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1、触头盒电场计算及分析随着市场竞争的加剧，国内许多有实力的公司在产品研发中引入有限元分 析和模拟仿真技术，以提高研发产品的高可靠性、降低研发费用，并以直观的数 值和仿真支持产品的持续改进。我公司有限元分析技术刚起步，也是一个学习、 进步和实际应用的过程，本文采用 Ansys 有限元分析软件建立 2D 模型对触头盒 的电场进行计算和分析，为触头盒的设计及优化提供理论依据。一、建立模型将三维触头盒按水平及垂直方向剖分，并简化为二维图形，利用点、线以及 布尔命令生成触头盒二维图形。1. 按垂直方向剖分二维图AREASAPEA NUMANSYSNOV 11 200815:12:281ZTH_2D_3OB
2、.按水平方向剖分二维图AKEASAKEA NUMANSYSNOV 19 200819:58:02丿ZTH_2D_30二、网格剖分网格剖分包括:定义单元类型、定义材料参数、网格剖分。 首先定义单元类型，电场分析中的单元(二维)为8 节点四边形 (PLANE121)， 自由度为电压。本模型单元类型定义为 Plane121 和 infnllo 两种类型，其中 infinllo 是无限远场的单元类型。其次定义材料参数,在电场分析中，材料大多是以介电常数(PERX)做为参数。 空气的PERX= 1.0006，绝缘材料的PERX=3.9,铜的PERX=1；本模型采用mm为长度单位，故需设置8= 8.854
3、e-009 本模型在无限远场的剖分运用了映射剖分其单元形状为四边形，空气场面应 用了自由剖分其单元形状为四边形，在触头盒内仍应用自由剖分其单元形状为四 边形。三、施加载荷本模型施加载荷为电压和无限远的边界条件，并将载荷施加在模型的边上。静电场计算利用的是柏松方程，与施加的电压成正比，故设施加电压系数U = 100V ，母线施加 U 电压，动、静触头施加 U 电压，接地螺栓施加 0 电压。 0 0 0四、求解本模型采用 ANSYS 自带的运算方法。五、电场数值计算后处理1. 全场域的电位分布A.按垂直方向剖分电位分布ANSYSNODAL SuLTrriONZTH 2D 30NOV 19 2008
4、 20:08:5622.22244.44466.66788.88911.11133.33377.7781003TEP=13UI； =1 厶TIME=1VOLT(AVG)RSY5=0SI-K =100B.按水平方向剖分电位分布押丄2NODAL 50LUTI0M22.2224411-11133.333ZTH_2D_3OSTEP=1STJE =1TIME = 1VOLT (AVG)R5Y5=0弓MX =100_I2. 全场域的电场分布A.按垂直方向剖分电场分布NODAL SOLUTILINSTEP=1SUB =1TIME=1EFSITT-I (AVG)RSYS=OSIW =.1.54E-13SMX
5、=2.554ANSYSNOV 19 200820:10:43.154E-13.567511.1351.703.283755.8512651.4191.9862 554ZTH_2D_3OB.按水平方向剖分电场分布4ANSYSNODAL SOLTJTIUN(A7G).174E-131.4022.1032 8041.752ZTH 2D 30STEP=1SUE =1TIME=1EFSTTMRSYS=OSIWSIK =3L54NOV 19 200820:16:04.174E-13700956.3504781.051六、触头盒电场分析本模型计算电场时，将电压系数设置为U二100V,对于施加不同电压的触 0
6、头盒，其电位的计算公式：U = U X U X 10-2,电场强度的计算公式：E = E X j i j iU X10-2；其中：U、E是以U计算的电位及电场强度值，U、E是需计算的 i I 0 j j电位及电场强度值。对于公司40.5KV的触头盒，其电位及电场强度的计算：电位计算：当垂直和水平剖分时， U = U X U X10-2 = 405 Uj i i电场强度计算：当垂直和水平剖分时，电场强度E = E X U X 10-2 = 405 Ej i i垂直剖分时最大电场强度： E = 405 E = 405 X 2.554 = 1.034KV/mm maxI水平剖分时最大电场强度: E = 405 E = 405 X 3.154 = 1.277KV/mm maxI同时，垂直和水平方向剖分时，最大电场强度出现的位置保持一致，说明， 在触头盒底部接地的位置电场最大。七、结论对于不同等级的绝缘触头盒，利用该公式很方便计算其电位及电场分布及大 小，为今后产品开发设计提供指导性理论依据，方便产品研发和成熟产品结构的 改进。
