4. Задание

1. Модель электродинамического прибора

   1. При заданных преподавателем постоянных токах катушек I₁, I₂, числе витков обмоток w₁ и w₂ и размерах катушек рассчитать на ЭВМ распределение магнитного поля при =0, 45, 90.Найти области максимальных значений поля при различных  и объяснить полученные результаты.

   2. Рассчитать на ЭВМ при значениях углов поворота подвижной катушки, указанных в пункте 1, величины сил и вращающих моментов. Объяснить полученные результаты.

   3. Рассчитать на ЭВМ зависимости от взаимной индуктивности М катушек и момента М_вр при изменении угла от 0 до 180 и построить графики.

   4. Рассчитать вручную зависимость М_вр() по кривой М() и сравнить с результатами, полученными на ЭВМ.

2. Модель электромагнита

   1. При заданных преподавателем размерах и электрических параметрах электромагнита (сила тока I, число витков обмотки w, магнитная проницаемость сердечника и якоря) рассчитать на ЭВМ магнитное поле. Найти на картине поля области максимальных значений напряженности Н и исследовать влияние на эту область изменений магнитной проницаемости сердечника и якоря. Объяснить полученные результаты.

   2. Определить на ЭВМ силу притяжения якоря при различной толщине зазора и различных магнитных проницаемостях сердечника и якоря (задаются преподавателем).

   3. Рассчитать индуктивность в зазоре при тех же значениях толщины зазора, _с и _я по теории магнитных полей и определить соответствующие значения силы по приближенной формуле. Сравнить полученные результаты.

3. Катушка со втягивающимся ферромагнитным сердечником

   1. При заданных преподавателем размерах катушки и сердечника, токе I в обмотке, числе витков w и проницаемости сердечника  рассчитать на ЭВМ магнитное поле катушки. Выявить области сгущения поля и определить участки поверхности сердечника, на которых создается основная часть силы, действующей на сердечник.

   2. При заданных преподавателем значениях х₁ (34 значения), определяющих положение сердечника, рассчитать на ЭВМ силу втягивания сердечника. Объяснить полученные результаты.

   3. Рассчитать на ЭВМ зависимость индуктивности катушки L от величины х₁ (810 значений). Построить график L (х₁).

   4. При тех же значениях х₁ рассчитать силу втягивания на ЭВМ по приближенной формуле. Сравнить полученные результаты, объяснить различия.

5. Инструкция по работе с программным

лабораторным комплексом

Лабораторная работа создана с использованием расчетного комплекса ELCUT, представляющего собой интегрированную диалоговую систему программ, позволяющую решать плоские и осесимметричные задачи электростатики, линейной и нелинейной магнитостатики, магнитного поля переменных токов, то есть задачи, предусмотренные программой лабораторного практикума по курсу «Теоретические основы электротехники, часть III».

При выполнении лабораторной работы комплекс ELCUT используется совместно со специально созданной программной надстройкой, обеспечивающей возможность работы с комплексом без его специального изучения и упрощающей ввод исходных данных для расчета поля (рис. 8). От пользователя не требуется «вручную» взаимодействовать с ELCUT, вся работа сводится к заданию геометрических и электрических параметров в окне надстройки.

Рис. 8. Схема взаимодействия надстройки с комплексом ELCUT

Главное правило работы с надстройками: ELCUT может быть запущен только надстройкой. Закрывать ELCUT можно только после того, как будет закончена работа с активной надстройкой.

Для начала работы с программным лабораторным комплексом следует запустить Starter.exe. В результате появляется панель главного меню, приведенная на рис. 9.

Рис. 9. Панель главного меню

В нижней части панели представлены кнопки с изображенными на них исследуемыми магнитными системами. При наведении на любую из них курсора в верхней части панели на рис. 9 появляется укрупненное изображение рисунка на кнопке (здесь и далее работа с программным лабораторным комплексом рассматривается на примере расчета силы втягивания магнитного сердечника в катушку). Для выбора исследуемой магнитной системы следует щелкнуть по соответствующей ей кнопке.

При исследовании силы втягивания магнитного сердечника в катушку (четвертая клавиша панели главного меню на рис. 9) открывается окно задания геометрических и электрических параметров задачи на рис. 10 (седьмая клавиша панели главного меню соответствует осесимметричному варианту данной задачи). На данной панели редактируемые поля активизированы (им соответствуют контрастные символы), а нередактируемые – нет. Нажатием на кнопку в верхнем правом углу окна осуществляется закрытие окна надстройки, а при нажатии на клавишу происходит закрытие окна надстройки и программного комплекса ELCUT. При нажатии на кнопку «1.Задание и теория» в окне надстройки будет открыт документ, содержащий задание, а также необходимые теоретические сведения и расчетные формулы с пояснительными рисунками.

Рис. 10. Окно задания параметров

При нажатии на кнопку «2.Решить» будет осуществлен единичный расчет поля и силы для параметров, задаваемых в верхнем правом углу окна. При этом на экране монитора (рис. 11) появятся: 1– панель, содержащая информацию о геометрических и электромагнитных параметрах задачи; 2 – окно с результатами расчета задачи (в этом окне отображена картина поля); 3 – окно, иллюстрирующее густоту сетки в модели. Каждое из окон может быть увеличено нажатием на клавишу в соответствующем окне, при этом величина изображения в окне изменяется с использованием клавиш и . Для исследования локальных значений поля следует активизировать окно 2 на рис. 11, нажать на клавишу панели инструментов, после чего щелкнуть левой клавишей мыши на картине поля. В результате в окне 2 «Результат расчета» появится колонка «Локальные значения» с указанием характеристик соответствующей точки поля и ее координат (рис. 12).

Рис. 11. Окно с результатами расчета

Рис. 12.Окно исследования локальных значений поля

Значение силы появится в сегменте «Результаты Elcut (при заданном Х1)» после нажатия в последнем на кнопку «Сила втягивания сердечника F». При нажатии на кнопку «3.Заполнить таблицы» осуществляется автоматический расчет индуктивности и силы для различных значений Х1 втягивания сердечника в катушку. Параметр Х1 может изменяться (задаваться) путем подведения курсора к соответствующей позиции ряда значений Х1 с последующей активизацией позиции перемещением по ней курсора при нажатой левой клавиши мыши.

Аналогично при нажатии на кнопку «2.Решить в Elcut» в окне на рис. 13 (исследование вращающего момента в модели электродинамического прибора), соответствующем пятой клавише панели главного меню на рис. 9, будет осуществлен единичный расчет поля, силы и вращающего момента для параметров, задаваемых в верхнем правом углу окна. Вывод значений силы, действующей на катушку, и вращающего момента осуществляется путем

Рис. 13. Окно задания параметров

нажатия на соответствующие клавиши в сегменте «Результаты расчета Elcut».

Соответственно при нажатии на кнопку «3.Заполнить таблицы» осуществляется автоматический расчет взаимной индуктивности М и вращающего момента Мвр для различных значений угла поворота α. При этом значения α могут изменяться аналогично изменению параметра X1 в окне на рис. 10.

Рис. 14. Окно задания параметров

Окно на рис. 14 (исследование силы притяжения электромагнита) активизируется шестой клавишей главного меню (см. рис. 9). При нажатии на кнопку «2.Решить» осуществляется расчет картины магнитного поля и силы притяжения, по окончании которого активизируются кнопки «Сила F притяжения якоря (Elcut)» и «Вычислить по приближенной формуле», выводящие на экран результаты соответствующих расчетов.