Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

De Pe Flash

1,886 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

De Pe Flash

  1. 1. Formularea temei Circuitul Magnetic din desen are permeabilitatea relativa a miezului egala cu 1000 şi dimensiunile geometrice a,b,c,l,L,g cunoscute .Pe coloana centrala se afla o bobina cu N spire.
  2. 2. Definitia si partile componente ale electromagnetului <ul><li>Electromagnetul este un magnet temporar ın care campul magnetic este determinat </li></ul><ul><li>de prezenta curentului electric ıntr-un circuit de excitatie. Principalele componente </li></ul><ul><li>ale electromagnetului sunt: 1. armatura fixa 2. armatura mobila 3.bobina de excitatie parcursa de curent electric. </li></ul>
  3. 3. Clasificarea electromagnetilor <ul><li>Electromagnetii sunt clasificati dupa mai multe criterii: </li></ul><ul><li>1. Dupa modul de lucru: </li></ul><ul><li>electromagnet de atragere; </li></ul><ul><li>electromagnet de ret¸inere; </li></ul><ul><li>2. Dupa felul curentului de excitat¸ie: </li></ul><ul><li>electromagnet de curent continuu; </li></ul><ul><li>electromagnet de curent alternativ; </li></ul><ul><li>3. Dupa durata de exploatare: </li></ul><ul><li>electromagnet cu exploatare de durata continua; </li></ul><ul><li>eletromagnet cu exploatare intermediara; </li></ul><ul><li>electromagnet cu exploatare pe timp limitat; </li></ul><ul><li>4. Dupa rapiditatea de actionare: </li></ul><ul><li>normal; </li></ul><ul><li>rapid; </li></ul><ul><li>ıntarziat. </li></ul>
  4. 4. Aplicarea electromagnetilor <ul><li>Una din firmele producatoare ale unor astfel de aparate este PHILIPS, care isi prezinta produsul astfel: « Diagnosticarea si tratamentul cardiac este unul dintre cele mai scumpe zone din domeniul sanatatii. Inlocuind mai multe proceduri cu una singura, examenul medical cardiac prin rezonanta magnetica, permite pacientilor sa primeasca tratament mai repede, </li></ul>
  5. 5. <ul><li>si la un pret mai mic si poate reduce substantial cheltuielile asociate diagnosticarii fata de metodele diagnosticarii clasice. Intr-un singur examen puteti: Prezenta morfologia cardiaca, analiza functiile cardiace, vizaliza si cuantifica fluxul sanguin, determina functiile ventriculare si ale inimii atat la odihna cat si la stres, determina viabilitatea sistemului miocardic, vizualiza principalele artere coronariene, efectua o imagine vasculara a intregului corp ». MRI are aplicabilitate si in neurologie, morfologie, angiografie, studierea muschilor si a scheletului. </li></ul>
  6. 6. Principiul de functionare <ul><li>Daca se apli c a o tensiune la bornele bobinei electromagnetului apre un curent electric </li></ul><ul><li>care strabate bobina si care, conform legii circuitului magnetic, creeaza un camp </li></ul><ul><li>magnetic. Liniile campului magnetic sunt concentrate mai ales ın zona miezului si </li></ul><ul><li>ın ıntrefier, datorita permeabilitatii mari. </li></ul>
  7. 7. Modelarea fizica a dispozitivului studiat <ul><li>Modelarea fizica este o procedura de identificare a marimilor ¸si fenomenelor esentiale </li></ul><ul><li>ıntr-un dispozitiv ¸si neglijarea celor care nu influenteaza substantial functionarea </li></ul><ul><li>acestuia. I n consecinta, modelarea fizica presupune ınt¸elegerea perfecta a felului ın </li></ul><ul><li>care funct¸ioneaza un dispozitiv precum ¸si identificarea scopului analizei dispozitivu- </li></ul><ul><li>lui: prevederea comportarii ¸si calculul caracteristicilor de performanta, determinarea </li></ul><ul><li>solicitarilor, aflarea limitelor de functionare normala, optimizarea construct ie i sau </li></ul><ul><li>reproiectarea ın vederea ımbunatatirii respectiv modificarii caracteristicilor tehnice . </li></ul>
  8. 8. <ul><li>Ca urmare a procedurii de modelare fizica trebuie sa rezulte: </li></ul><ul><li>o lista de ipoteze simplificatoare considerate ın modelare; </li></ul><ul><li>regimurile campului electromagnetic, ın care va fi analizat dispozitivul si ecuatiile </li></ul><ul><li>campului ın acel regim; </li></ul><ul><li>forma si dimensiunile fiecarei parti componente a dispozitivului; </li></ul><ul><li>• sursele de camp electromagnetic, atat cele interne cat si cele externe dispozi- </li></ul><ul><li>tivului; </li></ul><ul><li>lista marimilor fizice ce caracterizeaza starea campului si efectele de camp. </li></ul>
  9. 9. Principalele fenomene care au loc ın dispozi tiv <ul><li>La bornele bobinei electromagnetului se aplica o tensiune de forma: u = ZCE ・ dr </li></ul><ul><li>Apilcarea tensiunii la bornele bobinei duce la aparit¸ia unui curent electric: i = ZSJ ・ dA </li></ul><ul><li>Conform teoremei lui Ampere, orice curent produce ın jurul sau un camp mag- </li></ul><ul><li>netic: um􀀀 = iS􀀀 um􀀀 = I􀀀H ・ dr ; iS􀀀 = ZS􀀀J ・ dA </li></ul><ul><li>Legea circuitului magnetic aduce o comletare teoremei lui Ampere: um􀀀 = iS􀀀 +@ S􀀀@t </li></ul>
  10. 10. Felurile de miezuri
  11. 11. Teorema Kirchhoff I pentru circuit magnetic <ul><li>Suma algebrica a fluxurilor fasciculare din laturile concurente la un nod este nula. </li></ul>
  12. 12. Teorema Kirchhoff II pentru circuite magnetice <ul><li>Suma algebrica a tensiunilor magnetice (um)de pe laturile unei bucle este nula. </li></ul><ul><li>Tensiunile sunt masurate prin exteriorul tronsonului. </li></ul><ul><li>Suprafat¸a S􀀀 nu este strabatuta de nici un curent, deci iS􀀀 = 0. De aici rezulta </li></ul><ul><li>ca um􀀀 = 0 ¸si ca PA </li></ul><ul><li>k∈[b] umk = 0. </li></ul>
  13. 13. Relatia lui Ohm pentru circuite magnetice <ul><li>Tensiunea magnetic a este egala cu produsul dintre reluctanta magnetica si flux. </li></ul>
  14. 14. Analiza energetica energia magnetica acumulata i ntr- un circuit magnetic <ul><li>Densitatea de volum a energiei este data de relatia: </li></ul>
  15. 15. <ul><li>Graful circuitului magnetic este alcatuit din liniile mediene ale tronsoanelor. </li></ul><ul><li>Fiecare tronson are o reluctanta (rezistenta magnetica ), iar fiecare bobina este </li></ul><ul><li>o sursa orientata dupa regula burghiului, aplicata curentului din bobina . </li></ul><ul><li>Circ uitul astfel obtinut se pote analiza cu oricare dintre metodele teoriei circuitelor </li></ul><ul><li>de current continuu (Kirchhoff, curenti ciclici, potentialul la noduri, etc.). </li></ul><ul><li>Forta se poate calcula dupa relat i a : </li></ul>
  16. 16. <ul><li>Inductivitatea bobinei se poate calcula fie pornind de la relatia ın care inductivi- </li></ul><ul><li>tatea este egala cu raportul dintre flux si curent : </li></ul><ul><li>Inductivitatea bobinei devine egala cu raportul dintre </li></ul><ul><li>patratul numarulului de spire si reluctanta </li></ul><ul><li>a magnetica echivalenta. </li></ul><ul><li>Din grafice se observa ca daca se mareste ıntrefierul, </li></ul><ul><li>energia magnetica scade considerabil, iar valoarea </li></ul><ul><li>erorilor de calcul creste. </li></ul>
  17. 17. Prezentarea programului de simulare <ul><li>Modelarea numerica se realizeaza cu ajutorul programului de simulare FAP (Field </li></ul><ul><li>Analysis Program). Acest program are trei module principale: preprocesare, proce- </li></ul><ul><li>sare si postprocesare . </li></ul><ul><li>Modulul preprocesor are rol de a genera o ret¸ea de discretizare suprapusa peste </li></ul><ul><li>domeniul de definit¸ie al problemei de camp electromagnetic, utiz i nd elementele fi- </li></ul><ul><li>nite astfel ales ıncat sa fie aproximate cat mai bine frontiera domeniului, interfet¸ele </li></ul><ul><li>si subdomeniile cu repartit¸ii ale surselor. In modulul preprocesor editeaza un fisier </li></ul><ul><li>(.geo) ın care se introduc datele problemei: datele geometrice, </li></ul>
  18. 18. <ul><li>constantele de mate- </li></ul><ul><li>rial, conditiile de frontiera si numarul de iteratii pentru a determina necunoscutele </li></ul><ul><li>probleme. </li></ul><ul><li>Procesorul este o componenta a pachetului de programare FAP care asigura </li></ul><ul><li>operat¸ia de rezolvare a problemelor de camp si generarea rezultatelor ce vor fi anal- </li></ul><ul><li>izate cu ajutorul modulului pastprocesor. Procesorul citeste fisierul de descriere a </li></ul><ul><li>problemei (.prb) si fisierul de geometrie (.geo). Cu ajutorul acestor date construie¸ste </li></ul><ul><li>sistemul de ecuat¸ii pe care ıl va rezolva. In cazul utilizarii solverelor neliniare, ın </li></ul><ul><li>timpul calculului se reprezinta grafic pe ecran variatia erorii ın funct¸ie de numarul </li></ul><ul><li>de iteratii. Procesul se opreste la atingerea numarului maxim de iteratii. </li></ul><ul><li>Postprocesarea porne¸ste de la valori nodale determinate si ısi propune sa deter- </li></ul><ul><li>mine marimile locale si globale ale campului electromagnetic. </li></ul>
  19. 19. Influenta unor parametrii asupra rezultatelor <ul><li>In urma diferitor simulari s-a mobservat ca odata cu cresterea numarul de noduri ale retelei de discetizare energia se stabilizeaza la o valoare anume c nu mai creste indiferent de numarul de noduri introduse. De aceea in continuare s-a lucrat pe un model care sa nu necesite mult timp de calcul (adica un model care sa nu aiba o retea de discretizare prea deasa acest model se simuleaza in continuare cu diferite pozitii ale frontierei. </li></ul><ul><li>Deoarece ın modelarea numerica nu mai este neglijat˘a dispersia, modelul ales ın </li></ul><ul><li>urma simularii dispozitivului cu diferite pozitii ale frontierei este cel cu frontiera </li></ul><ul><li>cea mai departat˘a de electromagnet. Astfel cu frontiera situata la distanta 4 de </li></ul><ul><li>electromagnet se obt¸ine cea mai bun˘a solut¸ie. In cazurile ın care pozitia frontierei </li></ul><ul><li>era la 3, respectiv 2 diferenta ıntre valorile obtinute pentru energia magnetic˘a </li></ul><ul><li>nu era prea mare. S-a observat ca daca apropiem frontiera fictiva de dispozitivul </li></ul><ul><li>studiat energia magnetica scade. </li></ul>
  20. 20. <ul><li>In figura esteprezenta reteaua de discretizare si pozitia frontierei fictive ale modelului pe care s-au facut modificarile de intrefier. </li></ul><ul><li>Se observa ca odata cu scaderea ıntrefierului valoarea energiei magnetice creste </li></ul><ul><li>deoarece campul de dispersie scade. </li></ul><ul><li>Valorile obt i nuteın urma modelarii numerice a dispozitivului sunt mult mai pre- </li></ul><ul><li>cise decat valorile obtinute ın urma mode ra rii analitice, deoarece nu se mai iau ın </li></ul><ul><li>considerare ipotezele simplificatoare iar erorile au valori mult mai mici. </li></ul>
  21. 21. Regimurile campului electromagnetic <ul><li>Atunci cand bobina electromagnetului este alimentata ın curent continuu se identifica urmatoarele regimuri: ın bobina - regim electrocinetic, iar ın feromagnet - regim magnetostationar. Atunci cand bobina este alimentata ın curent alternativ, </li></ul><ul><li>se face analiza electromagnetului ın regim cuasistationar . </li></ul><ul><li>Regimul electric stationar este caracterizeazat prin urmatoarele ipoteze simplifica- </li></ul><ul><li>toare: </li></ul><ul><li>corpurile sunt imobile; </li></ul><ul><li>marimile fizice nu variaza ın timp; </li></ul><ul><li>nu intereseaza distributia campului magnetic. </li></ul>
  22. 22. Formularea problemei ın regim magnetic stat i onar <ul><li>Regimul electric stationar este caracterizeazat prin urmatoarele ipoteze simplifica- </li></ul><ul><li>toare: </li></ul><ul><li>corpurile sunt imobile; </li></ul><ul><li>marimile fizice nu variaza ın timp; </li></ul><ul><li>nu intereseaza distributia campului magnetic. </li></ul><ul><li>Din sistemul de ecuatii se observa ca necunoscutele problemei sunt: inductia </li></ul><ul><li>Magnetica s i intensitatea c a mpului magnetic, iar datele cunoscute sunt: </li></ul><ul><li>distributia curentului de inductie, magnetizatia permanenta, caracteristicile conductoarelor din domeniu si conditiile de frontiera. </li></ul>
  23. 23. <ul><li>In cazul mediilor liniare trebuie indeplinita una din urmatoarele conditii: </li></ul><ul><li>• ın orice punct de pe frontiera este data componenta normala a inductiei Bn = </li></ul><ul><li>nB (cu valoare medie nula pe frontiera pentru ca solutia sa existe); </li></ul><ul><li>• ın orice punct de pe frontiera este data componenta tangentiala a intensitatii </li></ul><ul><li>Ht = n × (H × n); </li></ul><ul><li>• ın orice punct de pe frontiera este dat fie Ht (pe suprafata laterala), fie Bn ( i nrest), cu conditia ca daca suprafata laterala este neconexa si alcatuita din m </li></ul><ul><li>parti conexe, atunci pe primele m-1 parti trebuie cunoscut fie fluxul magnetic </li></ul><ul><li>'k fie tensiunea magnetica Umk a unui punct fata de un punct situat ın partea </li></ul><ul><li>de referinta (m). </li></ul>
  24. 24. Formularea corecta a problemei de camp electromagnetic <ul><li>Pentru a simplifica rezolvarea, datorita axei de simetrie, problema va fi rezolvata ca </li></ul><ul><li>o problema plan-paralela cu domeniul redus . </li></ul><ul><li>Problema fundamentala a analizei campului </li></ul><ul><li>electromagnetic ın diferite regimuri se reduce din punct </li></ul><ul><li>de vedere matematic la rezolvarea unor ecuatii diferentiale </li></ul><ul><li>cu derivate partiale.Pentru ca problema </li></ul><ul><li>s a fie corect formulata este necesar ca: </li></ul><ul><li>• solutia sa existe; </li></ul><ul><li>• solutia sa fie unica; </li></ul><ul><li>• solutia sa depinda continuu de datele problemei. </li></ul><ul><li>Toate cele trei conditii prezinta importanta teoretica si practica, </li></ul><ul><li>ınsa teorema de </li></ul><ul><li>unicitate este pe departe cea mai importanta ın practica. </li></ul>
  25. 25. <ul><li>Avand ın vedere cerint¸ele problemei vom formula problema de camp electromag- </li></ul><ul><li>netic ın regim magnetic stationar. </li></ul><ul><li>Problema fundamentala a acestui regim are urmatoarele date: </li></ul><ul><li>• domeniul de calcul: D = D1 U D2 U D3 U D4 U R2 </li></ul><ul><li>• constanta de material (permeabilitatea μ) data tabelar </li></ul>
  26. 26. Socul Electromagnetic
  27. 27. <ul><li>La inceputul “erei” nucleare prezenta socului elecrtomagnetic era cunoscuta.Inainte de testul Trinity Iulie 16 1945 Enrico Fermi a incercat sa calculeze posibilul cimp electromagnetic care s-ar fi produs din pacate efectele EMP nu erau inca cunoscut pe deplin.Abia in anii 1960 adevarata natura a acestuia a fost cu adevarat cunoscuta. </li></ul><ul><li>In explozia nucleara sunt produse raze gama care interactioneaza cu moleculele din aer producind electroni prin efectul “Compton”.Astfel un foton din razele gama se loveste de un electron al unei molecule din aer si energia acestuia este transferata electronului.Aceste interactii au loc in asa fel incit fotonul isi pierde energia initiala si isi schimba directia iar electronul prin conservarea energiei si a momentului devine un electron Compton de “recul”. </li></ul>
  28. 28. <ul><li>Acesti electroni ating viteze mult mai mari decit ionii astfel creati de sarcina pozitiva.Aceasta separare de sarcini duce la formarea uniu cimp electric foarte puternic.Electronii sunt atrasi de ioni are formeaza un curent conductor direct proportional cu efectul Compton.De asemenea acest curent are sensul invers fata de cimpul electric limitind cimpul si oprindu-i cresterea. </li></ul><ul><li>Cimpul electric produs de EMP dureaza foarte putin timp inainte sa dispara complet.In cazul unui EMP obisnuit acesta dureaza in jur de o nanosecunda.Dar chiar si cu un soc asa scurt, efectele sunt devastatoare.Dupa multe calcule s-a constatat ca o bomba nucleara bine plasata deasupra SUA astfel detonata ar putea produce un imens cimp electric la suprafata pamintului.De exemplu socul de la o bomba cu hidrogen la 300 km deasupra SUA ar produce un cimp de 50kV/m in intregul continent si totul s-ar intimpla simultan datorita vitezei lumini radiatiilor. </li></ul>
  29. 29. <ul><li>S-a descoperit insa o metoda mai buna de a crea un astfel de efect si fara o explozie nucleara. Bazele funtionarii unei astfel de “bombe” electrice sta la baza intelegerii principiilor teoriei fizice electromagnetice.Tehnologia se bazeaza pe un soc electromagnetic ce poate fi conceptualizat ca unda de soc creata cind un fascicul de fotoni de energie inalta se ciocnesc cu atomi de energie joasa determinindu-I sa propulseze electroni Compton. </li></ul><ul><li>O forma rudimentara de bomba electrica este numita generator de compresie a fluxului si consta dintr-un tub cu explozibil intr-o cavitate de cupru si pus sub tensiune de mai multe condensatoare. </li></ul>
  30. 30. Bomba electrica <ul><li>Astfel se creaza un cimp magnetic.Cind explozibilul este detoat din spate inspre fata ,tubul ete inpins in afara si atingind spirele de cupru creind o scurt-circuitare in miscare.Asta impinge cimpul magnetic in afara producind un EMP care intrerupe curenti de zeci de milioane de amperi. Pentru multe persoane, cuvintul “railgun” se refera la o arma tehnologica avansata existenta doar in filmeSF.In realitate aceasta exista insa nu cum o stim noi.In filmul “Eraser” este prezentata o astfel de arma insa faptele din film se opun legilor fizicii.Cind Arnold trage cu un proiectil care are aproape viteza luminii , implica o forta dereactiune in umarul sa u de aproximativ 29000000 N (avind in vedere faptul ca glontele are 100 g si se apropie de viteza luminii) . </li></ul>
  31. 31. <ul><li>Aceste arme sunt de fapt relativ simple constituite din doua sine din cupru intre care este situat proiectilul din aluminiu, cupru sau grafit, acesta trebuind sa fie cel putin semi-conductor pentru a functiona.Sinele sunt cuplate la o sursa imensa de curent care trimite curent prin prima sina, prin proiectil si apoi prin a doua sina.Astfel apar cimpuri magnetice ce interactioneaza cu electronii curentului din proicetil (fortza Lorenz) si e perpendiculara pe cimp si curent.Astfel proiectilele sunt accelerate la viteze extrem de mari. </li></ul>
  32. 32. <ul><li>Pentru a determina forta se aplica urmatoarea ecuatie </li></ul><ul><li>F=I*L x B </li></ul><ul><li>I = Curentul </li></ul><ul><li>L = Lungimea </li></ul><ul><li>B = Cimpul magnetic uniform </li></ul><ul><li>Pentru viteza de iesire a proiectilului: </li></ul><ul><li>V=(L'*I²*t)/(2*m) </li></ul><ul><li>Unde </li></ul><ul><li>V = Viteza </li></ul><ul><li>L' = inductanta brnelor </li></ul><ul><li>I = curent </li></ul><ul><li>t = timpul </li></ul><ul><li>m = Masa proiectilului </li></ul>
  33. 33. Informatie despre Partile componente ale unui electromagnet <ul><li>1-Cel mai lung rezistor din figura, care este în pozitie orizontala-sus, este o rezistenta </li></ul><ul><li>pentru boilere. Rezistorul din dreapta, pozat vertical, care are aripioare de disiparea </li></ul><ul><li>caldurii este o rezistenta de încalzire a aparatelor din tablouri. Al doelea sir vertical de </li></ul><ul><li>rezistoare, dupa celeea cu pelicula metalica, urmeaza înca doua rezistente ceramice care </li></ul><ul><li>sunt folosite în electronica. </li></ul>
  34. 34. <ul><li>Urmeaza doua rezistoare bobinate cu nichelina, rezistoare de </li></ul><ul><li>mare amperaj folosite în electrotehnica. Urmatoarele rezistente sunt bobinate pe mica, pe </li></ul><ul><li>un bimetal si sunt componente ale releelor termice de suprasarcina ale întrerupatoarelor </li></ul><ul><li>de tip AC-3. Ultimul rezistor din aceasta coloana este tot un rezistor ce se foloseste în </li></ul><ul><li>electronica. A treia coloana de rezistoare începe tot cu un tip de rezistenta folosita în </li></ul><ul><li>electronica, apoi o rezistenta fixa bobinata de putere îmbracata în ceramica. Urmatoarea </li></ul><ul><li>figura, cu toate ca este mica sunt trei rezistente electronice legate în serie. Ultimile doua </li></ul><ul><li>rezistente sunt doua tipuri de rezistense electrotehnice de tipuri diferite ca format. A patra </li></ul><ul><li>coloana de rezistoare începe cu doua rezistente de încalzire dispuse orizontal, care se </li></ul><ul><li>continua cu altele doua de forma patrata care sunt dispuse pe vertical . </li></ul>
  35. 35. <ul><li>Mai jos sunt </li></ul><ul><li>montate în paralel doua rezistente de încalzire electronice si sub ele sunt un grup de trei </li></ul><ul><li>rezistente electronice de valori mici care au fost montate în paralel. Urmatoarea coloana </li></ul><ul><li>spre stânga începe cu o rezistenta bobinata cu contacte în mercur. Urmeaza doua marimi </li></ul><ul><li>de rezistente bobinate din nichelina, cu cursor fix si învelis ceramic. Ultima coloana de </li></ul><ul><li>sus începe cu o rezistenta bobinata cu cursor culusant cu surub, apoi urmeaza un grup de </li></ul><ul><li>rezistenta semireglabile cu pelicula de carbon si un potentiometru cu cursor. </li></ul>

×