三相交流電纜的電場仿真

1、目錄1.課程設計的目的與作用11.1設計目的：11.2設計作用：12.設計任務及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹22.1設計任務：22.2 Maxwell軟件環(huán)境：23.電磁模型的建立33.1建模33.2設置激勵64.電磁模型計算及仿真結(jié)果后處理分析74.1設置自適應計算參數(shù)：74.2檢查并運行84.3軟件仿真結(jié)果94.3.1 Voltage,E,D及Energy的分布94.3.2雙導線中心連線的電場分布94.3.3計算單位長電容125.設計總結(jié)和體會146. 參考文獻：151.課程設計的目的與作用1.1設計目的：電磁場與電磁波課程理論抽象、數(shù)學計算繁雜，將Maxwell軟件引入教學中，通過對典

2、型電磁產(chǎn)品的仿真設計，并模擬電磁場的特性，將理論與實踐有效結(jié)合，強化學生對電磁場與電磁波的理解和應用，提高教學質(zhì)量。1.2設計作用：電磁場與電磁波主要介紹電磁場與電磁波的發(fā)展歷史、基本理論、基本概念、基本方法以及在現(xiàn)實生活中的應用，內(nèi)容包括電磁場與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場與恒流電場、電磁場的邊值問題、靜磁場、時變場和麥克斯韋方程組、準靜態(tài)場、平面電磁波的傳播、導行電磁波以及諧振器原理等。全書沿著電磁場與電磁波理論和實踐發(fā)展的歷史脈絡，將歷史發(fā)展的趣味性與理論敘述和推導有機結(jié)合，同時介紹了電磁場與電磁波在日常生活、經(jīng)濟社會以及科學研究中的廣泛應用。2.設計任務及所用Maxwell軟件環(huán)境

3、介紹2.1設計任務：如圖所示的三相交流電纜截面，內(nèi)導體材料為銅（copper），介質(zhì)為空氣（air），三相內(nèi)導體分別加三相對稱電壓，相序為A、B、C。在A相位達到最大值380V時，B相和C相電位為-190V。此時進行分析和計算。圖2.1 三相交流電纜截面及參數(shù)2.2 Maxwell軟件環(huán)境：Maxwell 是低頻電磁場有限元仿真軟件，在工程電磁領域有廣泛的應用。它 基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼猓褂妙I域遍及電器、機械、石油化工、汽車、冶金、水利水電、航空航天、船舶、電子、核工業(yè)、兵器等眾多行業(yè)，為各領域的科學研究和工程應用作出了巨大的貢獻。

4、3.電磁模型的建立 3.1建模1. Project Insert Maxwell 2D DesignFileSave as1303030331（工程命名為“1303030331”）圖3.1.1新建工程2. 選擇求解器類型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic圖3.1.2求解器類型選擇3. 創(chuàng)建場域Drawcircle圓心位置：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐標偏置：（dX,dY,dZ）=（600, 0,0）圖3.1.3外圓參數(shù)設置Drawregular polygon圓心位置：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐標偏置：（dX,dY,dZ）=

5、（300, 0,0）圖3.1.4三角形參數(shù)設置Number of segment設置為3圖3.1.5設置為三角在三角形三個頂點處分別Drawcircle即三相內(nèi)導體，選中三角形點delete鍵刪除。圖3.1.6設置完成圖4. 添加材料分別選中三個圓Assign Material 銅（copper）圖3.17添加材料同理設置其它區(qū)域為空氣（air）3.2設置激勵選中A內(nèi)導體Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 380V圖3.2.1設置激勵同理設置B、C內(nèi)導體為-190V4.電磁模型計算及仿真結(jié)果后處理分析4.1設置自適應計算參數(shù)：Maxwell 2D Ana

6、lysis Setup Add Solution Setup最大迭代次數(shù)：Maximum number of passes 10誤差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分單元比例：Refinement per Pass 30%圖4.1.1最大迭代次數(shù)及誤差設置圖4.1.2每次迭代加密剖分單元比例設置4.2檢查并運行Maxwell 2D Analyze All，后計算機就開始進行計算圖4.2.1計算機計算4.3軟件仿真結(jié)果4.3.1 Voltage,E,D及Energy的分布檢查完畢后，Maxwell 2D Fields Fields,分別選擇Voltage,E,D,還 有Ot

7、her Energy.圖4.3.1.1 Voltage,E,D，Energy仿真云圖4.3.2雙導線中心連線的電場分布繪制雙導線中心連線，Draw Line,以A內(nèi)導體的中心為起點，C內(nèi)導體中心為中點繪制中心連線。圖4.3.2.1雙導線中心連線及電勢的矢量圖Maxwell 2D Results Create Fields Report Rectangular Plot , Geometry Polyine 1,再分別選擇Voltage,E,D,Energy。圖4.3.2.2電壓變化曲線由上圖電壓變化曲線圖可知：從左邊導線中心到100mm時候，由于是等電勢體，電壓保持在380V，沒有發(fā)生改變；從

8、420mm處到520mm之間，電壓保持在0V不變;而在100mm到420mm之間，電壓隨距離的變化呈線性遞減。圖4.3.2.3電場強度變化曲線圖4.3.2.4電位移密度變化曲線圖4.3.2.5能量變化曲線圖4.3.2.6變化曲線匯總上四幅圖分別為場強，電位移密度，能量變化以及總的變化圖。有以上圖可以明顯的看出：在從左邊導線中心到90mm之間，由于是等電勢體，以上三值均為0；從430mm處到520mm之間，以上三值也均為0；而從90mm到430mm之間，三條曲線均保持同一個變化規(guī)律：先遞減，中間有一段平衡距離，隨后遞增。4.3.3計算單位長電容Maxwell 2D Fields Calcalat

9、or,Input Quantity Energy,Geoemtry AllOblects, Scalar 的積分號，Output Eval.圖4.3.31能量計算由圖可知，能量為0.000002951J，再由公式 C=2W/V*V 計算出電容值C=0.117pF。5.設計總結(jié)和體會在做完本次課程設計之后，我對課本上的基礎知識了解的更加透徹了,也對Maxwell軟件有了初步的認具有了簡單運用能力,同時對三相電路的有關(guān)知識有了進一步的了解,對知識點有了更深的理解和掌握。同時在課設中我也明白了多看書的重要性，一切的知識盡在書中。通過仔細的閱讀，才能將所學的知識融會貫通。此外我們要培養(yǎng)動手查資料的能力，拓展自己的視野。6. 參考文獻：1 電磁場與電磁波 蘇東林 陳愛新 謝樹果 等編著，高等教育出版社2 電磁