Nghiên cứu đặc tính điện từ trường đan xen trong hệ thống dây dẫn nhiều sợi bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Bài viết Nghiên cứu đặc tính điện từ trường đan xen trong hệ thống dây dẫn nhiều sợi bằng phương pháp phần tử hữu hạn đề cập đến việc nghiên cứu các đặc tính điện từ trường đan xen trong một hệ thống đa dây dẫn bằng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp việc giải các phương trình năng lượng. Phương pháp nghiên cứu được trình bày chi tiết và áp dụng tính toán chi tiết một hệ thống đa dây dẫn cụ thể - cáp ba pha có đai bảo vệ,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu đặc tính điện từ trường đan xen trong hệ thống dây dẫn nhiều sợi bằng phương pháp phần tử hữu hạnTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC(ISSN: 1859 - 4557)STUDY OF ELECTROMAGNETIC BEHAVIOR IN MULTICONDUCTORSYSTEM BY FINITE ELEMENT METHODNGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐIỆN TỪ TRƢỜNGĐAN XEN TRONG HỆ THỐNG DÂY DẪN NHIỀU SỢIBẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠNNguyen Duc QuangElectric Power UniversityAbstract:This paper involves modeling and calculating the mutual electromagnetic characteristics in amulticonductor system using finite element method and equivalent energy equations. The approachis applied on a real three phase shielded cable. The finite element model of the cable is presentedfor calculating the mutual parameters which depend on the frequency. The high frequencyphenomenas, the skin and proximity effect, are well studied.Keywords:Multiconductor, electromagnetic field, magnetodynamic, Maxwell’s equations, finite element method.Tóm tắt:Bài báo đề cập đến việc nghiên cứu các đặc tính điện từ trường đan xen trong một hệ thống đa dâydẫn bằng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp việc giải các phương trình năng lượng. Phươngpháp nghiên cứu được trình bày chi tiết và áp dụng tính toán chi tiết một hệ thống đa dây dẫn cụthể - cáp ba pha có đai bảo vệ. Các giá trị tương hỗ giữa các dây dẫn, cũng như các hiện tượng xuấthiện ở tần số cao như hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần được xác định rõ nét.Từ khóa:Hệ thống đa dây dẫn, điện từ trường, điện động, hệ phương trình Maxwell, phương pháp phần tửhữu hạn.1. INTRODUCTION7Multiconductor systems are frequentlyused in energy transmission such asoverhead lines and cables. The mutualelectromagnetic effect is extremely7Ngày nhận bài: 28/8/2017, ngày chấp nhậnđăng: 20/9/2017, phản biện: TS. Trần ThanhSơn.60varied.Thepropagationofelectromagnetic waves in transmissionlines could be described by the TransverseElectromagnetic (TEM) mode. The termsof voltages and currents are calculated byusing the circuit parameters of line.Moreover,theswitchingofsemiconductor devices in power staticconverterscangeneratetheSố 13 tháng 11-2017TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC(ISSN: 1859 - 4557)Electromagnetic Interference (EMI). Inpower system, this high level of emissioncan produce the high frequencydisturbance which propagate over thepower cables [1,2]. In order to analyze theinfluence of transmission multiconductorsystem on the EMI level, it is necessary toprecisely model the behavior of thissystem in the frequency domain.However, there are some difficulties inmodeling of system due to several factors[3,5]. Firstly, the properties of materials,thicknesses of insulation and shielding arenot fully known. Secondly, electricalwires and frame are twisted, sometimes inopposite sense. These physical parametersare insufficient to model a multiconductorsystem in the frequency domain;therefore, it is necessary to take intoaccount the electromagnetic phenomenasuch as the skin effect and proximityeffects [1,2,4]. To correct model, both ofthese effects are highly dependent on thecharacteristics of the materials and on thegeometry; thus, the finite element methodis proposed to use [4,7]. The number ofsimulations by finite element method willvary according to the number ofconductors in the multiconductor system.Each simulation will provide an energyvalue that will allow us to determine thelumped parameter (resistance andinductance) matrices. Moreover, thesesimulations will be performed for severalfrequencies to capture the evolution of theskin and proximity effects.2. METHODOLOGYInthissection,theSố 13 tháng 11-2017electromagneticformulations used to calculate the lumpedparameters are introduced. Based onenergy method, the seft and mutual valuesare obtained from the finite elementmodel [8].2.1. Finite ElementFormulationsMethodandFinite Element MethodThe finite element method (FEM) is atechnique for the numerical resolution ofpartial differential equations. This methodis powerful, general, robust and widelyused in engineering.Figure 1. Decompostion of a studied objectto finite elementsIn reality, the FEM solves the weak formof the partial differential equations byusing a mesh which serves as support forthe interpolation functions.The weak formulation is also calledvariational formulation. This formulationcan be defined by considering adifferential operator R and a function fsuch as finding u on Ω checking Ru v   fv for any adapted function v .The distribution of electric field andmagnetic field is described by Maxwell’sequations. The studied object can bediscretized by the nodes, the edges, the61TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC(ISSN: 1859 - 4557)facets and the volumes.Solving the final electromagneticequations ...