012. (CS)
Haňka, L.: Teorie elektromagnetického pole, Praha, SNTL, 1982. (CS)