Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Modelowanie magnesów B. Augustyniak. Zagadnienia B. Augustyniak -prawa analityczne opisujące obwody magnetyczne - metoda elementów skończonych - pole.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Modelowanie magnesów B. Augustyniak. Zagadnienia B. Augustyniak -prawa analityczne opisujące obwody magnetyczne - metoda elementów skończonych - pole."— Zapis prezentacji:

1 Modelowanie magnesów B. Augustyniak

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

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

4 B. Augustyniak Modelowanie obwodów magnetycznych m etodą e lementów s kończonych (MES)

5 B. Augustyniak Etap 1 – model geometryczny

6 B. Augustyniak Etap 2 – podział na elementy skończone

7 Dane materiałowe dla FeSi

8 Dane materiałowe dla NdFeB

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

10 Pole magnetyczne solenoidu B. Augustyniak L = 24 cm Rw = 1 cm Rz = 3 cm j = 1 A/mm 2 L Rw Rz

11 B. Augustyniak Pole magnetyczne solenoidu

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

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

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

15 B. Augustyniak Oszacowanie natężenia pola wewnątrz nieskończenie długiego solenoidu A BC D Założenia: - dla składowej pola równoległej do osi solenoidu 1.na zewnątrz znikomo małe, Bz = 0 2.wewnątrz jest jednorodne Bw = const 3. dla składowej prostopadłej do osi solenoidu ma znikomo małe natężenie Bp = 0 Prawo Ampera o cyrkulacji dla konturu L zakreślającego powierzchnię S, przez którą płynie całkowity prąd o natężeniu I (N przewodów z prądem i ) S Dla konturu ABCD : Zawiera prąd I płynący przez powierzchnię S Hw L AB + Hp L BC + Hz L CD + Hz L DA = Hw L AB = Hw L o I = j S = i N n – koncentracja liniowa zwojów Oszacowanie z przykładu: L o = 12 cm S = 24 cm 2, j = 1 A/mm 2, Hw = j S/L o = 20 *10 3 A/m rzeczywista 18,3 kA/m Dla przewodu o przekroju So = 1mm 2 w polu o przekroju S jest N = 2400 zwojów i ma płynąć prąd o natężeniu i = 1 A

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

17 Wpływ geometrii solenoidu na jego pole (ta sama gęstość prądu j) - cewka krótka B A Bt [ T ] B A N = 10, S = 12*9 cm 2 H = 90 kA/m jest 50 kA/m !!!

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

19 ELEKTROMAGNES Ferromagnetyk umieszczony w solenoidzie wpływ efektu rozmagnesowania

20 Próbka FeSi w solenoidzie - krótka B. Augustyniak

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

22 Długa próbka w solenoidzie B. Augustyniak A B

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

24 Próbka zwarta w solenoidzie B. Augustyniak A B

25 Pole B i H dla zwartej próbki ze stali Fe-Si B. Augustyniak B [ T ] 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 ]

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

27 E-magnes – wpływ szczeliny

28 E-magnes szczelina 1 (4mm)

29 Pole B i H dla szczeliny 4 mm B. Augustyniak 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 B [ T ] H [ A/m ]

30 E-magnes szczelina 2 (20 mm)

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

32 E-magnes szczelina 3 (60 mm)

33

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

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 B. Augustyniak Prądy wirowe: magnesowanie f = 1 Hz

38 Pole B i H w przekroju poprzecznym dla rdzenia nie laminowanego B. Augustyniak Indukcja B wewnątrz rdzenia oscyluje i spada do prawie poziomu B = 0T dla d = 2 cm. Jest to efekt ekranowania przez prądy wirowe wnętrza Re – cześć rzeczywista Im – cześć urojona f = 1 Hz

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

40 Pole B w przekroju poprzecznym dla rdzenia nie laminowanego B. Augustyniak Indukcja B wewnątrz rdzenia oscyluje i spada do poziomu B = 0T na głębokości = 1 cm Jest to efekt ekranowania przez prądy wirowe wnętrza B [ T ] f = 10 Hz

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

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

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

44 Pole magnesów stałych

45 Magnes stały -długi_rozwarty Powietrze NdFeB

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

47 Magnes-krótki_rozwarty Powietrze NdFeB

48 Magnes-krótki_zwarty Fe-Si Powietrze NdFeB

49 Magnesy stałe – obwód 1

50 Magnes stały – obwód 1a

51 Magnes stały – obwód 2a

52 Magnes stały – obwód krótki

53 Magnes stały – obwód krótki-2a

54 Wnioski 1. Pole wytwarzane przez magnes stały jest tym mniejsze, im mniej jest zamknięty strumień indukcji magnetycznej wytwarzany przez ten magnes. 2. Korzystniej jest stosować magnesy o dużym stosunku L do przekroju poprzecznego D. 3. Długość zwory magnetycznej dla magnesów stałych nie ma znaczącego wpływu na natężenie pola w obwodzie 4. Natężenie pola w szczelinie między magnesami stałymi (dla zamkniętego obwodu magnetycznego) maleje wraz ze wzrostem szczeliny (podobnie, jak dla elektromagnesu ze szczeliną)

55 Wytwarzanie bardzo silnych pól magnetycznych 1. Elektromagnesy zasilane prądem stałym (23T). 2. Elektromagnesy nadprzewodnikowe (20T) 3. Elektromagnesy hybrydowe (zespoły magnesów nadprzewodzących i zwykłych - powyżej 30T). 4. Elektromagnesy impulsowe zasilane z baterii kondensatorów (400T). 5. Elektromagnesy z wybuchowym ściskaniem strumienia pola magnetycznego (2500T). 55

56 Elektromagnes 20T (Bittera) 56

57 Elektromagnes 20T c.d. 57

58 Lewitacja dielektryka w silnym polu magnetycznym 58

59 Woda w polu magnetycznym 59


Pobierz ppt "Modelowanie magnesów B. Augustyniak. Zagadnienia B. Augustyniak -prawa analityczne opisujące obwody magnetyczne - metoda elementów skończonych - pole."

Podobne prezentacje


Reklamy Google