三相交流电缆的电场仿真

目录

1.课程设计的目的与作用 (1)

1.1设计目的： (1)

1.2设计作用： (1)

2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 (2)

2.1设计任务： (2)

2.2 Maxwell软件环境： (2)

3.电磁模型的建立 (3)

3.1建模 (3)

3.2设置激励 (6)

4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 (7)

4.1设置自适应计算参数： (7)

4.2检查并运行 (8)

4.3软件仿真结果 (9)

4.3.1 V oltage,E,D及Energy的分布 (9)

4.3.2双导线中心连线的电场分布 (9)

4.3.3计算单位长电容 (12)

5.设计总结和体会 (14)

6. 参考文献： (15)

1.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 Design

File>Save as>1303030331（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

Draw>circle

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Draw>regular 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Draw>circle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 >V oltage> 380V

图3.2.1设置激励同理设置B、C内导体为-190V

4.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V oltage,E,D,还有Other > Energy.

图4.3.1.1 V oltage,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V oltage,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。