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标题: 断路器三维计算场域图及边界条件处理 [打印本页]

作者: 我是传奇 时间: 2012-10-26 10:27 标题: 断路器三维计算场域图及边界条件处理

本文分析的超高压SF6断路器，在动、静触头旁有并联电阻，为了能改善触头附近的电场分布，除在动、静触头两侧分别装设大、小屏蔽罩外，在触头两旁还装设并联电容装置。因此，这种电场分析不能采用传统的认为是一个轴对称场计算问题的分析方法，而应该是一个真正的三维电场的计算问题。
由于计算结构的对称性，为断路器断口附近实际计算场域的1/4部分。在电场计算中取静触头及连接件为高电位，电压为1000V，动触头及金属连接件为低电位，电位值为0V。
3模拟电荷法的计算原理与应用
模拟电荷法是根据静电场的唯一性定理，在电极内部放置若干个假想的离散电荷，使其共同作用的结果满足给定的电极和介质表面的边界条件，则这一组电荷所产生的场即为满足一定精度的实际电场，进而可求得计算场域中各点的场值。在计算中模拟电荷的种类、数目及与电极表面匹配点之间的匹配关系将直接影响到计算量的大小和计算结果的精确度。模拟电荷法以往主要用于对形状比较简单、规则的形体进行电场的计算分析。对于计算断路器这样复杂的三维场域，采用模拟电荷法尚未见报导，需要做大量的研究工作，其模拟电荷的分布规律、不同形体的位置处理、电荷量的大小等等是一个统筹的优化问题。一般的模拟电荷法计算，是在导体内部设置N个模拟电荷，在边界表面取M(M≥N)个匹配点。这些匹配点的电位φ1，φ2，…，φm为电极表面电位。它们是由N个模拟电荷共同作用而产生的，即
式中P为系数矩阵;φ为电位矢量;Q为待求模拟电荷矢量。
根据断路器具体结构，本文采用能较好地反映复杂形体变化的点电荷来模拟实际边界的作用进行电场求解，为方便计算，采用坐标变换技术将局部坐标转换为全局坐标，点电荷的电位系数和电场系数推导如下：设任一模拟点电荷Qj位于(x0，y0，z0)，则空间中任一点(x，y，z)的电位为
由此可得单一模拟点电荷的电位系数为
从式(4)可得单一模拟点电荷的电场强度系数
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