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屏蔽板工频涡流场耦合迭代方法的研究

作　者: 郑庆
导　师: 王泽忠
学　校: 华北电力大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 棱边有限元法 全源积分人工边界法 工频磁场屏蔽 涡流场 耦合迭代法
分类号: TM15
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
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内容摘要


随着电力工业发展,电力系统电磁环境和电磁兼容问题越来越受到重视。针对采用铁板对工频大电流磁场屏蔽的问题,本论文提出了一种基于全源积分人工边界和棱边有限元的三维涡流场耦合方法。根据电磁场原理,用铁磁金属板作为屏蔽材料时,金属板中会产生涡流和磁化电流。在屏蔽板周围以人工边界划出求解区域,在求解区域外以载流线圈为一次源模型,通过积分得出一次源对人工边界上矢量磁位的贡献,而屏蔽板上涡流和磁化电流等二次源对人工边界上矢量磁位的贡献则通过迭代逐渐施加,直至迭代收敛。本论文重点推导了在棱边有限元模型中屏蔽板内涡流、磁化强度以及磁化面电流的离散计算公式,通过体积分和面积分将上述二次源的作用施加到人工边界。论文还探讨了耦合迭代方法的收敛特性,给出了迭代收敛后根据全部场源计算空间任意场点磁感应强度的离散公式。在一个轴对称模型上,通过耦合迭代方法与二维轴对称有限元法的对比,基本验证了耦合迭代方法的正确性。将耦合迭代方法用于一个大电流汇流排磁场的屏蔽问题,计算了铁板的屏蔽效果。通过工程实例应用,进一步展现了耦合方法在节省计算机资源方面的优势,达到在普通微机上计算复杂三维涡流场的目的。在同时存在涡流和磁化电流的情况下,源及其对人工边界贡献的计算有待于进一步研究。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 工频磁场干扰  9-11
    1.1.1 工频磁场干扰问题的提出  9-10
    1.1.2 工频场干扰问题的解决办法  10-11
  1.2 电磁场计算概述  11-15
    1.2.1 电磁场数值计算方法的发展概况  11-13
    1.2.2 数值计算方法的研究现状及热点  13-14
    1.2.3 三维涡流场的研究现状及方法  14-15
  1.3 本文的工作  15-16
第2章 三维涡流场数学模型的建立  16-21
  2.1 耦合迭代法思想  16-17
  2.2 涡流场物理模型及简化  17-18
  2.3 数学模型  18-20
    2.3.1 三维涡流场数值计算方法  18
    2.3.2 三维涡流场棱边有限元与源积分人工边界耦合迭代法  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 三维涡流场棱边元与源积分人工边界耦合分析方法的实现  21-44
  3.1 加权余量法  21-22
    3.1.1 加权余量概念  21-22
    3.1.2 伽辽金法  22
  3.2 单元网格划分  22-23
  3.3 六面体棱边单元的形状函数  23-26
  3.4 涡流区涡流及磁化面电流的推导  26-37
    3.4.1 矢量磁位A和标量电位φ的插值函数  26-27
    3.4.2 涡流公式推导  27-30
    3.4.3 磁化面电流公式推导  30-37
  3.5 人工边界矢量磁位计算  37-38
  3.6 棱边有限元法与源积分人工边界法耦合求解  38-41
  3.7 没有屏蔽时空间磁感应强度的计算  41-42
  3.8 屏蔽后空间磁感应强度的计算  42-43
  3.9 本章小结  43-44
第4章 ANSYS前、后处理及迭代程序流程  44-70
  4.1 前处理——场域离散化  44-48
    4.1.1 ANSYS软件  44-45
    4.1.2 棱边元法中用到的单元  45-46
    4.1.3 网格划分  46-47
    4.1.4 模型场域数据输出  47-48
    4.1.5 屏蔽板模型边界面单元及金属板表面单元提取  48
  4.2 迭代程序流程图  48-52
    4.2.1 SOR迭代法  48-49
    4.2.2 流程图  49-52
  4.3 后处理  52-69
    4.3.1 无涡流场的屏蔽板模型的算法验证  52-62
    4.3.2 有涡流场的屏蔽板模型的算法验证  62-69
    4.3.3 算法验证小结  69
  4.4 本章小结  69-70
第5章 实例应用  70-78
  5.1 实例模型的计算  70-78
    5.1.1 模型尺寸与参数  70-71
    5.1.2 计算  71-78
第6章 结论  78-79
参考文献  79-82
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  82-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工基础理论 > 电磁场理论的应用
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