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Feldstarke.JPG

Hallo zusammen,
ich bin neu hier im Forum und würde mich freuen, wenn mir jemand von euch weiterhelfen könnte. Bisher habe ich hier immer eine Lösung für meine Fragestellungen gefunden, nur diesmal komm ich einfach nicht von der Stelle.

Ich arbeite gerade etwas Fachfremd als Bauing mit Permanentmagneten und Spulen um unterschiedliche Dämpfungen für Windkanalversuche zu erzeugen. Mein Programm: Ansys Workbench. Kann ich recht gut, nur der Bereich Magnetostatik ist für mich neu.

Problem: Ich habe bereits die Flussdichte einer einfachen Luftspule berechnet und auch mit einer Handrechnung in der Spulenachse verifiziert, passt hervorragend. Nun hab ich das Modell durch einen Eisenkern mit der Permeabilität von 10.000 (einfach linear) ergänzt. Hier passt meine Handrechnung überhaupt nicht mehr (mü0*müR*H=B). Schau ich mir die Feldstärke H im verlauf der Achse an so bricht sie im Spulenkern komplett ein, dabei müsste sie unabhänig vom Material im Zentrum die gleiche Größe behalten, gemäß der einfachen Formel (H=(IN/l), ich habe einen Screen-Shut angehängt.

Ich kann mir nicht erklären was ich falsch mache, denke ist irgendein Anfängerfehler. Ich wäre über einen Rat oder einen passenden Link sehr dankbar.

Vielen Dank im Voraus an Euch,
und frohes Schaffen noch !

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Das kann eigentlich nur an den Materialeigenschaften liegen. Zur Kontrolle könnte man den B-Verlauf ansehen.
Was ist denn für my-Kern vereinbart worden?

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

Ich hab noch mal nachgedacht: Ist das nicht doch alles so in Ordnung?

[Diese Nachricht wurde von wosch am 22. Jan. 2014 editiert.]

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Flussdichte.JPG

Hallo Wosch,
danke für Deine Antwort!
also der B-Verlauf sieht in meinen Augen ganz realistisch aus, ist aber einfach viel zu niedrig im Vergleich zu meiner Handrechnung (B-Verlauf im Anhang).

Nach meiner Handrechnung müsste max B=21,55 [T] sein! (ANSYS sagt 0,0164 [T])
Dazu bin ich wie folgt vorgegangen:

1. Luftspule) Feldstärke H: habe ich berechnet zu 1714,99 A/m    H=(IN)/Wurzel(l^2*d^2)=(2*10)/Wurzel(0,01^2*0,006^2)

1. Luftspule) Flussdichte B: B=H*mü0 = 1715*4PI*10^-7= 2,155 mT  H und B passen exakt zu den FE Berechnungen

2. Eisenkern) Der Kern soll eine Permeabilität (mür) von 10000 aufweisen. Die Feldstärke H wird unabhängig von der Permeabilität (oder anderen Materialeinflüssen) beschrieben und bleibt damit identisch zu Fall 1 . Damit folgt eine Flussdichte gemäß angegebener Gleichung B=H*mü0*mür=H*mür=0,002155*10000=21,55[T]

Aus dem Grund, dass sich die Feldstärke aufgrund der Gleichnung nicht verändern kann (Materialeigenschaften werden ja erst bei der Flussdichteberechnung mit erfasst),es aber tun, steht der Fehler in meinen Augen irgendwie im Zusamenhang mit der Bestimmung Feldstärke. (Wie auch immer???)

Es ist auch egal ob ich eine Permeabilität von 100 oder 10000 angebe (in Ansys), die Flussdichte verändert sich nur sehr minimal von 15,22 mT auf 16,2 mT. Das ist für mich einfach nicht nachvollziehbar. Oder vernachlässige ich bei meiner Handrechnung irgendeinen Effekt? Für mich ist die Handrechnung an sich plausibel.

Danke Euch und frohes schaffen!

 

   

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Der magnetische Widerstand (längs des magnetischen Flusses) besteht aus einem kleinen Weg mit guter magnetischer Leitfähigkeit (Kern) und einem größeren Weg mit schlechter magnetischer Leitfähigkeit (Luft). Der magnetische Widerstand bestimmt (bei vorgegebener magnetischer Urspannung Theta=I*W) den magnetischen Fluss und damit über die Querschnittsfläche auch die Flussdichte.
Wenn nun der magnetische Widerstand des kleinen Weges (Kern) verbessert wird, verbleibt trotzdem der große Widerstand des großen Weges (Luft). Daher ändert sich die Flussdichte nur wenig.

Da der Fluss ja überall durch muss, wird er bei geringem örtlichen magnetischen Widerstand auch nur einen geringen magetischen Spannungsabfall verursachen. Oder anders gesagt, (B=my*H) H wird bei großem my sehr klein sein.

Mir scheinen (soweit ich das im Augenblick überblicken kann) alle Ergebnisse plausibel.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Spule.JPG

Hallo Wosch,
ich kann deinen Gedankengang nachvollziehen und ist mir auch einleuchtend. Demnach ist eine einfache Handrechnung für die Flussdichte im Zentrum des Spulenkerns aber nicht ohne Weiteres möglich. In der Literatur und Formelsammlungen findet man aber immer wieder die Formel für die Flussdichte im Zentrum einer Spule mit Kern, mit:

B=mü0*mür*(I*(N/L)) (siehe auch Anhang, hab ich aus einer Formelsammlung).

Das begreif ich nicht, diese wäre demnach in meinen Augen vollkommen falsch.

Kann das wirklich sein?

Grüße und frohes schaffen!

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Die Beziehung für die lange Zylinderspule kommt von:

Φ=θ/Rm              Fluß=magn Urspannung (Strom*Windungszahl) / magn. Widerstand
Rm=l/(μ*A)      magn. Widerstand=Länge/(μ*QuerschnittsFläche)
B=Φ/A                Flussdichte=Fluss/QuerschnittsFläche

ineinander eingesetzt, (A kürzt sich raus) ergibt sich

B=μ*I*W/l          Flussdichte=μ*Strom*Windungszahl/Länge

Dabei ist vorausgesetzt, dass der restliche magn. Widerstand außen herum, wegen der unendlich großen Querschnittsfläche gegen 0 geht. Das gilt aber nur, wenn überall homogenes Medium herrscht.
(Auch wenn überall Eisen wäre.)

Wenn es aber nur einen Eisenkern (mit hoher Permeabilität) im Inneren der Wicklung gibt, hat der einen so kleinen magn. Widerstand, dass der Luftwiderstand außen herum nicht mehr vernachlässigt werden darf.
Folge: keine triviale analytische Lösung

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Ah, ich begreife jetzt den Zusammenhang. Vielen Dank Wosch, Deine Erläuterungen haben mir sehr weitergeholfen!
Werde das für mich nocheinmal nachvollziehen, ansonsten wäre die Fragestellung für mich damit geklärt! Die Feldstärke ist also nicht zu niedrig, wie von mir vermutet. Ich habe hier einfach nicht zu Ende gedacht.

Super!

Danke und frohes schaffen!

[Diese Nachricht wurde von BSingST am 06. Jul. 2014 editiert.]

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