Министерство образования и науки российской федерации
Санкт – Петербургский государственный политехнический
университет
Институт энергетики и транспортных систем
Кафедра «Техника высоких напряжений, электроизоляционная и
кабельная техника»
Работа допущена к защите
Зав. кафедрой
____________ Титков В.В.
« » 2018 г.
Выпускная бакалаврская работа
Тема: «Расчет и моделирование магнитных полей соленоидов с дополнительной уравновешенной обмоткой»
Направление: 140400 – «Электроэнергетика и электротехника».
Работу выполнил Кендигелян О. В.
студент гр. 43213/1
Научный руководитель: Шнеерсон Г. А.
Д.т.н профессор
Санкт – Петербург
2018
Оглавление
Введение 3
Глава 1. Проблема получения сильных импульсных магнитных полей. Постановка задач. 4
1.1. Общие сведения о возможных применениях сильных импульсных магнитных полей. 4
1.2. Особенности применения квазибессиловых магнитных систем. 8
1.3. Минимизация электромагнитных сил с помощью квазибессиловой обмотки. 14
1.4. Задачи работы. 21
Глава 2. Компьютерная модель магнитной системы. 22
2.1. Методика расчета поля магнитной системы с учетом торцевых экранов (концентраторов потока). 22
2.2 Результаты расчетов поля и исследование влияния цилиндрических экранов на распределение индукции. 26
Глава 3. Конструкция гибридного магнита. 27
3.1 Разработка конструкции и описание ее изготовления. 27
3.2. Описание экспериментальной установки. 31
Блок питания. 34
Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109. 34
Цифровой осциллограф Tektronix TDS1012B. 36
Устройство позиционирования датчика. 37
Измерения тока. 38
Измерение магнитного поля. 39
Шунтирующая индуктивность. 40
Глава 4. Вывод. 41
Список используемой литературы. 42
Введение
В наши дни большой интерес уделяется исследованию сильных (с индукцией более 10 Тл) и сверхсильных (с индукцией более 100 Тл) магнитных полей. В первую очередь, этот интерес связан с широким применением таких полей в исследованиях и технологиях. Развитие физики и техники магнитных полей способствует дальнейшему развитию многих разделов науки, которые в свою очередь послужат появлению новых технологий. Сильные магнитные поля дают возможность получать огромные концентрации энергии, что в принципе и обуславливает их широкое применение. В качестве примера можно сказать, что давление, создаваемое магнитным полем с индукцией в 1000 Тл, составляет около 4 млн. атм., то есть превосходит давление в центре Земли и соответствует плотности энергии свыше 105 Дж/см3. Во множестве поставленных задач магнитные поля являются важным «инструментом», а иногда и единственным, для решения этих задач. Можно также отметить, что достаточное количество важных открытий современной физики связано с магнитными полями.
Глава 1. Проблема получения сильных импульсных магнитных полей. Постановка задач.
Общие сведения о возможных применениях сильных импульсных магнитных полей.
Развитие физики и технологии магнитных полей актуально для решения важных задач, связанных с термоядерным синтезом и физикой плазмы, астрофизикой, геофизикой, физикой твердого тела, ядерной физикой, а также представляет собой дальнейшее развитие современной науки и техники, поскольку такие поля позволяют получить огромные концентрации энергии.
Наиболее важные открытия физики связаны с магнитными полями. Поскольку новые эффекты часто обнаруживаются после расширения диапазона измерений основного экспериментального параметра, предпринимаются постоянные попытки разработать и изготовить все более мощные магниты. С точки зрения технологического применения магнитные поля имеют широкое применение: магнит импульсная обработка металлов, ускоренное ускорение макротел в сильном магнитном поле (исследования поведения материала в условиях импульсного нагружения, привода механизмов быстродействующих выключателей и устройства быстрого напуска газа), разделение материалов и другие.
В настоящее время большинство приложений, требующих сильных магнитных полей, относятся к области физики твердого тела. Это включает в себя магнитокинетические явления, в том числе магнитоакустические эффекты и фотопроводимость, циклотронный и электронный парамагнитные резонансы, магнитострикцию, эффекты Фарадея и Зеемана, экситонные спектры, «спин-флип»-переходы, сверхпроводники с высокими критическими полями, а также эффекты, связанные с высокими давлениями в магнитном поле. Большинство этих эффектов в полях порядка 100 Т нелинейно, что открывает широкие возможности для тестирования теоретических концепций.
Исследования в области полей порядка 100 Т были инициированы проблемой кратковременного удержания плотной плазмы. Эти работы не привели к быстрому успеху, но недавнее возвращение к такой схеме привело к обоснованным расчетам термоядерного реактора с обратным сжатием с уникальными проектными параметрами.
В физике элементарных частиц магнитные поля используются для управления пучками частиц и их фокусировки, а также для анализа импульса продуктов реакции. Исследованы возможности удержания плазмы в будущих термоядерных реакторах.
Сильные магнитные поля успешно используются для изучения больших биомолекул. Это исследования в области полимеров и реакций полимеризации, жидких кристаллов, биомембранов и искусственных многослойных структур, процессов разделения макромолекул в сильных градиентах магнитного поля и влияния магнитных полей на живые организмы.
При изучении сверхпроводимости для изучения критического поведения используются сильные магнитные поля. Для проектирования магнитов и других технологических применений необходимы сверхпроводники с высокими значениями критического поля и соответственно высокими температурами перехода.
В настоящее время магнитные поля широко используются в медицине. Примером может служить устройство, такое как магнитно-резонансный томограф. Он работает с полями в Теслах. Если вы увеличиваете магнитное поле, вы можете получить больше информации от магнитных измерений. Устройства, которые генерируют магнитные поля, широко используются в медицине. С их помощью металлические фрагменты извлекаются из глаза и дыхательных путей, исправляют дефекты грудной клетки и плавно соединяют полые трубчатые органы, измеряют скорость кровотока, управляют миниатюрными капсулами и зондами, проводят самые современные диагностические методы и т.д. Различные типы магнитных полей все чаще используются в комплексной терапии многих заболеваний.
Электромагнитные силы, возникающие в сильном импульсном поле, находят широкое применение в промышленной технологии для пластической обработки металлов (магнитная импульсная обработка металлов). При формировании поля с индукцией до нескольких десятков Тесла, очевидно, что переход в более сильное поле обещает расширение диапазона обрабатываемых материалов. Ускорение проводников в сильном магнитном поле используется при моделировании взаимодействия микрометеоритов с космическими аппаратами, механизмов привода высокоскоростных переключателей и устройства для быстрого притока газа. Столкновение оболочки, ускоренной электромагнитными силами с неподвижными объектами, позволяет получать очень высокие давления в точке контакта, которые могут использоваться как в технологических, так и в исследовательских целях. Использование сильных магнитных полей в таких исследованиях дает большие возможности, так как изменение индукции позволяет легко найти величину и закон изменения силы во времени, что необходимо для изучения поведения металлов в условиях импульсного нагружения. [2]
Как видно, области применения сильных и сверхсильных магнитных полей очень обширны как в научном, так и в познавательном и технологическом направлениях. Интерес к этой области постоянно растет. Это подтверждают регулярно проводимые конференции, посвященные созданию и применению сильных магнитных полей.
Дальнейший прогресс в использовании магнитов во многом связан с решением проблем их силы. Нагрев обмотки может быть значительно уменьшен, если продолжительность тока в нем сокращается, т. е. создает поле в виде довольно коротких импульсов ). Такие магнитные поля необходимы не только для научных исследований, но и для решения ряда важных технических задач. Дальнейшее развитие технологии неразрушаемых магнитов связано с созданием самых прочных материалов. Тем не менее, несмотря на усилия многих лабораторий, невозможно создать многоразовые магниты, в которых амплитуда индукции превышает 80 – 90 Т. Для борьбы с скин-эффектом используются проводники разного сечения: плоские (в форме полос), трубчатые (полые внутри), наносят слой металла с более низким удельным сопротивлением поверхности проводника. Кроме того, для подавления скин-эффекта используются системы из нескольких переплетенных и изолированных проводов. Для уменьшения механических напряжений проводников можно использовать гибридную систему (квазибессиловую систему).
Особенности применения квазибессиловых магнитных систем.
Ранее было сказано, что для создания магнитных полей с индукцией 100 Тл и более актуальны квазибессиловые системы. Идея таких систем заключается в том, что если распределение тока по слоям близко к бессиловому, то механические напряжения в магнитных системах могут быть резко снижены.
Бессиловыми магнитными полями называются такие поля, в которых отсутствуют электромагнитные силы. То есть имеет место равенство [1]:
(1.1)
где f – объемная электромагнитная сила. Это равенство имеет место, если выполнено условие[1]:
(1.2)
где ? – плотность тока, ? – скалярная функция координат. В области, где выполнено это условие, вектора плотности тока и индукции параллельны и электромагнитные силы, действующие на проводящую среду, обращаются в нуль. Однако, поле удовлетворяющее уравнению (1.2), может иметь место только в бесконечной системе. Примером где возможна такая ситуация является плазма. В реальном магните такое невозможно из-за того, что обмотка изготовлена из твердых проводников, которые разделены изоляционными зазорами. Но можно создать поле близкое к бессиловому, в конечной системе, при условии, что параллельность векторов плотности тока и индукции будет выполнена приближенно. Обмотки, в которых поле близко к бессиловому называются квазибессиловыми. То есть теоретически можно создать такую катушку, в которой силы могли бы быть снижены, а не устранены в целом.
Рассмотрим поле бесконечно длинного соленоида, в котором вектор в цилиндрических координатах имеет лишь составляющие Вz и В?, зависящие, как и функция ?, лишь от координаты r. При этом условие выполняется при любом выборе Вz(r) иВ?(r). Тогда имеем:
(1.3)
(1.4)
При ? = a = const известно решение этой системы в виде:
;. (1.5)
Такое поле создается током с составляющими и . При этом , т.е. выполнено условие параллельности векторов , . Для бесконечно длинного соленоида это решение не является единственным. Исключая функцию ?(r) из (1.3) и (1.4), приходим к уравнению:
. (1.6)
Задавшись одной из функций Вz или В? можно с помощью (1.6) найти другую.
Наиболее простоe бессиловое поле и соответствующее ему токораспределение можно построить в предельном случае, когда
(R2-R1)=?<>BМ) в таких конструкциях (при условии оптимизированного распределения обратного тока и относительно малой толщины бессиловой области) будет происходить линейный рост внешнего радиуса R2 от B0. Напомним, что в случае обычной равнонагруженной системы (где существует только азимутальная плотность тока) такой рост более чем экспоненциальный:
.
Так например, в системе с бессиловой обмоткой и равнонагруженной областью обратного тока для материала с ?0=109 Па (=50 Тл) отношение радиусов равно всего лишь R2/R1=4.4 в поле с индукцией 150 Тл, в отличие от обычной равнонагруженной, где отношение радиусов 8?103. Это больше более чем на три порядка.
Полученные соотношения позволяют утверждать, что комбинация бессиловой и равнонагруженной областей в такой конструкции (рис.1.3) снимает проблему катастрофического роста размеров магнита при достижении полей с индукцией, превышающей магнитный предел прочности материала (т.е. удовлетворяющей условию B0>BM) и дает принципиальную возможность достижения величин магнитного поля значительно выше, чем существующие на сегодняшний день в неразрушающихся системах.
Минимизация электромагнитных сил с помощью квазибессиловой обмотки.
В данной работе будет рассмотрена возможность снижения электромагнитных сил в обмотке соленоида, который внесен во внешнее магнитное поле.
Механические напряжения в обмотке соленоида, находящегося во внешнем поле, могут быть существенно снижены по сравнению с магнитным давлением поля на оси, если выполнено условие равновесия обмотки. Размещение такого соленоида внутри магнитной системы, предназначенной для получения сильного магнитного поля, не приводит к появлению в нём больших напряжений и, вместе с тем, даёт возможность увеличить пороговое значение индукции.
Как отмечалось ранее, обмотка магнита имеет ограниченную прочность, следовательно, при создании сильного магнитного поля электромагнитные силы могут превысить прочность магнита и он разрушится. Снизить электромагнитные силы в обмотке соленоида можно, если распределение тока в ней близко к бессиловому. Этого можно достичь при использовании системы с уравновешенными дискретными токовыми слоями, при соответствующем распределение полоидальной и азимутальной компонент плотности тока в каждом из них. При этом механические напряжения могут быть снижены до значений порядка B02/(2?0N2), где В0 –индукция на оси, N –число слоев.
Объектом данной работы будет являться магнитная система, состоящая из двух модулей. Первый модуль - это одновитковый соленоид, который создает основное магнитное поле. Вторая часть системы - это уравновешенная обмотка, которая должна усиливать поле на оси. Таким образом, имеем соленоид, находящийся во внешнем магнитном поле. В такой конструкции создается возможность дополнительно существенно снизить действие электромагнитных сил.
Рассмотрим более подробно такую конструкцию и получим основные соотношения, описывающие механические напряжения в такой системе.
Для начала опишем, какие поля возникают в такой катушке. На рис.1.3. представлена магнитная система, состоящая из двух модулей.
Рис. 1.3. Магнитная система с дополнительным модулем.
В такой системе соленоид 2, расположенный снаружи, создает аксиальное поле с индукцией B1. В соленоиде 1 витки обмотки уложены под углом ? к оси, вследствие чего при включении тока этим соленоидом создается поле, имеющие две компоненты: азимутальное поле и аксиальное поле. Азимутальное поле В3 создается в зазоре между соленоидами 1 и 2 за счет наклона витков, а аксиальное поле В0 генерируется на оси системы. Радиальная компонента плотности тока в обмотке равна нулю. Если пренебречь дискретностью обмотки, то можно считать, что азимутальная компонента плотности тока ?? и аксиальная ?z постоянны в толще обмотке и равны:
(2.1)
В данной системе на элемент квазибессиловой вставки толщиной x действует сила:
(2.2)
где
.
при условие, что d << R, последним членом можно пренебречь.
Ток в обмотке должен быть выбран так, чтобы выполнялось условие ее равновесия[6]:
(2.3)
Тогда, с учетом этого условия, имеем для силы F(x) выражение:
(2.4)
где Bz и B? компоненты поля, образующиеся в результате наложения собственного поля соленоида 1 и внешнего поля соленоида 2 в обмотке соленоида 1. При малой толщине обе компоненты изменяются по линейному закону в зависимости от координаты x = r – R, где R – внутренний радиус соленоида 1:
(2.5)
где ? = x/d.
Тогда, подставляя (2.5) в уравнение для силы F(x), получим:
(2.6)
Функции F(x) достигает максимального значения в середине слоя обмотки при ? = 1/2:
(2.7)
Решение уравнений теории упругости позволяет рассчитать приблизительные значения азимутального и радиального напряжений в уравновешенном слое малой толщин. Для обмотки, концы которой закреплены, рассчитаны максимальные значения азимутальных и радиальных напряжений [6]. Модули этих напряжений максимальны в середине слоя. При условии, что ?z максимальные напряжения принимают значение:
,
(2.8)
где ? – коэффициент Пуассона. Далее рассчитываем эквивалентное напряжение по Фон Мизесу для квазибессиловой вставки[6]:
(2.9)
Введем два безразмерных параметра g = B1/B0 и t = B2/B0. Эти два параметра определяют значение отношения
2?0?м / B02. При условии равновесия (2.4) имеем:
(2.10)
Витки в уравновешенной обмотки должны быть уложены под углом ? к оси, равным[6]:
(2.11)
Выше были получены основные соотношения, которые позволяют оценить механические напряжения в нашей системе. Далее будет показано, что с помощью уравновешенного дополнительного соленоида можно получить поле с индукцией В0, превышающей В1, не создавая больших механических напряжений в его обмотке.
Для примера рассмотрим магнитную систему со следующими характерными данными:
- поле на оси магнитной системы B0=100 Т,
- одновитковый соленоид создает поле B1=50 Т,
- квазибессиловая обмотка генерирует дополнительное поле В=50Т.
- внутренний радиус квазибессиловой обмотки R0=20 мм, толщина провода обмотки d =2 мм.
Из условия равновесия системы (2.3) в зазоре между первым и вторым модулем находим индукцию азимутального поля:
=86,6 Т
Определяем распределение азимутального и аксиального поля
где . В этой формуле азимутальное поле на внутреннем радиусе квазибессиловой обмотки . Данные распределения показывают, как меняются поля в обмотке квазибессиловой вставки и приведены на рис. 1.4.
Рис.1.4. Результаты аналитических расчетов распределения индукции магнитного поля в стенке дополнительного соленоида.
Рассчитаем аксиальную и азимутальную плотности тока, определяем угол наклона проводника в квазибессиловой обмотке:
А/м2
А/м2
Далее определяем механические напряжения с помощью формул (2.2), (2.4), (2.6), которые приводились ранее. По результатам расчетов получаем график распределения интегральной силы по толщине обмотки (рис.2.3).
Рис.1.5. Распределение интегральной силы по толщине обмотки.
Как было сказано ранее и видно из графика. функция достигает максимального значения в средней плоскости обмотки ():
Па
Далее находим приближенные значения азимутального и радиального напряжений в уравновешенном слое малой толщины:
Па
Па
Па
Напряжение (по фон Мизесу) для уравновешенной обмотки принимает следующее значение :
Па
И наконец, определяем угол, под которым должны быть уложены витки в квазибессиловой вставке по формуле (2.11):
Из приведенного расчета видно, что размещение дополнительного соленоида на оси позволяет при неизменном значении индукции на оси снизить поле, создаваемое внешним магнитом, до значения , где , а магнитное давление, воздействующее на внешний магнит до значения При этом, как показывают формула (2.9) и приведенные примеры, напряжения в уравновешенной обмотке дополнительного соленоида могут быть существенно ниже, чем магнитное давление расчётного поля .
Приведенные расчеты показывают, что с помощью слабонагруженного дополнительного соленоида 1 можно получить более сильное поле, чем это позволяет магнитная система 2, работающая вблизи прочностного предела.
Задачи работы.
Задачами работы являются:
Создание компьютерной модели магнитной системы гибридного магнита.
Разработка и сборка конструкции магнитной системы.
Исследование влияния плоских торцевых экранов на распределение магнитного поля.
Обработка полученных данных и последующие составление вывода.
Глава 2. Компьютерная модель магнитной системы.
2.1. Методика расчета поля магнитной системы с учетом торцевых экранов (концентраторов потока).
Произведено моделирование и расчет в 2D модели магнитной системы в программе Comsol Multiphisics. Построены две модели: магнитная система с экранами и без них.
Исходными данными для расчета являлись:
внешний радиус одновиткового магнита 65 мм.
внутренний радиус одновиткового магнита 25 мм.
внутренний радиус квазибессиловой вставки 20 мм.
толщина обмотки квазибессиловой вставки 2 мм.
зазор между одновитковым магнитном и квазибессиловой вставкой 3 мм.
а) б) Рис.2.1. Геометрические параметры магнитной системы без экранов (а) и с ними(б).
1. Одновитковый соленоид. 2. Цилиндрический экран.
3. Выводы обмотки. 4. Торцевые экраны.
5. Трехвитковый соленоид.
Рассчитаем магнитную систему при наличии дополнительных торцевых экранов и при их отсутствии. Расчет включает два этапа:
На первом этапе формируется система уравнения, связывающая ток в контурах магнитной системы и значения азимутальной компоненты векторного магнитного потенциала на их поверхности. Расчет производится в приближении идеальной проводимости. Составляем систему уравнений:
где коэффициенты a_11-a_44 определяют путем четырех пробных расчетов, A_n-векторный потециал,
r – радиус точки на границе проводника,
i_n- ток каждого контура магнитной системы,
??i?_n – ток, наведенный в каждом из контуров полем дополнительной обмотки. При расчете задается произвольное значение плотности тока в дополнительной трехвитковой обмотке , а векторный потенциал остальных
элементов принимается равным нулю . В данном случае было взято . В ходе дальнейших вычислений в конечном счете должно быть рассчитано отношение тока в одновитковом соленоиде к току с дополнительной обмоткой, при котором выполняется условие ее равновесия. В данном случае это условие имеет место, если индукция снаружи обмотки вдвое меньше, чем внутри.
На первом этапе находится матрица коэффициентов. Для этого проводятся расчеты поля с помощью программы COMSOL, в каждом из которых граничное условие на n-м контуре задается в виде rA_n=1, а на остальных задается равным нулю.
В результате такого расчета определяем ток в каждом m-ом контуре i_m' и находим матричные коэффициенты a_mn.
Пример такого расчета, при котором rA_1=1, а rA_(2-4)=0:
После четырех пробных расчетов получаем матрицу коэффициентов:
На втором этапе задается ток в одновитковом соленоиде i_1 и токи i_(2 )=0 (цилиндрический экран), i_3=0 (выводы обмотки), i_4=0 (торцевые экраны). Затем составляем систему уравнений и получаем значения rA_n, соответствующие указанным условиям. Важно отметить, что условие rA_n=const является следствием принятого допущения об идеальной проводимости.
После решения системы при найденных rA_n с помощью программы COMSOL строится магнитное поле магнита с дополнительной уравновешенной обмоткой и экранами. Равновесие дополнительной обмотке при выбранном угле наклона витков имеет место, если отношение индукций B_0/B_1 =2. Это отношение при заданном токе в дополнительной обмотке зависит от тока i_1. Результаты расчетов при двух значениях тока i_1 = 100 А и 150 A показаны на рис. 2.2. Путем интерполяции находим требуемое значение тока 126 А. Приведем систему уравнений для функции потока ?rA?_n использованную для этого расчета:
Решим систему уравнений и получим значения ?rA?_n:
?rA?_n=4.982??10?^(-7) Вб
?rA?_2=4.521 ??10?^(-7 )Вб
?rA?_3=3.543 ??10?^(-7) Вб
?rA?_4=1.831 ??10?^(-7) Вб
Рис.2.2. График зависимости i_1от отношении индукций B_0/B_1 .
2.2 Результаты расчетов поля и исследование влияния цилиндрических экранов на распределение индукции.
а) б)
в)
Рис. 2.3. Силовые линии магнитного поля без экранов (а) с добавлением циллиндрического экрана и концетраторов токоведущей части (б) и при наличии торцевых экранов с выступами (в).
Глава 3. Конструкция гибридного магнита.
3.1 Разработка конструкции и описание ее изготовления.
Важным этапом моделирования и расчета магнитной системы с квазибессиловой вставкой является выбор конфигураций основных элементов конструкции. На начальном этапе моделирования было определено, что внешнее для вставки магнитное поле будет создаваться классическим одновитковым соленоидом. Квазибессиловая обмотка состоит из 3-х витков. Они наклонены под углом к оси магнитной системы. При протекании одинаковых токов по всем трем виткам создается как дополнительное продольное поле в полости магнита, так и азимутальное поле в зазоре между одновитковым магнитом и внутренней обмоткой. Ток от генератора подводится к внутренней трехзаходной обмотке, витки которой соединены последовательно. Схема магнитной системы представлена на рис.3.1.
Рис. 2.7. Схема магнитной системы с квазибессиловой трехвитковой обмоткой.
Далее в программе SolidWorks были смоделированы одновитковый соленоид, трехвитковая квазибессиловая вставка, коллектор, соединительные шины.
На рис.2.8-2.10 представлена модель магнитной системы в различных видах:
Изометрия
Вид спереди
Вид со стороны коллектора
Рис.2.8 Модель магнитной системы в изометрии.
Рис.2.9. Модель магнитной системы. Вид спереди.
Рис.2.10. Модель магнитной системы. Вид со стороны коллектора.
По модели, построенной в SolidWorks были отлиты одновитковый соленоид и трехвитковая квазибессиловая вставка. Магнитная система в собранном виде показана на рис.2.11
Рис.2.11 Двухмодульная магнитная система.
3.2. Описание экспериментальной установки.
Для проведения экспериментов, с полученной магнитной системой, была создана экспериментальная модель. На рис.5.1. представлена схема экспериментальной установки.
Рис.5.3. Схема экспериментальной установки.
себя:
Экспериментальная установка, представленная на рис.5.1. включает в
Блок питания (БП)
Генератор сигналов низкочастотный (ГСН)
Понижающие трансформаторы (Т1)
Измерительные трансформаторы тока (Т2 и Т3)
Фильтр (1)
Одновитковый соленоид (2)
Трехвитковая квазибессиловая вставка (помещенная в одновитковый
соленоид) (3)
Шунтирующая индуктивность (4)
Осциллограф
Источником питания является сеть переменного напряжения 220 В. Схема построена таким образом, что существует возможность устанавливать в каждом соленоиде требуемую амплитуду тока. На рис.5.4 представлены фотографии экспериментальной установки.
1 - Трехвитковый соленоид (помещенный в одновитковый соленоид)(3) 2 - Одновитковый соленоид (2)
3 - Шунтирующая индуктивность (4)
4 - Измерительные трансформаторы тока (Т2 и Т3) 5 – Индукционный датчик
Рис.5.4. Экспериментальная установка.
Источник питания создан на основе усилителя мощности с выходной мощностью 500 Вт. Перед усилителем мощности установлен генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109, который регулирует амплитуду тока и задает частоту. Далее установлен понижающий трансформатор Т1 представлен на рис.5.5, с 30 витками на первичной обмотке и 2 витками на вторичной, с коэффициентом трансформации 15. В итоге цепи квазибессиловой вставки получаем ток порядка 250 А.
Рис.5.5. Понижающий трансформатор.
Блок питания.
В данной системе усилитель используется для увеличения выходной мощности сигнала генератора с величины в единицы ватт до величины порядка 200 Вт. Данное устройство допускает работу в широком диапазоне питающих напряжений, при различных величинах нагрузок, имеет высокий КПД и допускает работу в мостовом режиме.
Рис.5.6. Блок питания.
Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109.
Основное предназначение генераторов сигнала низкой частоты - это вычисление электромагнитного сигнала синусоидальной формы. Наиболее часто измерительный генератор сигналов низкой частоты Г3-109 применяется для настройки и проверки радиоэлектронных устройств. Для всех приборов этого класса характерен низкий уровень гармонических искажений. Используя данный генератор сигналов Г3-109, можно настраивать высокоточные приборы, применяемые в вычислительной технике и автоматике. Так же при работе с этим устройством можно пользоваться широким спектром собственных настроек, таких как: установка нестабильность частоты, ее точности и многое другое. Внешний вид прибора
показан на рис.5.7.
Рис.5.7. Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109.
Масса 25 кг
Габариты 488 ? 173 ? 488 мм
Технические характеристики Г3-109
Таблица 5.1.
Диапазон частот
20 Гц - 200 кГц (4 поддиапазона)
Основная погрешность установки частоты, %:
±[2 +(50/f)] (20-200 Гц);
±[1 +(50/f)] (200 Гц-20 кГц);
±[1 +(50/f)] (20-200 кГц)
Нестабильность частоты:
± 10?10-4 (за 15 мин);
± 50?10-4 (за 3 ч)
Выходное напряжение:
"выход I" (несимметричный)
15 В (50 Ом), 0-60
дБ
(с дискретностью через 10 дБ);
""выход II" (симметричный)
5 В (5 Ом),
15 В (50 Ом),
50 В (600 Ом),
150 В (5000 Ом)
Погрешность установки выходного напряжения ("выход I"):
Установка опорного уровня
±4%
Аттенюатор
±6%
Коэффициент гармоник:
"выход I", %:
1 (20-200 Гц);
0.5 (200 Гц - 20
кГц);
1 (20-200 кГц)
"выход II"
2%
Цифровой осциллограф Tektronix TDS1012B.
Краткий обзор Tektronix TDS1012B: Полоса пропускания - 100 МГц. Частота дискретизации 500 Мвыб/с. Монохромный 1/4 VGA ЖК - дисплей. Глубина памяти - 2,5 тыс. точек.
Осциллографы серии TDS1000B обеспечивают точное ведение данных в реальном времени, вплоть до полного значения полосы пропускания, одну и ту же длину памяти для всех временных сканирований, сложные режимы синхронизации, которые позволяют извлекать необходимые сигналы и 11 типов стандартных автоматических измерений во всех моделях.
Возможность выполнения быстрого преобразования Фурье (FFT), а также математические функции сложения, вычитания и умножения сигнал....................... |
