三相交流电缆的电场仿真.doc

目录1.课程设计的目的与作用11.1设计目的：11.2设计作用：12.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍22.1设计任务：22.2 Maxwell软件环境：23.电磁模型的建立33.1建模33.2设置激励64.电磁模型计算及仿真结果后处理分析74.1设置自适应计算参数：74.2检查并运行84.3软件仿真结果94.3.1 Voltage,E,D及Energy的分布94.3.2双导线中心连线的电场分布94.3.3计算单位长电容125.设计总结和体会146. 参考文献：151.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2.2 Maxwell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 Insert Maxwell 2D DesignFileSave as1303030331（工程命名为“1303030331”）图3.1.1新建工程2. 选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic图3.1.2求解器类型选择3. 创建场域Drawcircle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Drawregular polygon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Number of segment设置为3图3.1.5设置为三角在三角形三个顶点处分别Drawcircle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Assign Material 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Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 380V图3.2.1设置激励同理设置B、C内导体为-190V4.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：Maxwell 2D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes 10误差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass 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Maxwell 2D Analyze All，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4.3.1 Voltage,E,D及Energy的分布检查完毕后，Maxwell 2D Fields Fields,分别选择Voltage,E,D,还 有Other Energy.图4.3.1.1 Voltage,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Maxwell 2D Results Create Fields Report Rectangular Plot , Geometry Polyine 1,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Maxwell 2D 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