This paper presents the fast steady state analysis using time-stepping finite element method for a high power three-phase transformer. The high power transformer spends huge computational cost of the time-stepping finite element method. It is because that the high power transformer requires a lot of time to reach steady state by its large inductance component. In order to reduce computational cost, in this paper, the adaptive time-step control algorithm combined with the embedded 2nd 4th singly diagonally implicit Runge-Kutta method and the analysis strategy using variation of the winding resistance are studied, and their numerical results are compared with those from the typical time-stepping finite element method.
In this paper, a class of large time-stepping method based on the finite element discretization for the Cahn-Hilliard equation with the Neumann boundary conditions is developed. The equation is discretized by finite element method in space and semi-implicit schemes in time. For the first order fully discrete scheme, convergence property is investigated by using finite element analysis. Numerical experiment is presented, which demonstrates the effectiveness of the large time-stepping approaches.
For the accurate analysis of induction motors driven by PWM-type inverter, a time-stepping finite element method is presented in this paper. Since the PWM-type source voltage is not sinusoidal, the time harmonic method can not be used. Therefore, we used a time-stepping method, where the space harmonics due to the slot structure can be analyzed and each time-step size is determined from each increase of rotor position. As a numerical example, an induction motor of 20 Hp, 3 phase and 6 pole is analyzed. First, numerical results of the time-stepping finite element analysis are compared to those of conventional equivated circuit analysts. Next, the stator current characteristic obtained from PWM voltage source is compared to that from sinusoidal voltage source.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권1호
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pp.39-42
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2005
Though full 3D analysis is the proper method to analyze the hybrid stepping motor (HSM), it has weak points in the areas of computation time and complexity. This paper introduces 2D FEA using a virtual magnetic barrier for the axial cross section to save computation time. For the purpose of 2D FEA, the virtual magnetic barrier and equivalent permanent magnet model of HSM are proposed. This result is compared with that of experimental and 3D analysis, considered as a reference result.
A finite element formulation for the time-domain analysis of linear transient elastodynamic problems is presented based on the weak form obtained by applying the Galerkin's method to the integro-differential equations which contain the initial conditions implicitly and does not include the inertia terms. The weak form is extended temporally under the assumptions of the constant and linear time variations of field variables, since the time-stepping algorithms such as the Newmark method and the Wilson ${\theta}$-method are not necessary, obtaining two kinds of implicit finite element equations which are tested for numerical accuracy and convergency. Three classical examples having finite and infinite domains are solved and numerical results are compared with the other analytical and numerical solutions to show the versatility and accuracy of the presented formulation.
Kim, Byung-Taek;Yu, Byoung-Hun;Choit, Myoung-Hyun;Kim, Ho-Hyun
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제4권2호
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pp.229-233
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2009
This paper proposes a correction method for the error inherently created by time-step approximation in finite element analysis (FEA). For a simple RL and RLC linear circuit, the error in time-step analysis is analytically investigated, and a correction method is proposed for a non-linear system as well as a linear one. Then, for a practical inductor model, linear and non-linear time-step analyses are performed and the calculation results are corrected by the proposed methods. The accuracy of the corrected results is confirmed by comparing the electric input and output powers.
본 논문은 2차원 동적 진동문제를 공간-시간 유한요소법으로 해석하고 있다. 공간-시간 유한요소법은 공간만 분할하는 재래식 유한요소해석에 비해 보다 해를 빠르고 쉽게 얻을 수 있다. 상대적으로 큰 시간간격에 대해서 공간과 시간을 동시에 분할하는 공간-시간 유한요소 근사법을 제시한다. 가중잔차법으로 공간-시간 영역에 대해 유한요소법을 정식화하였으며 선형 사변형 공간-시간 유한요소를 선택하여 해의 안정성에 관하여 언급하였다. 일반적 동적문제에서는 상대적인 큰 시간간격으로 인하여 해의 불안정을 야기 시키고 있으나 본 연구에서는 수치의 안정성을 보여주고 있다. 비구조 공간-시간 유한요소법은 재래식 수치해석에서 흔히 발생하는 해의 불안정성에 대한 결점을 보완함은 물론 효과적인 계산방법을 지니고 있다. 이 방법의 효율성을 위해 수치예제들을 제시하였다.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제11B권2호
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pp.15-21
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2001
This paper presents an improved characteristic analysis methodology for a 5-phase hybrid stepping motor. The basic approach is based on the use of equivalent magnetic circuit taking into account the localized saturation throughout the hybrid stepping motor. The finite element method(FEM) is used to generate the magnetic circuit parameters for the complex stator and rotor teeth and airgap considering the saturation effects in tooth and poles. In addition, the neural network is used to map a change of parameters and predicts their approximation. Therefore, the proposed method efficiently improves the accuracy of analysis by using the parameter characterizing localized saturation effects and reduces the computational time by using the neural network. An improved circuit model of 5-phase hybrid stepping motor is presented and its application is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method.
유전적분형 물성방정식에 근거한 선형 점탄성문제의 효율적인 수치해석을 위해서 새로운 유한요소해법을 공식화하였다. 각 시간구간에서 변수변화를 선형적으로 가정하고 유전적분의 계산을 매우 효율적으로 처리하였다. 그 결과 과거의 해석법에 비하여 수치정확도 및 경제성에서 큰 향상을 얻었다.
This paper presents a finite element analysis of the electromechanical field in the spindle motor of a computer hard disk drive considering the speed control and mechanical flexibility. The driving circuit equation is modified by considering the switching action of PWM inverter, and is coupled with the Maxwell equation to obtain the nonlinear time-stepping finite element equation for the analysis of magnetic field. Magnetic force and torque are calculated by the Maxwell stress tensor. Mechanical motion of a rotor is determined by a time-stopping finite element method considering the flexibility of shaft, rotor and bearing. Both magnetic and mechanical finite element equations are combined in the closed loop to control the speed using PWM. Simulation results are verified by the experiments, and they are in food agreement with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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