Elektromiknatis yapmak - Elektromagnetizma ornek hesaplamalar

[Mikro Step]

Neodyum miknatislar yuksek B degerlerine sahip.

Simdi soyle bir soru uzerine kafa patlatalim hesap yapalim.

Diyelimki aradigimiz boyutlarda miknatis bulamadik ve bu miknatisi elektromiknatis olarak kendimiz uretmeye karar verdik.

Neodyum miknatislar icin bazi bilgiler buldum.

B=1 Tesla
H=1000 kA/m
BH=300kJ/m^3

Simdi amacimiz 5cm capinda 5cm yukseliginde demir bir silindiri, dairesel yuzeylerde kutup olusturacak sekilde elektromiktatis tasarlamak olsun.

Oncelikle demir bir malzemede 1T aki yogunlugunda aki akitmak mumkun mu bu nu bir arastiralim.

 

[Mikro Step]

Tablodan 1T degeri olan satirdan

Dokme demir icin H=103A/cm
Dinamo saci icin H=3A/cm civarinda

H degerlerini mukayese edersek

Miknatis icin H=1000 kA/m

Bu ne demek?

H*L=N*I oldugundan

H degerini magnetik yol ile carparsak amper sarimi buluruz.

5 cm uzunlugundaki demir silindirde 5x103=500 Amper sarim buluyoruz. .

Halbuki 5cm lik miknatisimiz 50000 Amper sarima esdeger.

Yani miknatis, miknatislanacak demir malzememizden 100 kat daha fazla magnetik alana sahip.

Tabiki yorum hatasi yapiyor olabilirim.

 

[Mikro Step]

Bir baska dokumanda (Elektromagnetizma adli kitap Prof Hasan Onal)

1Tesla icin Dokme demirde H=1200A/m
Dokme celik icin 600A/m .
Silisli sac icin ise 200A/m

olarak verilmis.

 

[mehmetaliözdemir]

sanırım nüvede rastgele alaşımlı demir kullanılmıyor. geçmişte resimdeki gibi bir elektromıknatıs yaptım. enerjiyi kestiğim halde hala mıknatıs gibi davranmaya devam ediyordu. tuttuğu demiri bırakmıyordu. içeriğinin ne olduğunu bilmediğim farklı bir demirden tekrar yaptım sonuç yine aynı. acaba nasıl bir metal kullanmam gerekirdi?

 

[Mikro Step]

Artik miknatisiyet illaki olur. Ters akimla alani yok edip ardindan akim sifirlanabilir.

Malzemelerin BH egrisi bu konuda secim yapmani kolaylastirir.

 

[Mikro Step]

Bu durumda bir neodyum miknatisla ayni hacimdeki demir nuveye bobin sararak miknatisla ozdes magnetik alan olusturamiyoruz.

Sorun demir malzemenin bu akiyi tasiyamamasi.

 

[Mikro Step]

Neodyum miknatislar icin bazi bilgiler buldum demistim.

Cinli amcalar urunleri icin belirtmiyor ama miknatisimizin teknik verileri asagidaki gibi olsun.

B=1 Tesla
H=1000 kA/m
BH=300kJ/m^3

Miknatisimizin karsit kutuplari arasindaki mesafe 20mm olsun.

H=1000kA/m olduguna gore NI=1000*1000*20E-3=20000 Amper Sarim.

Yani miknatislarla ayni ebatlarda nuvesi olan elektrmiknatis yapmak istersek uzerine 20 bin sarim sarip icinden de 1Amper akim akitmamiz gerekecek.

O yuzden hoparlor, brushless motor, kucuk DC motorlar gibi uygulamalarda miknatis tercih ediliyor.

Buyuk guclu DC motorlarda miknatis kullanmak muhtemelen cok pahaliya geliyor.

Yer ve enerji sikintisi varsa miknatis can kurtaran oluyor.

 

[taydin]

Yani şimdi hava nüveli bir bobinden bir akım geçirdik, bir manyetik alan oluştu. Nüve olarak demir kullandık, manyetik alan şiddeti arttı. sonra bobin akımını arttırmaya başladığımızda, bir noktadan sonra nüve manyetik alanın artmasına engel olmaya mı başlıyor?

Aslında hazır bu işlerle uğraşıyorken, "Ansys Electronics Desktop Student" programını kurmayı düşünebilirsin. Bu pakete, birçok sistemin simulasyonunu sağlayan yazılımlar dahil. Mesela Ansys Maxwell 2D ve 3D. Sonra da işi öğrendikten sonra bize öğretirsin

 

[Mikro Step]

Dublin Universite Kollejinin ders notunda gordugum soru hosuma gitti.

Soruda diyor ki;

Sekilde olculeri verilen, bagil gecirkenligi 2000 olan demirden yapilmis bir nuve gorulmekte.

300 sarimlik bobinden 1A akim akiyor.

Nuvenin genisligi 7cm.

Hava araligindaki kesit nuve kesitinden %5 daha fazla imis. (Not)

Her bir kolondaki magnetik akiyi ve hava araligindaki magnetik induksiyonu hesaplamamiz isteniyor.

----------------------------------------------------------------

Oncelikle nuvedeki reluktanslari hesaplayalim.

Not: Nüve içinde hava aralıkları var ise hava aralığının etkin kesit alan değeri, nüve kesit alanının her iki tarafından taşarak nüvenin kesit alanından daha geniş olacaktır. Hava aralığı kesit alanındaki bu fazlalık, hava aralığındaki manyetik alanın saçak etkisi tarafından meydana getirilir.

 

[Mikro Step]

Ansys Electronics Desktop Student Version | Free Software Download

Get a free download of Ansys Electronics Desktop Student, which includes HFSS, Maxwell, Q3D Extractor, and Icepak, for simulating antennas, RF, microwave and PCBs.

www.ansys.com

Henuz indirmedim ama su siralar elektromagnetizma denemelerim icin Ihtiyacim olan bir seydi.

 

[Mikro Step]

Reluktans hesabinda nuvenin orta yolunun uzunlugundan yola cikilir. O halde oncelikle uzunluklari hesaplayalim.

L1 = 30 + 7 + 30 +7 +30 + 7 = 111 cm = 1.11 m
L2 = 0.05 cm = 0.0005 m
L3 = L1 = 1.11 m
L4 = 0.07 cm = 0.0007 m
L5 = 30 + 7 = 37 cm = 0.37 m

Reluktans = L/ (mu*mr*S) olduguna gore

mu=2000
mr=4pi10^-7

S1 = 0.07 * 0.07
S2 = 0.07* 0.07*1.05 (%5 buyuk denmisti)
S3 = 0.07 * 0.07
S4 = 0.07* 0.07*1.05 (%5 buyuk denmisti)
S5 = 0.07 * 0.07

m1 = m3= m5 = mu*mr = 2000*4pi10^-7
m2 = m4 = 4pi10^-7

Reluktans = L/ (mu*mr*S) yerlerine koyarsak

R1=90.1 kA Tur/Wb
R2=77.3 kA Tur/Wb
R3=90.1 kA Tur/Wb
R4=108.3 kA Tur/Wb
R5=30.1 kA Tur/Wb

Esdeger Reluktans R = R5 + (R1+R2)//(R3+R4)

R5 = 120.8 kA Tur/Wb

Orta koldan akan aki Fi=Amper Sarim / R5

Fi=300 * 1 / (120.8)=0.00248 Wb


Bu aki saga ve sola ayriliyor.

Devam edecek.

 

[Mikro Step]

Kirmizi, mavi ve yesil yollarin her birindeki MMK ayni olduguna gore
Mavi yoldaki MMK = 300*1 - (R5*Fi) olacagindan

MMK=300 - (30.1 *1000* 0.00248) =225.352 Amper Sarim

Kirmizi yoldan akan aki = MMK/(R1+R2) = 225.352/(90.1 + 77.3)/1000 =0.00135 Wb
Yesil yoldan akan aki = MMK/(R3+R4) = 225.352/(90.1 + 108.3)/1000 =0.00113 Wb

Hava araliklarindaki aki yogunlugu Fi/S den

Soldaki hava araliginda 0.00135/(0.07*0.07*10.5)=0.262 T
Sagdaki hava araliginda 0.00135/(0.07*0.07*10.5)=0.220 T

 

[Mikro Step]

Hasan Önal hocamizin Elektromagnetizma kitabindan aldigim bir soru.

10 cm capinda 4720 sarimli bobin 1.5m capinda hava gobekli toroid olacak sekilde bukulmustur.

1) Magnetik induksiyonu
2) Akiyi
3) Reluktansi
4) Bobini halkalayan toplam akiyi
5) Enduktansi

Hesaplayalim.

 

[Mikro Step]

1)

[math]B=\frac{\phi}{S}[/math]
[math]\phi=\frac{N*i}{\mathcal{R}}[/math]
[math]\mathcal{R}=\frac{l}{\mu*S}[/math]
[math]B=\frac{N*i}{\mathcal{R}*S}=\frac{N*i}{\frac{l}{\mu*S}*S}=\frac{N*i*\mu}{l}[/math]
[math]B=\frac{4720*5*4*\pi*10^{-7}}{1.5*\pi}=0.00629 T[/math]

 

[Mikro Step]

2)

[math]\phi=B*S[/math]
[math]S=(\frac{0.1}{2})^2*\pi[/math]
[math]\phi=0.00629*(\frac{0.1}{2})^2*\pi=4.94*10^{-5} Wb[/math]

 

[Mikro Step]

3)

[math]\mathcal{R}=\frac{l}{\mu*S}[/math]
[math]S=(\frac{0.1}{2})^2*\pi[/math]
[math]\mathcal{R}=\frac{l}{\mu*S}=\frac{1.5*\pi}{4*\pi*10^{-7}*(\frac{0.1}{2})^2*\pi}=477464829 H^{-1}[/math]

 

[Mikro Step]

4)[math]\Phi=[/math]

 

[Mikro Step]

5)

 

[Mikro Step]

 

[Mikro Step]

Sac gobekli bobinden gecen akim ve bobin uclarindaki gerilimin Scopta XY modunda gosterimi sonucu BH egrisinin elde edilmesi.