Этапы решения задачи

Запускаем программу ELCUT. В меню «Файл» выбираем пункт

«Создать». В появившемся окне «Создание нового документа» выбрать пункт «Задача ELCUT» и нажать кнопку «OK» (рис. 4.2).

Рис. 4.2

В окне «Создание задачи» ввести имя файла задачи в соответст-

вующей строке (рис. 4.3).

Рис. 4.3

Нажать кнопку «Далее». В следующем окне выбрать тип задачи

«Электростатика», класс модели «плоская» и параметр расчета «обыч-

ный» (рис. 4.4).

Рис. 4.4

Нажать кнопку «Далее». В следующем окне выбрать единицы длины «миллиметры», систему координат «декартовы координаты» (рис. 4.5).

Рис. 4.5

Нажать кнопку «Готово». Интерфейс программы будет выглядеть следующим образом (рис. 4.6).

Рис. 4.6

Раскрыть при помощи левой кнопки мыши все пункты списка в левом окне (рис. 4.7).

Рис. 4.7

Произвести двойной щелчок на пункте «Геометрия: расчет кон-

денсатора.mod». При этом появится консоль с предложением (рис. 4.8).

Нажать на кнопку «OK».

Рис. 4.8

В правой части окна появится файл геометрии, который рекомен- дуется сохранить с расширением .mod в той же папке, где создана зада- ча.

Приступить к рисованию плоской модели конденсатора. Для это-

го достаточно изобразить 2 обкладки без выводов. На панели модели нажать кнопку «Вставить вершины/ребра» (рис. 4.9).

Рис. 4.9

Протягивая при помощи левой кнопки мыши линию, изобразить две обкладки конденсатора. Геометрические размеры легко определить, зная текущие координаты курсора, которые указываются в нижней час- ти файла модели. Для изменения масштаба надо использовать кнопки

«увеличить» или «уменьшить» на панели модели.

Внешней оболочкой или экраном необходимо охватить всю кон-

струкцию устройства. Данное условие связано с методом расчета, кото-

рый применяется в данной программе. Это – метод конечных элемен- тов, который требует наличия области, в которой локализовано элек- трическое поле (рис. 4.10).

Рис. 4.10

После создания геометрии необходимо ввести свойства всех ре-

бер, блоков и, если это необходимо, вершин.

Для создания метки блока необходимо нажать на панели модели кнопку «Выделение объектов». После этого сделать двойной щелчок

левой кнопкой мыши внутри области расчета (рис. 4.11).

Рис. 4.11

В разделе «Метка» написать «воздух» (рис. 4.12).

Рис. 4.12

При этом в правом части окна программы появится метка «воз-

дух» в разделе «Метки блоков» (рис. 4.13).

Рис. 4.13

Делаем двойной щелчок левой кнопки мыши по метке «воздух» в браузере и вводим параметр «относительная диэлектрическая прони- цаемость», равный 1. Диэлектрик изотропный, т.е. его свойства не зави- сят от координаты (рис. 4.14).

Рис. 4.14

Как видно, рассматриваемая геометрия системы состоит из 6 ре- бер. Для корректного расчета полей необходимо обозначить все блоки и ребра. Для связи меток ребер и блоков с файлом геометрии, на каждом элементе конденсатора произвести щелчок правой кнопкой мыши и вы- брать пункт «свойства», либо двойной щелчок левой кнопкой мыши (рис. 4.15).

Рис. 4.15

В разделе «Метка» выставить необходимую метку блока, ребра или вершины. Выпадающее меню, необходимое для настройки свойств выделенных объектов выглядит следующим образом (рис. 4.16).

Рис. 4.16

Свойства остальных объектов настраиваются аналогично.

Для построения сетки в области расчета необходимо нажать на предпоследнюю кнопку панели инструментов (рис. 4.17).

Рис. 4.17

Далее можно приступить к расчету, для этого в меню правка вы-

брать «Решить задачу» (рис. 4.18).

Рис. 4.18

Далее приведём результаты моделирования. Изолинии потенциала представлены на рис. 4.19.

Рис. 4.19

Векторное поле напряженности электрического поля представле-

но на рис. 4.20.

Рис. 4.20

Векторное поле электрического смещения представлено на рис. 4.21.

Рис. 4.21

Векторное поле плотности энергии представлено на рис. 4.22.

Рис. 4.22

Для построения картины полей необходимо произвести щелчок правой кнопкой мыши на полученном рисунке и выбрать необходимую физическую величину, распределение которой требуется получить (рис. 4.23).

Рис. 4.23

Используя инструмент «локальные значения», можно полу- чить информацию о значениях физических величин в любой точке (рис. 4.24).

Рис. 4.24

При анализе результатов моделирования можно сравнить такие параметры электрического поля исследуемого электротехнического устройства как напряжённость, электрическое смещение, плотность энергии и другие (рис. 4.25).

На основании моделирования электрических полей можно делать выводы и рекомендации по конструктивной оптимизации электротех-

нических устройств.

Рекомендуем самостоятельно ознакомиться с расчётом двухмер-

ных магнитных полей по методике, подобной рассмотренной выше.

...J.gjB

B

1?1 1!Bm!ili! Jr.... 3 )t)I.SIEEI..2J .b!J lii·t-ts!.t-i.!iliiii-" 3

=I.!!I

Bdpa('leTKCit<Aet<CaTopa- _......

*br.......,.,...,pa('leTKOH.QeH

eglllHl>Ne0010caa1craa: i><X'

;-aMel1016110Koo

•003Ayx

a6JMeTKHpe6ep

· D eepx-o6Knaa><a

D ....,._o6Knaa><a

D>t<I)<IH

EJ 6J MOTKH eei)WHH

B-EiJ KOOPAHHaTbl

x = I03.2- y =97.8MII

--<?r =I42.18MM

.Q e= 43. 461 rpa.o

• Hanpsol<eHHe U = 75.663 8

El Hanp•)l(eHHOCTb E = 10666 8/M

=I.!!I

•

....

/ (HOT)

; ...Hanp•)l(eHHOCTb E, = -879.81 8/M

!. HDT ce :sel1

! L... Hanp•)l(eHHOCTb E

=-106308/M

CMeweHHe D = 9.4438e-8 Kn/M2

i 2

•·····CMeweHHeD,= -7.79e-9 Kn/M

!•·-CMeweHHeDy=-9.412e-8 Kn/M 2

e n.noTHOCTb 3HeprHH W = 5.03646·4 /J,)I(/M3

·· • npoHHUaeMOCTb,=1

• .!.l

,ll,llA Bbi80Aa cnpa8KH HO)I(MI1Te Klla8HWY Fl

PHc. 4.25

rto3.2, 97.8 M

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕ-

СКИХ УСТРОЙСТВ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММЫ «ELCUT-4.2»

Цель работы – получение знаний и практических навыков по ис- пользованию пакета ELCUT для выполнения расчётов электрических полей с применением метода конечных элементов.

Работа выполняется каждым студентом самостоятельно. UНомерварианта определяется по последней цифре номера зачётной книжкистудентаU.

В данной работе необходимо выполнить нижеследующие пункты заданий:

1. Построить геометрическую модель устройства в программе

ELCUT.

2. Ввести физические свойства каждого элемента конструкции устройства.

3. Получить картины распределения полей и другие характери-

стики.

Конструкции электротехнических устройств, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

№ вари- анта

Таблица 4.1. Продолжение

Конструкция устройства Краткое описание

Два проводящих цилиндра различного диаметра. По- тенциал левого цилиндра

100 В, правого – -100 В. Материал диэлектрика – воздух (относительная ди-

электрическая проницае-

мость 1)

Конденсатор с параллель- ными обкладками. Поле внутри такого конденсатора однородно благодаря об-

кладкам специальной фор-

мы (скругления у краев). На верхнюю обкладку подан

потенциал 100 В, на ниж-

нюю – -100 В.

Два соосно расположенных проводника, один из кото- рых имеет прямоугольное сечение (внутренний). Он находится под потенциалом

200 В. Второй проводник используется в качестве эк-

рана. Материал диэлектри-

ка, заполняющего про-

странство между проводни- ками – фторопласт–4 (ПТФЭ), относительная ди- электрическая проницае- мость 2,1

Таблица 4.1. Продолжение

		Цилиндрический проводник (потенциал 100 В) покрыт изоляцией из полиэтиленте- рефталата (ПЭТФ) (относи- тельная диэлектрическая проницаемость 3,1) и экра- нирован металлической оп- леткой (квадратное сече- ние).
		Система – цилиндрический проводник – плоская об- кладка в воздушной среде. Проводник имеет потенци- ал 100 В, обкладка – 0.
		Классический плоский кон- денсатор с материалом на основе титаната бария в ка- честве диэлектрика (отно- сительная диэлектрическая проницаемость 600). По- тенциал верхней обкладки 100 В, нижней – -100 В.
		Два цилиндрических про- водника, находящихся под потенциалами 100В (левый) и -100 В (правый) в воз- душной среде.
		Два соосно расположенных проводящих цилиндра раз- личного диаметра. Потен- циал внутреннего цилиндра 100 В, внешнего – 0. Мате- риал диэлектрика, запол- няющего пространство ме- жду цилиндрами – стекло- волокно (относительная ди- электрическая проницае- мость 10)

Таблица 4.1. Продолжение

Конденсатор, обкладки ко- торого не параллельны . В качестве диэлектрика ис-

10 пользуется поликарбонат

(относительная диэлектри-

ческая проницаемость 2,6).

α=30º

Содержание отчёта