Основные понятия
Название |
Описание |
Вершина |
точка на плоскости |
Шаг дискретизации |
Примерное расстояние между соседними узлами сетки |
Ребро |
Отрезок прямой или дуги окружности соединяющий две вершины |
Блок |
связанная подобласть плоскости модели |
Ниже представлены рисунки с описание значков быстрого доступа к функциям программного пакета ELCUT.
Рис. 7.2. Значки окна описания задачи
Рис.
7.3. Значки быстрого доступа режима
построения задачи
Рис. 7.4. Значки быстрого доступа окна результата расчетов
Расчеты электростатического поля используются при проектировании и исследовании высоковольтного оборудования (разрядников, выключателей, элементов ЛЭП), изолирующих конструкций кабелей, конденсаторов.
Обычно исследования представляют следующие величины: электрический потенциал, напряженность поля, электростатическое смещение (индукция), заряд, емкость и электростатическая сила.
Электростатическое поле в коаксиальном кабеле
Электростатическое поле в коаксиальном кабеле создается постоянным электрическим напряжением, приложенным между центральной жилой и экраном кабеля, поэтому можно утверждать, что создаваемое электрическое поле сосредоточено в области диэлектрика заполняющего кабель, и не проникает во внешнее пространство.
При этом учитывается и тот факт, что в проводник электростатическое поле практически не проникает, так как заряд электризованных металлов сосредоточен в приповерхностном слое толщиной около 0,1 пкм, что приближенно соответствует межатомным расстояниям в кристаллической решетке металла.
Ход работы
Создать новую задачу в программном пакете ELCUT, Файл Создать новую задачу ..., в появившемся диалоговом окне ввести имя файла задачи (рис 7.5), затем нажать Далее.
Рис. 7.5. Окно создания новой задачи
В следующем диалоговом окне (рис. 7.6) ввести длину согласно своему варианту и изменить единицу длины на миллиметры.
Рис. 7.6. Окно выбора параметров новой задачи
Создать две окружности, Правка Добавить фигуру… (рис. 7.7). Диаметр первой окружности соответствует диаметру жилы, а второй – внутреннему диаметру экрана (дробные значения вводятся через точку, а не запятую). Если объекты не видны, нажать Показать все на панели быстрого доступа.
Рис. 7.7. Диалоговое окно добавления фигуры
Выделить область диэлектрика (рис. 7.8) и открыть диалоговое окно свойств объекта нажав комбинацию Alt+Enter. В Области метка открывшегося диалогового окна (рис. 7.9) ввести название своего диэлектрика.
Рис. 7.8. Выделенная область изолятора
Рис. 7.9. Окно свойств объекта
Выделить ребра жилы (рис. 7.10), открыть свойства объекта в области метка написать «Жила» (для того чтобы выделить два и более объекта, необходимо нажать и удерживать клавишу Ctrl во время нажатия левой кнопкой мыши по объектам). Проделать тоже самое с ребрами изолятора. После проделанных действий окно описания задачи будет выглядеть следующим образом, рис. 7.11.
Рис. 7.10. Выделенные ребра жилы
Рис. 7.11. Окно описания задачи
В разделе Метки блоков, двойным щелчком мыши по названию изолятора открыть окно его свойств (рис. 7.12). В нем ввести значение диэлектрической проницаемости согласно своему варианту.
Рис. 7.12. Диалоговое окно свойств метки блока
В разделе Метки ребер двойным щелчком мыши по названию «Жила» открыть его свойства и ввести заданное значение потенциала (рис. 7.13). Проделать тоже самое с диэлектриком, но значение потенциала ввести 0 В.
Рис. 7.13. Диалоговое окно свойств метки ребра
Теперь необходимо построить сетку, Правка Построить сетку В помеченных блоках (рис. 7.14).
Рис. 7.14. Окно геометрической модели с автоматически построенной расчетной сеткой
В окне описания задачи нажать Сохранить и произвести расчет. После расчета получаем следующий результат, см. рис. 7.15.
Рис. 7.15. Решение задачи в виде эквипотенциальных линий
Чтобы отобразить решение в виде линий электростатического поля необходимо в окне Свойства картины поля (Вид Свойства картины поля) поставить галочки напротив блоков Векторы и Цветная карта, см. рис. 7.16. После этого получаем следующий результат см. рис 7.17.
Рис.
7.16. Окно задания свойств картины поля
Рис. 7.17. Результат расчета картины поля
Для построения графика изменения потенциала вдоль линии, необходимо задать контур, для этого нужно открыть диалоговое окно Ввод линий (Контур ввод линий). Ввести начальную координату (радиус жилы) после чего нажать кнопку Начальная точка (рис. 7.18); ввести конечную координату (внутренний радиус экрана) и нажать Добавить линию (рис. 7.19).
Рис. 7.18. Указание начальной точки контура
Рис. 7.19. Указание конечной точки контура
Нажав на кнопку График получим см. рис. 7.20.
Рис. 7.20. Окно графика изменения напряженности электрического поля вдоль линии, соединяющей ближайшие точки цилиндров
Для определения емкости коаксиального кабеля необходимо воспользоваться мастером емкостей (Вид Мастер емкостей…). В первом открывшемся диалоговом окне нажать Далее. В следующем окне (рис. 7.21) выбрать оба электрода из списка проводников и нажать Далее.
В Следующем окне нажать кнопу Вычислить энергию, после чего Далее.
Конечный результат см. рис. 7.22.
Рис.7.21. Окно выбора электродов
Рис. 7.22. Окно результат расчета емкости коаксиального кабеля
В отчет внести результат расчета картины поля и графики изменения напряжения, и напряженности электрического поля, а также полученное значение емкости.
Сделать вывод о проделанной работе.