绝缘体

仿真实例高压绝缘体的静电场vs准静

发布时间:2022/5/7 14:56:33   
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本期我们一起看一个ComponentLibrary里自带案例,高压绝缘体。我们将比较一下Es静电场和EQS准静电场仿真的不同,还有如何用VBA画出随机的一些球体。

Step1.查看模型

上下圆柱为PEC,半径为参数rcap,高为参数hcap;中间圆柱为epoxy-resin环氧树脂,半径为rresin,高为hresin。

另外还有一些其他参数,line相关的三个参数定义了Z轴上的一条线叫curve1,离绝缘体很近但没有贴上(line_x=rresin+0.1,就是给了0.1的距离),因为我们要看这条线上的电场值。这条线穿过几个半球形的水滴,线周围也形成了一个空气柱,和水滴、PEC、环氧树脂都没有重叠。空气柱的目的是为例对线附近加密网格,得到更准确的结果。

参数rdrop决定了水滴的半径,水滴都是附着在绝缘体圆柱的壁上,材料为库里的water,有一定的电导率。这些球体都是用VBA画的,位置和个数由用户VBA中定义,也可随机,我们一会再介绍。

边界全部为磁边界:

网格只对空气柱本地加密:

还有两个PEC极板,一个0V,一个V。

Step2.查看仿真区别

准静电场是低频,所以有频率,这里是50赫兹,所以上一步中的极板电压不是直流电压,而是交流电。

场结果里比静电场多了位移电流和损耗:

后处理提取在curve1上面的电场:

而静电场是频率为零,稳稳的不变的场,所以没有频率设定。

结果里面没有位移电流和损耗,但多了电荷数。

同样用后处理提取curve1上面的电场值。

放在一起比较,下图的26-56mm区域便是绝缘体高度。可以看到有水滴内部(40mm和50mm位置附近的两个平滑区域),Es静电场的电场强度不是零,这是因为静电场不考虑导体有限的电导率,把水直接当介质,所以介质内部有一些压降;而准静电场EQS考虑电导率,内部便没有电势差,电场作为压降梯度自然就为零了。其他空气位置的电场值比较来看,EQS是绝对值更大,因为电势差V一定,水滴内部没有压降自然就靠外面空气压降,梯度便更大喽。

这里可能有人问了,那Es静电场里的导体就不能定义了吗?当然不是,静电场里面导体都为PEC。

Step3.VBA随机画球

这一部分我们来一起看一下这几个水滴是怎么用VBA写出来的。

在history里面,定义好圆柱bottomcap,topcap,和resincylinder之后,还定义了材料epoxy-resin和water,然后才是我们要研究的macro:

当然history里面还有很多步骤,这里就略过了,总之最后仿真用到五个结构和一个curve。

最后划重点:

1)静电场和准静电场还是有很大区别的,尤其是处理电导率方面。

2)本案例的VBA容易学习,适合VBA新手。

3)该VBA也可以单独拿出来做为macro自行保存,但是要做一些修改,比如加一些参数定义,材料定义,或者改成不是在圆柱表面的位置生成等等,大家可发挥创意自行探索。

4)再强调这部分VBA是有几个假设的,直接拿出来会报错的哦,比如rdrop,hresin,hcap,water,cylinder:resinCylinder等等这些,都是没定义的哦。

比如用稍微修改过的VBA,40个随机大小随机位置的球,还是分布在-30到30度区域内:

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