淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


系統識別號 U0002-1606200600272100
中文論文名稱 高頻可變場值磁場產生器之設計
英文論文名稱 Design of HF Variable Intensity Magnetic Field Generator
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 施閔懷
研究生英文姓名 Min-Huai Shih
學號 693380213
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-12
論文頁數 75頁
口試委員 指導教授-蕭瑛東
共同指導教授-黃聰亮
委員-黃聰耀
委員-張世鈺
中文關鍵字 高頻  磁場產生器  粒子群最佳化演算法 
英文關鍵字 High Frequency  Mangetic Field Genetator  PSO 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 隨著科技愈來愈進步,人類生活週遭也逐漸出現愈來愈多的電氣設備,這些看似無害的電氣設備,其中卻有許多都會在其週遭形成一個電磁場。雖然電磁場對人體的危害現在仍未有明確的定論,但是大眾都普遍認為人體長期暴露在電磁場中確實會有相當的影響。因此本研究的目的在於試做出一高頻的電磁場產生器,以供更進ㄧ步的測試與研究之用。本論文主要的內容,包括磁性基本原理的介紹與應用、系統操作在高頻下的效應、及電腦軟體之模擬,其中電腦軟體模擬主要應用在於建構並呈現磁場產生器產生之電磁場的空間分佈。本文所設計的高頻磁場產生器,其操作頻率為100KHz,曝照區的磁通密度值估計在50Gauss,在電源方面則採用電感與電容並聯共振方式以達到提高激磁電流並降低二次測電流。為配合將來可做生物曝照實驗,故保留相當大小的氣隙空間以供使用,其尺寸為40mm(長)×40mm(寬)×50mm(高)。由於曝照區的磁通密度會因為種種因素而產生誤差,因此文中利用最佳化演算法來決定最佳之電流值。並利用有限元素分析軟體FEMLAB模擬磁場產生器曝照區的磁場,以比較在不同設計下所產生的磁場效果。本研究成果包含高頻磁場產生器模型設計、磁場於空間中的模擬結果、應用最佳化演算法於穩定磁通密度。
英文摘要 With the progression of the technology advancement, there are more and more electric equipment produced in our living environment. In that, most of the equipment will result in a magnetic field. Although it is not sure that human is cursed with magnetic field in many researches, more of people believe that human will get hurt when staying in magnetic for a long time. The objective of this thesis is to design a magnetic field generator. This thesis, includes the effect of system optioning in high frequency magnetic field, and the theory regarding simulation. The simulation software is used to build the module and simulate the distribution of the generating magnetic field. This work designs a high frequency magnetic field generator. The frequency of the generator is 100KHz, and the field intensity is 50Gauss. The LC parallel resonant compensation is adopted in the power supply of the magnetic field generator to enhance exciting current and to reduce the secondary current of the high frequency generator. The dimension for the bio-exposure experimental space is 40mm(L) × 40mm(W) × 50mm(H) in the air gaps of the magnetic field generator. Finally, this study utilizes the FEMLAB software based on the finite element method to simulate the magnetic field of generator, and compare the effect between different designs.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 VIII

第一章、緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究內容方向 2
1.4 研究內容大綱 6
第二章、相關背景 8
2.1 電磁場 8
2.2 電磁場原理 11
2.3 電磁效應 15
2.4 焦耳效應 18
第三章、磁場產生器設計考量 23
3.1 鐵心設計 23
3.2 線圈設計 27
3.3 磁路計算與參數模型 30
3.4 熱效應 34
第四章、演算法與有限元素軟體分析 36
4.1 應用粒子群演算法於磁通密度的穩定 36
4.1.1 粒子群最佳化演算法(PSO) 36
4.1.2 應用PSO於磁場產生器電流搜尋 41
4.2 數值分析法 42
4.2.1 有限元素法 43
4.2.2 有限元素數學式 44
4.3 有限元素分析軟體FEMLAB 48
4.4 模型建立與模擬 51
第五章、系統模擬與結果 57
5.1 規格設計比較 57
5.2 磁場產生器有限元素模型 62
第六章、結論與未來研究方向 70
6.1 結論 70
6.2 未來研究方向 71
參考文獻 72
圖目錄 圖2-1 線圈電流與磁場方向......................................................12
圖2-2 圓柱體內電流分布.......................................................16
圖2-3 內部磁區的分布情形 (a)無外加磁場時 (b)有外加磁場時..............................................19
圖2-4 磁滯曲線.......................................................20
圖2-5 鐵心中的渦流.......................................................22
圖3-1 鐵心設計尺寸.......................................................26
圖3-2 圓桶形螺旋線圈圖.......................................................30
圖3-3 磁場產生電路模型.......................................................33
圖4-1 PSO執行流程圖.......................................................40
圖4-2 區域內的元素切割.......................................................46
圖4-3 幾何模型建立.......................................................51
圖4-4 模型參數設定圖.......................................................52
圖4-5 網格設定.......................................................54
圖4-6 後製作.......................................................55
圖4-7 FEMLAB操作流程......................... .....................56
圖5-1 不同氣隙大小的模型圖 (a)氣隙為5cm (b)氣隙為6cm (c)氣隙為7cm...............................57
圖5-2 曝照區磁通密度(氣隙為5cm).....................................................58
圖5-3 曝照區磁通密度(氣隙為6cm).....................................................59
圖5-4 曝照區磁通密度(氣隙為7cm).....................................................59
圖5-5 矽鋼片與陶鐵磁鐵心的溫度比較圖................................................61
圖5-6 陶磁鐵心內的溫度分佈(模擬60分鐘)............................................61
圖5-7 鐵心內的溫度流向.......................................................62
圖5-8 模形網格分割圖.......................................................63
圖5-9 網格細部放大圖.......................................................63
圖5-10 曝照區的磁通密度.......................................................64
圖5-11 磁場產生器模型 (a)未加入受測體 (b)曝照區加入受測體.....................................65
圖5-12 曝照區加入受測體後的磁通密度..................................................65
圖5-13 磁通密度收斂圖(粒子數=5).......................................................66
圖5-14 磁通密度收斂圖(粒子數=10)......................................................67
圖5-15 磁通密度收斂圖(粒子數=30)......................................................68
圖5-16 調整電流後的磁通密度........................................................69
表目錄 表3-1 常溫下磁性材料........................................................24
表3-2 矽鋼片與陶鐵磁鐵心的鐵損比較....................................................25
表3-3 線圈類型表......................................................29
表4-1 有限元素磁路分析軟體................................................48
表5-1 不同佔積率下的磁通密度誤差值....................................................69

參考文獻 [1] C. Polk and E. Postow, Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Fields, CRC Press Inc., 3rd Printing, 1988.
[2] O. P. Gandhi, Biological Effects and Medical Applications of Electromagnetic Energy, Prentice-hall Inc., 1990.
[3] M.H. Lin, Y.T. Hsiao, T.T. Lin, J.A. Jiang, C.H. Chen, and C.F. Chen, “Study on Bio-Effects of Mung Bean During Germination Exposed to ELF Magnetic Field,” Proceeding of the Second International Symposium on Machinery and Mechatronics for Agriculture and Bio-systems Engineering, Japan, 2004.
[4] S. Lupi, M. F. Nunes, “Amorphous Core Transformers For Induction Heating Converters at 25KHz,” IEEE Trans. Magnetics, pp. 2036-2039, 1990.
[5] 謝沐田編著,高低頻變壓器設計,全華科技圖書股份有限公司,1992年6月。
[6] 吳佐群、黃錦煌編著,輕鬆易學有限元素分析大師:FEMLAB,高立圖書有限公司,2004年9月。
[7] 傅邦均,建築環境電磁波輻射影響之研究,文化大學建築及都市計畫所碩士論文,民國93年。
[8] 程惠生,「輻射頻率電磁場標準簡介」,環檢所期刊,第29期,2001。
[9] 黃佰璋,「家電設備基地臺以及家電設備是否會對人體健康造成危害」,環檢所期刊,第37期,2001。
[10] L. Malesani, P. Mattavelli, “Electronic Welder With High-Frequency Resonant Inverter,” IEEE Trans. Industry Applications, Vol.31, No2, March April 1995.
[11] 許國展,應用於感應加熱的負載串聯共振電壓型反流器設計與研 製,中原大學電機所碩士論文,民國91年。
[12] F. P. Dawson, P. Jain, “A Comparison of Load Commutated Inverter System for Induction Heating and Melting Applications,” IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 6, July 1991, pp. 430-441.
[13] S. Zinn and S. L. Semiatin, Elements of Induction Heating Design, Control, and Application, Electric Power Research Institute, Inc. palo. Alto, CA. U.S.A.
[14] 陳永平編著,電磁學,全華科技圖書股份有限公司,2003年8月。
[15] P. Robert, Electrical and Magnetic Properties of Materials, Artech House, 1988.
[16] A. D. Podoltsev, I. N. Kucheryavaya, and B. B. Lebedev, “Analysis of Effective Resistance and Eddy-Current Losses Multi-Turn Winding of High Frequency Magnetic Compoment,” IEEE Trans. Magnetics, Vol. 39, no. 1, pp. 539-548, 2003.
[17] J. R. Garcia, j. m. Burdio, A. Martinez, J. Sancho, “A Method for Calculating the Workpiece Power Dissipation in Induction Heating Process,” IEEE APEC Records, 1994, pp. 302-307.
[18] 周錦明,非晶質鐵心變壓器磁滯迴線的求取分析與測試,中原大學 電機所碩士論文,民國91年。
[19] P. S. Shin, J. Lee, “Magnetic Field analysis of Amorphous Core Transformer Using Homogenization Technique,” IEEE Trans. Magnetics, Vol. 33, No. 2, March 1997.
[20] 李建潁,快速特徵搜尋之指紋辨識晶片設計,淡江大學電機所碩士論文,民國94年。
[21] K. Hara, M. Kimura and N. Honda, “A Method for Planning Economic Unit Commitment and Maintenance of Thermal Power Systems,” IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, vol. PAS-85, no. 5, 1996, pp. 427-436.
[22] R. C. Eberhart and J. Kennedy, “A New Optimizer Using Particle Swarm Theory,” Proceedings of the Sixth International Symposium on Micro Machine and Human Science IEEE service center, Piscataway, NJ, Nagoya, Japan, 1995, pp. 39-43.
[23] F. Papi, C. Rosa, C. Del Seppia and P. Luschi, Exposure to oscillating magnetic fields influences sensitivity to electrical stimuli. II. Experiments on human. Bioelectromagnetics 16, pp. 295–300, 1995.
[24] 許宏孝,應用有限元素法作高壓高頻變壓器之三維穩態熱傳分析, 逢甲大學電機所碩士論文,民國93年。
[25] 洪青杉,電磁致動器之磁路分析,大葉大學電機所碩士論文,民國90年。
[26] K. H. Huebner, E. A. Thormton, and T. G. Byron, The Finite Element Method for Engineers, Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1975.
論文使用權限
  • 不同意紙本論文無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用。
  • 不同意授權瀏覽/列印電子全文服務。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信