三相交流電纜的電場(chǎng)仿真

1、目錄1.課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.1設(shè)計(jì)目的：11.2設(shè)計(jì)作用：12.設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹22.1設(shè)計(jì)任務(wù)：22.2 Maxwell軟件環(huán)境：23.電磁模型的建立33.1建模33.2設(shè)置激勵(lì)64.電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析74.1設(shè)置自適應(yīng)計(jì)算參數(shù)：74.2檢查并運(yùn)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(dǎo)線(xiàn)中心連線(xiàn)的電場(chǎng)分布94.3.3計(jì)算單位長(zhǎng)電容125.設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)146. 參考文獻(xiàn)：151.課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的：電磁場(chǎng)與電磁波課程理論抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算繁雜，將Maxwell軟件引入教學(xué)中，通過(guò)對(duì)典

2、型電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場(chǎng)的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量。1.2設(shè)計(jì)作用：電磁場(chǎng)與電磁波主要介紹電磁場(chǎng)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(shí)生活中的應(yīng)用，內(nèi)容包括電磁場(chǎng)與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場(chǎng)與恒流電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的邊值問(wèn)題、靜磁場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)和麥克斯韋方程組、準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、平面電磁波的傳播、導(dǎo)行電磁波以及諧振器原理等。全書(shū)沿著電磁場(chǎng)與電磁波理論和實(shí)踐發(fā)展的歷史脈絡(luò)，將歷史發(fā)展的趣味性與理論敘述和推導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)介紹了電磁場(chǎng)與電磁波在日常生活、經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。2.設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境

3、介紹2.1設(shè)計(jì)任務(wù)：如圖所示的三相交流電纜截面，內(nèi)導(dǎo)體材料為銅（copper），介質(zhì)為空氣（air），三相內(nèi)導(dǎo)體分別加三相對(duì)稱(chēng)電壓，相序?yàn)锳、B、C。在A相位達(dá)到最大值380V時(shí)，B相和C相電位為-190V。此時(shí)進(jìn)行分析和計(jì)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(chǎng)有限元仿真軟件，在工程電磁領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)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(chǎng)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機(jī)械、石油化工、汽車(chē)、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(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用作出了巨大的貢獻(xiàn)。

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(lèi)型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic圖3.1.2求解器類(lèi)型選擇3. 創(chuàng)建場(chǎng)域Drawcircle圓心位置：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）=（600, 0,0）圖3.1.3外圓參數(shù)設(shè)置Drawregular polygon圓心位置：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）=

5、（300, 0,0）圖3.1.4三角形參數(shù)設(shè)置Number of segment設(shè)置為3圖3.1.5設(shè)置為三角在三角形三個(gè)頂點(diǎn)處分別Drawcircle即三相內(nèi)導(dǎo)體，選中三角形點(diǎn)delete鍵刪除。圖3.1.6設(shè)置完成圖4. 添加材料分別選中三個(gè)圓Assign Material 銅（copper）圖3.17添加材料同理設(shè)置其它區(qū)域?yàn)榭諝猓╝ir）3.2設(shè)置激勵(lì)選中A內(nèi)導(dǎo)體Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 380V圖3.2.1設(shè)置激勵(lì)同理設(shè)置B、C內(nèi)導(dǎo)體為-190V4.電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析4.1設(shè)置自適應(yīng)計(jì)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(shè)置圖4.1.2每次迭代加密剖分單元比例設(shè)置4.2檢查并運(yùn)行Maxwell 2D Analyze All，后計(jì)算機(jī)就開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算圖4.2.1計(jì)算機(jī)計(jì)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(dǎo)線(xiàn)中心連線(xiàn)的電場(chǎng)分布繪制雙導(dǎo)線(xiàn)中心連線(xiàn)，Draw Line,以A內(nèi)導(dǎo)體的中心為起點(diǎn)，C內(nèi)導(dǎo)體中心為中點(diǎn)繪制中心連線(xiàn)。圖4.3.2.1雙導(dǎo)線(xiàn)中心連線(xiàn)及電勢(shì)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(xiàn)由上圖電壓變化曲線(xiàn)圖可知：從左邊導(dǎo)線(xiàn)中心到100mm時(shí)候，由于是等電勢(shì)體，電壓保持在380V，沒(méi)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(xiàn)性遞減。圖4.3.2.3電場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線(xiàn)圖4.3.2.4電位移密度變化曲線(xiàn)圖4.3.2.5能量變化曲線(xiàn)圖4.3.2.6變化曲線(xiàn)匯總上四幅圖分別為場(chǎng)強(qiáng)，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(dǎo)線(xiàn)中心到90mm之間，由于是等電勢(shì)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(xiàn)均保持同一個(gè)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(jì)算單位長(zhǎng)電容Maxwell 2D Fields Calcalat

9、or,Input Quantity Energy,Geoemtry AllOblects, Scalar 的積分號(hào)，Output Eval.圖4.3.31能量計(jì)算由圖可知，能量為0.000002951J，再由公式 C=2W/V*V 計(jì)算出電容值C=0.117pF。5.設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)在做完本次課程設(shè)計(jì)之后，我對(duì)課本上的基礎(chǔ)知識(shí)了解的更加透徹了,也對(duì)Maxwell軟件有了初步的認(rèn)具有了簡(jiǎn)單運(yùn)用能力,同時(shí)對(duì)三相電路的有關(guān)知識(shí)有了進(jìn)一步的了解,對(duì)知識(shí)點(diǎn)有了更深的理解和掌握。同時(shí)在課設(shè)中我也明白了多看書(shū)的重要性，一切的知識(shí)盡在書(shū)中。通過(guò)仔細(xì)的閱讀，才能將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通。此外我們要培養(yǎng)動(dòng)手查資料的能力，拓展自己的視野。6. 參考文獻(xiàn)：1 電磁場(chǎng)與電磁波 蘇東林 陳愛(ài)新 謝樹(shù)果 等編著，高等教育出版社2 電磁