Challenges in FEM application in selected domains of electrical engineering

In the last three decades Finite Element Method / Analysis (FEM / FEA) has gained well-deserved acceptance as a modelling tool in macro-scale, static- and low/medium/highfrequency electromagnetics. It allows better engineering designs, providing insight into complex interactions between field vectors and the ferromagnetic or paramagnetic solids. Despite steady progress, there are still issues which have got no general numerical solution, and tend to be tackled using various simplifications. Two such modelling challenges are presented in detail, namely the eddy current induction in a 3D moving conductor, and the accurate, yet practical representation of material hysteresis loop. Brief software preview is carried out, and some experiences from Author's commercial R&D projects are described.

W przeciągu ostatnich trzech dekad metoda elementów skończonych (MES) została stopniowo uznana jako narzędzie użyteczne w modelowaniu makroskopowych elektromagnetycznych zagadnień statycznych, jak również nisko-, średnioi wysoko-częstotliwościowych. Pozwala projektować bardziej wydajne urządzenia, dając wgląd w złożone interakcje pomiędzy parametrami wektorowymi pola magnetycznego i elektrycznego a ciałem stałym. Pomimo nieustających postępów, wciąż istnieją zagadnienia nie posiadające w pełni zadowalającego ujęcia numerycznego, i są rozwiązywane z pomocą daleko idących uproszczeń. W artykule szczególna uwaga poświęcona jest zjawiskom indukcyjnym w przewodnikach znajdujących się we wzajemnym ruchu, a także sposobom odwzorowania pętli histerezy ferromagnetycznej. Dodatkowo dokonany jest krótki przegląd programów obliczeniowych opartych na MES oraz podsumowane są doświadczenia z wybranych projektów badawczo-rozwojowych Autora.