Analiza i synteza wybranych układów ekranujących pola elektromagnetyczne niskiej i średniej częstotliwości
| dc.contributor.author | Ziółkowski, Marcin | |
| dc.contributor.organization | Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie. Wydział Elektryczny | pl_PL |
| dc.date.accessioned | 2022-12-19T13:22:32Z | |
| dc.date.available | 2022-12-19T13:22:32Z | |
| dc.date.issued | 2011 | |
| dc.description.abstract | Ekranowanie pola elektromagnetycznego ma duże znaczenie w medycynie, fizyce i przemyśle. Zadaniem ekranu jest zredukowanie poziomu natężenia pola elektromagnetycznego w wymaganym obszarze. Efekt ekranowania można uzyskać przez odpowiednie dobranie parametrów oraz kształtu ekranu. Dla niskich i średnich częstotliwości parametry te to przenikalność magnetyczna oraz konduktywność elektryczna. W rezultacie w ekranie zachodzą dwa zjawiska fizyczne związane z tymi parametrami: bocznikowanie pola magnetycznego oraz kompensacja pierwotnego pola magnetycznego polem wtórnym, pochodzącym od zaindukowanych prądów wirowych w materiale przewodzącym. W mechanizmie związanym z bocznikowaniem pola strumień pola magnetycznego jest "wciągany" do wnętrza materiału ferromagnetycznego prostopadle do jego powierzchni. Pole magnetyczne jest bocznikowane w ekranie i w rezultacie zmniejsza się natężenie pola w określonym obszarze chronionym. Drugi mechanizm jest związany z powstawaniem wtórnego pola magnetycznego, pochodzącego od zaindukowanych prądów wirowych w przewodzącym materiale ekranu umieszczonym w zmiennym polu magnetycznym. Pole wtórne przeciwdziała polu zewnętrznemu w obszarze chronionym. Obszar chroniony jest na ogół otaczany materiałem magnetycznym lub przewodzącym. W praktyce ekrany to różnego rodzaju wydrążone metaliczne cylindry, perforowane sfery, prostopadłościany oraz klatki o innych kształtach.Jest oczywiste, że w przypadku statycznego pola magnetycznego użycie materiałów przewodzących jest bezużyteczne. Zastosowanie materiałów ferromagnetycznych również może być bardzo ograniczone, ponieważ pola magnetyczne o wysokich natężeniach zmniejszają wartość względnej przenikalności magnetycznej materiału magnetycznego. W tym przypadku można zastosować obracające się ekrany cylindryczne zbudowane z materiałów przewodzących. Prądy Foucaulta zaindukowane w ekranie przez jego ruch obrotowy zmniejszają wartość natężenia zewnętrznego pola magnetycznego w określonym obszarze. Taką technikę można nazywać ekranowaniem dynamicznym.Do skompensowania zewnętrznego pola magnetycznego można zastosować ekranowanie aktywne. W tym przypadku wykorzystuje się zestawy cewek, które generują przeciwne pole magnetyczne. Pole przeciwdziałające musi mieć taką samą częstotliwość i amplitudę, jak pole zewnętrzne.Ekrany pola elektromagnetycznego na ogół są projektowane metodami analitycznymi i numerycznymi, ale projektowanie to ogranicza się do bardzo prostych kształtów. Tego typu analiza może być bardzo nieefektywna.W monografii zaprezentowano ścisłe metody matematyczne projektowania kształtów ekranów pasywnych i aktywnych. W pierwszym rozdziale przedstawiono wiadomości i uwagi wstępne, a w drugim rozdziale - optymalizację jedno- i wielokryterialną pasywnego ekranu wzbudnika oraz całego systemu wzbudzenia Magnetycznej Tomografii Indukcyjnej. W optymalizacji wykorzystano algorytmy genetyczne sprzężone z metodą elementów skończonych. W optymalizacji wielokryterialnej zastosowano dwie techniki: metodę sumy ważonych kryteriów i metodę ograniczonych kryteriów.W trzecim rozdziale przedyskutowano problem projektowania kształtu ekranu aktywnego (solenoidu), który generuje określony rozkład pola magnetycznego na osi solenoidu i w pełnym obszarze skończonym. W matematyce zagadnienia te należą do źle postawionych problemów odwrotnych. Do ich rozwiązania zaproponowano dwie niezależne metody: iteracyjnie regularyzowaną metodę Gaussa-Newtona oraz metodę opartą na algorytmach genetycznych sprzężonych z krzywymi Béziera.W czwartym rozdziale przeprowadzono analizę nieskończenie długiego ekranu cylindrycznego, wirującego w statycznym i zmiennym, poprzecznym polu magnetycznym. W zwartej formie przedstawiono zależność na współczynnik ekranowania, a także uproszczone, przybliżone zależności na współczynnik ekranowania z wykorzystaniem jedynie funkcji elementarnych. Przewodzący ekran cylindryczny wirujący w zmiennym polu magnetycznym może działać jak filtr wąskopasmowy pola magnetycznego dla częstotliwości pola zewnętrznego równej częstotliwości wirowania ekranu. Rozważono ogólniejszy przypadek, czyli nieskończenie długi ferromagnetyczny ekran wirujący w jednorodnym, statycznym polu magnetycznym, dla którego również przedstawiono wzór na współczynnik ekranowania. | pl_PL |
| dc.identifier.citation | Ziółkowski, M. (2011). Analiza i synteza wybranych układów ekranujących pola elektromagnetyczne niskiej i średniej częstotliwości. Szczecin, Wydawnictwo Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie, 136 s. ISBN 978-83-7663-089-2 https://hdl.handle.net/20.500.12539/1580 | |
| dc.identifier.issn | 978-83-7663-089-2 | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.12539/1580 | |
| dc.language.iso | pl | pl_PL |
| dc.publisher | Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie | pl_PL |
| dc.rights | Uznanie autorstwa 3.0 Polska | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl/ | * |
| dc.subject | ekranowanie (elektryczność) | pl_PL |
| dc.subject | ekranowanie magnetyczne | pl_PL |
| dc.subject | optymalizacja matematyczna | pl_PL |
| dc.subject | metoda elementów skończonych | pl_PL |
| dc.subject.other | Dyscyplina::Nauki inżynieryjno-techniczne | pl_PL |
| dc.title | Analiza i synteza wybranych układów ekranujących pola elektromagnetyczne niskiej i średniej częstotliwości | pl_PL |
| dc.type | Praca habilitacyjna | pl_PL |