Các phương pháp tính từ trường
Có nhiều loại nhiệm vụ để tính toán từ trường. Ngoài các nhiệm vụ xác định độ tự cảm của mạch hoạt động trong từ trường, còn có các nhiệm vụ tính toán từ trường trong các cấu trúc sắt từ phức tạp, nhiệm vụ phân phối dòng điện trong một thể tích nhất định để thu được từ trường có cường độ cho trước, v.v.
Các phương pháp tính toán từ trường có thể được chia thành phân tích, đồ họa và thực nghiệm. Các phương pháp tính toán từ trường có thể được chia thành phân tích, đồ họa và thực nghiệm. Các phương pháp tính toán từ trường có thể được chia thành:
-
phân tích;
-
đồ họa;
-
thực nghiệm.
Các phương pháp phân tích sử dụng tích phân phương trình Poisson (đối với vùng có dòng điện chạy qua), tích phân mức Laplace (đối với vùng không bị dòng điện chiếm chỗ), phương pháp ảnh phản chiếu, v.v. Trong trường hợp đối xứng hình cầu hoặc hình trụ, các công thức cho các định luật hoạt động chung được sử dụng.
Với sự có mặt của phương tiện từ hóa, các vấn đề có thể được giải quyết bằng cách sử dụng cả thế năng từ vô hướng và vectơ. Nếu các dòng điện tự do nằm ngoài khối lượng mà chúng ta quan tâm, thì cách tốt nhất là giải bài toán bằng cách sử dụng các thế vô hướng. Trong trường hợp này, các điều kiện biên được thể hiện bằng một điện thế vô hướng.
Để tính toán từ trường trong môi trường sắt từ liên tục, người ta sử dụng một phương pháp dựa trên sự giống nhau của phương trình từ trường với phương trình của dòng điện một chiều trong môi trường dẫn điện. Tuy nhiên, phương pháp này hợp lệ trong cùng các điều kiện biên, điều này thường không xảy ra.
Trên thực tế, trong khi độ dẫn điện của không gian xung quanh dây dẫn bằng không, không có chất cách điện nào cho từ thông và sự rò rỉ từ thông song song với các phần tử riêng lẻ có thể là đáng kể. Độ từ thẩm của mạch từ càng cao thì sai số thu được càng ít.
Bất chấp sự hội tụ của các kết quả, việc biểu diễn đường dẫn dòng chảy ở dạng mạch từ là cơ sở của việc thiết kế máy móc và thiết bị điện, vì nó cho phép thực hiện các phép tính trong trường hợp giải quyết vấn đề bằng các phương pháp chung thực tế là không thể.
Một sự phức tạp trong tính toán với sự có mặt của các chất sắt từ được đưa ra bởi sự phụ thuộc phi tuyến tính của độ thấm từ vào cường độ trường. Nếu biết sự phụ thuộc này thì bài toán được giải bằng phương pháp xấp xỉ liên tiếp.
Đầu tiên, một giải pháp được tìm thấy với giả định rằng giá trị độ thấm là không đổi.Sau đó, sau khi xác định độ từ thẩm tại các điểm khác nhau của mạch từ, vấn đề lại được giải quyết, có tính đến việc hiệu chỉnh giá trị của độ từ thẩm. Phép tính được lặp lại cho đến khi đạt được độ lệch cho phép của các giá trị cường độ từ trường hoặc cảm ứng từ so với các giá trị được chỉ định.
Các phương pháp phân tích, do những khó khăn về bản chất toán học, cho phép giải quyết một tập hợp rất nhỏ các vấn đề. Trong trường hợp khó tính toán trường bằng các phương pháp phân tích, hãy sử dụng cách xây dựng đồ họa của bức tranh trường. Phương pháp này có thể được sử dụng để tính toán các trường quay hai chiều.
Trong những trường hợp rất khó khăn, đặc biệt là với các trường không gian, họ sử dụng một nghiên cứu thực nghiệm về trường, bao gồm xác định cảm ứng tại các điểm riêng lẻ của trường bằng một trong các phương pháp đo đại lượng này.
Một mô phỏng sử dụng trường dòng điện trong môi trường dẫn điện cũng được sử dụng. Mô phỏng này dựa trên sự tương tự giữa trường trong môi trường dẫn điện và từ trường xoáy.
Nghiên cứu định tính đơn giản nhất về từ trường được thực hiện bằng cách xác định mô hình trường bằng cách sử dụng phoi thép đúc trên một tấm vật liệu phi sắt từ phẳng hoặc sử dụng bột oxit sắt lơ lửng trong chất lỏng như dầu hỏa. Phương pháp thứ hai được sử dụng rộng rãi để phát hiện từ tính các khuyết tật trong các sản phẩm thép.
Trong tương lai, trên trang «Hữu ích cho thợ điện», chúng tôi sẽ xem xét một số nhiệm vụ điển hình để tính toán từ trường: tính toán trường của một quả cầu điện từ trong từ trường đều trong chân không (trong không khí), phương pháp sử dụng phương pháp hình ảnh phản chiếu để tính toán từ trường, các ví dụ về tính toán các mạch từ tính khác nhau.
Xem thêm:
Từ trường của cuộn dây có dòng điện
Nguyên lý đo từ trường, dụng cụ đo các thông số từ trường