Носов Г.В., Макенова Н.А., Канев Ф.Ю. Компьютерное исследование длинных линий и электромагнитного поля

Подождите немного. Документ загружается.

Программа определения коэффициентов трехпро-

водной линии

Лабораторная работа выполняется с использованием программы,

моделирующей трехпроводную линию. После активизации программы

на экране появится основное окно программы, приведенное на

рис. В2.5.

Рис. В2.5. Основное окно интерфейса программы

В окне показаны провода линии, включение собственных и взаим-

ных емкостей. В правом верхнем углу выводят заряды проводов (tau) и

потенциалы (ptn). В ходе численного эксперимента пользователь имеет

возможность задавать и изменять следующие параметры: геометрию

линии (Х и Y координаты каждого из проводов), а также заряды и по-

тенциалы проводов. Диалоговые окна, предназначенные для

задания

параметров, приведены на рис. В2.6 и рис. В2.7

Рис. В2.6. Диалог задания потенциалов проводов линии

Рис. В2.7. Диалог задания геометрии линии

Заряды задаются аналогично заданию потенциалов. Вызов диалогов вы-

полняется через меню

Parameters, иллюстрация вызова приведена на

рис. В2.8.

Рис. В2.8. Вызов диалогов задания параметров линии

В программе предусмотрена возможность проверки полученных в

результате вычислений коэффициенты ,





km km

C. Для этого ис-

пользуется диалог, приведенный на рис. В2.9. Он позволяет ввести ко-

эффициенты в программу, нажатием на клавишу

test выполняется про-

верка.

Если коэффициенты найдены неправильно – ячейка ввода

TextBox

обводится жирной рамкой. При вводе пароля под ячейками ввода печа-

таются правильные результаты. На рис. В2.9 представлено окно для

проверки потенциальных коэффициентов, подобные окна имеются и для

коэффициентов



Рис. В2.9. Диалоговое окно, предназначенное для проверки правильности по-

лученных результатов

Вызов диалогов проверки осуществляется через меню

View и пока-

зан на рис. В2.10. В этом же меню можно определить поле зрения (стро-

ка

Field Of View), т.e. область пространства, в которой решается задача.

Рис. В2.10. Вызов диалогов проверки результатов и изменения поля зрения

Порядок выполнения работы

1. По согласованию с преподавателем задается положение проводов

(координаты Х и Y для каждого провода). Для этого используется

диалог, приведенный на рис. В2.6. Диалог вызывается через меню,

показанное на рис. В2.8 (строка

Geometry of the Problem).

Выполняются 3 опыта для определения потенциальных коэффициен-

тов проводов. В первом опыте заряды проводов No. 2 и No. 3 задаются

равными нулю, заряд провода No. 1 – отличным от нуля. Для этого

через меню (рис. В2.8) вызывается диалог задания зарядов. После вы-

хода из диалога с экрана считываются значения зарядов и потенциа-

лов проводов (значения помещены в правом верхнем

углу экрана), за-

полняется одна строка таблицы В2.1. С использованием формул 2.14,

2.15 (см. Главу 2, §2.1) выполняются вычисления, результаты которых

заносятся в таблицу В2.2. Затем равными нулю задаются заряды про-

водов No. 1 и No. 3 и отличным от нуля заряд провода No. 2. Все по-

следующие операции повторяются. В третьем опыте отличен от нуля

заряд третьего провода, заряды первых двух равны нулю.

Таблица В2.1





Примечание

В В В Кл/м Кл/м Кл/м Оп

. коэ

фф

0 0

11 21 31





0 0

22 12 32





0 0

33 13 23





Таблица В2.2



, м/Ф

i = 1 i = 2 i = 3

j = 1

j = 2

j = 3

В трех следующих опытах определяются емкостные коэффициенты

проводов. В первом опыте потенциалы проводов No. 2 и No. 3 задают-

ся равными нулю, потенциал первого провода – отличным от нуля.

Для этого через меню, приведенное на рис. В2.8 (строка

Potentials of

Wires

), вызывается диалог задания потенциалов (диалог приведен на

рис. В2.7). После выхода из диалога с экрана считываются значения

зарядов и потенциалов проводов (значения помещены в правом верх-

нем углу экрана), заполняется одна строка таблицы В2.3.

Таблица В2.3





Примечание

В В В Кл/м Кл/м Кл/м Определение

коэффициентов

значение 0 0

11 21 31





0 значение 0

22 12 32





0 0 значение

33 13 23





С использованием формул 2.16, 2.17 (см. Главу 2, §2.1) выполняются

вычисления, результаты которых заносятся в таблицу В2.4. Затем

равными нулю задаются потенциалы проводов No. 1 и No. 3 и отлич-

ным от нуля заряд провода No. 2. Все последующие операции повто-

ряются. В третьем опыте отличен от нуля потенциал третьего прово-

да, потенциалы первых двух равны нулю.

Таблица В2.4



, Ф/м

i = 1 i = 2 i = 3

j = 1

j = 2

j = 3

В последнем численном эксперименте определяются собственные

частичные емкости проводов

2211

CC , и

C . Для этого потенциалы

всех трех поводов задаются одинаковыми (порядок задания потен-

циалов описывается в предыдущем пункте). С экрана считываются

заряды и потенциалы, заполняется таблица В2.5. По формуле







рассчитываются емкости и заполняется диагональ таблицы В2.6. Ос-

тальные коэффициенты заносятся в таблицу с использованием соот-

ношения





ij ji

C .

Таблица В2.5





Примечание

В В В Кл/м Кл/м Кл/м Определение

коэффициентов

значение значение значение

312111

,, CCC

ТаблицаВ2.6

C , м/Ф

i = 1 i = 2 i = 3

j = 1

j = 2

j = 3

Выполняется проверка правильности полученных результатов. Для

этого через меню, приводимое на рис. В2.10 вызывается диалог про-

верки (рис. В2.9). В начале проверяются коэффициенты



(строка

меню

Coefficients Alpha). В диалоговое окно заносятся данные из

таблицы В2.2. Нажимается клавиша

test. Неправильно вычисленные

коэффициенты обводятся красной рамкой. Затем осуществляется

проверка коэффициентов



Выполняется анализ полученных результатов, записываются выводы

по работе.

РАБОТА № В3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

СТЕРЖНЕВОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

[4: 28.128.6; 5: 8.18.7]

Цель работы

По специальной программе на ЭВМ построить картину осесиммет-

ричного электрического поля постоянного тока стержневого заземле-

ния, определить шаговое напряжение и сопротивление заземления с

учетом влияния поверхности земли.

Подготовка к работе

Необходимо проработать теоретический материал и знать следую-

щие понятия: удельная проводимость, ток, плотность тока, напря-

женность, потенциал, сопротивление заземления.

Контрольные вопросы

1. Укажите вопрос, на который можно дать положительный ответ.

1.1.

Является ли электрический ток векторной величиной?

1.2.

Будет ли плотность тока пропорциональна напряженности

электростатического поля?

1.3.

Является ли плотность электрического тока скалярной величи-

ной?

1.4.

Будет ли электрическое поле постоянного тока вихревым?

Укажите вопрос, на который можно дать отрицательный ответ.

2.1. Является ли электрическое поле постоянного тока потенциаль-

ным?

2.2. Являются ли линии напряженности линиями плотности тока?

2.3. Будут ли линии равного потенциала и линии напряженности

взаимно перпендикулярны?

2.4. Будут ли между линиями равного потенциала и линиями напря-

женности осесимметричного поля получаться криволинейные

квадратные ячейки?

Укажите вопрос, на который для границы раздела сред с различны-

ми удельными проводимостями можно дать

положительный ответ.

3.1. Будут ли на границе равны касательные составляющие векторов

плотности тока?

3.2. Будут ли на границе равны нормальные составляющие векторов

напряженности?

3.3. Будут ли на границе равны нормальные составляющие векторов

плотности тока?

3.4. Будут ли на границе равны векторы напряженности поля?

4. Укажите вопрос, на который для аналогии между электростатиче-

ским и электрическим полями можно дать отрицательный ответ.

4.1. Является ли ток I аналогом заряда q?

4.2. Является ли плотность тока



аналогом напряженности E ?

4.3. Является ли удельная проводимость



аналогом диэлектриче-

ской проницаемости



4.4. Является ли потенциал электрического поля



аналогом потен-

циала электростатического поля



Программа расчета и анализа электрического поля

стержневого заземлителя

Электрическое поле постоянного тока стержневого заземлителя

рассчитывается и исследуется по специальной программе. Выполняе-

мый файл программного проекта – rod.exe.

Программа позволяет рассчитывать при заданных значениях

,,,



Idl сопротивление заземления

R и максимальный потенциал за-

землителя



, а также распределение потенциала в грунте в узлах коор-

динатной сетки плоскости, проходящей через ось заземлителя и постро-

ить поле тока.

К функциональным возможностям программы можно получить

доступ через меню или используя панель инструментов. Панель инст-

рументов (tool bar) помещена в верхней части окна интерфейса и при-

водится на рисунке В3.1.

Рис. В3.1. Панель инструментов:

 1 – кнопка «Start» (вызов блока контрольных вопросов),

 2 – задание поля, в котором решается задача,

 3 – удаление последней нарисованной точки,

 4 – удаление всех нарисованных точек,

 5 – сохранение результатов,

 6 – вывод результатов,

 7 – справка,

 8 – начало рисования линии,

 9 – завершение рисования линии

Для построения поля заземлителя необходимо задать его парамет-

ры. Вызовите соответствующий диалог (menu Parameters, item Params

of the Rod, вызов иллюстрируется на рис. В3.2).

Рис. В3.2. Вызов диалога, предназначенного для задания параметров зазем-

лителя

В появившемся на экране диалоговом окне (рис. В3.3) введите

диаметр заземлителя (diameter) в метрах, длину заземлителя

(length) в метрах и ток (current) в амперах.

Рис. В3.3. Диалог задания параметров заземлителя

После выполнения этих операций на экране появится стержень заземли-

теля с заданными Вами параметрами.

Программа предлагает Вам заданное «по умолчанию» поле зрения.

Если оно Вас не устраивает, измените его. Для этого выберите menu

View, item Field of View и в предложенном Вам диалоге введите грани-

цы области решения задачи. Вызов этого диалога возможен клавишами

Alt+F или с использованием панели инструментов (рис. В3.1).

length

Построение линий равного потенциала, задаваемых точками на эк-

ране компьютера, выполняется следующим образом. В нижней части

экрана выводятся координаты (r, Z) очки в которой находится курсор и

потенциал поля в этой точке. Нажатием на правую клавишу манипуля-

тора «мышь» Вы фиксируете точку на экране. Полученный таким обра-

зом набор точек образует

на экране линию равного потенциала. Для то-

го, чтобы облегчить определение точек равного потенциала, на экран

могут быть выведены потенциалы в узлах координатной сетки (menu

View item View Node Potentials – потенциалы выведены, menu View

item

Hide Node Potentials – потенциалы скрыты). ВНИМАНИЕ: потен-

циалы всех линий должны отличаться на одинаковую величину, всего

нужно получить 5–7 линий. Результат может быть похож на рис. В3.4.

При выполнении работы точки нужно будет перенести на бумагу и по

ним построить картину поля.

Рис. В3.4. Линии равных потенциалов поля заземлителя

Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретический материал по электрическому полю постоян-

ного тока, познакомиться с работой программы расчета и анализа

поля на ЭВМ, подготовиться ответить на контрольные вопросы.

По согласованию с преподавателем ввести величины

dl и



0.01 ,

Ом м







которые необходимо записать в табл. В3.1.

Вывести на экран монитора полуплоскость со стержневым заземли-

телем и координатной сеткой с указанными потенциалами поля в ее

узлах. Для лучшей наглядности можно откорректировать размеры

границ исследуемого поля.

При помощи «мыши» определить координаты r, Z линий равного

потенциала и записать их в табл. В3.1, причем потенциалы соседних

линий должны отличаться друг от друга на одну и ту же величину и

число этих линий должно быть не больше 10.

По результатам табл. В3.1 на бумаге построить линии равного по-

тенциала.

Списать с экрана монитора значения сопротивления заземления

и максимальный потенциал заземлителя



, записать эти значения в

табл. В3.1.

Дополнить на бумаге картину поля, полученную в п.5, линиями на-

пряженности.

По картине поля при Z=0 и

0,8 м



определить шаговое напряже-

ние

U в функции координат r, записать это напряжение в

табл. В3.2 и построить график

)(rU

Таблица В3.1

0 0

...A ...м ...м 0,01 ...Ом ...B

Ом м



  



Idl R



=…B



=…B



=…B



=…B



=…B



=…B

r Z r Z r Z r Z r Z r Z

м м м м м м м м м м м м

Таблица В3.2

r, м

ВU