三相交流电缆的电场仿真剖析.docx
《三相交流电缆的电场仿真剖析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相交流电缆的电场仿真剖析.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
三相交流电缆的电场仿真剖析
1.课程设计的目的与作用1
1.1设计目的：
1
1.2设计作用：
1
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍2
2.1设计任务：
2
2.2Maxwell软件环境：
2
3.电磁模型的建立3
3.1建模3
3.2设置激励6
4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析7
4.1设置自适应计算参数：
7
4.2检查并运行8
4.3软件仿真结果9
4.3.1Voltage,E,D及Energy的分布9
4.3.2双导线中心连线的电场分布9
4.3.3计算单位长电容12
5.设计总结和体会14
6.参考文献：
15
1.课程设计的目的与作用
1.1设计目的：
电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Maxwell软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量。
1.2设计作用：
电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波以及谐振器原理等。
全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络，将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以及科学研究中的广泛应用。
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍
2.1设计任务：
如图所示的三相交流电缆截面，内导体材料为铜（copper），介质为空气（air），三相内导体分别加三相对称电压，相序为A、B、C。
在A相位达到最大值380V时，B相和C相电位为-190V。
此时进行分析和计算。
图2.1三相交流电缆截面及参数
2.2Maxwell软件环境：
Maxwell是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应用。
它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用作出了巨大的贡献。
3.电磁模型的建立
3.1建模
1.Project>InsertMaxwell2DDesign
File>Saveas>1303030331（工程命名为“1303030331”）
图3.1.1新建工程
2.选择求解器类型：
Maxwell>SolutionType>Electric>Electrostatic
图3.1.2求解器类型选择
3.创建场域
Draw>circle
圆心位置：
（X,Y,Z）=（0,0,0）
坐标偏置：
（dX,dY,dZ）=（600,0,0）
图3.1.3外圆参数设置
Draw>regularpolygon
圆心位置：
（X,Y,Z）=（0,0,0）
坐标偏置：
（dX,dY,dZ）=（300,0,0）
图3.1.4三角形参数设置
Numberofsegment设置为3
图3.1.5设置为三角
在三角形三个顶点处分别Draw>circle即三相内导体，选中三角形点delete键删除。
图3.1.6设置完成图
4.添加材料
分别选中三个圆AssignMaterial>铜（copper）
图3.17添加材料
同理设置其它区域为空气（air）
3.2设置激励
选中A内导体
Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>380V
图3.2.1设置激励
同理设置B、C内导体为-190V
4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析
4.1设置自适应计算参数：
Maxwell2D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
最大迭代次数：
Maximumnumberofpasses>10
误差要求：
PercentError>1%
每次迭代加密剖分单元比例：
RefinementperPass>30%
图4.1.1最大迭代次数及误差设置
图4.1.2每次迭代加密剖分单元比例设置
4.2检查并运行
Maxwell2D>AnalyzeAll，后计算机就开始进行计算
图4.2.1计算机计算
4.3软件仿真结果
4.3.1Voltage,E,D及Energy的分布
检查完毕后，Maxwell2D>Fields>Fields,分别选择Voltage,E,D,还有Other>Energy.
图4.3.1.1Voltage,E,D，Energy仿真云图
4.3.2双导线中心连线的电场分布
绘制双导线中心连线，Draw>Line,以A内导体的中心为起点，C内导体中心为中点绘制中心连线。
图4.3.2.1双导线中心连线及电势的矢量图
Maxwell2D>Results>CreateFieldsReport>Rectangular
Plot,Geometry>Polyine1,再分别选择Voltage,E,D,Energy。
图4.3.2.2电压变化曲线
由上图电压变化曲线图可知：
从左边导线中心到100mm时候，由于是等电势体，电压保持在380V，没有发生改变；从420mm处到520mm之间，电压保持在0V不变;而在100mm到420mm之间，电压随距离的变化呈线性递减。
图4.3.2.3电场强度变化曲线
图4.3.2.4电位移密度变化曲线
图4.3.2.5能量变化曲线
图4.3.2.6变化曲线汇总
上四幅图分别为场强，电位移密度，能量变化以及总的变化图。
有以上图可以明显的看出：
在从左边导线中心到90mm之间，由于是等电势体，以上三值均为0；从430mm处到520mm之间，以上三值也均为0；而从90mm到430mm之间，三条曲线均保持同一个变化规律：
先递减，中间有一段平衡距离，随后递增。
4.3.3计算单位长电容
Maxwell2D>Fields>Calcalator,Input>Quantity>Energy,Geoemtry>AllOblects,Scalar的积分号，Output>Eval.
图4.3.31能量计算
由图可知，能量为0.000002951J，再由公式C=2W/V*V计算出电容值C=0.117pF。
5.设计总结和体会
在做完本次课程设计之后，我对课本上的基础知识了解的更加透彻了,也对Maxwell软件有了初步的认具有了简单运用能力,同时对三相电路的有关知识有了进一步的了解,对知识点有了更深的理解和掌握。
同时在课设中我也明白了多看书的重要性，一切的知识尽在书中。
通过仔细的阅读，才能将所学的知识融会贯通。
此外我们要培养动手查资料的能力，拓展自己的视野。
6.参考文献：
1《电磁场与电磁波》苏东林陈爱新谢树果等编著，高等教育出版社
2《电磁场与电磁波》谢处方，饶克谨等编著，高等教育出版社
3《Ansoft12在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编著，中国水利水电出版社
4《Ansoft工程电磁场中有限元分析》刘国强等编著，电子工业出版社
5《工程电磁场与电磁波基础》张惠娟杨文荣李玲玲等编著机械工业出版社
升级会员 