ANSYS在高电压绝缘技术中的应用

1、姓名：黄姓名：黄 涛涛联系方式联系方式：作室：电气工程学院电工所工作室：电气工程学院电工所3 3教教407407室室ANSYSANSYS在高电压绝缘技术中的应用在高电压绝缘技术中的应用ANSYSANSYS软件的入门介绍软件的入门介绍ANSYSANSYS在高电压工程中的运用在高电压工程中的运用12ANSYS公司公司 pJohn Swanson博士博士 1970p总部位于总部位于 Canonsburg, PA - USA (匹兹堡南部匹兹堡南部)pCAE行业最大公司之一行业最大公司之一p中国战略中国战略相继收购了ICEM、CFX、CENTURY DTNAMICS、AAVI

2、D THERMAL、FLUENT、ANSOFT等世界产品广泛应用于航空、航天、电子、车辆、船舶、交通、通信、建筑、电子、医疗、国防、石油、化工等众多行业。ANSYS软件软件 ANSYS软件是融结构、流体、温度场、软件是融结构、流体、温度场、电场、磁场电场、磁场、声场、多物理、声场、多物理场耦合分析于一体的大型通用场耦合分析于一体的大型通用有限元有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数开发，它能与多数CAD(Computer Aided Design)软件接口，实现数据的共享和交换，如软件接口，实现数

3、据的共享和交换，如Pro/Engineer，Solidworks， AutoCAD等，等， 是现代产品设计中的高级是现代产品设计中的高级CAE (Computer Aided Engineering)工具之一。工具之一。ANSYS多物理场耦合分析 电机多物理场耦合仿真计算是“电机虚拟计算机辅助设计技术”中的关键技术，已成为目前电机电器制造企业和学术界的关注热点。它通过对电机内电磁场、温度场、流体场、应力场的耦合分析计算，有效利用材料的力学、热学等特性优化电机结构，提高电机的整体性能，大大缩短研发周期，减少材料消耗。除此之外，有关应力和温升的故障点很难用检测的方法定位，多物理场耦合分析也有利于发

4、现电机运行中的故障诊断分析。ANSYS多物理场耦合分析p电机定子端部绕组分析电机定子端部绕组分析 有限元基本思想有限元基本思想：将物体（即连续的求解域）离散成有限个且按一定：将物体（即连续的求解域）离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合，来模拟或逼近原来的物体，从而方式相互联结在一起的单元的组合，来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值方法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最种数值方法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析

5、。网格划分中每一个的块体称为单元。确定终得到对整个物体的分析。网格划分中每一个的块体称为单元。确定单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。1. 选择选择ANSYS软件产品软件产品2. 选择工作目录、设置工作文件名选择工作目录、设置工作文件名3. 设置设置ANSYS工作空间和数据库的大小工作空间和数据库的大小4. 运行运行ANSYS1. 应用菜单应用菜单2. 主菜单主菜单3. 输入窗口输入窗口4. 工具条工具条5. 图形窗口图形窗口6. 快捷菜单快捷菜单7. 信息输出窗口信息输出窗口8. 退出退出ANSYSu 创建有限元模型创建有限元模型p 包括制定工作文

6、件名和工作标题包括制定工作文件名和工作标题p 创建或读入几何模型创建或读入几何模型p 定义单元类型定义单元类型p 定义单元实常数定义单元实常数p 定义材料属性及有限元网格划分定义材料属性及有限元网格划分u 加载求解加载求解p 定义分析类型和分析选项定义分析类型和分析选项p 加载加载p 指定载荷步选项指定载荷步选项p 求解初始化求解初始化u 查看求解结果查看求解结果p 通用后处理器通用后处理器POST1和时间历程后处理器和时间历程后处理器POST26查看结查看结果果p POST1：用于查看整个模型或部分模型在某一时间步的计：用于查看整个模型或部分模型在某一时间步的计算结果算结果p POST26：

7、用于查看模型的特定点在所有时间步内的计算：用于查看模型的特定点在所有时间步内的计算结果结果p 1 GUI （graphic user interface ）p 2 APLDp 两者关系两者关系 工频交流电气设备中，不同电位导体间的电位差随时间工频交流电气设备中，不同电位导体间的电位差随时间的变化比较缓慢，导体的变化比较缓慢，导体 间距离远小于相应电磁场的波长，所间距离远小于相应电磁场的波长，所以在任一瞬间公平交流电气设备中的电场可近似作静电场。以在任一瞬间公平交流电气设备中的电场可近似作静电场。 当作为绝缘材料的电介质承受的电场强度超过一定限制当作为绝缘材料的电介质承受的电场强度超过一定限制是

8、就会失去绝缘能力而损坏。若强场区局限于较小范围，则是就会失去绝缘能力而损坏。若强场区局限于较小范围，则电介质可能只是局部损坏，发生电介质可能只是局部损坏，发生局部放电局部放电。若强场区范围很。若强场区范围很大，则电介质将全部失去绝缘性能，造成电极间短路，即大，则电介质将全部失去绝缘性能，造成电极间短路，即电电介质击穿介质击穿。临界场强：空气（临界场强：空气（25 30kv/cm） 变压器油（变压器油（50 250kv/cm）图：图：500kV油纸电容式变压器套管模型油纸电容式变压器套管模型从图中可以看出电容芯子整体的电场强度最大值为5.625 kV /mm，出现在接地极板的边缘处。上均压球的最大电场强度为3.378 kV/mm，下均压球的最大电场强度为3.642kV/mm。三三种典型均压球三维模型图种典型均压球三维模型图(a)均压球1三维模型图(b)均压球2三维模型图(c)均压球3三维模型图(a)均压球均压球1分布分布图图 (b)均压球均压球2 分布图分布图(c)均压球均压球3 分布图分布图三三种不同均压球表面电场强度分布图种不同均压球表面电场强度分布图2828书籍书籍:ANSYS 10.0电磁学有限元分析实例指导教程 作者：孙明礼 等编著 出版社：机械工业出版社ANSYS操作命令与参数化编程 龚曙光，谢桂兰编著 出版社： 机械工业出版社网站网