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

1. 
   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.

Работу выполнили: "____" _____ 202_ года

Работу проверил: "______" _______ 202_ года

---

Смотрите также файлы

• Исследование экранирующего влияния металла на магнитное поле. Создание модели с плоским экраном.docx

• Исследование свободных электрических колебаний. Исследование свободных незатухающих колебаний. C 10 нф l 220 Гн.docx

• Исследование вынужденных электрических колебаний. Исследование параметров вынужденных колебаний.docx

• Оружие и системы вооружения.docx

• Оружие и системы вооружения.docx