武大电气工程电磁场实验报告(90分精品).doc

.工程电磁场实验报告电气工程学院XXX2014302540XXX平行输电线电场计算1.问题描述：导线半径0.01m，导线对地高度为10m，导线间距为5m，每根导线对地电压为6V，6根导线平行放置，建立模型并求解电场分布。2.创建项目，选择求解类型（1）启动并建立项目文件（2）重命名并保存（3）选择分析类型和求解器新建工程文件，单击菜单命令Project/Insert Maxwell 2D Design，或者单击工具栏上的图标。执行菜单命令Maxwell 2D/Solution Type，在弹出的对话框中选择求解类型Electrostatic，如图2-1所示：图2-1 选择求解器类型3.绘制几何模型（1）设置绘图单位 执行菜单命令Modeler/Units，根据需要进行单位设置。本例中单位为m。 （2）绘制模型 （a）绘制导线绘制导线1：点击快捷键（或者执行命令Draw/Circle），绘图区下方坐标状态栏输入（-2.5,10,0）后回车，此时坐标（X,Y,Z）变为（dX,dY,dZ），在其中输入（0,0.01,0），如图3-1所示，回车则会出现面圆Circle1。图3-1 第一根导线坐标示意图同理，绘制导线2-6，导线2的圆心坐标为（-7.5,10,0），半径为（0,0.01,0）；导线3的圆心坐标为（-12.5,10,0），半径为（0,0.01,0）；导线4的圆心坐标为（2.5,10,0），半径为（0,0.01,0）；导线5的圆心坐标为（7.5,10,0），半径为（0,0.01,0）；导线6的圆心坐标为（12.5,10,0），半径为（0,0.01,0）；（b）绘制求解区域执行菜单命令Draw/Circle或单击工具栏上的，输入坐标(0,0,0)回车，输入(0,62.5,0)回车确认，得到cricle7。只选择上半区域进行求解，选中circle7，执行菜单命令Modeler/Boolean/Split或单击工具栏上的，选择XZ平面，点击确定，如图3-2所示。图3-2 分割上半求解平面4.设置各部分材料属性（1）设置导线材料属性 在属性栏中同时选中circle1-6，右键选择Assign Material，将material设置为copper，如图4-1所示。图4-1 设置导线材料为copper（2）设置求解区域材料属性 circle7材料默认为vacuum，可不必再设定。5.设置激励（1）设置导线激励 在状态栏中选中circle1，右键选择Assign Excitation/Voltage，弹出静电场电压激励设置窗口，Value栏内输入电压值6V。同理设置circle2-6的电压值也为6V，如图5-1所示。图5-1 设置导线电压为6V（2）设置零电位 在绘图区右键Select Edges，选中半圆与x轴重合的底边以及半圆的圆周，右键Assign Excitation/Voltage，设置Value值为0，如图5-2所示。图5-2 设置零电位6.求解设置（1）添加求解步骤：选中Analysis，右键选择Add Solution Setup，均沿用默认设置，点击确定，如图6-1所示。图6-1 添加求解步骤（2）分析自检执行菜单命令Maxwell 2D/Validation check或单击快捷键，弹出自检对话框，确认所有设置均正确，如图6-2所示。图6-2 检查所有设置均正确7.求解及结果查看（1）求解 选择Maxwell 2D/Analyze All，或者直接点击图标进行求解，求解完成后得到图7-1。图7-1 求解成功（2）查看求解结果 （a）查看整个求解区域的电压分布：选中circle7，右键选择Fields/Voltage，出现如下对话框，如图7-2所示，In Volume选择All Objects。图7-2 查看整个求解区域的电压分布单击确定就可以看到整个求解区域的电压分布如图7-3所示。图7-3 整个求解区域的电压分布（b）查看整个求解区域的电场强度分布：选中circle7，右键选择Fields/E/Mag_E，出现如下对话框，如图7-4所示，In Volume选择All Objects。图7-4 查看整个求解区域的电场强度分布单击确定就可以看到整个求解区域的电场强度分布如图7-5所示。图7-5 整个求解区域的电场强度分布放大后可以看到导线附近的电场强度分布如图7-6所示。图7-6 导线1附近的电场强度分布如果得到更加规律、详细的电场强度分布，在导线1的圆心再建一个圆，圆心坐标为（-2.5,10,0），半径为（0,0.1,0），得到circle8，选中circle8，右键选择Properties，勾上Model，如图7-7所示。图7-7 将circle8选成Model再查看circle8中的电场强度分布：选中circle8，右键选择Fields/E/Mag_E，In Volume选择All Objects，单击确定就可以看到circle8（导线1附近）较为规律的电场强度分布如图7-8所示。图7-8 导线1附近较为详细的电场强度分布（c）导线间的电容计算：在项目管理器右击Parameters，执行弹出菜单命令 Assign/Matrix，弹出电容矩阵参数对话框，进行如图7-9所示的勾选。图7-9 电容矩阵设置再次执行模型检查和模型计算，完成后在项目管理器栏右击Results，执行右键菜单命令Solution Date，选择Matrix项目，或单击工具栏上的，可以看到电容计算结果如图7-10所示。图7-10 电容计算结果修改导线的参数，再次计算电容，并做比较。1.改变导线的半径。增大导线的半径，由原来的0.01m增大为0.02m。全选Circle1-6中的CreatCircle，右键点击CreatCircle，选择Properties，将Radius修改成0.02m，如图7-11所示。图7-11 增大导线半径至0.02m再次按照上述计算电容的步骤，算出分布电容如图7-12所示：图7-12 导线半径为0.02m时的部分电容同理，减小导线的半径为0.005m。按照上述步骤，计算分布电容如图7-13所示。图7-13 导线半径为0.005m时的部分电容由上可以看出，增大导线半径，导线的单相对地电容增大，互部分电容也增大，但是增大得有限；减小导线半径，导线的单相对地电容减小，互部分电容也减小，但是减小得有限。2.改变导线的对地高度。增大导线的对地高度，由原来的10m增大为15m。依次右击Circle1-6中的CreatCircle，选择Properties，圆心纵坐标改成15m，如图7-14所示。图6-14 修改导线的对地高度为15m按照上述计算电容的步骤，算出分布电容如图7-15所示：图7-15 导线对地高度为15m时的部分电容同理，减小导线的对地高度为5m。按照上述步骤，计算分布电容如图7-16所示。图7-16 导线对地高度为5m时的部分电容由上可以看出，增大导线对地高度，导线的单相对地减小，互部分电容反而增大；减小导线的对地高度，导线的单相对地电容增大，互部分电容反而减小。（d）查看路径上的电压和电场强度分布：路径的两个端点坐标为P1（-5,1.5,0）、P2（5,1.5,0）；选择Draw/Line或者单击工具栏上的，设置路径的坐标，在坐标栏输入（-5,1.5,0）回车后再输入（5,1.5,0），再回车。在工程管理器中右击Result后，选择Create Fields Report/Rectangle Plot，弹出图7-17所示的对话框，在其中可以查看相应的各种结果曲线。图7-17 查看控制线上的电压分布查看路径上的电压分布：在图7-17的对话框中，点击Geometry下拉菜单，选择Ployline1，在Quantity下选择Voltage，然后单击New Report，可绘出控制线上的电压曲线。如图7-18所