Экспериментальное исследование и расчет магнитного поля электромагнита постоянного тока с расщепленными полюсами и полюсными наконечниками в комплексе программ ELCUT

Abstract

Актуальность исследований. Железоотделители на основе электромагнитов постоянного тока находят повсеместное применение во многих отраслях промышленности, например, на рудообогатительных фабриках, угольных теплоэлектростанциях, коксохимических заводах и т.д., для защиты оборудования от механических поломок, а также засорения конечного продукта посторонними предметами, причем сепарация основана на феррромагнитных свойствах этих предметов. Среди магнитных систем электромагнитов постоянного тока с полюсными наконечниками клапанная магнитная система является наиболее распространенной, а значит хорошо изученной, так как нашла широкое применение в приводах электромагнитных коммутационных аппаратов, устройствах автоматики и управления. Однако даже при синтезе такой магнитной системы электромагнита у разработчиков возникает проблема определения доли магнитного потока под полюсным наконечником в рабочем зазоре. Решение задачи ещё более осложняется при отсутствии в электромагните постоянного тока поворотного якоря, поскольку магнитное поле в межполюсном зазоре оказывается резко неоднородным, затухающим по мере удаления исследуемой точки от плоскости полюсов. Такое распределение магнитного поля имеет место в специальных электромагнитах постоянного тока - подвесных железоотделителях, которые используются для извлечения ферромагнитных предметов из различных сыпучих материалов, транспортируемых ленточными конвейерами. Цель исследования. Рассмотреть комплексный подход к исследованию магнитного поля электромагнита постоянного тока с расщепленными полюсами и полюсными наконечниками, характеризующийся изучением резкой неоднородности магнитного поля в межполюсном зазоре и за его пределами. Методы исследования. Исследование проводилось с использованием разработанного лабораторного стенда электромагнита с применением программного обеспечения Elcut 6.0. Подход основывается на сопоставлении результатов экспериментального исследования магнитного поля и магнитной силы для опытного образца электромагнитного железоотделителя с помощью цифрового миллитесламетра с датчиком Холла, численного расчета магнитного поля в комплексе программ Elcut 6.0 и аналитического расчета напряженности магнитного поля. Результаты исследования. Полученные результаты экспериментального исследования магнитного поля на опытном образце электромагнита с использованием цифрового миллитесламетра с датчиком Холла дополнены результатами аналитического и численного расчета магнитного поля, выполненного в комплексе программ ELCUT6.0 (профессиональная версия). Надежность представленных результатов эксперимента и расчета подтверждается проверкой закона полного тока в замкнутом контуре. В ходе анализа затухания магнитного поля электромагнита на середине межполюсного зазора по мере удаления исследуемой точки от полюсных наконечников определено оптимальное расстояние между полюсными наконечниками, при котором удельная пондеромоторная сила магнитного поля достигает максимального значения.

The relevance of research. Iron separator devices based on the DC electromagnets are widely spread in many industries: ore-treatment plants, coal thermal power plants, coking plants, for equipment protection from mechanical damage, as well as from final product clogged with outsider objects; separation is based on ferromagnetic properties of these objects. Among the permanent magnets magnetic systems with magnetic pole pieces the valve system is the most common and therefore the well-studied, as it is widely used in the drives of electromagnetic switching devices, automation and control devices. However, even in the synthesis of a solenoid magnet system the developers have the problem of determining the proportion of the magnetic flux by the pole piece in the working gap. Solution of the problem is even more complicated in the absence of a rotary anchor in DC electromagnet, since the magnetic field in the pole gap is dramatically uneven, fading with the distance of the point from the plane of the poles. Such distribution of the magnetic field takes place in special DC electromagnets - suspended iron separators, which are used to extract the ferromagnetic items from various bulk materials transported by belt conveyors. The aim of research. The paper considers an integrated approach to the study of magnetic field of DC electromagnet with split poles and pole pieces, characterized by the study of the sharp inhomogeneity of the magnetic field in the pole gap and beyond. Methods of research. The study was carried out using a laboratory designed electromagnet using software Elcut 6.0. The approach is based on comparing the results of an experimental study of magnetic field and magnetic force for the prototype electromagnetic iron separator with a digital milliteslametra with the Hall sensor, a numerical calculation of the magnetic field in the complex programs Elcut 6.0 and analytical calculation of the magnetic field. The results. The results of experimental research of the magnetic field in a prototype electromagnet using digital milliteslameter with the Hall sensor were supplemented by results of analytical and numerical calculation of magnetic fields made in the software complex ELCUT 6.0 (professional version). The reliability of the presented results of the experiment and the calculation is confirmed by checking the Ampere law in a closed circuit. Analyzing the attenuation of the magnetic field of the electromagnet in the middle of the pole gap as the distance of the investigated point from the pole pieces the authors determined the optimal distance between the pole pieces at which the specific ponderomotive force of the magnetic field reaches the maximum value.