Реферат: Виды индукторов и создаваемых ими полей

(7)

Рисунок 2 – Короткая цилиндрическая катушка: а) геометрия; б) распределение индукции Вх (кривая 1) Вг (кривая 2) по сечению; в) распределение индукции Вх по оси; г) силовые линии магнитного поля.

При соизмеримых размерах a, b и г катушки расчет магнитной индукции существенно усложняется. Кроме того приходится учитывать конфигурацию катушки и рассеиваемую мощность. Формулы для расчета радиальной Вг, аксиальной Вх составляющих и градиента gradB магнитной индукции достаточно сложны. Инженерная методика расчетов приведена в.

Короткие цилиндрические катушки широко применяются в магнитотерапии. В аппарате "Полюс-101" используются две катушки (размерымм), которые могут фиксироваться в любом положении. Питание осуществляется синусоидальным током. Аппарат "Полемиг" снабжен несколькими цилиндрическими (размеры мм) и эллиптическими (размеры195x79x15мм) катушками, питаемыми импульсным током. Аппарату "Алимп-1" придаются восемь катушек (внутренний диаметр 105 мм и 185 мм), которые питаются импульсным током и могут создавать бегущее магнитное поле. В указанных устройствах индукторы могут как надеваться на конечности пациента, при этом вектор магнитной индукции Вх направлен вдоль конечностей, так и накладываться на различные участки тела, при этом вектор Вх перпендикулярен поверхности тела человека. В стационарном устройстве "Магнетодиафлюкс" (Румыния) имеются две больших катушки (мм имм), которые надевают на шею и поясницу пациента. Линии магнитной индукции направлены вдоль тела от ног к голове. Питаются индукторы пульсирующими токами нескольких частот, а в устройстве предусмотрены различные режимы питания (непрерывный, прерывистый, ритмичный, прерывистый неритмичный). Напротив, в аппарате "Магнит Н-80" (Болгария) имеются две пары небольших по размерам индукторов ( мм и мм), которые накладываются на различные участки тела, осуществляя локальное воздействие (вектор магнитной индукции перпендикулярен поверхности тела человека). В этом случае магнитные поля концентрируется в небольшой области, что дает возможность воздействовать на биологически активные точки. Питание индукторов осуществляется синусоидальным током.

Рисунок 3 – Плоская цилиндрическая катушка.

Таким образом, у коротких цилиндрических катушек для лечения в одинаковой степени используется как внутривитковое поле, где силовые линии направлены вдоль тела и конечностей пациента, так и торцевое поле, у которого аксиальная составляющая вектора магнитной индукции перпендикулярна поверхности тела.

Система двух плоских цилиндрических катушек (катушки Гельмгольца). Две плоские цилиндрические катушки, размещенные так, чтобы разноименные полюса находились друг напротив друга, образуют систему Гельмгольца. Отличительной особенностью системы двух параллельных катушек является то, что в пространстве между ними образуется достаточно однородное и равномерное магнитное поле, картина силовых линий которого изображена на рис.4. Следовательно, в пространстве между катушками существует практически только одна аксиальная составляющая Вх вектора магнитной индукции. С внешних сторон катушек имеется и радиальная составляющая Вг. Значение индукции вдоль оси X для двухконтурной системы рассчитывается по формуле:

(8)

а в точке х = 0:

(9)

Распределение аксиальной составляющей индукции Вх по оси показано на рис.4, в, а по сечению х = 0 - на рис.4, б.

Рисунок 4 – Система двух плоских цилиндрических катушек: а) геометрия; б) распределение индукции Вх по сечению х - 0; в) распределение индукции Вх по оси; г) силовые линии магнитного поля.

Влияние на структуру поля поперечных размеров катушек, отклонения от условия Гельмгольца, спиральности обмоток исследованы в распределение значений магнитной индукции Вх вдоль оси X зависит от расстояния между ними. Подробная методика расчета системы двух катушек приведена, где показано, что оптимальное расстояние между катушками (зазор I) не может превышать средний радиус r.

В упоминавшихся выше промышленных аппаратах "Полюс-101", "Полемиг", "Алимп-1", индукторы которых выполнены в виде колец (коротких цилиндрических катушек), может быть реализован режим работы, определяемый системой Гельмгольца, для осуществления локального воздействия.

Электромагнит. Устройство, состоящее из катушки индуктивности, как правило, многослойной и ферромагнитного сердечника называют электромагнитом. Наличие сердечника с большой относительной магнитной проницаемостью ц многократно усиливает и концентрирует магнитный поток. Это позволяет при одних и тех же параметрах магнитного поля существенно уменьшать габариты индукторов. Кроме того, используя соответствующую конструкцию, технологию и материал сердечника, можно формировать поля заданной формы, обеспечивать требуемую глубину проникновения, необходимую степень локализации и т.п. Охарактеризовать распределение магнитного поля в областях пространства, частично занятых ферромагнитным материалом, представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Зависимость скалярного магнитного потенциала (рм и неравномерно распределенной намагниченности М по объему ферромагнетика описывается уравнением Пуассона:

(10)

Решение этого уравнения затруднено, главным образом, тем, что распределение величины М неизвестно. Результаты исследований показывают, что в общем случае векторы индукции В, напряженности магнитного поля Н и намагниченности М не совпадают по направлению, кроме точек, лежащих на оси (рис.5).

Фактически произвести достаточно точный расчет магнитных полей и параметров разомкнутых электромагнитов возможно только методами моделирования с обработкой на ЭВМ.

Распределение магнитной индукции по сечению сердечника неравномерно (Рис.6, б, в).

Максимум индукции Во достигается в среднем сечении. Распределение индукции Вх по оси соответствует выражению:

(11)

где /с - длина сердечника, к - коэффициент, зависящий от конструкции сердечника: к - 0,9 - для сердечника круглого сечения; к = 0,75 - для сердечника прямоугольного сечения.

Рисунок 5 – Распределение магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н в разомкнутом образце ферромагнетиков.

Моделирование на ЭВМ и многочисленные эксперименты, проведенные авторами, показали, что по сечению магнитная индукция Ву распределена как это показано на рис.5, б. Максимум достигается на поверхности сердечника в сечении х = 0. Индукция убывает пропорционально квадрату расстояния.