Создание задачи исследования сил и моментов сил, действующих На объекты

Рис. 1.16

При прохождении электрического тока по проводнику возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с находящимися в пределах его распространения объектами, обуславливая возникновение электромагнитных сил. Рассмотрим, как, используя средства Maxwell, определить значение возникающих электромагнитных сил и моментов этих сил.

Для начала необходимо выбрать объекты, для которых требуется получить результирующую силу. Можно выбрать как один, так и несколько объектов. В том случае, если выбраны несколько объектов, результирующая сила будет получена как сумма всех векторов сил, действующих на отдельные тела. В данной работе в качестве объекта исследования выберете I-образный сердечник.

Затем выберете Maxwell 3D> Parameters> Assign> Force… (рис. 1.16).

В окне выбора параметров силы имеются две вкладки. В одной из них (Force) необходимо выбрать тип расчета силы, в другой (Post Processing) – систему координат, относительно которой будут рассчитаны компоненты результирующей силы по трем координатам x, y и z.

В Maxwell используется два типа расчета действующей на объект электромагнитной силы: силы Лоренца или так называемой виртуальной силы. Рассмотрим более подробно каждую из них.

1) В том случае, если поле создается элементом с током, используется расчет силы Лоренца. На элемент объема в этом случае действует электромагнитная сила , пропорциональная этому объему и объемной плотности электромагнитной силы .

По формуле Максвелла плотность электромагнитной силы в магнитном поле определяется:

,

где Н – напряженность магнитного поля; - плотность тока; и другие компоненты вектора по оси х и другим осям.

Суммируя элементарные моменты , можно найти электромагнитный момент относительно начала системы координат в точке 0, действующий на объем V, и его составляющие относительно осей x, y и z:

.

2) В том случае, если поле создано неявно выраженными элементами с током, либо, к примеру, постоянными магнитами, используется расчет виртуальной силы (по изменению энергии магнитного поля). При этом каждая составляющая электромагнитной силы по направлению координаты q, действующей на объем V, выражается через приращение энергии магнитного поля при малом линейном перемещении объема V на расстояние :

.

Составляющая электромагнитного момента по направлению угловой координаты , действующего на объем V, выражается через приращение энергии магнитного поля при малом угловом перемещении объема V на угол :

.

Рис. 1.17

Причем при определении силы и момента перемещение объема V должно производиться в условиях постоянства токов всех контуров, возбуждающих магнитное поле.

Расчет виртуальных сил может быть осуществлен на любых объектах, в то время как расчет сил Лоренца применим только для токонесущих объектах с магнитной проницаемостью, равной 1.

Рис. 1.18

В нашем случае электромагнитное поле создается токами в медных катушках дросселя, поэтому для расчета сил и моментов сил можно использовать любой из предложенных вариантов. Для примера, рассчитайте виртуальные силы и моменты сил (рис. 1.17).

Задайте расчет моментов сил, предварительно выбрав I-сердечник: Maxwell 3D> Parameters> Assign> Torque… (Рис. 1.18). В качестве оси, относиельно которой будут вычисляться моменты, задайте Global:Z, для положительного определения значений сил направление оси Z Negative.