Technische Universität Ilmenau

Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields - Modultafeln of TU Ilmenau

The Modultafeln have a pure informational character. The legally binding information can be found in the corresponding Studienplan and Modulhandbuch, which are served on the pages of the course offers. Please also pay attention to this legal advice (german only).
Information on the room and time of planned courses can be found in the e-calendar of events. Courses and examinations that are not listed in the e-calendar of events are planned "by appointment". A list of the events concerned can be found here: courses, examinations.

subject properties subject number 5896 - common information
subject number5896
departmentDepartment of Electrical Engineering and Information Technology
ID of group2166 (Electrothermal Energy Conversion Group)
subject leader Dr. Ulrich Lüdtke
languageDeutsch, auf Nachfrage Englisch
term Sommersemester
previous knowledge and experience

Mathematik und Physik für Ingenieure, Grundlagen der Elektrotechnik

Maths and physics for engineers, basics in electrical engineering

learning outcome

Die Studierenden kennen und verstehen die Berechnungsmethoden zur Lösung von elektrischen und magnetischen Feldproblemen. Sie sind in der Lage, einfache Problemstellungen analytisch zu berechnen. Sie verstehen die Besonderheiten numerischer Lösungsverfahren am Beispiel der Finiten Element Methode. Die Studierenden sind in der Lage mit dem kommerziellen Finite Elemente Programm ANSYS-Workbench elektrische und magnetische Feldprobleme zu simulieren und auszuwerten.

The students should learn to understand the methods of calculation to solve electric and electro-magnetic problems. They should be able to solve analytical field problems. They should understand the specific of numerical methods by using the Finite Element Method. The students should be able to use the commercial program ANSYS-Workbench to solve electric and electro-magnetic problems. They should be able to interpret the results.

content

Analytische und Numerische Berechnung von Feldproblemen in der Elektrotechnik Formulierung von Randwertaufgaben Feldtypen, partielle Differentialgleichungen; Randbedingungen; räumliche Dimension; zeitliche Abhängigkeiten; Stoffeigenschaften; Feldverkopplungen; Koordinatensysteme; Vereinfachungen; Skalare Potentialfelder (elektrostatisches Feld, magnetostatisches Feld, Wärmeleitungsprobleme); Vektorielle Felder (elektromagnetisches Feld, Vektorpotential); Mathematisch analoge Felder Analytische Berechnung Eindimensionale Lösungen; Methode der Spiegelung Numerische Näherungsverfahren Finite Element Methode (Verfahren des gewichteten Restes – Galerkinverfahren, Variationsverfahren); Ein- und zweidimensionales Beispiel für die Finite Element Methode; Boundary-Element-Methode; Diskretisierungstechniken Finite Elemente (Form- bzw. Ansatzfunktionen, Eigenschaften); Kanten- und knotenpunktorientierte Elemente; Vernetzungskonzepte; Großdimensionale Gleichungssysteme (Eigenschaften, Lösungsverfahren) Fehlerbetrachtung Fehlerursachen; Prüfung (Vergleich, Bilanzen, Abschätzung) Seminare Berechnung von Beispielen mit ANSYS-Workbench

Analytical und numerical calculation of problems in electrical engineering Formulation of differential equations and boundary conditions types of fields, partial differential equations; boundary conditions; dimensions; material properties; time dependent terms; material properties; coupled fields; coordinate systems; simplifications; potential fields (electro-static field, magneto-static field, heat-conduction problems); vector fields (electro-magnetic fields, vector potential); mathematical analogical fields Analytical calculation one dimensional solutions; method of mirroring Numerical methods of solution Finite Element Method (Method of the Weighted Residue – Galerkins Method, Variation Method); one and two dimensional examples for the Finite Element Method; Boundary Element Method Methods of discretization Finite Element (shape functions, characteristics of shape functions); edge elements; mesh generation; large equation systems (characteristics, solution methods) Possible sources of errors causes of errors; control (comparison, estimation of errors) Tutorial calculation of examples with ANSYS-Workbench

media of instruction

Der Tafelvortrag wird durch Folienpräsentationen und Videoanimationen ergänzt. Alle wesentlichen Darstellungen werden in gedruckter Form an die Studenten ausgegeben. Übungsaufgaben sind aus dem Intranet durch Studenten abrufbar.

Main scientific results are derived on the blackboard. Summaries and repetitions are presented with a laptop. Essential pictures, tables, diagrams etc. are hand out. Exercises are made available on the intranet.

literature / references

[1] K. Küpfmüller: Theoretische Elektrotechnik - eine Einführung, 17. bearb. Aufl. - Berlin, Springer-Verlag, 2006.

[2] A. Kost: Numerische Methoden in der Berechnung elektromagnetischer Felder, Springer-Verlag, 1994.

evaluation of teaching

Pflichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

Details in major Master Electrical Power and Control Engineering 2008
ATTENTION: not offered anymore
subject nameAnalytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields
examination number2100307
credit points4
on-campus program (h)34
self-study (h)86
Obligationobligatory
examoral examination performance, 45 minutes
details of the certificate
Signup details for alternative examinations

Pflichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

maximum number of participants