Бранспіз Юрій Адольфович. Електромагнітні (пондеромоторні) сили постійного магнітного поля (основи теорії і практики розрахунку)

brief description

Бранспіз Юрій Адольфович. Електромагнітні (пондеромоторні) сили постійного магнітного поля (основи теорії і практики розрахунку): дис... д-ра техн. наук: 05.09.05 / НАН України; Інститут електродинаміки. - К., 2004

Бранспіз Ю.А. Електромагнітні (пондеромоторні) сили постійного магнітного поля (основи теорії і практики розрахунку). Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.05 теоретична електротехніка. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2004.
Дисертація присвячена розвитку теорії і практики розрахунку пондеромоторних сил магнітного поля на основі вдосконалення визначення просторового розподілу цих сил в магнітному матеріалі з довільними магнітними властивостями. Показана інтегральна еквівалентність всіх відомих виразів для об’ємної густини пондеромоторної сили магнітного поля при визначенні сумарної силової дії цього поля на деяке тіло в ньому. Запропоновано узагальнення мікроскопічної моделі опису просторового розподілу пондеромоторних сил магнітного поля в магнітному матеріалі. Подано аналіз задачі розрахунку силової дії магнітного поля на магнітне тіло за наявності електричного струму в ньому. Описаний новий ефект силової дії магнітного поля на частину полюса електромагніту спеціальної конструкції. Приведено рішення задач, пов’язаних з практикою розрахунку пристроїв для магнітної сепарації.

У дисертаційній роботі одержала подальший розвиток теорія розрахунку сил постійного магнітного поля на основі визначення просторового розподілу цих сил, діючих в магнітному полі на матеріал з магнітними властивостями. Одержані в дисертації результати в сукупності складають суттєвий внесок в розв’язання проблеми визначення опису силової дії магнітного поля на матеріал з довільними магнітними властивостями.
1. Обґрунтовано доцільність подальшого розвитку теорії визначення силового впливу постійного магнітного поля на магнітний матеріал з довільними магнітними властивостями у напрямку визначення просторового розподілу пондеромоторної сили магнітного поля, оскільки, відомі вирази для густини пондеромоторної сили магнітного поля дозволяють лише визначати відповідною інтеграцією за об'ємом тіла з магнітного матеріалу, що знаходиться в немагнітному середовищі, сумарну силу магнітного поля на це тіло.
2. Доведено, що силові ефекти постійного магнітного поля в розрахунковому об'ємі можуть бути описані інтегрально на основі вживання континуально-мікроскопічної струмової моделі речовини в цьому об'ємі і цей опис є еквівалентним відомим континуально-мікроскопічним і мікроскопічним описам пондеромоторної сили магнітного поля, якщо їх застосувати до розрахункового об'єму, в якості якого запропоновано розглядати той об'єм, по якому здійснюється усереднювання векторів мікроскопічного магнітного поля при визначенні векторів макроскопічного магнітного поля (індукції, намагніченості).
3. Теоретично обґрунтована і практично реалізована можливість аналітичного запису сили магнітного поля на об'єм Лоренца через вектори макроскопічного магнітного поля (індукція, напруженістьі намагніченість), що дозволило одержати для густини пондеромоторної сили магнітного поля на матеріал з довільними магнітними властивостями, що описує об'ємний розподіл цієї сили, вираз, який дає змогу описати просторовий розподіл цієї сили в магнітному матеріалі.
4. Показано, що при визначенні сили магнітного поля на магнітне тіло, по якому протікає електричний струм, кожному з відомих аналітичних виразів для густини сили магнітного поля на магнітний матеріал відповідає певна форма запису густини сили магнітного поля на струм. При цьому сумарна густина сили магнітного поля (на матеріал і струм) у всіх випадках дозволяє визначати відповідною інтеграцією за об'ємом тіла з магнітного матеріалу, по якому протікає електричний струм, сумарну силу магнітного поля на це тіло із струмом.
5. Запропонований вираз, поверхневе інтегрування якого по поверхні виділеної частини тіла з матеріалу з магнітними властивостями дозволяє одержати сумарну силу магнітного поля на цю частину. Показано, що цей вираз дозволяє уникнути деяких парадоксів, що виникають при використанні відомих виразів, поверхневе інтегрування яких повинно давати сумарну силу магнітного поля на виділену частину магнітного тіла.
6. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено, що для Ш-подібного електромагніту, центральний полюс якого має рухому центральну частину, повинна мати місце сила на рухому частину центрального полюса, що виштовхує її з центрального полюса (ВП-ефект).
7. Показано, що для магнітної стрілки в магнітному полі проводу із струмом (дослід Ерстеда) кут відхилення стрілки від початкового напряму (по проводу) нелінійно залежить від відстані між стрілкою і проводом: при зменшенні відстані, починаючи з деякої, зміна кута відхилення стає аномальною збільшення кута змінюється зменшенням. При цьому максимальний кут відхилення магнітної стрілки від осі проводу досягається при відстані стрілки від дроту рівному горизонтальному відхиленню кінця стрілки від початкового положення.
8. Показано, що розрахунок сили витягання магнітного сепаратора по традиційній формулі для тіл, відстань від яких до полюсів магнітної системи сепаратора складає менше половини міжполюсної відстані, необхідно коректувати спеціальним коефіцієнтом. Одержана форма запису цього коефіцієнта дозволяє врахувати вплив на силу витягання розмірів тіла, міжполюсної відстані і відстані тіла до полюсів.
9. Одержано вираз, що дозволяє визначати параметр сили магнітного поля при розрахунку поля методом конформного відображення, коли відображення здійснюється на смугу однорідного поля. Використовуванням цього виразу для плоскопаралельної системи двох пластин-полюсів, яка є базовою системою при розрахунку різних магнітних сепараційних пристроїв, одержано аналітичний вираз, що описує розподіл параметра сили в міжполюсному просторі даної системи у всіх його точках.
10. Показано, що для П-подібного електромагніту підвісного залізовідділювача є доцільним (по критерію збільшення середньої сили витягання) вживання полюсних наконечників арочної форми, раціональні геометричні параметри яких визначаються одержаними виразами.
11. Сформульовані в дисертації наукові положення, висновки і рекомендації є достатньо обґрунтованими і достовірними, базуються на глибокому теоретичному аналізі, коректній постановці і розв’язанні задач, узгодженням моделей з експериментальними даними і раніше відомими з публікацій результатами, апробацією основних положень і результатів на представницьких наукових конференціях.
12. Результати дисертаційної роботи пропонуються для використання науковими і промисловими організаціями, що здійснюють дослідження і розробку електротехнічного обладнання, принцип дії якого заснований на силовій дії постійного магнітного поля на зовнішні тіла або елементи конструкцій.