三相交流電纜的電場(chǎng)仿真

PAGE15目錄TOC\o"1-3"\h\u29141.課程設(shè)計(jì)的目的與作用 1198301.1設(shè)計(jì)目的： 1244001.2設(shè)計(jì)作用： 1116972.設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹 2210402.1設(shè)計(jì)任務(wù)： 290912.2Maxwell軟件環(huán)境： 2271423.電磁模型的建立 3169513.1建模 3258323.2設(shè)置激勵(lì) 6122124.電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析 7226904.1設(shè)置自適應(yīng)計(jì)算參數(shù)： 771904.2檢查并運(yùn)行 8185454.3軟件仿真結(jié)果 927944.3.1Voltage,E,D及Energy的分布 9107034.3.2雙導(dǎo)線中心連線的電場(chǎng)分布 990564.3.3計(jì)算單位長(zhǎng)電容 12226255.設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 1499676.參考文獻(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，通過對(duì)典型電磁產(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)2.2Maxwell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、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)。3.電磁模型的建立3.1建模1.Project>InsertMaxwell2DDesignFile>Saveas>1303030331（工程命名為“1303030331”）圖3.1.1新建工程2.選擇求解器類型：Maxwell>SolutionType>Electric>Electrostatic圖3.1.2求解器類型選擇3.創(chuàng)建場(chǎng)域Draw>circle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Draw>regularpolygon圓心位置：（X,Y,Z）=（0,0,0）坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）=（300,0,0）圖3.1.4三角形參數(shù)設(shè)置Numberofsegment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Draw>circle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AssignMaterial>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Maxwell2D>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)：Maxwell2D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup最大迭代次數(shù)： Maximumnumberofpasses>10誤差要求： PercentError>1%每次迭代加密剖分單元比例： RefinementperPass>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Maxwell2D>AnalyzeAll，后計(jì)算機(jī)就開始進(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4.3.1Voltage,E,D及Energy的分布檢查完畢后，Maxwell2D>Fields>Fields,分別選擇Voltage,E,D,還有Other>Energy.圖Voltage,E,D，Energy仿真云圖4.3.2雙導(dǎo)線中心連線的電場(chǎng)分布繪制雙導(dǎo)線中心連線，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。圖雙導(dǎo)線中心連線及電勢(shì)的矢量圖Maxwell2D>Results>CreateFieldsReport>RectangularPlot,Geometry>Polyine1,再分別選擇Voltage,E,D,Energy。圖電壓變化曲線由上圖電壓變化曲線圖可知：從左邊導(dǎo)線中心到100mm時(shí)候，由于是等電勢(shì)體，電壓保持在380V，沒有發(fā)生改變；從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。圖電場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線圖電位移密度變化曲線圖能量變化曲線圖變化曲線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Maxwell2D>Fields>Calcalator,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的重要性，一切的知識(shí)盡在書中。通過仔細(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