Влияние обмотки и меридианного сечения сердечника на магнитный момент электромагнита

Abstract

Описана проблема, возникающая при проектировании электромагнитов постоянного тока, которая связана с ограничением применения известных методов расчета магнитного момента электромагнита. Проведен анализ влияния неоднородности внешнего магнитного поля намагничивающей катушки на магнитный момент электромагнита для определения границ применимости допущения однородности внешнего магнитного поля. Для этого был использован итерационный алгоритм численного решения интегрального уравнения относительно поверхностной плотности фиктивных магнитных зарядов, находящихся на поверхностях цилиндрических элементов сердечника, с четом неоднородности внешнего магнитного поля. Установлено, что основной причиной расхождения между значениями магнитного момента сердечника электромагнита и сердечника, расположенного в однородном магнитном поле, является степень неоднородности внешнего магнитного поля катушки, а также часток кривой намагничивания, на который попадает напряженность результирующего магнитного поля для преобладающей части сердечника. Указано, что область применения допущения однородности внешнего магнитного поля ограничена относительной длиной сердечника и ровнем внешнего магнитного поля. Исследовано влияние формы меридианного сечения сердечника на магнитный момент электромагнита. Для сердечника с шайбами был применен итерационный алгоритм с разбиением среды сердечника как на цилиндрические, так и на кольцевые элементы для чета дополнительного краевого эффекта, обусловленного наличием шайб. Результаты расчета показали, что их наличие дает существенный вклад в магнитный момент электромагнита, иногда дающий рост в два раза, а ровень вклада зависит от положения и размеров шайб, а также на каком частке кривой намагничивания находится напряженность результирующего магнитного поля для большей части сердечника в отсутствии шайб. Показано, что с величением радиуса шайб и меньшением расстояния от шайб до торцов растет магнитный момент электромагнита, что более выражено для коротких сердечников и менее выражено для длинных.The problem arising in the design of DC electromagnets, which is associated with the limitation of the application of the known methods for calculating the magnetic moment of an electromagnet, is described. The influence of the nonuniformity of the external magnetic field of the magnetizing coil on the magnetic moment of an electromagnet is analyzed to determine the limits of applicability of the assumption of uniformity of the external magnetic field. For this purpose, an iterative algorithm was used to numerically solve the integral equation for the surface density of fictitious magnetic charges on the surfaces of cylindrical elements of the core, considering the nonuniformity of the external magnetic field. It is established that the main cause of the discrepancy between the magnetic moment of the core of the electromagnet and the core, located in a uniform magnetic field, is the degree of nonuniformity of the external magnetic field of the coil, as well as the section of the magnetization curve, which corresponds the strength of the resulting magnetic field for the dominant part of the core. It is indicated that the region of application of the assumption of uniformity of the external magnetic field is limited by a relative core length and levelof an external field. The influence of the shape of the meridian section of the core on the magnetic moment of the electromagnet is investigated. For core with washers, an iterative algorithm was used with a partitioning of the core medium into both cylindrical and ring elements to account for the additional edge effect due to the presence of washers.