Kursplan för Tillämpade elektromagnetiska beräkningar

Kursplan fastställd 2022-02-01 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnApplied computational electromagnetics
  • KurskodEEK221
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEPO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 21112
  • Max antal deltagare50 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0108 Projekt 7,5 hp
Betygsskala: TH		 7,5 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Grundläggande kunskaper i linjär algebra, integralkalkyl och fältteori.
Utöver detta ska studenten uppfylla de kursspecifika förkunskapskraven till MPEPO i Antagningsordningen.

Syfte

Kursen är en avancerad kurs som vänder sig till studenter i masterprogram inom elkraftteknik, elektromagnetism och materialvetenskap samt till doktorander inom forskarskolan i högspänningsteknik och andra program som behandlar olika typer av fält och deras samspel med material. Kursen syftar till att introducera studenterna till grundläggande begrepp inom lågfrekventa elektromagnetiska fenomen med exempel hämtade från elkrafttekniken och till att ge grundläggande kunskaper om numeriska metoder och programvara för fältberäkningar. Kursen fokuserar på att utveckla praktiska färdigheter för användning av beräkningsverktyg och i att analysera de erhållna resultaten från datorsimuleringar. En väsentlig del av kursen ägnas åt att lösa de elektriska, magnetiska, termiska och kopplade problem som förekommer i olika kraftfrekventa tillämpningar med utnyttjande av en kommersiellt tillgänglig finita-elementbaserad programvara. Efter avslutad kurs är studenten förberedd för att lösa elektriska, magnetiska, termiska och kopplade fältproblem inom högspänningsteknik, kraftelektronik, elektriska drivsystem och maskiner, materialvetenskap, etc.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

- visa förståelse för begreppen elektriska, magnetiska och termiska fält;
- formulera elektrostatiska fältproblem och lösa dem på en dator med hjälp av finita-elementprogram;
- formulera magnetostatiska fältproblem och lösa dem på en dator med hjälp av finita-elementprogram;
- formulera statiska och dynamiska värmeöverföringsproblem och lösa dem på en dator med hjälp av finita-elementprogram;
- identifiera kopplingar mellan olika typer av fält, formulera motsvarande problem och lösa dem med hjälp av finita-elementprogram;
- analysera utformning av utrustning (geometri, material, etc.) ur fältsynvinkel;
- identifiera punkter i utrustning där det krävs en optimering eller modifiering av fältet;
- föreslå en strategi för datormodellering och simuleringar av det identifierade problemet;
- illustrera (visualisera) resultaten av datorsimuleringar som utförs i olika rumsdimensioner (1D, 2D, 3D) och för tidsberoende problem;
- tolka och bedöma resultaten av beräkningarna;
- föreslå en förbättrad utformning med stöd av datorsimuleringar;
- identifiera potentiella miljörisker baserat på resultaten av utförda simuleringar och föreslå sätt att uppnå en hållbar lösning för designen på det betraktade systemet, reflektera över tekniska val ur etiskt perspektiv och hållbara aspekter;
- sammanfatta och diskutera resultatet av de utförda simuleringarna i en vetenskaplig rapport på ett etiskt motiverat sätt relaterat till plagiering och författarskap.

Innehåll

Kursen utgörs av föreläsningar, datorövningar, inlämningsuppgifter, seminarium och projektarbete. 


Föreläsningarna och datorövningarna fokuserar på: 

- introduktion: Maxwells ekvationer (integral- och differentialform, tid- och frekvensdomän); frikopplade elektriska och magnetiska fält.
- elektrostatik: elektrostatisk potential; elektrostatiska fält; Poissons och Laplaces ekvationer; randvillkor; polarisation; kapacitans; elektriska krafter.
- magnetostatik: magnetiskt flöde; magnetisk skalär- och vektorpotential; ekvationer för det magnetostatiska fältet; randvillkor; själv- och ömsesidig induktans; magnetiska krafter.
- termiska fält: mekanismer för värmetransport och ekvationer relaterade till detta; värmeledning; randvillkor: matematiska likheter mellan ekvationer för elektriska, magnetiska och termiska fält.
- numeriska metoder: introduktion till finita differenser; finita volymer, randelement och finita element.
- programvara: introduktion till COMSOL Multiphysics och dess användargränssnitt, definiera ett problem, rita en geometri, tilldela materialegenskaper och randvillkor, beräkningsnät, val av lämplig lösare (linjär, icke-linjär, parametrisk etc.), postprocessare, lösning av kopplade problem.


Seminariet: Kunskap om elektriska/magnetiska/termiska fält och numeriska metoder för lösning av fältproblem utdelade under föreläsningar utvecklas ytterligare under seminariet. Studentgrupper förväntas utveckla strategier för att lösa de givna problemen och presentera dessa för varandra


Inlämningsuppgifter: Fyra uppgifter relaterade till elektriska, magnetiska, termiska beräkningar samt kopplade problem ingår i kursen.


Projektarbete: Varje studentgrupp väljer en uppgift att arbeta med. Det går också bra att föreslå en egen uppgift, vilken i så fall måste diskuteras med examinator så att kursens lärandemål uppfylls.

Organisation

Kursen omfattar 6 föreläsningar, 10 datorövningar, 1 seminarium, 4 inlämningsuppgifter och 3 mötestillfällen tillägnade åt kursprojekten. Inlämningsuppgifterna och projektarbetet görs utanför schemalagd tid och skall redovisas före angivna deadlines.

Litteratur

Huvuddelen av kursmaterialet kommer att distribueras under kursen. Kursdeltagarna rekommenderas och förväntas emellertid att läsa relevanta kapitel ur läroböckerna:
  • D. Fleisch "A student's guide to Maxwell's equations", Cambridge, Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780511390609 (elektronisk version finns tillgänglig)
  • J. R. Claycomb "Applied electromagnetic using QuickField and Matlab", Infinity Science Press, 2008, ISBN 9781934015124 (elektronisk version finns tillgänglig)
  • D. K. Cheng "Field and wave electromagnetics", andra utgåvan, Addison-Wesley Publishing, 1989, ISBN 0-201-12819-5.

Examination inklusive obligatoriska moment

För godkänt betyg måste studenten uppfylla följande krav:
- delta i seminariet och bidra till utvecklingen och presentationen för ett av seminariets ämnen,
- slutföra kursens inlämningsuppgifter och lämna in en rapport för varje uppgift
- slutföra ett projektarbete, lämna in en skriftlig rapport och muntligt presentera resultaten
- opponera vid en projektpresentation och lämna in en granskningsrapport

Betygssättningen baseras på följande kriterier (i % av det slutliga betyget):
- deltagande i seminariet - max 15%
- varje godkänd inlämningsuppgift - 10% (max 4 x 10=40%)
- dokumenterat och presenterat projektarbete - max 30%
- granskning av annans arbete - max 15%

Betygsskala: "U", "3" - 71-80%, "4" - 81-90%, "5" - 91-100%.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.