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多导体的分布电容参数是电磁暂态问题分析的基础,为了能够准确高效地得到复杂结构多导体间的分布电容,本文首先基于电磁场理论推导得到了以感应系数为待求量的方程组,给出了方程组系数矩阵各非零元素的自动计算方法,根据有限元法计算空间能量作为方程组右端项元素,求解方程组后得到感应系数矩阵,通过感应系数得到了分布电容参数;将该方法用于求解一个具有解析解的双导体传输线模型问题,并将计算结果与解析解进行对比分析,验证了所提方法的有效性。
其次,由于通过传统有限元方法计算分布电容基于能量法,每次计算一个分布电容参数,需要进行n×(n+1)/2次有限元方程求解;对于大规模多导体间的分布电容参数提取问题,由于导体数量较多,基于自动计算方法的理论及其计算法,耗时将非常多。为此通过研究静电场节点电荷和电位之间的关系,提出了一种基于有限元法的快速计算多导体分布电容的方法,而该方法每次有限元方程计算可得到n个分布电容参数,只需要进行n次有限元方程求解,就可以得到多导体间的分布电容,从而大大提高了计算效率,并将该方法用于计算二芯屏蔽电缆模型的分布电容参数,验证了该方法的有效性。
最后,将本文所提方法应用于三个算例:PSCAD/EMTDC软件中典型的六导线塔型(同塔双回)偏移布置线路导体间的分布电容、变压器绕组匝间分布电容和印刷电路板多层介质三导体间感应系数矩阵。分析时根据研究对象的参数,基于Ansys软件建立有限元仿真模型,设置多导体周围的介电常数,采用半圆形或者矩形截断边界,并且分析截断边界大小和网格多少对分布电容参数计算结果的影响。
其次,由于通过传统有限元方法计算分布电容基于能量法,每次计算一个分布电容参数,需要进行n×(n+1)/2次有限元方程求解;对于大规模多导体间的分布电容参数提取问题,由于导体数量较多,基于自动计算方法的理论及其计算法,耗时将非常多。为此通过研究静电场节点电荷和电位之间的关系,提出了一种基于有限元法的快速计算多导体分布电容的方法,而该方法每次有限元方程计算可得到n个分布电容参数,只需要进行n次有限元方程求解,就可以得到多导体间的分布电容,从而大大提高了计算效率,并将该方法用于计算二芯屏蔽电缆模型的分布电容参数,验证了该方法的有效性。
最后,将本文所提方法应用于三个算例:PSCAD/EMTDC软件中典型的六导线塔型(同塔双回)偏移布置线路导体间的分布电容、变压器绕组匝间分布电容和印刷电路板多层介质三导体间感应系数矩阵。分析时根据研究对象的参数,基于Ansys软件建立有限元仿真模型,设置多导体周围的介电常数,采用半圆形或者矩形截断边界,并且分析截断边界大小和网格多少对分布电容参数计算结果的影响。