 |
میدان مغناطیسی از خطوط برق
معرفی
خطوط برق معمولاً به عنوان وسیله ای برای انتقال توان الکتریکی در فواصل زیاد استفاده می شود. در این آموزش دو دکل انتقال دهنده برق سه فاز AC ولتاژ بالا مدل سازی شده و میدان مغناطیسی حاصل محاسبه می شود. به طور مشخص جریان در این مدل روی 1000 A تنظیم شده است. در خطوط انتقال با چنین ولتاژ بالایی، خطوط فاز معمولاً از هادی‌های همراه استفاده می‌کنند. برای سادگی، در این مدل از یک هادی برای هر خط فاز استفاده می‌شود، اما شعاع آن بزرگ‌تر است تا شعاع مؤثر یک هادی بسته‌بندی را شبیه‌سازی کند. برج ها همچنین دارای دو خط محافظ در بالای خطوط فاز هستند که از برج در برابر صاعقه محافظت می کند.
تعریف مدل
هندسه یکی از برج ها در شکل 1 نشان داده شده است . به دلیل پیچیدگی آن از یک فایل خارجی در مدل وارد می شود. سطح زمین در این هندسه با استفاده از یک قسمت هندسه از کتابخانه Part ایجاد می شود، که یک سطح صاف را ایجاد می کند که به طور تصادفی آشفته می شود. یک دامنه هوا نیز در اطراف هندسه وارداتی اضافه شده است که برای حل میدان مغناطیسی مورد نیاز است.
شکل 1: هندسه دکل انتقال. دو خط محافظ در بالا دیده می شوند، در حالی که خطوط سه فاز توسط عایق ها نگه داشته می شوند.
برای حل مشکل، از رابط 3D Magnetic Fields در ماژول AC/DC استفاده کنید. از آنجایی که مدل در حوزه فرکانس حل شده است، معادله حاکم بر مسئله است
که در آن A پتانسیل بردار مغناطیسی، J چگالی جریان، μ نفوذپذیری مغناطیسی، ε0 گذردهی فضای آزاد و ω فرکانس زاویه ای است. میدان مغناطیسی H و چگالی شار مغناطیسی B توسط پتانسیل به عنوان داده می شود
در خطوط فاز در مدل، ویژگی Edge Current جریان مشخص شده را تنظیم می کند که هر یک از فازها نسبت به فازهای دیگر جابجا می شوند. شرط مرزی عایق مغناطیسی پیش فرض n × A = 0 بر تمام مرزهای مدل اعمال می شود.
نتایج
هنجار میدان مغناطیسی از سیم‌ها در سطح زمین، همراه با خطوط جریانی که جهت میدان مغناطیسی را نشان می‌دهند، نشان داده شده است .
شکل 2: هنجار میدان مغناطیسی (سطح) و میدان مغناطیسی (جریان) از خطوط انتقال.
مسیر کتابخانه برنامه: ACDC_Module/Devices,_Inductive/Power_line_magnetic_field
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Electromagnetic Fields>Magnetic Fields (mf) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
ابتدا پارامترهایی را که در ساخت مدل مورد استفاده قرار می گیرند، تعریف کنید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
I0 | 1000 [A] | 1000 A | جریان خط برق |
به منظور سادگی، هندسه مدل از یک فایل خارجی وارد می شود. سپس، یک دامنه هوا در اطراف هندسه وارد شده اضافه کنید، که برای حل میدان مغناطیسی مورد نیاز است.
هندسه 1
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل power_line_magnetic_field.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 300 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 300 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 150 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -150 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -150 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، -50 را تایپ کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آب (مت1)
1 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
2 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 1e-3[S/m] | S/m | پایه ای |
خاک
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | روی Material 2 (mat2) کلیک راست کرده و Rename را انتخاب کنید . |
3 | در کادر محاوره‌ای Rename Material ، خاک را در قسمت متن برچسب جدید تایپ کنید . |
4 | روی OK کلیک کنید . |
5 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
6 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0.5 | S/m | پایه ای |
گذر نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 10 | 1 | پایه ای |
در رابط فیزیک، جریان را به خطوط سه فاز اضافه کنید.
میدان های مغناطیسی (MF)
جریان لبه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Fields Magnetic (mf) راست کلیک کرده و Edges>Edge Current را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه های 76، 85 و 104 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Edge Current ، قسمت Edge Current را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن I 0 ، I0 را تایپ کنید . |
جریان لبه 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Edges کلیک کنید و Edge Current را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Edge Current ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 812,830,866 را در قسمت متن Selection تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات Edge Current ، قسمت Edge Current را پیدا کنید . |
7 | در قسمت نوشتاری I 0 ، I0*exp(i*2*pi/3) را تایپ کنید . |
جریان لبه 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Edges کلیک کنید و Edge Current را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Edge Current ، قسمت Edge Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 1560,1569,1588 را در قسمت متن Selection تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات Edge Current ، قسمت Edge Current را پیدا کنید . |
7 | در قسمت نوشتاری I 0 ، I0*exp(i*4*pi/3) را تایپ کنید . |
قبل از حل، مش را اصلاح کنید تا به درستی هندسه را حل کنید. این همچنین نمودارهای حاصل را با جزئیات بیشتری همراه می کند.
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، بخش Sequence Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست، مش کنترل شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
4 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
5 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت متنی Minimum size element ، 0.1 را تایپ کنید . |
6 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، 50 را تایپ کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
5 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
6 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
در پنجره Model Builder ، گره Results را گسترش دهید .
هنجار میدان مغناطیسی
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید . |
2 | روی Results کلیک راست کرده و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، هنجار میدان مغناطیسی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
6 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
خط 1
1 | روی Norm میدان مغناطیسی کلیک راست کرده و Line را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست نوع خط ، لوله را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن بیان شعاع لوله ، 0.1 را تایپ کنید . |
7 | چک باکس Radius scale factor را انتخاب کنید . |
8 | از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
9 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی خط 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 14-31، 65، 66، 69، 70، 72-75، 86، 87، 105، 106، 116، 118، 120، 122-466، 468-476، 478-4 را تایپ کنید. 485-493، 495-507، 509-517، 519-779، 813-820، 828، 831، 832، 840، 842-848، 851، 852، 854، 846، 858، 854، 856، 858، 854، 858، 858 1248, 1250-1264, 1266-1287, 1289-1519, 1553, 1554, 1557, 1558, 1570, 1571, 1589, 1590, 1591-1519, 1591-1606, متن را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
ظاهر مواد 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی خط 1 کلیک راست کرده و Material Appearance را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ظاهر مواد ، بخش ظاهر را پیدا کنید . |
3 | از لیست ظاهر ، سفارشی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست نوع مواد ، فولاد را انتخاب کنید . |
خط 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Norm میدان مغناطیسی راست کلیک کرده و Line را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست نوع خط ، لوله را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن بیان شعاع لوله ، 0.1 را تایپ کنید . |
7 | چک باکس Radius scale factor را انتخاب کنید . |
8 | از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
9 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی خط 2 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 32-64، 67، 68، 71، 77-84، 88-103، 107-115، 117، 119، 121، 780-811، 821-827، 829، 833-8 را تایپ کنید. 841، 857-863، 865، 869-875، 877، 1520-1552، 1555، 1556، 1559، 1561-1568، 1572-1587، 1591-1530، 1591-1530، 1591، متن را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
خط 3
1 | در پنجره Model Builder ، روی Norm میدان مغناطیسی راست کلیک کرده و Line را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
6 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی خط 3 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 76، 85، 104، 477، 494، 518، 812، 830، 866، 1249، 1265، 1288، 1560، 1569، 1588 را در قسمت انتخاب متن وارد کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Norm میدان مغناطیسی راست کلیک کرده و Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 |  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>ThermalWave را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
انتخاب 1
1 | روی جلد 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
هنجار میدان مغناطیسی
در پنجره Model Builder ، در زیر Results روی Norm میدان مغناطیسی کلیک کنید .
ساده سازی چند تکه 1
1 | در نوار ابزار هنجار میدان مغناطیسی ، روی  More Plots کلیک کنید و گزینه Streamline Multislice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، بخش Multiplane Data را پیدا کنید . |
3 | زیربخش x-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش z-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، چگالی یکنواخت را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی Separating distance ، 0.02 را تایپ کنید . |
بیان رنگ 1
روی Streamline Multislice 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید .
هنجار میدان مغناطیسی
در نوار ابزار هنجار میدان مغناطیسی ، روی Plot کلیک کنید .
Plot کلیک کنید .
