Главная >> Применение >> Типовые примеры >>

Катушка Гельмгольца

однородное магнитное поле катушки Гельмгольца, ИТЭР стойкость к магнитному полю

Оборудование ITER, расположенное в зоне действия постоянного магнитного поля, должно пройти испытания на стойкость к его воздействию. Известны промышленные образцы установок для испытаний оборудования в переменном магнитном поле, однако все они обладают небольшими размерами рабочей зоны и не могут быть применены для создания постоянных магнитных полей величиной до 60 мТл.
Для создания постоянного магнитного поля высокой однородности могут быть применены установки, основанные на использовании постоянных магнитов и установки с катушками индуктивности различного вида. Наиболее простым в изготовлении и при эксплуатации является метод, использующий индуктивные катушки Гельмгольца. Главной конструктивной особенностью магнитной системы Гельмгольца является равенство радиусов катушек расстоянию между ними.

Тип задачи
Осесимметричная задача магнитостатики

Геометрия

Дано
R = 1.5 м,
Напряжение питания U = 2 кВ.
Сечение катушки 150*150 мм²
Число витков каждой катушки n = 900. Для прочности витки склеены между собой и приклеены к деревянной раме.

Задание
Определение параметров источника, необходимых для создания требуемой рабочей зоны однородного магнитного поля 42-60 мТл. Собственная постоянная времени катушки L/R не должна превышать 3 секунд для обеспечения быстрого заведения тока в катушки.
В данном расчете рассматриваются катушки без принудительного охлаждения. Охлаждение катушки происходит за счет конвекции с окружающим воздухом и тепловым излучением.
Расчет механических напряжений в катушках, вызванных нагревом и магнитными силами.

Решение
В задаче нестационарного магнитного поля определяется скорость нарастания тока. Тепловой расчет установки основывается на данных об объемном тепловыделении катушки, которые берутся из расчета магнитной задачи, посредством связи задач, реализуемой в ELCUT. Механический расчет основывается на данных о распределении температуры и магнитных силах, которые берутся из решений магнитной и тепловой задачи соответственно.
В силу симметрии модели можно рассматривать только одну катушку, установив на оси симметрии условие отсутствия касательной составляющей поля H_t=0. При этом, величину питающего напряжения тоже надо взять вдвое меньшим, так как в модели остается только одна катушка.

Результаты:
Распределение индукции и плотности тока в катушке. Ток в катушке за 3 секунды достигает значения 98% от установившегося.

Динамика нарастания температуры в катушке. Через 3 минуты непрерывной работы катушка нагреется до 50°C.

Суммарные механические напряжения, вызванные 3-минутным нагревом и действием магнитных сил.

• Скачать файлы задачи