Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Исследование электромагнитного поля цилиндрической катушки с переменным током и электромагнитного экранирования

БЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1) Баев И.А. Экономика предприятия: Учебник для вузов/ И.А. Баев, З.Н. Варламова, О.Е. Васильева, В.М. Семенова. – СПб.: Питер, 2005. – 384 с.

2) Берзинь И.Э. Экономика предприятия. Учебник для вузов / И.Э. Берзинь, С.А. Пикунова, Н.Н. Савченко, С.Г. Фалько. – М.: Дрофа, 2003. - 368 с.

3) Волков О.И. Экономика предприятия (фирмы) / О.И. Волков, О.В. Девяткина. - М.: ИНФРА-М, 2007. - 601 с.

4) Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения/ А.Ф.Горбацевич – Минск: Высш. шк., 1983. – 256 с.

5) Экономика предприятия / Под ред. В.Я. Горфинкеля. ¾ М.: Банки и биржи, 2000. ¾ 742 с.

6) Грузинов В.П. Экономика предприятия/ В.П.Грузинов. – М.: «Банки и биржи», 1998. – 530 с.

7) Савицкая Г.В. Анализ хозяйственной деятельности предприятия/ Г.В. Савицкая. – Мн.: Новое издание, 2001. – 704с.

8) Сергеев И.В. Экономика предприятия: Учеб. пособие / И.В. Сергеев.– М.: Финансы и статистика, 1999. – 304 с.

 

 

Выполнил студенты группы ЗЭБ – 232

Шеверов В.В

 

 

Омск 2014

 

Цель работы:

1. Изучение магнитного поля цилиндрической катушки с переменным током и электромагнитного экранирования поля катушки с использованием двух типов цилиндрических экранов (отрезок медной трубы µ = µ0 = 4π∙10-7Гн/м, электропроводность γ = 5,7 ∙ 107 1/Ом∙м), отрезок стальной трубы сталь 3, µ >> µ0, γ = 0,8 ∙ 107 1/Ом∙м), вставляемых внутрь цилиндрической катушки, создающей первичное поле;

2. Углубление понимания закона полного тока;

3. Приобретение навыков работы с современными средствами измерения магнитного поля.

4. Исследование экранирования магнитного поля в комплексе программ ELCUT.

Домашнее задание

Ознакомление с теоретической частью работы.

На основании закона Био-Савара-Лапласа модуль вектора напряженности магнитного поля Н на оси цилиндрической однослойной катушки диаметром dК и длинной l, по которой протекает ток i, определяется выражением:

, (1)

где ; ,

α1 и α2 – значения углов между осью катушки и радиус-векторами, направленными от крайних витков катушки к точке, в которой определяется значение напряженности магнитного поля (рис. 1), dкср- средний диаметр катушки, Х - расстояние от середины катушки до точек, в которых определяется напряженность магнитного поля Н.

 

 

Рис. 1

 

Выражение (1) применяется в данной работе для расчета напряженности магнитного поля на осевой линии катушки в различных точках, лежащих как внутри катушки, так и за ее пределами на осевой линии.

Численный пример расчета напряженности магнитного поля на оси катушки

Пусть катушка намотана в один слой (рис. 2). Число витков W = 200 длина катушки l = 120 мм = 0,12 м; средний диаметр катушки dк = 40 мм = 0,04 м; ω = 2 πf; f = 50 Гц; Im = 1 А.

Рассчитаем значение напряженности магнитного поля на оси катушки в точках Х = 0, 20 мм, 40 мм, 60 мм, 80 мм.

 

 

Рис. 2

Таблица 1

Таблица данных по расчету напряженности магнитного поля

на оси этой катушки

 

Х, мм          
cos α1 0,95 0,97 0,98 0,986 0,98996
cos α2 -0,95 -0,89 -0,71   0,71
Hт, А/М          

 

На графике (рис. 3) показана зависимость напряженности магнитного поля на оси этой катушки от координаты Х по данным таблицы 1.

 

 

Рис. 3 Распределение напряженности магнитного поля по оси катушки

(dкср = 40 мм, l = 120 мм, Iт = 1 А)

Из расчетных данных для этой катушки, напряженность магнитного поля на оси незначительно изменяется в диапазоне -40мм +40 мм, т.е. на большей части длины катушки в ее центральной части поле практически однородно.

 

Электромагнитное экранирование. Коэффициент экранирования, расчет магнитного поля в экранированной области

Электромагнитные экраны (рис. 4) широко применяются для защиты от внешних электромагнитных полей (ЭМП) различного электронного оборудования и электротехнических устройств, которые стремятся расположить в экранированном пространстве. Для защиты от действия переменного электромагнитного поля высокой частоты обычно применяют немагнитные электропроводящие материалы (медь, алюминий и др.), обладающие высокой электропроводностью и магнитной проницаемостью близкой к магнитной проницаемости воздуха (µ 0). Для экранирования низкочастотных электромагнитных полей и экранирования действия постоянных магнитных полей часто применяют ферромагнитные электропроводящие материалы.

 

 

Рис. 4

 

В лабораторной установке при исследовании электромагнитного экранирования используется два типа цилиндрических экранов:

– медный экран (d 1 = 20 мм, d 2 = 7,0 мм, µ µ 0 = 4π∙10-7Гн/м,

γ = 5,7 ∙ 107 1/Ом∙м, длина экрана lЭ1 = 173 мм);

– стальной экран (d 1 = 22 мм, d 2 = 16 мм, µ 1000 µ 0,

γ = 0,8 ∙ 107 1/Ом∙м, длина экрана lЭ2 = 170 мм);

При расчете коэффициента экранирования S = Hi / Ha или напряженности магнитного поля во внутренней полости Hi = SHa полагаем, что длина экрана достаточно велика, т.е. длина экрана существенно больше диаметра его, а внешнее поле Ha однородно и имеет только осевую составляющую, как показано на рис. 4. При достаточно большой длине экрана и катушки можно пренебречь краевым эффектом и считать, что поле внутри экранированной области однородно.

Для случая длинного цилиндрического экрана при воздействии однородного магнитного поля Ha комплексное значение напряженности магнитного поля в экранированном пространстве при синусоидальном токе, возбуждающем поле Ha (рис. 4) определяется выражением

 

, (2)

 

где – толщина стенки экрана;

;

;

µ = µr ∙ µ 0 – абсолютная магнитная проницаемость;

µr – относительная магнитная проницаемость;

µ 0 – 4 π ∙10-7 Гн/м.

При решении задачи проникновения поля в проводящую среду вводится понятие глубины проникновения поля . Под глубиной проникновения магнитного поля Ha в проводящую среду принято понимать расстояние от поверхности тела в глубь тела экрана, на котором внешнее поле Ha убывает в 2,73 раза.

Из (2) следует, что поле в экранированной области сильно зависит от толщины стенки экрана и частоты синусоидального тока , возбуждающего внешнее поле Ha, а также магнитной проницаемости стенок µ и электропроводности γ.

Как видно из этого выражения, чем толще стенка экрана, чем больше электропроводность и магнитная проницаемость материала стенок экрана, тем сильнее экранируется внешнее поле.

При низких частотах поверхностный эффект практически не проявляется и экран ведет себя как короткозамкнутый виток, при этом плотность кольцевого тока в нем практически равномерно распределена по толщине стенки экрана. Низкими частотами назовем частоты, при которых толщина стенки экрана d меньше Δ, т.е. Δ > d.

Частоты, при которых Δ < d, будем считать высокими, то есть на этих частотах кольцевые вихревые токи в стенке экрана вытесняются на поверхность (поверхностный эффект).

Для области низких частот получаем из (2) следующую формулу для расчета Нi

 

, (3)

 

Для области высоких частот

 

(4)

Из выражения (4) видно, чем больше толщина стенки экрана d, а также чем больше величины ω, µ, γ (), тем сильнее эффект экранирования внешнего поля Ha.

 

Рабочее задание

Описание лабораторного стенда и измерительного комплекса

 

На рис. 5 представлена электрическая схема лабораторной установки, а на рис. 6 – общий вид ее.

 

 

Рис. 5 Электрическая схема лабораторной установки

В состав электрической схемы входят:

1 – катушка, по которой протекает переменный ток i за счет действия ЭДС вторичной обмотки W2 трансформатора Т, регулировка которого осуществляется изменением сопротивления R рег. Последовательно с катушкой включен цифровой амперметр 5 и измерительное сопротивление (R изм = 0,1 Ом) для снятия осциллограммы тока катушки, временная форма которого совпадает с кривой напряженности магнитного поля На (или магнитной индукции Ва = µ0На);

2 – цилиндрический экран, экранирующий внешнее поле На (Нi – напряженность магнитного поля внутри экранированной области);

3 – цифровой мультиметр, измеряющий магнитную индукцию во внутренней области экрана (при отсутствии экрана измеряет магнитную индукцию поля катушки На = Ва / µ0, где µ0 = 4 π ∙ 10-7 Гн/м – магнитная проницаемость воздуха);

4 – датчик Холла, выходное напряжение которого пропорционально магнитной индукции, пронизывающей полупроводниковую пластину датчика Холла;

5 – цифровой амперметр для измерения действующего значения тока катушки (I = Im / );

6 – измерительный комплекс (виртуальный осциллограф) для записи кривой тока i и кривой индукции магнитного поля, в состав которого входят аналого-цифровой преобразователь АЦП и компьютер ПК (перед использованием комплекса необходимо ознакомиться с инструкцией).

 

 

Рис. 6. Общий вид лабораторного стенда

Результаты экспериментального исследования экранирования магнитного поля с различными экранами.

 

На оси катушки при отсутствии экрана измеренное значение (амплитудное значение) магнитной индукции с помощью миллитесламетра при токе I = 3 А. Среднее выпрямленное значение магнитной индукции .

Медный экран. На оси катушки , .

Коэффициент экранирования .

 

Стальной экран. На оси катушки ,

Коэффициент экранирования

 

Результаты расчета магнитного поля в комплексе программ ELCUT.

 

Магнитное поле с медным экраном.

 

 

 

 

Напряженность магнитного поля на середине высоты катушки с медным экраном (рис. 8).

 

 

Рис. 8

Стальной экран.

Задание в расчете основной характеристики намагничивания стали (рис. 9).

Рис. 9

 

Картина магнитного поля со стальным экраном (рис. 10).

 

Рис. 10

График напряженности магнитного поля (рис. 11) на середине высоты катушки с током.

 

 

Рис. 10.

 

Расчетный коэффициент экранирования с медным экраном

Расчетный коэффициент экранирования со стальным экраном .

 

Вывод. Расхождение результатов расчета и опыта со стальным экраном вызвано необходимостью учета в расчете комплексной магнитной проницаемости стали.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Определение интегрального экономического эффекта | Музей хлеба
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-07-02; Просмотров: 2102; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.06 сек.