Материал: Sb98330
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
А. Н. ШАТУНОВ И. В. ПОЗНЯК С. А. ГАЛУНИН
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2019
УДК621.365.5 ББК 31.22
Ш29
Шатунов А. Н., Позняк И. В., Галунин С. А.
Ш29 Теоретические основы высокочастотной электротехники: учеб.- метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019. 16 с.
ISBN 978-5-7629-2535-8
Рассматривается явление поверхностного эффекта в проводниках раз- личного сечения. Исследуется распределение переменного тока по сечению проводника в зависимости от частоты тока.
Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (образовательная программа «Элек- тротехнологические установки и системы»).
УДК 621.365.5 ББК 31.22
Рецензент канд. техн. наук В. С. Федорова (ПГУПС Императора Алек- сандра I).
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
ISBN 978-5-7629-2535-8 |
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019 |
ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ В ПРОВОДНИКЕ ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
Общая часть работы
В длинном прямолинейном проводнике протекает переменный ток. При различной частоте тока и сечении проводника происходит перераспределе- ние тока по сечению проводника. Необходимо рассчитать распределение плотности тока и источников в проводнике, напряженности магнитного и электрического полей вокруг проводника и потери в нем. Вследствие боль- шой протяженности проводника рассматривается двумерная задача в декар- товой системе координат (рис. 1).
y |
|
|
|
|
|
y3 |
Воздух |
|
|
|
|
|
|
Az = 0 + j0 |
|
|
|
|
Материал № 1 |
|
|
|
|
|
Тип элемента |
|
|
|
|
|
Plane53 |
|
|
|
|
|
Степени свободы |
|
|
|
|
y2 |
A |
|
|
|
|
|
I1 = 10 А |
Проводник |
|
|
|
|
|
Материал № 2 |
|
|
|
|
a |
|
Тип элемента |
|
|
|
|
Plane53 |
|
|
|
|
|
f = 50 Гц |
|
|
|
|
|
Степени свободы |
|
|
|
y1 |
|
|
A, VOLT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
Az = 0 + j0 |
|
|
|
|
y0 |
x0 |
x1 |
x2 |
x3 |
x |
|
|||||
|
Рис. 1. Эскиз расчетной области |
|
|
||
Размеры расчетной области: a = 0.01 м; b = 0.01 м; x0 = 0; x1 = x0 + 5*b; x2 = x1 + b; x3 = x2 + 5*b; y0 = 0; y1 = y0 + 5*a; y2 = y1 + a; y3 = y2 + 5*a.
Запуск пакета ANSYS
В меню программ или на рабочем столе запустить элемент ANSYS product launcher. В появившемся окне выбрать в выпадающем меню Simulation Environment программу ANSYS, а в Licence – ANSYS Multiphysics. В папке
Student создать подпапку с номером своей группы и подпапку студента (не
3
использовать кириллицу) и выбрать указанный путь в поле Working directory. Jobname оставить file или ввести другое имя латиницей. Нажать кнопку Run.
Выбор типа анализа и формулировки задачи
Main Menu → Preferences → Electromagnetic: Magnetic-Nodal → OK
Выбор типов твердотельных элементов, используемых в расчете
Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Add → Magnetic Vector → Vect Quad 8nod 53
Element type ref number – 1 → Apply Magnetic Vector → Vect Quad 8nod 53
Element type ref number – 2 → OK
Не закрывая окна задания типов элементов, установите их ключевые опции.
Выделите Type 1 PLANE 53 → Options
В открывшемся окне установите следующие опции:
Element degree(s) of freedom |
K1 |
– |
AZ |
Element conventional velocity |
K2 |
– |
No velo effects |
Element behavior |
K3 |
– |
Plane |
Element coord system defined |
K4 |
– |
Parall to global |
Extra element output |
K5 |
– |
No extra output |
Magnetic force store for |
K7 |
– |
Midside node element |
→ OK |
|
|
|
Элемент типа 1 используется для моделирования воздушного простран- ства и имеет степень свободы – z-составляющую векторного магнитного по- тенциала AZ.
Для второго типа элементов необходимо изменить только опцию K1:
Выделите Type 2 PLANE 53 |
→ Options |
|
Element degree(s) of freedom |
K1 – |
AZ, VOLT |
→ OK |
|
|
Элемент типа 2 используется для моделирования проводников и имеет степени свободы – z-составляющую векторного магнитного потенциала AZ и напряжение VOLT.
Закройте окно выбора элементов.
Задание системы единиц и свойств материалов
Main Menu → Preprocessor → Material Props → Electromag Units → MKS → OK
Свойства для воздуха:
4
Main Menu → Preprocessor → Material Models → Material Model Number 1 → Electromagnetics → Relative permeability → Constant → MURX → 1 → OK Material Model Number 1 → Electromagnetics → Resistivity → Constant → RSVX → 1E+25 → OK
Свойства для проводника:
Menu Define Materials Model Behavior → Material → New Model → Define Material ID → 2 → OK
Electromagnetics → Relative Permeability → Constant → MURX → 1 → OK Electromagnetics → Resistivity → Constant → RSVX → 2E-8 → OK
Закройте окно определения свойств материалов. Сохраните промежуточные результаты:
ANSYS Utility Menu → File → Save as → имя файла → OK
Построение геометрической модели
Введите параметрические переменные геометрии расчетной области в соответствии с рис. 1 и табл. 1.
Для ввода значений используйте прямую запись операции присвоения в строке меню ввода скалярных параметров:
Utility Menu → Parameters → Scalar Parameters → Selection → a=0.01 → Accept → ... → Close
Построение расчетных областей
Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Area → Rectangle → By Dimentions → Введите в открывшемся окне координаты двух противополож- ных вершин прямоугольника → x0, x3, y0, y3 (воздух) → Apply → x1, x2, y1, y2 (проводник) → OK
Проведите операцию «склеивания» (удаления перекрытий) построенных областей между собой.
Main Menu → Preprocessor → Modeling → Operate → Booleans → Overlap → Areas → PickAll
В результате произведенных булевских операций появились разрывы в последовательности номеров объектов. Проведите компрессию номеров и перенумерацию линий и областей:
Main Menu → Preprocessor → Numberung Ctrls → Compress Numbers → All → OK
Присвоение атрибутов созданным областям
Main Menu → Preprocessor → Meshing → Mesh Attributes → Picked Areas →
5