基于ANSYS的330kV有机复合绝缘子表面电场建模和优化
基于ANSYS二次开发的永磁同步发电机电磁场分析
研究与开发基于A N SY S二次开发的永磁同步发电机电磁场分析王丽华(南昌大学，南昌330031)摘要本文应用A N SY S提供的A PD L语言编程，设计可视化界面，通过主程序调用模块化子程序，利用do循环语句实现电机自动旋转．剖分、加载荷及求解等过程，方便快捷，同时对电磁场计算结果进行后处理，得出永磁同步发动机的绕组磁链、端电压大小及波形．分析结果有助于对电机进行性能分析及优化设计。
关键词：A PD L；永磁同步发电机；齿磁通；绕组电压T he El ect r om agnet i c Fi el d A nal ysi s of Pe r m a nent M agnet Synchr onousG ener at or B ased on A N SY S Secondar y D evel opm e ntW ang Li h ua(N anchang U ni v er s i t y，N anch ang330031)A bs t r act Th i s pap er com pi l es pr ogr am s by t he A P D L l ang uage of A N SY S s of t w a r e，de si gnsvi si bl e i nt er f ac e，cal l bl ocked s ubpr o gr am by m ai n pr og r am and r e al i z e t he w hol e process of t he el e ct r i c al m a c hi ne’S a ut o—r ot at e，a ut o-m es h，a ut o-l oad and SO on，w hi ch iS con veni ent and ef f i c i ent．A t t he s am e t i m e，t he val ue and w a ve f or m of w i ndi ng m agnet i c f l u x l i nka ge and vol t a ge ar e obt ai ned by dea l i ng w i t h t he ca l c ul at i on r esu l t of t he el ect rom ag net i c f i el d．T he r e sul t s of s i m ul at i on is he l pful t o anal yze and des i gn per m a nent m ag net el e ct r i c al m a chi ne．K ey w or ds：A P D L『；P M Synchr onous G enerat or．t o ot h m agn et f l ux：w i ndi ng vol t a ge1引言对于一个简单模型来说，采用G U I(人机交互)操作方式可以很便捷地完成分析。
基于ANSYS的汽车传动轴有限元分析与优化设计
摘要ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
传动轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。
目前很多传动轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。
.本设计是基于ANSYS 软件来汽车传动轴行分析。
与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。
设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。
对零件的设计和优化有很大的参考作用。
正是因为上述优点，我在本设计中运用UG 来建立三维模型。
再将此模型导入ANSYS 软件来对其进行分析。
关键词：传动轴，三维建模，ANSYS，动静态分析A b st r ac tANSYS (f i n i t e e l e m e n t) package i s a m u l t i-p ur po s e f i n i t e e l e m e n t method for computer des i gn program that can be used to s o l ve the structure, fluid, e l ec tr i c i ty,e l ec tr o m ag n et i cf i e l ds and co lli s i on problems. So it can be applied to the followingi ndus tr i es: aerospace, au tom o t i v e,bi o m ed i ca l,b r i dge s,c on s tr uc t i on,e l ec tr o ni cs,h ea vy machinery, mi cro-el e ct r o m echa ni ca l systems, sports equipment and so on.Tr an s mi ss i on s h a f t i s the most common a r egu l a r part, the part structure i s s i m p l e, convenient o pera t i on, high pr ec i s i on, low pr i c es, it has been w i d e l y used. At pr ese n t, many have made the appro pr i at e Tr an s mi ss i on s h a f t i mpr o v e m e n t s,it has been gr ea t l y enhanced app li c a bi li ty.The des i gn i s based on ANSYS s o f t ware to Tr an s m i ss i on s ha f t by the line of s p i nd l e. Compared with the tr adi t i on a l c a l cu l at i on,computer-based f i n i t e e l e m e n t an a l y s i s method can be f a s t er and more accurate r es u l t s.Set the correct m o de l,dividing the right grid, and set a reasonable s o l ut i on process, an a ly t i ca l m o de l can ac curat e l y access t h e various parts of the stress and de f o r m at i on r es u l t s. On the part of the des i gn a ndop t i mi za t i on has great r ef ere n c e.It i s because of these advantages, the use of this des i gn in my UG to crea t et h r ee-di m e ns i on a l model Tr a ns m i ss i on s h a f t. Then this model was i n tr o duce d by t h e ANSYS s o f t wa r e to i t s line of a n a ly s i s.Key Words: Tr an smiss i on s h af t，t h r ee-d i me n si on al mo d e li ng，ANSYS，d y n am i c and s t a t i c a n al y s i s目录摘要.............................................................................................................................. - 1 -Abs tr ac t ............................................................................................................................. -2 -目录.............................................................................................................................. - 2 -第1 章绪论..................................................................................................................... - 4 -1.1 选题的目的和意义............................................................................................. - 4 -- 2 -1.2 选题的研究现状及发展趋势.............................................................................. - 4 -1.3 传动轴知识........................................................................................................ - 5 -1.4 传动轴的结构特点............................................................................................. - 5 -1.5 传动轴重要部件................................................................................................. - 6 -1.6 传动轴常用类型................................................................................................ - 7 -第2 章本课题任务和研究方法...................................................................................... - 8 -2.1 课题任务............................................................................................................ - 8 -2.2 分析方法............................................................................................................. - 8 -3.3 本课题的研究方法............................................................................................. - 9 -3.4 有限元方法介绍................................................................................................ - 9 -3.4.1 概述.................................................................................................................. - 9 -3.4.2 基本思想......................................................................................................... - 9 -3.4.3 特点................................................................................................................ -10 -3.5 ANSYS 软件简介............................................................................................. -11 -第4 章确定汽车传动轴研究对象和UG 建模............................................................. -12 -4.1 确定汽车传动轴研究对象概述........................................................................ -12 -4.2 汽车传动轴（变速箱第二轴）的3D 建模设计............................................. -14 -4.2.1 进入UG 的操作界面............................................................................ -14 -第5 章汽车传动轴的有限元分析................................................................................ -21 -5.1 有限元分析的基本步骤............................................................................ -21 -5.2 有限元分析过程与步骤........................................................................... -22 -5.2.1 转换模型格式........................................................................................ -22 -第六章总结和传动轴的优化设计分析........................................................................ -41 -结论................................................................................................................................ -41 -参考文献........................................................................................................................ -42 -致谢.............................................................................................................................. -43 -第1 章绪论1.1 选题的目的和意义随着计算机技术的日益普及和FEA 技术的蓬勃发展，人们已经广泛采用计算机有限元仿真分析来作为传动轴强度校核的方法。
外绝缘复习答案更新
绝缘子及输变电设备外绝缘重点内容回顾1、绝缘子按材质的分类；三类不同材质绝缘子的优缺点按采用的绝缘材料划分，绝缘子可分为电瓷，玻璃和复合绝缘子（又名合成绝缘子，也称有机绝缘子或非瓷绝缘子）三大类。
复合绝缘子优点：重量轻，易运输和安装；机械强度高，不容易破碎；制造工艺简单，价格便宜；具有表面憎水性，耐污闪能力强，少维护。
缺点：（1）比较容易老化（电气性能，和机械性能都会随着运行时间而逐渐下降，而且这种性能下降是不可恢复的）；（2）会产生漏电起痕和蚀损的现象（有机材料主要是碳氢化学键构成）；（3）在同样结构距离前提下绝缘距离小；（4）脆断问题。
电瓷绝缘子优点：（1）长时间的使用经验；（2）较全面的质量保障体系。
缺点：（1）有零值绝缘子的问题；（2）支柱绝缘子的断裂问题；（3）遭外力冲击破碎的问题；（4）耐污闪性能差。
玻璃绝缘子优点：（1）零值绝缘子自爆；（2）其余优点同电瓷绝缘子。
缺点：（1）遭外力冲击破碎问题；（2）耐污闪性能差。
玻璃绝缘子和电瓷绝缘子优点：（1）都有优异的对自然因素的抗老化能力；（2）具有非常好的化学稳定性。
缺点：（1）材料表面具有较强的吸附水分的能力，容易受潮湿润；（2）比较笨重，运输不方便；（3）都为脆性材料，在运输和安装中要小心轻放，避免破碎；（4）维护成本高（测零、清扫）。
2、对绝缘子的使用要求机械性能：承受各种应力，静态和动态（线路悬式绝缘子和耐张绝缘子所受的拉应力；电站支柱绝缘子承受压应力和弯矩、扭矩的作用；横担绝缘子承受弯矩作用。
绝缘子还可以承受多重暂态载荷—扭弯载荷，振动载荷，冲击载荷）电气性能：承受稳态工频电压、雷电过电压、操作过电压。
330kV以下主要考虑雷电过电压的作用，330kV以上主要考虑操作过电压的作用。
耐电弧性。
污闪问题，在污秽地区确定绝缘子串长的决定性因素是运行电压下的耐污闪能力。
耐候及抗老化能力：温度、紫外线、雨、露、雾、溶雪、溶冰、海拔高度。
基于ANSYS的钢管短芯棒拉拔的参数化建模
值 模拟 的基 础 ， 是模 具 和 工 艺 的优 化 设 计 的重 要 也
Ｓ Ｔ， ５ ／ ０ ０ Ｅ Ｒ。１ １０
１拔 模 人 Ｅ锥 Ｒ ｌ
收 稿 日期 ：０ ８０ —１ ２０ －１１ 作 者 简 介 ： 志强 （９ ０ ） 男 ， 宁 鞍 山人 ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向为 ： 属 材 料 成 型 模 拟 。 赵 １８ 一 ， 辽 硕 主 金
控制体模型特征的 目的。本程序如下 ：
进入 前 处 理 器
／ＰＲＥＰ７
定义参数用户给定的参数
Ｓ Ｔ，Ｏ ６ ／ ００ Ｅ Ｄ ，３ １０
Ｓ Ｔ， ３ １０ Ｅ Ｓ ／ ００ Ｏ。
建 模 的程 序 ， 为钢 管拉拔 在 Ａ Ｓ Ｓ中 的序 列 化分 析 ＮＹ 提 供 了一 种有 效 的方法 。
软件建立 钢 管拉拔 模 型 ， 通过 与 Ａ Ｓ Ｓ建 立接 口 再 ＮＹ 将 模型 导人 的方法 效率 较低 ， 实现建 模 的参 数 化 。 未
为此 ， 文基 于 Ａ Ｓ Ｓ参 数 化 设 计语 言 （ Ｐ Ｌ 实 本 ＮＹ ＡＤ ）
建 模过 程 的基础 ， 键 点 的分 布 直接 决 定 了体 模 型 关 的特 征 ＿ 。用 户 可 以通 过 控 制 关 键 点 的 分 布 达 到 ４ ］
开发功 能可 以实 现参 数 化 建 模 ， 过 给定 相 关 参 数 通
用 的是 １８模 型 。 由于钢管 拔制工 艺参 数 和模具 尺 ／ 寸 参数 的多样 性 ， 得 建立 不 同 的模 型过 程 时参 数 使
即 可生 成相 应 的模 型 ， 去 了 与其 他 建模 软件 建 立 省 接 口再 导人 模 型的 不便 ， 利 于提 高 复 杂模 型 的建 有 模效 率 ， 并为后 续 的优 化设计 提 供 了可靠 的保 障 。 为 了得 到钢管 拉拔 过程 中拔 模 、 管 、 钢 以及 芯模 各 个部 分 的真实应 力 值 ， 要 在 计 算 机 的虚 拟 环 境 需 中对钢 管拉 拔过程 进 行 多 次 的 模 拟试 验 ， 而模 型 的
750kv输电线路绝缘子串电压分布的研究
根据 750kV 输电线路线路实际情况，考虑铁塔、分裂导线、均压环、避雷线等因 素的影响，建立了 750kV 输电线路绝缘子串三维电场有限元计算模型，研究确定 750kV 绝缘子串电压分布规律。分析讨论了分裂导线、铁塔、避雷线、均压环、绝缘子型号、 绝缘子材质、悬挂方式、导线排列方式等因素对线路不同位置绝缘子串电位分布仿真计 算的影响，优化了均压环结构，进而确定了不同塔型、不同绝缘子片数、不同绝缘子型 号、不同材质绝缘子的 750kV 输电线路绝缘子串电位分布。主要得到了以下结论：
① 仿真计算时，分裂导线对绝缘子串电位分布计算影响明显，它能够使绝缘子串 电位分布更加均匀化；当分裂导线长度取为绝缘子串长的 8 倍以上时，与实际导线的效 果类似；考虑同一杆塔上的其他相导线的影响时绝缘子串电位分布更加不均匀。铁塔对 绝缘子串电位分布影响明显，忽略铁塔影响时绝缘子串电位分布会更加不均匀，特别是 对靠近接地端的绝缘子承受电压影响显著。避雷线、绝缘子伞形结构、绝缘子串的悬挂 方式、导线排列方式、绝缘子材质等因素对不同位置的绝缘子串电位分布的计算均有影 响。
基于ANSYS的高过载配变电磁场仿真及损耗计算
2 高过载配变电磁场仿真建模及结果分析
2.1 高过载配变有限元模型的建立
以400 kVA 自然油循环冷却配电变压器为原型，建立三维电磁场有限元仿真模型。变压器主要参数:低压侧绕组额定电压为0.4 kV，额定电流为577 A；绕组为层式结构，共2 层，每层的厚度为11.25 mm，内半径为138 mm，外半径为191 mm；油道宽度为4 mm；高压侧额定电压为10 kV，额定电流为23 A；共13 层，每层厚度1.82 mm，内半径为208 mm，外半径为278 mm；4 层与5 层间是全油道，8 层与9 层间是半油道，油道宽度为4 mm；变压器铁芯采用23Q90 型硅钢片，铁芯重709.4 kg；变压器油箱的尺寸为960 mm×540 mm×1020 mm，厚度为4 mm，材料为Q235A 钢板，三维配变仿真模型如图2 所示。
高过载变压器与普通变压器最大的不同就在于高过载变压器需要承受的电流高于额定电流，有时甚至是额定电流的2 倍，这样大大增加了变压器的温升和损耗，因此，降低变压器损耗至一定范围内显得尤为重要。从经济运行角度，高过载能力配变在年平均负载率低、负荷峰谷差大的条件下，其年综合损耗才能优于具备同样承载能力的常规变压器，体现其安全性和经济性[5-6]。
由图5可知，通过基于Maxwell的有限元模型计算损耗，在数值上与经验公式法计算结果相近。3种数据相比，通过仿真所得的计算结果与试验实测数据更加接近。这是因为仿真模型各项参数都与实际变压器原型保持一致，计算结果准确客观，而经验公式法中各项系数的确定与选择都较为主观，有所偏差。
JBT8737—1998 高压线路用复合绝缘子使用导则
高压线路用复合绝缘子使用导则JB／T 8737—1998前言本标准非等效采用国际电工委员IEC 1109：1992《标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子——定义、试验方法和接收准则》，同时在产品机械强度等级、连接结构、绝缘配合等方面与国内相关标准JB 5892－1991《高压线路用有机复合绝缘子技术条件》、JB／T8460—1996《高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性》等相关标准协调一致。
本标准于1996年12月首次制订。
本标准的附录A是标准的附录。
本标准由全国绝缘子标准化技术委员会提出并归口。
本标准由武汉高压研究所负责起草，华东电力试验研究所、湖北省电力局所属襄樊电力设备厂参加起草。
本标准主要起草人：任世国、杨迎建、包政明。
本标准委托西安电瓷研究所负责解释。
中华人民共和国机械行业标准高压线路用复合绝缘子使用导则JB／T 8737—19981 范围本标准适用于额定电压1～500kV，频率不超过100Hz的输电线路和变电站使用的高压线路用复合绝缘子(以下简称绝缘子)，安装地点的海拔不超过1000m，环境温度在－40～＋40℃之间，安装地点的海拔超过1000m时应按GB 311.1—1997进行修正。
本标准规定了对绝缘子的选择、验收、安装、运行与维护等内容。
高压线路用横担式复合绝缘子及相间复合间隔棒的选用导则见附录A(标准的附录)。
2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
在标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB 311.1—1997 高压输变电设备的绝缘配合GB 775.1—1987 绝缘子试验方法第1部分：一般试验方法GB 775.2—1987 绝缘子试验方法第2部分：电气试验方法GB／T 2900.8—1995 电工术语绝缘子GB／T 4056—1994 高压线路悬式绝缘子联结结构尺寸GB 4585.1—1984 交流系统用高压绝缘子人工污秽试验方法盐雾法GB 4585.2—1991 交流系统用高压绝缘子人工污秽试验方法固体层法JB 3384—1983 高压绝缘子抽样方法JB 5892—1991 高压线路有机复合绝缘子技术条件JB／T 5895—1991 污秽地区绝缘子使用导则JB／T 8177—1995 绝缘子金属附件热镀锌层通用技术条件JB／T 8181—1995 绝缘子串元件球窝联接用锁紧销JB／T 8460—1996 高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性3 术语本标准所用的术语，除符合GB／T 2900.8和JB 5892的规定外，还使用以下术语。
线路外绝缘
线路外绝缘1 ±800kV 长串绝缘子污闪特性及绝缘子选择研究国内外的运行经验均表明，输变电设备的外绝缘在直流电压下的积污比交流电压下更严重，而且相同污秽条件下的直流污闪电压要低于交流污闪电压，因此直流输电线路及换流站在运行遇到的污闪问题更多。
在我国的电网规划构架中，±800kV直流输电线路是实现跨大区跨流域输电，全国能源资源优化配置的主要能源通道，因此其外绝缘可靠性需要得到进一步的重视，其也成为±800kV 直流输电工程外绝缘设计的控制性因素。
在±800kV 特高压直流输电线路上，300kN及以上的大吨位绝缘子需要得到大量应用。
线路绝缘子串长的增加，要求其串形结构有所变化，如采用V形串。
为解决±800kV直流输电工程线路外绝缘设计和线路绝缘子选型问题，对±800kV 直流输电线路用绝缘子的污闪特性进行了研究，分析了串长、V 型串、双串并联串间距对直流绝缘子污闪特性的影响。
结合污秽闪络电压的各种校正因素，得到了±800kV 直流输电线路的外绝缘配置。
1.1 ±800kV 线路绝缘子污闪特性不同串长条件下的获得的污闪电压与串长之间的关系如图1所示。
结果表明，大吨位直流悬式绝缘子串的50%污秽闪络电压与绝缘子片数（串长）呈线性关系（线性相关度0.9976以上）。
但为了提高±800kV 直流线路外绝缘设计的可靠性，还应强调，绝缘子串长的确定仍需在尽可能长的绝缘子串下进行。
图1 绝缘子50%闪络电压和绝缘子片数的关系1.2 V 形串对绝缘子串污闪电压的影响对单V串45片CA-776EZ 型绝缘子在 0.05mg/cm2盐密、0.3mg/cm2灰密条件下进行了直流人工污秽试验，将其与同条件下单I串 45 片 CA-776EZ 型绝缘子的50%污闪电压进行对比。
结果表明，在相同的染污条件下，二者的50%闪络电压仅相差2%。
基于ANSYS的永磁直线同步电机的电磁仿真与分析
基于ANSYS的永磁直线同步电机的电磁仿真与分析金晓华【摘要】Analysis and calculation of electromagnetic fields are regarded as a central premise of electrical machinery design. This paper attempts to analyze the magnetic Helds of permanent magnet linear synchronous motor （PMLSM） by using ANASYS, a finite element analysis software tool. The simulation and analysis of the ANASYS provide distribution characteristics and law of electromagnetic fields of the inner side of PMLSM. And then force analysis of PMLSM is conducted by adopting Maxwell stress tensor method and virtual work method, aimed at providing a theoretical basis for impreving the force ripple of PMLSM.%电磁场分析计算是电机设计的重要前提，应用ANSYS有限元分析软件对一台永磁直线同步电机电磁场进行分析．通过ANSYS软件的仿真与分析，获得永磁直线同步电机内部电磁场分布特点和规律，再结合麦克斯韦应力张量法和虚功法对永磁直线同步电机进行推力分析，为改善永磁直线同步电机的推力波动提供重要的理论基础．【期刊名称】《南京工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(010)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】永磁直线同步电机;ANSYS;有限元;推力波动【作者】金晓华【作者单位】南京工程学院电力工程学院,江苏南京211167【正文语种】中文【中图分类】TM359.4永磁直线同步电机是直接产生直线运动的电磁装置，它可以看成是从旋转电机演化而来，设想把旋转电机沿径向剖开，并将圆周展开成直线，就得到了直线电机［1］，具有高速、高加速度、定位精度高和行程不受限制等优点，广泛应用于数控机床进给系统.但是永磁直线同步电机自身独有结构特点，其空载反电动势波形、端部效应、齿槽效应等，较易产生推力波动.推力波动问题是直线同步电机在实际应用中的关键点，传统的磁路法、图解法等很难精确计算直线电机电磁场量的分布，更不能精确求得其推力［2］.为从源头解决永磁直线同步电机的推力波动问题，本文将借助于有限元法求得电磁场的近似解.以永磁直线同步电机为模型计算电机的电磁场，其具体参数为:电机永磁体部分采用钕铁硼，其磁感应矫顽力Hc为870 kA/m;电机槽数为12槽;相数3;气隙0.8 mm;槽宽8 mm;槽深25 mm;齿间距15 mm;极距14 mm;永磁体高4 mm;永磁铁宽14 mm;永磁铁长120 mm;铁心高度42 mm;铁心长度180 mm.1 永磁直线同步电机电磁场计算为了建立合适的电磁场分析模型，根据永磁直线同步电机的特点和实际计算需要，将其作一定的假设［3-4］:1)磁路为线性，不考虑磁饱和效应;2)初级铁芯表面光滑;3)动子轭和定子轭部分各向磁导率同性，分别为μ1和μ2;4)永磁体X方向和Y方向上的磁导率等于空气隙磁导率μ0，且所有部分电导率为0;5)忽略Z轴方向磁场变化，各电流仅在Z轴方向流动，即只有Z向分量，因此，将电机实际三维场转化为平面二维场的问题进行分析．应用ANSYS软件计算电机的电磁场，首先用命令流形式编写了永磁直线同步电机的电磁场计算程序，程序分为前处理、求解、后处理三个部分.1.1 前处理选择单元类型为二维实体单元PLANE53，选择国际单位制(MKS)作为电磁场分析的单位制，定义空气\初级铁心\次级铁心\永磁体\线圈的材料属性，其中初级铁心为非线性材料(硅钢片DW310-35)，定义电机模型尺寸的相关参数.在直线电机中，由于纵向端部的存在，磁路不再呈现周期对称性，要准确计算直线电机的磁场分布，必须对整个初级和次级进行建模.此外，由于直线电机的敞开式结构，除气隙外，模型中还应该包括适当的介质——空气，先建立直线电机的几何模型，实现智能剖分网格，然后选择需要精细剖分的区域进行网格细剖，这样，就形成了直线电机的有限元分析模型，如图1所示.图2是局部剖分图，从中可以看出，电机模型的初级扼靠近空气部分划分比较均匀，越靠近线圈部分，划分的越细密，这样有利于进行更细致的求解.1.2 求解首先在有限元分析模型的边界节点处加载边界条件.在图1所示的直线同步电机模型中，将长端边界设置为一类边界条件，Az=0;将短端边界设置为周期性边界条件，且两端相等.通过将短边设置为周期性边界条件，可减小计算的工作量.然后为绕组加载电流源密度，考虑到永磁同步直线电机作为数控机床的精密伺服元件，在对电机进行矢量控制策略时，加载的电流源密度要符合控制策略.求解时需选择合适的求解直线电磁场问题的求解器，进行电磁场求解.1.3 后处理绘出二维磁力线分布图，如图3所示.由图可知，入端磁力线比出端磁力线稀疏，这正是边端效应的真实反映.磁力线经过电机扼部、电机齿部进入空气隙，并穿入次级导轨，再从另一个电机齿部进入电机扼部，最终完成一个极的磁通线闭合，这个过程是与普通旋转电机理论相符合的.通过选择查看磁场密度的矢量图后，可看到模型中的磁密矢量的大小和方向，如图4所示，图中颜色强度的变化代表模型中不同部位磁感应强度的大小，本文研究的永磁直线同步电机的大部分气隙磁密值约在0.61 T左右.2 推力分析推力是永磁直线同步电机非常重要的性能参数指标.在电磁场理论中，计算电磁力的基本方法有麦克斯韦应力张量法(Maxwell stress tensor，简称 MX)和虚功法(virtual work method，简称 VM)［4-6］.2.1 麦克斯韦应力张量法［7］根据麦克斯韦的观点，可以把作用在媒质任意区域上的体积力归结为这个区域表面S所受到的张力．如果两种媒质的磁导率为μa和μb，则在磁场中作用于物体表面上的力［4］为式中:Bn为磁通密度在S平面的法向量;Ht为磁场强度在S平面的的切向量，力的方向由磁导率大的介质指向磁导率小的介质．当两种介质分别是铁磁材料与空气时，力的表达式变为且F的方向总是由铁芯指向空气．2.2 虚功法虚功法是基于能量守恒原理与虚位移原理的一种计算电磁力的方法．当电磁装置的某一部分发生微小位移时(既可以是真位移，也可以是虚位移)，如在恒电流或恒磁链的条件下，整个系统的磁能会随之变化，则该部分就会受到电磁力作用．电磁力的大小等于单位微增位移时磁共能的增量(电流约束为常量)或单位微增位移时磁能的增量(磁链约束为常量)．当用有限元方法计算并假设磁链约束为常量时，用矢量磁势计算比较方便．磁场中物体所受力可表示为式中:Wm为磁场储能;ψ为磁链;x为位移;xk为虚位移．2.3 推力分析ANSYS软件包可方便地自动应用麦克斯韦应力张量法和虚功法计算得出电机模型的推力.在软件中定义定子电流的初始相位角和动子位移均为0，可得到两种计算方法下的推力仿真计算结果，如图5、图6所示，是所仿真分析的直线电机在气隙从0.5 mm变化到1.0 mm时的推力比较结果.通过图5和图6的仿真结果可以看出，麦克斯韦应力张量法和虚功法直线电机的推力计算的结果一致，当电机气隙从0.5 mm逐步增加到1.0 mm时，定位力也逐步增加.由于工艺要求和推力优化的角度考虑，选择气隙0.8 mm为最佳参数.通过获取不同气隙时的定位力，合理改变电流，这样可改善直线电机因气隙发生变化而导致的稳定性.在优化电机尺寸下获取电机的磁链数据，如图7所示，三相磁链为正弦波，且对称，这与永磁直线同步电机的工作原理一致.当电机工作电流增加至10 A时［8］，计算此时的永磁直线电机的推力，如图8所示，推力约为300 N左右，且波动比较小，可保证直线同步电机的稳定运行.此外，由图还可知，推力波动是位置的周期函数，推力波动的幅值随初级电流的增加而增加.由此可见，永磁直线同步电机的端部效应所引起的推力波动特性是一种周期性时变函数.另外，从图8还可知，采用虚功法仿真分析比麦克斯韦应力张量法分析得出的推力计算结果大致多10 N的力，且随着电角度的变化始终保持比较稳定的差值，这是与建模时电机模型的网格划分精度相关的，在提高网格划分精度后，两者的差值将会进一步缩小.3 结语本文利用ANSYS软件，首先建立永磁直线同步电机的有限元仿真模型，采用ANSYS软件分析了永磁直线同步电机内的磁场分布，并用麦克斯韦应力张量法和虚功法优化了定位力，计算有载时推力，为永磁直线同步电机的设计、优化以及推力控制和改善提供了有益参考.参考文献:【相关文献】［1］叶云岳.直线电机原理与应用［M］.北京:机械工业出版社，2000.［2］林健，左健民，汪木兰.直线电机应用于高速加工的关键技术［J］.现代制造工程，2007(4):114-118.［3］许智斌，方进，赵佳.直线感应电机的有限元仿真与分析［J］.微电机，2010，43(5):6-9. ［4］汤蕴缪.电机电磁场的分析与计算［M］.北京:机械工业出版社，2010.［5］戴魏，余海涛，胡敏强.基于虚功法的直线同步电机电磁力计算［J］.中国电机工程学报，2006，26(22):110-114.［6］黄明星，叶云岳.永磁电励混合励磁直线同步电机磁场的有限元分析［J］.机电工程，2004，21(11):34-38.［7］李庆雷，王先逵，吴丹.永磁同步直线电机推力及垂直力的有限元计算［J］.清华大学学报，2000，40(5):20-23.［8］戴魏，余海涛，胡敏强.直线同步电机运行分析［J］.电机与控制学报，2007，11(3):240-243.。
高电压1.3
• 滑闪放电的解释
– 法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最
大，因此最先出现初始的沿面放电
– 在电场强垂直分量的作用下，带电质点撞击介质表 面，引起局部温升，导致热电离，从而带电质点剧
增，电阻剧降，通道迅速增长
– 热电离是滑闪放电的重要特征
图1-25 套管绝缘子等效电路 C－表面电容 R－体积电阻 r－表面电阻 A－导杆 B－法兰
压的升高而严重，在330kV及以上
线路，靠近导线的绝缘子易引起电 晕和无线电干扰，为使绝缘子串电 压分布较均匀，在330kV及以上线 路上应在导线线夹处装设均压屏蔽 环。
三种情况比较：
• 均匀场中的沿面闪络电压最高， • 有垂直分量的沿面放电电压低得多； • 具有强垂直分量的沿面放电电压很低， 因为出现了热电离和滑闪放电。
• 1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的 沿面放电，哪个对绝缘的危害比较大，为什么？p49 • 答：具有强垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害比较大。 电场具有弱垂直分量的情况下，电极形状和布置已使电 场很不均匀，因而介质表面积聚电荷使电压重新分布所 造成的电场畸变，不会显著降低沿面放电电压。另外这 种情况下电场垂直分量较小．沿表面也没有较大的电容 电流流过，放电过程中不会出现热电离现象，故没有明 显的滑闪放电，因而垂直于放电发展方向的介质厚度对 放电电压实际上没有影响。其沿面闪络电压与空气击穿 电压的差别相比强垂直分量时要小得多。
滑闪放电的起始电压U 0和各参数的关系如下：
U 0 E0 C0 s
电压交变速度越快， 越容易出现滑闪； 冲击电压比工频交 流电更容易引起滑 闪；直流电压作用 下不会出现滑闪放 电现象
2 F/cm —— 比表面电容（ ）， C0 C0 r /[4 9 1011 r2 ln(r2 / r1 )] s ——表面电阻率。
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３ ９ （ ２ ２ ） ： １ － ５ ， ５ １ ．
２ ０ １ １ ． ３ ９ （ １ ３ １ ： １ ３ ０ — １ ３ ３ ．
［ ３ ］ 李 中，苑津 莎 ，张利 伟 ．基 于 自组 织抗 体 网络 的 电 力变压 器故障 诊断［ Ｊ ］ ＿电工技术 学报 ， ２ ０ １ ０ ，２ ５ （ １ ０ ） ：
２ ８ （ ２ ） ： ３ ４ — ３ ６ ．
罩 入 深 度 Ｈｉ ａｍ ｒ 绝 缘 子 表 面 最 大 电 场
３ ０
５ ０
１ ２ ５
６ ０
９ ． ５７
８ ． ５ ４
７Hale Waihona Puke ８ ２ ６ ． ９ｌ 强度值／（ ｋ Ｖ／ ｃ ｍ）
均 压 环 表 面 最 大 电 场
ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｏ ｕ ｔ ｄ ｏ ｏ ｒ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ
出了 ３ ３ ０ ｋ Ｖ 有机复合 绝缘子 表面 电场 优化 的措施 。 通过 改变绝 缘子高 压端均 压环 结构 尺寸可 以对优 化 电场分布 。通过 调整均 压环环径 、管径 、罩入深 度 ， 可 以使 绝缘 子表面 最大 电场 强度 值 降至最 小 。同时
２ ０ ０ ． ２ ０ ６ ．
［ ８ ］ ＧＢ ／ Ｔ １ ４ ２ ８ ５ －２ ０ ０ ６ 继 电保护 和安全 自动装 置技术
规 程［ Ｓ 】 ． ［ ９ ］ ＤＬ ／ Ｔ ６ ８ ４ —１ ９ ９ ９《 大 型 发 电 机 变 压 器 继 电保 护 整 定 导则》 【 Ｚ ］ ．
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强 度 值 ／（ ｋ Ｖ／ ｃ ｍ）
过程 的研究 【 Ｄ］ ．重庆：重庆 大学， ２ ０ ０ ８ ． 【 ５ ］ 高博 ，王 清亮，周建 博，等 ．干 燥带 对污秽 绝缘 子 电 场 分 布 的影 响 ［ Ｊ ］ ． 高 电 压 技 术 ，２ ０ ０ ９ ，３ ５ （ １ ０ ） ：
保护方 案［ Ｊ ］ ．电 工 技 术 学 报 ， ２ ０ １ ２ ， ２ ７ （ １ ２ ） ： １ ９ １ — １ ９ ８ ．
作 者 简介
【 ７ ］ 刘桂莲 ，席 亚克，罗明亮 ．升压变 Ｙ ｎ侧 区 内接地 短
路 差 动 保 护 能正 确 动 作 ［ Ｊ ］ ．电力系 统 保 护 与 控 制 ，
电场 强度值／ 峰值
１ 有机复合 绝缘子 ２ 有机复 合绝缘 子
表 ２ 有机 复合 绝缘子均压 环参 数及相 关的
均压 环参数 优化 前 优 化后 优化 前 优化后
管 径 ／ ｍｍ
环 径 Ｄ／ ｍｍ
参 考文献
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（ 上接第 ６ ６页 ）
席亚克 （ １ ９ ７ ９ ． ） ， 男 ，汉 族 ，本 科 ，工 程 师 ，主 要从 事 电 力 系 统 继
电保 护 开 发工 作 。
环表 面最 大长 枪 明显降低 ，绝缘 子表 面 电场强度 最 大值 与均 压环 环径和 罩入 深度相 关 ， 曲面 最低 点所 对应 的坐标 即为 电场优化 后 的参 数 。
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中 工 学 院 出版 社 ， １ ９ ８ ４ ．
２ ４ ２１ ． ２ ４ ２ ６ ．
注 ：与 电场 强度相对 应的绝缘 子两端 电压为 ９ ６ ． ４ ｋ Ｖ。
４ 结 论
本 文基 于静 电场 理论 ，采用 有 限元数值 计算 方 法 ，建立 了 ３ ３ ０ ｋ Ｖ有 机复合 绝缘子 的有 限元 模型 。
通过计 算杆塔 及 导线对 绝缘 子周 围电场 的影 响、绝 缘子表 面 电场分布 和绝 缘子表 面 电场强度 分布 ，提
ｌ ９． ８ｌ １ ６ ． ５ ３ １ ６ ． １ ６ １ ５ ． ２ ７
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４ ０
４ ０ ０
４ ０
２ ０ ０
４ ０
４ ０ ０
４ ０
２ ４ ０
［ ２ ］ 关志 成，王黎 明，周远 翔，等．复合绝 缘子用 于 高海 拔区 ７ ５ ０ ｋ Ｖ 线 路 的 可行 性 ［ Ｊ １ ．高 电压 技 术 ，２ ０ ０ ２ ，