Gliwice, 17.X.2008r.

Laboratorium przetworników elektromechanicznych.

Modelowanie elektromagnesu w programie FEMM.

Grupa I
Sekcja 4:

Adam Czudaj

Marek Jochymek
Piotr Legutko
Norbert Matyja

Celem tego ćwiczenia laboratoryjnego było wyrobienie umiejętności symulowania modelu elektromagnesu, poznanie zastosowania oraz szerokich możliwości pomiarowych programu Finite Element Method Magnetics (FEMM).

Przedmiotem symulacji był elektromagnes, którego model przedstawiono poniżej:

Przy zapisie wyników pomiarów użyto następujących oznaczeń:
F_L - siła wyznaczona metodą siły Lorenza;
F_T - siła wyznaczona metodą tensora „ważonego”;

F_M - siła wyznaczona metodą tensora Maxwella;

W_C - koenergia pola dla aktualnego położenia zwory;

W_C (z+δ) - koenergia pola dla modelu z przemieszczoną zworą o δ=0,05 cala w górę

F_Z - siła wyznaczona metodą prac Wirtualnych.

Na podstawie symulacji otrzymano następujące wyniki pomiarów:

• Dla wartości prądu cewki 1 A:

L	FL	FT	FM	WC (z)	WC (z+δ)	FZ
H	N	N	N	J	J	N
0,35	-2,64	-32,56	0,0024	0,042	0,041	-0,79




Ilustracja rozkładu gęstości indukcji magnetycznej w badanym elektromagnesie przy prądzie cewki 1 A.

• Dla wartości prądu cewki 2 A:

L	FL	FT	FM	WC (z)	WC (z+δ)	FZ
H	N	N	N	J	J	N
0,28	-7,36	-83,79	0,0076	0,31	0,24	-52,01




Ilustracja rozkładu linii strumienia magnetycznego w badanym elektromagnesie przy prądzie cewki 2 A.

• Dla wartości prądu cewki 3 A:

L	FL	FT	FM	WC (z)	WC (z+δ)	FZ
H	N	N	N	J	J	N
0,21	-10,89	-115,57	0,012	0,78	0,66	-95,93




Ilustracja rozkładu gęstości natężenia prądu w badanym elektromagnesie przy prądzie cewki 3 A.

• Dla wartości prądu cewki 4 A:

L	FL	FT	FM	WC (z)	WC (z+δ)	FZ
H	N	N	N	J	J	N
0,17	-13,52	-139,16	0,016	1,34	1,18	-128,69




Ilustracja rozkładu gęstości indukcji magnetycznej w badanym elektromagnesie przy prądzie cewki 4 A.

• Dla wartości prądu cewki 5 A:

L	FL	FT	FM	WC (z)	WC (z+δ)	FZ
H	N	N	N	J	J	N
0,15	-15,92	-159,49	0,019	1,96	1,76	-156,95




Ilustracja rozkładu linii strumienia magnetycznego w badanym elektromagnesie przy prądzie cewki 5 A.

Wnioski:

• Finite Element Method Magnetics (FEMM) jest prostym i wystarczającym dla celów inżynierskich programem służącym do modelowania problemów pól magnetycznych.

• Za pomocą programu FEMM dokonano zadanych w ćwiczeniu pomiarów z których wynika m.in., że:
  - wartość siły (wyznaczonej dowolnie którą z powyższych metod) wzrasta wraz z natężeniem prądu jaki przepływa przez cewkę;
  - wartość indukcyjności maleje wraz ze wzrostem prądu cewki;
  - wartości siły różnią się między sobą, gdyż program do obliczeń każdej z nich używa innej metody.

• Programem FEMM zarejestrowano także ilustracje:
  - rozkładu gęstości indukcji magnetycznej na których wyraźnie widać jak wzrasta wartość indukcji wraz ze wzrostem prądu cewki;
  - rozkładu linii strumienia magnetycznego na których widać jak wzrasta gęstość linii wraz ze wzrostem prądu przepływającego przez cewkę;
  - rozkładu gęstości natężenia prądu. Jak widać prąd nie płynie przez rdzeń ani zwore.

---