Моделирование электрофизических процессов в устройствах и системах электроэнергетики

ЭФП – электрофизический процесс.

ЭМП – электромагнитное поле.

ODE – обыкновенное дифференциальное уравнение.

PDE – Partial differential equation – дифференциальное уравнение в частных производных.

Понятие об электрофизических процессах, классификация методов их математического и компьютерного моделирования

К электрофизическим относят все электромагнитные процессы, а также совокупность электромагнитных процессов и физических процессов другой природы, связанных с явлениями электромагнетизма. Электрофизика изучает все виды электромагнитных полей (ЭМП), режимы работы электрических и магнитных цепей, сетей и устройств. Этот раздел науки изучает все явления, связанные с протеканием электрического тока в проводниках, полупроводниках, диэлектриках, силовые взаимодействия в электрических и магнитных полях, явления поляризации и намагничивания физических тел в электромагнитных полях и под действием неэлектромагнитных факторов: механическое движение, тепловое поле, механические напряжения, химические реакции и превращения, фазовые переходы и структурные изменения в веществе. Электрофизика изучает также движение заряженных частиц и поведение плазмы в электромагнитных полях и др.

Краткая классификация методов математического моделирования электрофизических процессов.

Существуют методы математического моделирования на интегральном уровне и на пространственно- распределённом уровне. Первая группа методов математически описывает процессы с помощью интегральных физических величин (токи, напряжения, магнитные потоки, потокосцепления, заряды, мгновенные, полные, активные, неактивные мощности, энергии в конечных объёмах, усреднённые температуры, давления и концентрации, интегральные силы и моменты и др.).

Вторая группа методов математически описывает процессы с помощью пространственно- распределённых физических величин (векторы и потенциалы электромагнитного поля, пространственные распределения скоростей, ускорений, температур, давлений, концентраций, объёмных плотностей мощностей, энергий, зарядов, плотностей потоков мощностей и др.).

Существуют также группы методов моделирования ЭФП во временной и в частотной области. Первая из этих групп методов базируется на уравнениях, в которые время входит в явном виде. Вторая из этих групп методов базируется на уравнениях, в которые время не входит, но входит частота синусоидальных колебаний; все физические величины представляются не мгновенными значениями, а их комплексными амплитудами или комплексными действующими значениями. Если моделируемый процесс не стационарный и не периодический, т.е. обладает непрерывным частотным спектром, то физические величины в частотных методах заменяются комплексными спектральными плотностями.

Среди методов математического моделирования на интегральном уровне можно выделить схемотехнические методы и структурные методы.

Методы математического моделирования на пространственно- распределённом уровне базируются на дифференциальных уравнениях в частных производных (PDE).