POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI

Laboratorium Komputerowego Wspomagania Projektowania
Imię i nazwisko:	Grupa dziekańska: ED 6.3	Poniedziałek 12.15 - 14.00	Ocena/Podpis
Damian Lis Bartłomiej Mazurek	Data wykonania ćwiczenia: 18.04.2011		Rok akademicki: 2010/2011
Ćwiczenie nr 6	Temat ćwiczenia: Poprawa jednorodności pola magnetycznego na osi uzwojenia cylindrycznego z dozwojeniami z wykorzystaniem programu FEMM

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zaprojektowanie dozwojeń nawiniętych symetrycznie takim samy przewodem na uzwojenie główne za pomocą programu FEMM. Dozwojenie wykonać tak żeby poprawił się rozkład pola magnetycznego wzdłuż osi układu, jak i należy zminimalizować wartość indukcyjności na wewnętrznej krawędzi uzwojenia głównego.

2. Schemat uzwojenia cylindrycznego z dozwojeniami

3. Dane do wykonania projektu

R1	nz	nr	dw	di	I
[m]	[-]	[-]	[m]	[m]	[A]
0,055	110	18			1,1

4. Układ uzwojenia głównego bez dozwojenia

1. obliczenia dla układu uzwojenia głównego bez dozwojeń:

- ilość wszystkich zwojów

n=n_z*n_r=110*18=1980 zwojów

-szerokość wszystkich zwojów w pojedynczej warstwie

d_z=n_z*(2*d_i+d_w)=110*(2*10^-4+10^-3)=13,2cm

-grubość wszystkich warstw uzwojeń:

d_r=n_r*(2*d_i+d_w) = 18*(10^-4+10^-3)=2,16 cm

-promień wewnętrzny cewki

R₁=5,5 cm

-prąd przepływający przez uzwojenia

I=1,1 A

Rys.1: Rozkład siatki badanego układu

Rys. 2: Rozkład indukcji pola magnetycznego i linie ekwipotencjalne

2. Wyznaczenie gęstości prądu w wybranych miejscach

- gęstość prądu w drucie miedzianym uzwojenia głównego J_w oraz dozwojenia J_dw

- uśrednioną (techniczną) gęstość prądu w uzwojeniu głównym J oraz dozwojeniu J_d

3. Rozkłady modułu |B(z)| oraz składowych B_r(z) i B_z(z) (w zależności od współrzędnej osiowej z) wektora indukcji B wzdłuż osi z uzwojenia B₀B₁ oraz wzdłuż odcinka B_mC₁,

- wzdłuż B₀B₁

|B(z)|

B_r(z)

B_z(z)

- wzdłuż B_mC₁

|B(z)|

B_r(z)

B_z(z)

4. rozkłady modułu |B(r)| oraz składowych B_r(r) i B_z(r) wektora indukcji B (w zależności od współrzędnej promieniowej r) na płaszczyźnie: a) symetrii uzwojenia B₀C₀, b) brzegowej B₁C₂

- symetrii uzwojenia B₀C₀

|B(r)|

B_r(r)

B_z(r)

- brzegowej B₁C₂

|B(r)|

B_r(r)

B_z(r)

5. Układ uzwojenia głównego z dozwojeniami

1. obliczenia dla układu uzwojenia głównego z dozwojeniami:

-przewód dozwojenia jest taki sam jak dla uzwojenia głównego

d₁=0,12 cm

-liczba zwojów w pojedynczej warstwie dozwojenia

n_dz=15

-liczba warstw dozwojenia

n_dr=5

- ilość wszystkich zwojów

-szerokość wszystkich zwojów w pojedynczej warstwie

-grubość wszystkich warstw uzwojeń

-promień wewnętrzny dozwojenia cewki

R_1d=7,72 cm

-prąd przepływający przez uzwojenia

I_d= 10A

Rys.3: Rozkład siatki badanego układu

Rys. 4: Rozkład indukcji pola magnetycznego i linie ekwipotencjalne

2. Wyznaczenie gęstości prądu w wybranych miejscach

- gęstość prądu w drucie miedzianym uzwojenia głównego J_w oraz dozwojenia J_dw

- uśrednioną (techniczną) gęstość prądu w uzwojeniu głównym J oraz dozwojeniu J_d

3. Rozkłady modułu |B(z)| oraz składowych B_r(z) i B_z(z) (w zależności od współrzędnej osiowej z) wektora indukcji B wzdłuż osi z uzwojenia B₀B₁ oraz wzdłuż odcinka B_mC₁,

- wzdłuż B₀B₁

|B(z)|

B_r(z)

B_z(z)

- wzdłuż B_mC₁

|B(z)|

B_r(z)

B_z(z)

4. rozkłady modułu |B(r)| oraz składowych B_r(r) i B_z(r) wektora indukcji B (w zależności od współrzędnej promieniowej r) na płaszczyźnie: a) symetrii uzwojenia B₀C₀, b) brzegowej B₁C₂

- symetrii uzwojenia B₀C₀

|B(r)|

B_r(r)

B_z(r)

- brzegowej B₁C₂

|B(r)|

B_r(r)

B_z(r)

5. stopień jednorodności h = |B_max-B_min|/B_max uzyskanego rozkładu pola magnetycznego wzdłuż osi z układu na krawędzi B₀B₁.

- dla układu bez dozwojeń

- dla układu z dozwojeniami

6. długość przewodu w uzwojeniu głównym i w dozwojeniach,

- dla układu bez dozwojeń

- dla układu z dozwojeniami

7. rezystancję i indukcyjność uzwojenia głównego oraz układu z dozwojeniami.

-układ główny

-układ z dozwojeniami

6. Wnioski

Podczas wykonywania tego ćwiczenia korzystaliśmy z programu Femm. Jest to program pozwalający przeprowadzić analizy pól w postaci dwuwymiarowej. Za jego pomocą można zmierzyć pola magnetyczne, elektrostatyczne i przepływ ciepła.

Dzięki przeprowadzonym symulacjom można zauważyć, że zastosowanie dodatkowych dozwojeń do głównego uzwojenia cylindrycznego można w dużym stopniu poprawić rozkład pola magnetycznego. Podczas przeprowadzania analizy tego układu można było zauważyć iż im większą wartość prądu dostarczymy do dozwojenia tym osiągniemy większą jednorodność pola w środkowej części cewki.

Program Femm jest praktycznym programem inżynierskim umożliwiającym analizę pól przez poczatkujące osoby, ponieważ jest łatwy w obsłudze i dający duże możliwości jak na darmowe oprogramowanie. Z tego powodu jest chętnie stosowany na uczelniach technicznych.

---