Занятие 35.3
Цель. Оценить поле изоляции паза при одинаковых заданных потенциалах.
Если одно из понятий незнакомо, вернитесь к предыдущему занятию и воспроизведите его численный пример. После этого переходите к новой постановке.
Расчётная лабораторная работа · Оценка электрического поля, ёмкости и изоляционного промежутка
Инженерный вопрос. Какая конфигурация уменьшает локальное усиление поля в рамках двумерной модели?
Распределение напряжённости и ёмкость используются при выборе размеров промежутка и электродов. Отдельная проверка кромок показывает, какие геометрические подробности влияют на максимум поля.
Результат получают из наблюдаемых величин и проверяют в условиях данного практикума.
Обосновать постановку и способ измерения. Задайте потенциалы или заряды независимых проводников, свойства диэлектрика и требуемую полевую либо интегральную величину.
Два диэлектрика последовательно — аналитический эталон. Проверьте поле, ёмкость или энергию в аналитическом зазорном пределе с теми же границами.
Сравните две конфигурации изоляции паза при одинаковых заданных потенциалах и скруглениях; проверьте ёмкость, локальное поле и сетку.. Выполните действия практикума по его исходной таблице. Сохраните ёмкость, поля у кромок и на стыках, напряжения и скругления двух вариантов.
Ответить на вопрос по своим результатам. Сопоставьте полевые, зарядовые и энергетические величины с аналитическим контрольным пределом; проверьте потенциалы и зарядовый баланс.
Результат этого занятия. Сравнение с общей шкалой и сеточной проверкой, ограниченное принятой моделью изоляции.
Данные именно этого опыта. Сохраните ёмкость, поля у кромок и на стыках, напряжения и скругления двух вариантов.
Оформление наблюдений. Потенциалы, заряды, область и энергия; для поля — координаты и компоненты, для ёмкости — определение и полная геометрия электродов.
Проверка из практикума. Потенциал непрерывен, нормальная напряжённость скачкообразна. Равенство E_{1}=E_{2} было бы ошибкой. Прямое численное сравнение возможно только при совпадении всех исходных данных и постановки.
Независимый контроль. Используйте зарядовый баланс и согласованные зарядовую и энергетическую оценки, если они предусмотрены постановкой занятия.
Критерий выполнения. Базовый двухслойный контроль даёт E_{1}/E_{2}\approx 2; для машины указаны источник напряжений, геометрия кромок, общая шкала и пределы двумерного представления.
Точность и расхождения. Для ёмкости и энергии уточняйте интегральную величину. Для поля у кромки фиксируйте физическое скругление либо удаление точки; сеточный максимум идеального угла не является прочностью изоляции.
Основание сравнения. Используйте определения поля, ёмкости и энергии из занятия. Однородный или слоистый зазор является пределом с заданными границами; локальный максимум у идеальной острой кромки требует отдельной оценки.
Свяжите результат с размером электрода, ёмкостью или распределением напряжённости; вывод о пробое требует обоснованного критерия и данных для реального диэлектрика.
Границы вывода. Линейная электростатика даёт поле и энергию, но не критерий пробоя сама по себе. Параметры диэлектрика, состояние поверхности и физическое скругление требуют исходных данных.
Витковая, межфазная и корпусная изоляция различаются геометрией и приложенными напряжениями. Потенциалы проводников для электростатического расчёта определяются заданным режимом или независимой моделью электрической цепи.
Витковая, межфазная и корпусная изоляция имеют разные напряжения и геометрию. Для электростатического расчёта потенциалы проводников должны поступать из явно заданного режима или независимой электрической модели.
При быстрых фронтах напряжение по виткам не обязано распределяться равномерно. Стационарная электростатика может исследовать заданное распределение потенциалов, но не выводит его динамику и не моделирует частичные разряды.
Проверьте скачок E на границе раздела двух диэлектриков и используйте его для интерпретации изоляционного слоя.
Непрерывность D_n и отношение E_{1}/E_{2}=\varepsilon _{2}/\varepsilon _{1}=2 следуют из закона Гаусса.
Общее падение напряжения распределяется как 66,6667 и 33,3333 В.
Ёмкость равна 2,361 пФ; |E_{1}|=13333{,}3333\,\mathrm{В/м}, |E_{2}|=6666{,}6667\,\mathrm{В/м}.
Границы применимости. Плоские слои без свободного поверхностного заряда, линейные изотропные материалы.
Сравните две конфигурации изоляции паза при одинаковых заданных потенциалах и скруглениях; проверьте ёмкость, локальное поле и сетку.
Сначала вычислите контрольное значение вручную, затем сформулируйте ожидаемый знак и зависимость от одного параметра. Повторите опыт в рабочей копии с изменением только этого параметра. Сохраняйте геометрию, единицы, глубину, материалы, источники и граничные условия вместе с результатом. Успешное завершение решателя означает решение введённой модели, но само по себе не доказывает её соответствие устройству.
Базовый двухслойный контроль даёт E_{1}/E_{2}\approx 2; для машины указаны источник напряжений, геометрия кромок, общая шкала и пределы двумерного представления.
Потенциал непрерывен, нормальная напряжённость скачкообразна. Равенство E_{1}=E_{2} было бы ошибкой.
Максимум E из этой модели не является доказательством ресурса изоляции, стойкости к импульсу или отсутствия частичных разрядов.
Дано. Два слоя толщиной по 5 мм; \varepsilon_{r1}=2, \varepsilon_{r2}=4; площадь 0,001 м²; общее напряжение 100 В; свободного заряда на внутренней границе нет.
Непрерывность D_n и отношение E_{1}/E_{2}=\varepsilon _{2}/\varepsilon _{1}=2 следуют из закона Гаусса.
Общее падение напряжения распределяется как 66,6667 и 33,3333 В.
Ёмкость равна 2,361 пФ; |E_{1}|=13333{,}3333\,\mathrm{В/м}, |E_{2}|=6666{,}6667\,\mathrm{В/м}.
Ответ: C = 2{,}36111675008\,\mathrm{пФ}; U_{1} = 66{,}6667\,\mathrm{В}; U_{2} = 33{,}3333\,\mathrm{В}.
Проверка: Потенциал непрерывен, нормальная напряжённость скачкообразна. Равенство E_{1}=E_{2} было бы ошибкой. Значения получены аналитически и сами по себе не подтверждают выполнения полевого расчёта FEMM.
| Исходная величина | Значение | Единица |
|---|---|---|
| g_{1} | 5 | мм |
| g_{2} | 5 | мм |
| \varepsilon_{r1} | 2 | 1 |
| \varepsilon_{r2} | 4 | 1 |
Ожидаемый результат. C = 2{,}36111675008\,\mathrm{пФ}; U_{1} = 66{,}6667\,\mathrm{В}; U_{2} = 33{,}3333\,\mathrm{В}. Для FEMM сравнение действительно только при совпадении идеализации и граничных условий.
Как проверить. Потенциал непрерывен, нормальная напряжённость скачкообразна. Равенство E_{1}=E_{2} было бы ошибкой. Прямое численное сравнение возможно только при совпадении всех исходных данных и постановки.
Какая конфигурация уменьшает локальное усиление поля в рамках двумерной модели?
С чем сравнить. Используйте определения поля, ёмкости и энергии из занятия. Однородный или слоистый зазор является пределом с заданными границами; локальный максимум у идеальной острой кромки требует отдельной оценки.
Итог работы. Сравнение с общей шкалой и сеточной проверкой, ограниченное принятой моделью изоляции.
Снимки интерфейса FEMM показывают геометрию, настройки и работу с результатами в FEMM 5. Откройте изображение, чтобы рассмотреть подписи и значения в полном размере.
Сравните две конфигурации изоляции паза при одинаковых заданных потенциалах и скруглениях; проверьте ёмкость, локальное поле и сетку. Сопоставьте исходный и изменённый режимы, сохраните исходные файлы, результаты и объяснение различия.
Потенциалы соответствующих проводников, геометрия изоляции, диэлектрические свойства и режим напряжения.
C = 2{,}36111675008\,\mathrm{пФ}; U_{1} = 66{,}6667\,\mathrm{В}; U_{2} = 33{,}3333\,\mathrm{В}.
Плоские слои без свободного поверхностного заряда, линейные изотропные материалы.