Покращення однорідності магнітного поля всередині короткого соленоїда системою торцевих обмоток
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.2.06Ключові слова:
магнітне поле, робочий об'єм, сферичні гармоніки, однорідність, соленоїд, подовження, торцева обмоткаАнотація
Покращення рівня однорідності магнітного поля в середині робочого об’єму короткого соленоїда дозволяє вдосконалити пристрої для розмагнічування технічних об’єктів та дослідження магнітних властивостей матеріалів. Одним із засобів підвищення рівня однорідності магнітного поля в середині соленоїда є наближення форми його обмотки до замкненої поверхні. У якості такої поверхні запропоновано використання системи з соленоїда та двох торцевих осесиметричних токових обмоток зі спільним джерелом струму. Побудовано математичну модель скалярного потенціалу магнітного поля такої системи за допомогою сферичного гармонічного аналізу і отримано функціональні залежності густини струму на кожній поверхні для його першої гармоніки, яка є дипольною складовою магнітного поля. Отримані формули для розрахунку кількості витків в торцевих обмотках та геометричних параметрів їх укладки та змодельоване сумарне магнітне поле усередині запропонованої системи. Проведено порівняльний аналіз однорідності магнітного поля, створюваного соленоїдом окремо та соленоїдом з торцевими обмотками, в залежності від геометрії системи. Використання торцевих обмоток суттєво покращує однорідність магнітного поля поблизу торців, особливо на вісі соленоїда. Через це ефективність застосування торцевих обмоток суттєво залежить від показника подовження соленоїда і дозволяє збільшити робочий об’єм на 5-20%, в залежності від цього показника. Запропонована система дозволяє отримати магнітне поле з максимальним відхиленням 5% від однорідності для показника подовження соленоїда 2. Зі збільшенням подовження ефективність торцевих обмоток знижується і для систем із подовженням 10 і більше їх використання стає недоцільним. Результати аналізу свідчать про ефективність використання запропонованої системи в пристроях для розмагнічування технічних виробів, що відрізняються невеликим показником подовження робочого соленоїда – насамперед пристроїв, які створюють однорідне магнітне поле зі спадаючою у часі амплітудою 240 А/м і використовуються зокрема для зняття м'якого залишкового намагнічування з елементів космічних апаратів
Посилання
Chechernikov V.I. Magnitnie izmereniya. M.: Izd–tvo MGU, 1969. 387 p.
Kifer I.I. Ispitaniya ferromagnitnikh materialov. 3–e izd. M.: Energiya, 1969. 360 p.
Okon P.I. Sintez namagnichivayushchikh i izmeritelnikh katushek na sfere. Sozdanie sredstv izmerenii dlya metrologicheskogo obespecheniya nanoteslometrov. Sb. nauchnikh trudov NPO «VNIIM im. D.I. Mendeleeva». 1988. Pp. 67–71.
Getman A.V. Sozdanie prostranstvennikh garmonik magnitnogo polya sistemoi konturov s tokom. Elektrichestvo. 2007. no. 2. Pp. 64–70.
Shtamberger G.A. Ustroistva dlya sozdaniya slabikh postoyannikh magnitnikh polei. Novosibirsk: Nauka, 1972. 175 p.
Karasik V.R. Fizika i tekhnika silnikh magnitnikh polei. M.: Nauka, 1964. 348 p.
Gluck F. Axisymmetric Magnetic Field Calculation with Zonal Harmonic Expansion. Progress In Electromagnetics Research. B. Vol. 32. 2011. Pp. 351–388.
Getman A. Cylindrical harmonic analysis of the magnetic field in the aperture of the superconducting winding of an electromagnet. Eastern–European Journal of Enterprise Technologies. 2018. no. 1(5). Pp. 4–9.
Getman A.V., Konstantinov A.V. Metod tsilindricheskogo garmonicheskogo analiza magnitnogo polya obektov s induktivnoi namagnichennostyu. Skhіdno–Evropeiskii zhurnal peredovikh tekhnologіi. 2013. no. 3(5). Pp. 3–8.
Smythe W. Static and Dynamic Electricity. ISBN: 0891169172, Publisher: Hemisphere Publishing Corporation, 1989. 623 p.
Prudnikov A.P., Brichkov Yu.A., Marichev O.I. Integrali i ryadi. Dopolnitelnie glavi. M.: Nauka, Glavnaya redaktsiya fiziko–matematicheskoi literaturi, 1986. 800 p.
ECSS–E–HB–20–07A "Space engineering: Electromagnetic compatibility hand–book" ESA–ESTEC. Requirements & Standards Division. Noordwijk, The Netherlands. 2012. 228 p.
ECSS–E–HB–20–07С "Space engineering: Electromagnetic compatibility hand–book" ESA–ESTEC. Requirements & Standards Division. Noordwijk, The Netherlands. 2012. 91 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
