Осесиметрична магнітна лінза
Розробка конструкції осесиметричної магнітної лінзи для електронів. Визначення перерізу магнітопроводу, методика проведення теплового розрахунку. Вибір конструкції лінзи, розрахунок товщини заліза, необхідної для забезпечення в ньому заданої магнітної індукції.
2.1 Розрахунок ампер-витків та обмотки
2.2 Вибір конструкції лінзи та розрахунок товщини заліза необхідної для забезпечення в ньому заданої магнітної індукції
2.3 Розрахунок потужності, що виділяється
2.4 Розподіл температур
2.5 Розрахунок водяного охолодження
Список використаної літератури
Розробити конструкцію осесиметричної магнітної лінзи для електронів з енергією 2 (МеВ). Фокусна відстань 10(см); радіальна апертура 2(см). Розрахувати перетин магнітопроводу, підібрати обмотку, провести тепловий розрахунок. Розробити загальний вигляд та робочі креслення трьох деталей.
2.1 Розрахунок ампер-витків та обмотки
Кількість ампер-витків лінзи Iw дорівнює:
У цьому розрахунку використано коефіцієнт 0.7 для обліку наявності магнітопроводу.
До ампер-витків, що вийшли, повинна бути додана деяка величина, необхідна для проведення магнітного потоку через залізо магнітопроводу.
Тепер необхідно визначити величину робочого струму для визначення габаритів котушки та підбору обмотки.
Приймемо робочий струм рівним I = 1000 (А)
Тоді кількість витків у котушці становить:
разом у котушці сім витків.
Так як наш пристрій працює в режимі великого постійного струму, відразу припускаючи примусове водяне охолодження, підберемо шину обмотки.
Як матеріал обмотки візьмемо мідь. Задаючись щільністю струму j=10 (А/мм 2 ), Визначимо Sшини.
Виберемо стандартну шину 10*10 (мм2) із внутрішнім діаметром 4 (мм)
Всього в обмотці 7 витків водоохолоджувальної шини. Між шинами заливається, компаунд завширшки
Отже ширина одного витка становить:
Горизонтальна ширина всієї обмотки становить
2.2 Вибір конструкції лінзи та розрахунок товщини заліза необхідної для забезпечення в ньому заданої магнітної індукції
З формули розрахунку товщини заліза ярма видно, що зі збільшенням товщини заліза
Приймемо рівним 5.5 (мм).
Конструкцію лінзи виберемо найпоширенішу:
Рис 2. Конструкція лінзи.
2.3 Розрахунок потужності, що виділяється
осесиметричний магнітний лінза електрон
Усього в обмотці сім витків, середній радіус обмотки – 1.5 (см), тоді довжина одного витка:
Довжина всієї обмотки:
Питомий опір міді за температури 37 градусів Цельсія становить:
Тепер, знаючи опір обмотки і струм, що протікає по ній, визначимо потужність, що виділяється в обмотці.
2.4 Розподіл температур
Рис 3. Розподіл температур
Спочатку визначимо площу поверхні охолодження Sохл:
D=4.1 (см) – повний вертикальний розмір лінзи.
B=8.6 (см) – повний горизонтальний розмір лінзи.
Визначимо питомий тепловий потік з поверхні q:
Дозволяючи рівняння 6.84(Персів) , знаходимо tпов :
Визначимо найбільший перепад по осі х за умови, що тепло поширюється лише вздовж цієї осі.
- половина горизонтальної ширини котушки.
коефіцієнт теплопровідності ізоляції – компаунду ЕПК-4.
- радіус внутрішньої циліндричної поверхні лінзи
- еквівалентний коефіцієнт теплопровідності обмотки в осьовому напрямку x;
- Коефіцієнт теплопровідності заліза магнітопроводу;
де - коефіцієнт укладання шини, у нашому випадкудорівнює одиниці, - Коефіцієнт розбухання шини: дорівнює 1, т.к. шина не набухає і не стискається.
Знайдемо еквівалентний коефіцієнт теплопровідності обмотки в осьовому напрямку:
Визначимо найбільший перепад по осі r за умови, що тепло поширюється лише вздовж цієї осі.
таким чином еквівалентні коефіцієнти теплопровідності котушок в осьовому та радіальному напрямках рівні.
2.5 Розрахунок водяного охолодження
Проведемо теплогідравлічний розрахунок каналу охолодження обмотки. Задамося різницею між максимальною температурою обмотки та температурою навколишнього середовища
Припускаємо, що температура навколишнього середовища та температура теплоносія на вході дорівнюють 20 oC.
Визначимо швидкість руху теплоносія (води) на ділянці охолодження:
- Площа поперечного каналу.
- Площа поверхні теплообміну.
(кг/м 3 ) - Щільність теплоносія.
(Вт с/кг К) - питома теплоємність носія.
Тепер можна визначити витрату води
Визначимо тепер різницю тиску води між входом і виходом («втрату напору») для обмотки.
де - швидкість руху теплоносія, кожному з протяжних ділянок каналу охолодження;
- швидкість руху теплоносія на ділянці кожного з місцевих опорів;
і - відповідно довжина та гідравлічний діаметр, кожної з протяжних ділянок каналу;
- безрозмірний коефіцієнт опору тертя на протяжній ділянці каналу охолодження;
- безрозмірний коефіцієнт місцевого опору на місцевому опорі.
Обмотка осесиметричної лінзи складається з мідної шини прямокутного перерізу розмірами 10x10 (мм), що має отвір для охолодження d=4 (мм). Обмотка має 7 кругових витків, рівномірнорозподілені по всій горизонтальній довжині лінзи. Зважаючи на відсутність різких неоднорідностей, зробимо висновок про відсутність втрат на локальних опорах (другий доданок відсутній).
Для визначення обчислимо число Рейнольдса
Для води – коефіцієнт кінематичної в'язкості (=0.659*10 -6 м 2 /с).
Розглянемо випадок, коли шорсткість каналу – чисте точення. Обчислимо параметр шорсткості каналу:
Тепер за графіком на Рис 4. визначимо безрозмірний коефіцієнт опору тертя - .
Згідно з графіком 0.04
Рис 4. Графік розподілу.
Список використаної літератури
1. Б.З. Персов, «Розрахунок та проектування експериментальних установок», Москва-Іжевськ 2004, «Інститут комп'ютерних досліджень»
2. С.С. Кутателадзе, В.М. Боришанський "Довідник з теплопередачі", Ленінград 1958, "Державне енергетичне видавництво".
3. А.Г. Слівінська «Електромагніти та постійні магніти», Москва 1972, «Енергія».
Подібні документи
Елементарна теорія тонких лінз. Визначення фокусної відстані за величиною предмета та його зображення та відстанню останньої від лінзи. Визначення фокусної відстані за величиною переміщення лінзи. Коефіцієнт збільшення лінзи.
Однорідне магнітне поле. Силові лінії поля. Час повного циклу зміни магнітної індукції. Залежність магнітної індукції від часу. Визначення площі поперечного перерізу котушки. Побудова графіка зміни електрорушійної сили від часу.
Розрахунок електричних величин трансформатора. Вибір матеріалу та конструкції магнітної системи, визначення розмірів головної ізоляції обмоток. Розрахунок напруги короткого замикання. Визначення розмірів магнітної системи, тепловий розрахунок трансформатора.
Визначення пористості матеріалів капілярного підйому магнітної рідини в неоднорідному магнітному полі. Методика оцінки діаметра капілярів щодо вимірювання швидкості капілярного підйому магнітної рідини за допомогою датчиків.
Визначення основних електричних величин. Вибір головної та поздовжньої ізоляції, конструкції магнітопроводу. Розрахунок розмірів трансформатора, обмоток нижчої та вищої напруги, параметрів короткого замикання та магнітної системи трансформатора.
Розробка конструкції вітрогенератора та розрахунок необхідної потужності. Визначення періоду окупності та економічної ефективності вітряного електрогенератора з потужністю, необхідною для безперебійного забезпечення електроенергією заміського котеджу.
Розгалужене магнітне коло: поняття та структура, елементи та принципи їх взаємодії. Схема заміщення магнітного кола. Методика розрахунку магнітних напруг. Розрахунок ланцюгів з лінійними та нелінійними індуктивними елементами, визначення коефіцієнтів.
Визначення основних електричних величин та розмірів трансформатора. Вибір конструкції магнітної системи, товщини листів сталі та типу ізоляції пластин. Розрахунок обмоток, втрат та напруги короткого замикання, струму холостого ходу. Тепловий розрахунок бака.
Потужність однієї фази та одного стрижня трансформатора. Вибір схеми конструкції та виготовлення магнітної системи. Розрахунок трансформатора та вибір співвідношень конструкції обмоток розмірів з урахуванням заданих значень. Визначення параметрів короткого замикання.
Розрахунок котушки на задану МДС. Розрахунок магнітного ланцюга шляхом коефіцієнтів розсіювання. Розрахунок магнітної сумарної провідності. Розрахунок питомої магнітної провідності та коефіцієнтів розсіювання. Визначення часу спрацьовування, чіпання, руху.