4.5. Задание свойств материалов и граничных условий

Свойства материалов и граничные условия задаются в окнах Свойства метки блока / ребра, которые открываются двойным щелчком мыши по соответствующей метке в дереве задачи (рис.4.12).

Свойства метки блока – Воздух достаточно задать в поле с меткой Магнитная проницаемость величину относительной магнитной проницаемости воздуха равную единице (Рис.4.18).

В окне Свойства метки блока – Медь необходимо задать две величины: в поле с меткой Магнитная проницаемость магнитную проницаемость равную единице, а в поле с меткой Источники поля - плотность тока, при

Рис.4.18. Окно задания свойств метки блока – Воздух

веденную к площади сечения обмотки (А/м²), или полное число Ампер-витков (Рис.4.19).

В окне Свойства метки блока – Сталь в поле с меткой Магнитная проницаемость в квадратном окошке слева от метки Нелинейный материал установить флажок. Откроется окно Редактирование кривой (Рис.4.20), предназначенное для задания кривой намагничивания. Кривая намагничивания задается координатами отдельных ее точек, которые вводятся последовательно точка за точкой в таблице справа.

Форма кривой контролируется на графике, который появляется слева одновременно с введением координат точек. Точка (0;0) всегда присутствует в таблице. Чтобы ввести точку кривой поместите курсор мыши в поле значения индукции В(Тл), введите ее значение с клавиатуры и нажмите клавишу ENTER. Курсор переместится в поле значений напряженности Н(А/М), где и введите ее значение. После нажатия клавиши ENTER координаты точки появятся в таблице, а на графике - ее изображение, одновременно курсор переместится в поле В(Тл). Повторяя эти действия, введите всю кривую. По окончании ввода всех точек кривой намагничивания нажмите кнопку Закрыть для возврата в окно свойств, где нажмите ОК.

Рис.4.19. Окно задания свойств метки блока – Медь

Рис.4.20. Окно редактирования кривой намагничивания

Для метки ребер в окне Свойства метки ребра – Граница 0 установите флажок в окошке Магнитный потенциал: А=А , а в поле А = введите ноль.

После задания физических свойств всех блоков модели и граничных условий необходимо сохранить все файлы задачи, используя команду Сохранить все файлы задачи из меню Файл.

4.6. Запуск процесса решения задачи

Чтобы решить задачу выберете позицию Решить задачу в меню Задача. Во время решения задачи специальный индикатор позволит наблюдать за ходом процесса решения задачи.

4.7. Анализ результатов решения

Чтобы приступить к просмотру и анализу результатов решения задачи достаточно выбрать команду Анализ результатов в меню Задача.

ELCUT позволяет представить решение задачи несколькими способами в виде:

• картины поля;

• локальных значений;

• интегральных величин;

• графиков;

• таблиц.

При проведении анализа результатов решения требуется:

1. Получить величину силы тяги электромагнита;

2. Если сила тяги будет отлична от заданного значения, то, варьируя величину намагничивающей силы обмотки в окне Свойства метки блока – Медь, получить значение силы близкое к заданной величине;

3. Получить значение магнитного потока в сечениях магнитопровода, где возможно насыщение стали (“опасные сечения”);

4. С целью уменьшения стоимости основных материалов изменить размеры “опасных сечений” так, чтобы индукции в них

;

2. Выполнить коррекцию геометрической модели в соответствии с предыдущим пунктом;

3. Получить величину намагничивающей силы обмотки, при которой сила тяги электромагнита будет близка к заданной величине (см. п.2);

4. Получить данные для построения статической тяговой характеристики электромагнита.

5. Рассчитать коэффициенты рассеяния и сравнить их с принятыми значениями при предварительном расчете размеров.

Чтобы прилучить значение силы тяги необходимо открыть Панель интегрального калькулятора нажатием кнопки на панели инструментов. На левом краю окна картины поля откроется панель калькулятора. Далее необходимо выделить блок якоря и направляющего стержня, для этого щелкнуть значок , а курсор, превратившийся в крестик, перевести последовательно на якорь и направляющий стержень щелкнув левой кнопкой. Выделенные блоки изменят цвет. Чтобы открыть числовые данные достаточно щелкнуть в панели калькулятора серый квадратик с надписью Пондеромоторная сила.

Основным критерием оценки проекта является экономический критерий. Экономичность определяется многими показателями, среди которых стоимость материалов. Основными материалами в конструкции электромагнита является медь обмотки и сталь сердечника. Общеизвестно, что цена меди значительно выше цены стали. Минимум массы меди при заданной силе тяги и ходе якоря получается при условии, что индукция в сердечнике, с одной стороны остается высокой, но нигде не превышает индукции насыщения. В связи с этим оценку решения следует начинать с проверки величины индукции в сечениях сердечника (“опасные сечения”), где она принимает наибольшие значения. На рис.4.21 представлена геометрическая модель разрабатываемого электромагнита, где отмечены такие сечения.

Рис.4.21. Расположение сечений с высоким значением индукции

Выбранные сечения наносятся на картину поля, полученную при первом расчете, и для каждого из них по числу силовых линий вычисляется величина магнитного потока по формуле:

, (33)

где - число силовых линий, пересекающих сечение;

- масштаб построения картины поля.

Значение масштаба установлено в опции Силовые линии диалогового окна Картина поля, которое открывается кнопкой в контекстном меню Вид.

Среднее значение индукции в выбранном сечении

, (34)

где - площадь выбранного сечения.

Площадь сечения 1 и 3 по рис.

, (35)

где , - больший и меньший радиус сечения соответственно.

Площадь сечения 2, 4, 5

, (36)

где - радиус сечения;

- длина сечения.

Данные расчета представить в форме таблицы (табл. 4.1)

Индукция в “опасных сечениях” выбирается так, чтобы рабочая точка на кривой намагничивания материала сердечника располагалась вблизи зоны насыщения. Площадь сечений должна быть изменена (увеличена, уменьшена) с целью выведения рабочей точки в выбранное положение. Новые значения площади сечения вычисляются по формуле (34) и заносятся в табл.4.1. По выражениям (35) и (36,) рассчитываются новые размеры сечений, вводится коррекция геометрической модели, проверяется присвоение меток и получается новое решение.

Таблица 4.1- Коррекция размеров

Номер сечения		1	2	3	4	5
Исходные значения	Число силовых линий
	Магнитный поток, Вб
	Площадь сечения, м2
	Индукция, Тл
Новое значение	Площадь сечения, м2
	Размер, мм