лабораторные работы по основам ближней локации. Цель занятия Изучить возможности и особенности работы с программой femm приобрести навыки создания геометрической формы модели и присвоения электрических и магнитных свойств её элементам.
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
Цель занятия: 1. Изучить возможности и особенности работы с программой FEMM.. 2. Приобрести навыки создания геометрической формы модели и присвоения электрических и магнитных свойств её элементам. 3. Приобрести навыки представления результатов расчётов в различных формах. 4. Исследовать взаимосвязь конфигурации и параметров магнитного поля с параметрами магнитов и катушки с током. 5. Приобрести навыки анализа закономерностей физических процессов. Вопросы: 1. Ознакомление с пакетом FEMM. 2. Моделирование постоянного магнита. 3. Расчет и исследование поля постоянного магнита. 4. Моделирование и исследование поля катушки с током Ознакомление с пакетом FEMM.  Рисунок 1 – Окно программы FEMM Порядок создания модели 1)Рисуем контур исследуемого объекта; 2)Выбираем материал исследуемого объекта; 3)Выбираем материал среды для исследования. Формы представления результатов расчётов. 1) Схемы силовых линий, поля интенсивности или векторные поля; 2)Графики изменения свойств магнитного поля модели. Пакет FEMM предоставляет нам возможность рассчитывать магнитные поля различных упрощённых моделей объектов из разных материалов. 2. Моделирование постоянного магнита.  Рисунок 2 – Окно программы с моделью постоянного магнита, сеткой конечных элементов и окном библиотеки материалов В программе FEMM объект исследования создаётся в двумерной плоскости, к которой добавляется глубина, указываемая при расчёте. 3. Расчет и исследование поля постоянного магнита.  Рисунок 3 – Силовые линии магнитного поля  Рисунок 4 – Поле интенсивности  Рисунок 5 – Поле векторное  Рисунок 6 – График изменения модуля магнитной индукции вдоль оси Х  Рисунок 7 – График изменения модуля магнитной индукции вдоль оси Y Результаты расчёта магнитного потока  Рисунок 8 – График магнитного потока через площадку ΔS, перпендикулярную оси X  Рисунок 9 – График магнитного потока через площадку ΔS, перпендикулярную оси Y Модуль магнитной индукции имеет максимальное значение: -по оси Х - в центре магнита; -по оси Y - на краях магнита. Это связано с тем, что на оси Х расположены полюса исследуемого постоянного магнита. По диаграмме векторного поля видно, что северный полюс исследуемого магнита находится справ, южный - слева. 4. Моделирование и исследование поля катушки с током  Рисунок 10 – Окно программы с моделью постоянного магнита, сеткой конечных элементов и окном библиотеки материалов Результаты расчётов.  Рисунок 11 – Силовые линии магнитного поля и поле интенсивности  Рисунок 12 – График изменения модуля магнитной индукции вдоль оси Х  Рисунок 13 – График изменения модуля магнитной индукции вдоль оси Y Результаты расчёта магнитного потока  Рисунок 14 – График магнитного потока через площадку ΔS, перпендикулярную оси X  Рисунок 15 – График магнитного потока через площадку ΔS, перпендикулярную оси Y Подбор плотности тока в катушке такой, чтобы модуль магнитной индукции в центре катушки был такой же, как в постоянном магните. |B| = 0,59 Тл Подобрано: J = 230 МА/м^2 Расчёт количества витков провода для создания моделируемой катушки. Исходные данные: J = 230 МА/м^2 B = 0,59 Тл l = 10 мм = 0,01 м μ0 = 4π*10^(-7) Решение: B = μ0JSпрN/l Sпр = πd^2/4 N = 256*10^(-6)/(π*d^2) Берём медный провод по ГОСТ 2112-62. d = 1 мм = 0,001 м N = 26 витков Вид графиков магнитного поля изменился в результате того, что материал магнита имеет цилиндрическое сквозное отверстие. 4.1. Моделирование и исследование поля катушки с током и ферромагнитным сердечником.  Рисунок 16 – Окно программы с моделью постоянного магнита, сеткой конечных элементов и окном библиотеки материалов. Результаты расчётов  Рисунок 17 – Силовые линии магнитного поля и поле интенсивности  Рисунок 18 – График изменения модуля магнитной индукции вдоль оси Х  Рисунок 19 – График изменения модуля магнитной индукции вдоль оси Y Результаты расчёта магнитного потока  Рисунок 20 – График магнитного потока через площадку ΔS, перпендикулярную оси X  Рисунок 21 – График магнитного потока через площадку ΔS, перпендикулярную оси Y Подбор плотности тока в катушке такой, чтобы модуль магнитной индукции в центре катушки был такой же, как в постоянном магните. |B| = 0,59 Тл Подобрано: J = 95 МА/м^2 В результате использования сердечника магнитный поток через площадку, перпендикулярную оси Х уменьшился, оси Y - увеличился. Общие выводы по работе: Во время исследования нашей научной группой было изучено программное обеспечение для расчёта магнитных полей и были смоделированы магнитные поля постоянного магнита, катушки с током и катушки с ферромагнитным сердечником. Было обнаружено, что конфигурации магнитных полей постоянного магнита, катушки с током и катушки с ферромагнитным сердечником сильно различаются из-за изменения геометрической формы и свойств модели. Так же были рассчитаны характеристики тока для создания модуля магнитной индукции в центре катушки равной модулю магнитной индукции в центре постоянного магнита. Были подобраны плотности тока в 230 МА/м^2 для катушки без ферромагнитного сердечника и 95 МА/м^2 для катушки с ферромагнитным сердечником.
|