Sistema de geração e medição de campos pulsados de alta intensidade para estudo de materiais magnéticos

Abstract

Resumo: O estudo das propriedades magnéticas dos materiais requer quase sempre a submissão das amostras em análise a campos magnéticos variáveis no tempo. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de sistema de geração de campos magnéticos pulsados de alta intensidade, associado à instrumentação necessária para determinação de propriedades magnéticas dos materiais. O sistema deve ainda ser compacto, portátil e de baixo custo. A geração de altos campos magnéticos pulsados exige o conhecimento e domínio de um grande conjunto de variáveis, o que torna sua otimização uma tarefa complexa. Em vista disso, este trabalho buscou desenvolver uma metodologia de modelagem e otimização computacional do gerador de pulsos de corrente e da bobina geradora de campo, levando em consideração os efeitos térmicos e eletromagnéticos, assim como suas consequências no circuito como um todo. Com essa modelagem foi possível aprofundar o conhecimento e realizar uma otimização de diversos parâmetros do sistema, a fim de obter a melhor performance do conjunto, visando a geração de campos de até 60 T, de uma forma compacta, portátil e de baixo custo. Além do módulo de geração de campo, foram estudadas e desenvolvidas algumas técnicas de medida capazes de analisar os principais tipos de materiais magnéticos nas diversas formas existentes.

Abstract: The study of magnetic properties of materials often requires the samples to be submitted to time-varying magnetic fields. The main goal of this work is the development of system for generating pulsed magnetic fields of high intensity, coupled with the necessary instrumentation for measuring magnetic properties of materials. The system must also be compact, portable and low cost. The generation of high pulsed magnetic fields requires knowledge and mastery of a large set of variables, which makes its optimization a complex task. As a result, this study tried to develop a methodology for computational modeling and optimization of the current pulse generator and the generating field coil, taking into account thermal and electromagnetic effects, as well as its impact on the circuit itself. This approach has lead to a better knowledge and optimization of various system parameters in order to obtain its best performance, aiming the generation of fields up to 60 T, in a compact, portable and low cost manner. Besides the field generation module, we have studied and developed some measurement techniques capable of analyzing the main types of magnetic materials in various geometries.