1 / 59

Modelowanie magnesów

Modelowanie magnesów. B. Augustyniak. Zagadnienia. prawa analityczne opisujące obwody magnetyczne metoda elementów skończonych pole solenoidu pole w obwodzie z elektromagnesem pole w obwodzie z magnesem stałym. B. Augustyniak. Źródła pola magnetycznego. solenoid. Elektromagnes.

arnav
Download Presentation

Modelowanie magnesów

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Modelowanie magnesów B. Augustyniak

  2. Zagadnienia prawa analityczne opisujące obwody magnetyczne metoda elementów skończonych pole solenoidu pole w obwodzie z elektromagnesem pole w obwodzie z magnesem stałym B. Augustyniak

  3. Źródła pola magnetycznego solenoid Elektromagnes Magnes stały Magnes stały ze zworą

  4. Modelowanie obwodów magnetycznych metodą elementów skończonych (MES) B. Augustyniak

  5. Etap 1 – model geometryczny B. Augustyniak

  6. Etap 2 – podział na elementy skończone B. Augustyniak

  7. Dane materiałowe dla FeSi

  8. Dane materiałowe dla NdFeB

  9. Etap 3 –obrazowanie rozkładu indukcji magnetycznej J = 2 MA/m2 B. Augustyniak

  10. Pole magnetyczne solenoidu L L = 24 cm Rw = 1 cm Rz = 3 cm j = 1 A/mm2 Rw Rz B. Augustyniak

  11. Pole magnetyczne solenoidu B. Augustyniak

  12. Składowa styczna indukcji magnetycznejL = 24 cm Natężenie pola jest ‘jednorodne’ wewnątrz solenoidu i szybko maleje w strefie końców B. Augustyniak

  13. Natężenia pola wewnątrz i zewnątrz solenoidu C B E F D A Uzwojenia solenoidu B. Augustyniak

  14. C B Natężenia pola wzdłuż trzech odcinków Pole wzdłuż odcinka AB (oś) E F Bs = – 0,0223 T A D A B Pole wzdłuż odcinka DC (na zewnątrz) Bs = +0,0020 T E F Pole w przekroju poprzecznym EF C D B. Augustyniak

  15. C B Oszacowanie natężenia pola wewnątrz nieskończenie długiego solenoidu • Założenia: • - dla składowej pola równoległej do osi solenoidu • na zewnątrz znikomo małe, Bz= 0 • wewnątrz jest jednorodne Bw = const • 3. dla składowej prostopadłej do osi solenoidu ma znikomo małe natężenie Bp = 0 S A D Prawo Ampera o cyrkulacji dla konturu L zakreślającego powierzchnię S, przez którą płynie całkowity prąd o natężeniu I (N przewodów z prądem i ) Hw LAB+ Hp LBC+ Hz LCD+ Hz LDA=Hw LAB= HwLo Dla konturu ABCD : Zawiera prąd I płynący przez powierzchnię S n – koncentracja liniowa zwojów I = j S = i N Oszacowanie z przykładu: Lo = 12 cm S = 24 cm2 , j = 1 A/mm2, Hw = j S/Lo = 20 *103 A/m rzeczywista 18,3 kA/m Dla przewodu o przekroju So = 1mm2 w polu o przekroju S jest N = 2400 zwojów i ma płynąć prąd o natężeniu i = 1 A B. Augustyniak

  16. Wpływ geometrii solenoidu na jego pole (gęstość prądu j = 1 A/mm2) - cewka długa B S = 24*2 cm2 N = 4,8 103 H = 20 kA/m jest 18 kA/m !!! Bt [ T ] A B A

  17. Wpływ geometrii solenoidu na jego pole (ta sama gęstość prądu j) - cewka krótka B S = 12*9 cm2 N = 10,8 103 H = 90 kA/m jest 50 kA/m !!! Bt [ T ] A B A

  18. Wnioski • Natężenie pola magnetycznego wewnątrz solenoidu jest tym większe, im większa jest koncentracja zwojów w cewce • Natężenie maleje dla krótkich solenoidów (około 2 razy dla cewek ‘krótkich’, gdy stosunek długości do średnicy jest bliski 1)

  19. ELEKTROMAGNESFerromagnetyk umieszczony w solenoidzie wpływ efektu rozmagnesowania

  20. Próbka FeSi w solenoidzie - krótka B. Augustyniak

  21. B [ T ] Pole B i H dla krótkiej próbki ze stali Fe-Si H [A/m] B. Augustyniak

  22. Długa próbka w solenoidzie B B. Augustyniak A

  23. B [ T ] B [ T ] Pole B i H dla długiej próbki ze stali Fe-Si Indukcja B wewnątrz próbki wzrasta kilkakrotnie ( z 0,025 T do 0,13 T ) Jest nadal niejednorodna H [ A/m ] B. Augustyniak

  24. Próbka zwarta w solenoidzie B A B. Augustyniak

  25. B [ T ] Pole B i H dla zwartej próbki ze stali Fe-Si Indukcja B wewnątrz próbki wzrasta do poziomu 1.7 T – bliskie wartości Bs (indukcja nasycenia) i jest bardzo jednorodnie rozłożona wzdłuż próbki. Pole H jest także wysokie – zgodnie z właściwościami zależności B(H) dla tej stali H [ A/m ] B. Augustyniak

  26. Wpływ szczeliny na natężenie namagnesowanie rdzenia elektromgnesu vesta.astro.amu.edu.pl/Staff/Wnuk/OA/05_Uklad_Sloneczny/PVc%20Ziemia.ppt B. Augustyniak

  27. E-magnes – wpływ szczeliny

  28. E-magnes szczelina 1 (4mm)

  29. Pole B i H dla szczeliny 4 mm B [ T ] Indukcja wewnątrz próbki spada do poziomu B = 1.3 T a w szczelinie Bs = 1 T. Pole Hs w szczelinie jest także wysokie – zgodnie z właściwościami zależności Hs = 850 kA/m H [ A/m ] B. Augustyniak

  30. E-magnes szczelina 2 (20 mm)

  31. B [ T ] Pole B i H dla szczeliny 20 mm • Indukcja wewnątrz rdzenia spada do poziomu B = 0,45 T W szczelinie Bs = 0,25 T • a pole Hs = 190 kA/m H [ A/m ] B. Augustyniak

  32. E-magnes szczelina 3 (60 mm)

  33. E-magnes szczelina 3 (60 mm)

  34. B [ T ] Pole B i H dla szczeliny 60 mm H [ A/m ] Indukcja wewnątrz rdzenia spada do poziomu B = 200 mT a w szczelinie Bs = 75 mT. oraz Hs = 65 kA/m B. Augustyniak

  35. Wnioski 1. Szczelina w obwodzie magnetycznym zmniejsza efektywność magnesowania rdzenia 2. Natężenie pola B wewnątrz szczeliny jest bliskie natężeniu pola B wewnątrz nabiegunnika tylko dla bardzo wąskiej szczeliny 3. Natężenie pola H wewnątrz szczeliny jest proporcjonalne do wartości indukcji B w szczelinie

  36. Efekt prądów wirowych Prąd w solenoidzie zmienia się z częstotliwością f Indukowane w rdzeniu prądy wirowe modyfikują lokalnie natężenie pola H co prowadzi do zmiany w rozkładzie przestrzennym i czasowym indukcji wewnątrz rdzenia

  37. Prądy wirowe: magnesowanie f = 1 Hz B. Augustyniak

  38. Pole B i H w przekroju poprzecznym dla rdzenia nie laminowanego f = 1 Hz Re – cześć rzeczywista Im – cześć urojona Indukcja B wewnątrz rdzenia oscyluje i spada do prawie poziomu B = 0T dla d = 2 cm. Jest to efekt ‘ekranowania’ przez prądy wirowe wnętrza B. Augustyniak

  39. Prądy wirowe: magnesowanie f = 10 Hz B. Augustyniak

  40. Pole B w przekroju poprzecznym dla rdzenia nie laminowanego f = 10 Hz B [ T ] Indukcja B wewnątrz rdzenia oscyluje i spada do poziomu B = 0T na głębokości d= 1 cm Jest to efekt ‘ekranowania’ przez prądy wirowe wnętrza B. Augustyniak

  41. Prądy wirowe: magnesowanie f = 1 Hz B. Augustyniak

  42. Pole B w przekroju poprzecznym dla rdzenia nie laminowanego f = 10 Hz B [ T ] Indukcja B wewnątrz rdzenia oscyluje i spada do poziomu B = 0T dla d = 1 cm B. Augustyniak

  43. Wnioski 1. Magnesowanie pełnych rdzeni polem przemiennym jest utrudnione z powodu indukowania się prądów wirowych 2. Głębokość ekranowania (wnikania) d maleje z częstotliwością magnesowania

  44. Pole magnesów stałych

  45. Magnes stały -długi_rozwarty Powietrze NdFeB

  46. Magnes-długi_zwarty zworą Fe-Si Powietrze Fe-Si NdFeB

  47. Magnes-krótki_rozwarty Powietrze NdFeB

  48. Magnes-krótki_zwarty Powietrze Fe-Si NdFeB

  49. Magnesy stałe – obwód 1

  50. Magnes stały – obwód 1a

More Related