2.2.2 Проверка результатов в среде Maxwell Ansoft

Maxwell Ansoft – это программное обеспечение для моделирования электромагнитных полей, используемое для проектирования и исследования двумерных и трехмерных моделей, типа двигателей, датчиков, трансформаторов и других электрических и электромеханических устройств различного применения. Maxwell базируется на методе конечных элементов (Finite Element Method – FEM) и точно рассчитывает статические, гармонические электромагнитные и электрические поля, а также переходные процессы в полевых задачах. 

Для дальнейшего анализа была создана плоская модель магнитной системы в среде Solid Works на основе полученных выше данных о размерах магнитной системы. После этого модель была импортирована в Maxwell

Изолятор

Вн. сердечник

Катушка

Магнитный

экран

Пол. наконечник

Нар. сердечник

Катушка

Стенка

магнитопровода

Рис. 2.7

Здесь размеры катушек были определены следующим образом:

(2.28)

(2.29)

Где: диаметр полости катушки; наружный диаметр катушки; толщина корпуса катушки ( ; диаметр сердечника катушки.

1. Внутренняя катушка:

2. Наружная катушка:

Наружный сердечник представлен в виде тонкой оболочки с поперечным сечением равным сечению четырех рассчитанных цилиндрических сердечников.

Рис. 2.8

Толщина t определялась из соотношения:

(2.30)

Здесь D – диаметр установки наружных катушек, (D =82 мм).

После задачи всех условий и материалов (для магнитопровода была выбрана магнитомягкая сталь), получили следующие результаты.

1. Распределение силовых линий магнитного поля по сечению:

Рис.2.9

2. Распределение магнитной ндукции по сечению (а) и элементах магнитопровода (б):

а)

б)

Рис.2.10

Из последнего рисунка можно сделать вывод, что при начально заданных условиях работы элементы магнитопровода не входят в насыщение. Т.е величина магнитной индукции не достигает своей критической величины (для данной стали Bmax = 2 Тл).

3. Радиальная составляющая величины магнитной индукции в зоне ионизации и ускорения.

Рис.2.11

1 2 3 Срез канала

Рис.2.12 Радиальная составляющая магнитной индукции 1) на наружном диаметре; 2) на внутреннем диаметре; 3) на среднем диаметре

Из диаграммы на рисунке 15 становится видно, что на срезе канала составляет , что меньше чем потребная расчетная.

3. Подбор оптимальных параметров магнитной системы

После многочисленных вариаций различных параметров магнитной системы, а именно количества витков катушек и размеров отдельных элементов, выбор был сделан в пользу следующих:

	Начальные параметры	Конечные параметры
Диаметр внутреннего сердечника	13 мм	10 мм
Диаметр наружного сердечника	8,7 мм	6 мм
Толщ. Наружного пол. Наконечника	2 мм	0,8 мм
Зазор	5 мм	11,5 мм
Ток внутренней катушки	260 А витков	400 А витков
Ток наружной катушки	162 А витков	230 А витков
Средний диаметр канала	45 мм	48 мм*

Т

*- В связи с увеличением габаритов катушек средний диаметр канала пришлось увеличить на 3 мм, но ширина канала и его протяженность остались прежними.

Полученные результаты приведены ниже:

1. Силовые линии магнитного поля :

Рис. 2.13

2. Градиент магнитной индукции по сечению (а) и в элементах магнитопровода (б):

а)

б)

Рис. 2.14

Из рисунка 17 можно сделать вывод, что при подобранных параметрах элементы магнитопровода не входят в насыщение. Т.е величина магнитной индукции не достигает своей критической величины (для данной стали Bmax = 2 Тл).

3. Радиальная составляющая магнитной индукции в ускоряющем канале:

Рис. 2.15

Срез канала

1

2

3

Рис. 2.16 Радиальная составляющая магнитной индукции 1) на наружном диаметре; 2) на внутреннем диаметре; 3) на среднем диаметре

Интересующая нас радиальная составляющая индукции магнитного поля на среднем диаметре на срезе составляет, как видно из графика, что уже ближе к расчетным 19 мТл.

Итого: количество витков внутренней катушки -

количество витков наружной катушки -

_{длина проволоки - .}