损耗因数与频率和温度的仿真

1、百度文库-让每个人平等地提升自我哈尔滨理工大学课程作业说明书2016年4月4日22题目：MATLAB作业（4）高电压绝缘方向作业学院（系）：荣成学院年级专业： 学 号：学生姓名：授课教师：教师职称：哈理工大学课程作业（论文）任务书院（系）： 荣成学院基层教学单位：电气工程学号学生姓名专业（班级）设/计 题 目1、聚氯乙烯损耗因数与频率和温度的关系、介电常数、击穿场强、电子极化和 偶极极化的模拟计算（并举例计算），并得到二维、三维有效数据图形。2、用simulink和Matlab两种方式进行模拟。3、 电力系统的 MATLAB+SIMULINK 仿真与应用课本的第 8章完成以上内 容的一个定制模

2、块。4、要求上交完成的任务文件和依照模板完成任务报告。技术参数1、损耗因数tan 、介电常数2、频率f、温度T、半径a、电子位移极化e和偶极子转向极化d设 计 要 求1、通过研究专业的基础知识，得出实际应用的方式方法；2、利用MATLAB软件和公式实现光谱规律可视化。工作 量5个工作日左右 每个工作日1到3小时工 作 计 划参 考 资 料1电介质物理电气绝缘测试技术/3.电力系统的 MATLAB+SIMULINK 仿真与应用指导教师签字基层教学单位主任签字0000111223345556889 10 10 10 11 12 13 13 13 15 17 17 18 19 19 20 22 23

3、 24第1章设计原理1.1聚氯乙烯介电常数与频率、温度的关系1.1.1介电常数与频率的关系 1.1.2 介电常数与温度的关系 12聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系1.2.1损耗因数与频率的关系 1.2.2 损耗因数与温度的关系 1.3击穿场强与温度、频率的关系 1.3.1击穿场强与温度的关系 1.3.2击穿场强与频率的关系 1.4电子位移极化与半径的关系 1.5偶极子转向极化与温度的关系 第2章设计步骤2.1聚氯乙烯介电常数与频率、温度的关系设计2.1.1介电常数与频率的关系设计 2.1.2介电常数与温度的关系设计 2.2聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系设计2.2.1损耗因数与频率的关系设

4、计 2.2.2损耗因数与温度的关系设计 2.3击穿场强与温度、频率的关系设计 2.3.1击穿场强与温度的关系设计 2.3.2击穿场强与频率的关系设计 2.4电子位移极化与半径的关系模拟 2.5偶极子转向极化与温度的关系模拟 第3章结果分析3.1聚氯乙烯介电常数随频率、温度的变化波形3.1.1 、随频率的变化波形3.1.2 随温度的变化波形 3.2聚氯乙烯损耗因数随频率、温度的变化波形3.2.1 tan随频率的变化波形 3.2.2 tan随温度的变化波形 3.3击穿场强与温度、频率的变化波形 3.3.1击穿场强与温度的变化波形 3.3.2击穿场强与频率的变化波形 3.4电子位移极化与原子半径的变

5、化波形.3.5偶极子转向极化与温度的变化波形 第4章总结IIIIII第1章设计原理1.1聚氯乙烯介电常数与频率、温度的关系1.1.1介电常数与频率的关系r1在低频时，聚氯乙烯：温度在20C, r 3.0 3.521，各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电常数r 随频率提高，松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，介电常数随频率的提高而减小;在 1 . 3时随频率变化得最快频率进一步提高；当1时，松弛极化几乎来不及建立，介电常数在高频时接近光频介电常数：。在低频时，1，各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电常数小；随频率提高，松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，极化产生的阻力越来越大，在12 时达到

6、最大；频率进一步提高，1，松弛极化几乎来不及建立，极化阻力不对电场做出响应， 减小。1.1.2介电常数与温度的关系与温度的关系在低温时，1，分子（电荷）热运动很弱，处于冻结状态，松弛时间很大,相应于电场频率松弛极化几乎来不及建立，只有电子位移极化能够响应，因此，7随着温度的提高，分子的热运动增加，松弛时间减少，松弛极化得以建立,时，随温度变化最快；在高温区，1,分子热运动加剧，松弛极化可以迅速建立。相应于电场频率,各种极化都得以完全建立，因此，介电常数达到静态介电常数值,r。但是，由于热运动使分子平均偶极矩减小，故温度继续增高时,1.2聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系1.2.1损耗因数与频率

7、的关系将有所减小。tan随频率的变化在低频时，各种极化都能够建立，松弛极化损耗近似为0,如果考虑电 导损耗，那么，在0 时，tan随着频率的提高,加而逐渐增大，在tan maxr松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，tan随频率增.r 处，tan取得极大值;2：在咼频区，松弛极化几乎来不及建立，tan随频率提咼而减小。注意：tan与频率的关系类似于共振，当外加频率与固有频率（相当 于1 ）相当，即1时产生最大效应。1.2.2损耗因数与温度的关系tan随温度的变化在低温时,由于松弛极化几乎来不及建立，所以tan很小。随着温度的提高，偶极子热运动动能提高，逐渐开始转动，但由于温11度较低时，偶极子的转向

8、速度跟不上外加电场的变化频率，因此，所产生 的介质损耗也逐渐增大。在1时，tan取极大值。当温度进一步提高时，由于偶极子转动速度迅速提高，逐渐可以跟得 上外加电场的变化频率，使得松弛极化损耗随之而减小。但是，由于介质 的离子电导随温度指数增大，因此，由电导损耗引起的介质损耗激增。1.3击穿场强与温度、频率的关系1.3.1击穿场强与温度的关系在外施电压U0作用下，在介质处于稳定状态时，E2 KdT 0dx dx电场强度E d dx，则电流密度j E -dx代入上式得-j - KdT0dx dx dxT0的为简化，仅讨论散热条件极好，电极温度始终等于周围环境温度情况；此时介质中心x 0处温度最高，

9、计为 Tc jk-Tdx dx23在 x 0 处，dT dx 00 得 j KdTdx代入j E J，得d K dTdx积分得热击穿临界电压U0e 8：KdT，ekTe T且假定介质的导热系数为常数，即K,得 U2eK TTc K8e TdTT0 01若环境温度不高时，T0,Tc T0 U0c8KT e 2To0由于Uoc随To升高而增大远不如随e1To降低快，所以近似为Uoc Ae 2To/A与材料有关的常数In Uoc ln A,.2To电阻率 丄oe ToIn In o To热击穿电压的实验判据1.3.2击穿场强与频率的关系UocA28KT。o18KTf 22To28KT。1os1.4电

10、子位移极化与半径的关系电子位移极化e 4 oa3任何介质中，在外电场作用下，电介质分子、原子或离子中的外围电 子云相对原子核发生弹性位移而产生感应偶极矩的现象。特点：1）存在任何介质中，1o-4oF?m2数量级；2） 建立和消失的时间极短，10-1510-16S ；3）电子极化率与原子或离子中的分布有关，与温度无关，与半径的立33方成正比。1.5偶极子转向极化与温度的关系在气体分子中，外电场的作用下，偶极分子将受到电场力矩的作用而 趋势于转向电场方向，出现宏观偶极矩。特点：1）由于转向极化收到分子热运动的无序化作用，电场的有序化作用以 及分子之间的相互作用，建立时间较长10-6 10-2S ；

11、2） d与绝对温度（T）成正比，低温时，提高T,有利于分子转向（极 化率提高），高温时，提高T,将阻碍分子定向（极化率降低）；3）有饱和现象，随电场强度增加，偶极子已全部沿外电场取向，在提高场强，转向极化强度不再增加，专项计划出现饱和现象，d随E的增加而减小；4）d是在极性气体分子中推到而出，在极性液体和极性固体也会发 生，但由于偶极分子之间的长程作用，定量计算困难。44第2章设计步骤2.1聚氯乙烯介电常数与频率、温度的关系设计2.1.1介电常数与频率的关系设计562.1.2介电常数与温度的关系设计66三维图程序77iin -2.2聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系设计2.2.1损耗因数与频率

12、的关系设计rEditor - DA程的之槪MlATLAEiEyufn1-回file Edit Text Go Cell Tcok Debug Desktop Window Help已|禺时审牝|倉）栢11 ift Q 暮口 ：垸谓-IjO +1 + 1.1 X熾臺0clcclearE-3.5：Ew=3.0rwt=O:O. 001: 7 ;. / frft. ?+l 1 面技旳把去柿,说当改茂自克蛋的取值范岳 fcplct (irt, El)Efvt * (fe-h*). / (wt. 2+L)：(wt, fc2.);plct fw* f E3)% Ilubl C 频.r yLabol介刚甫浪

13、E)IlbalC圖率门:TlhlC疔耗园埶 )scriptLn 1 Co 31O 朋892.2.2损耗因数与温度的关系设计992.3击穿场强与温度、频率的关系设计2.3.1击穿场强与温度的关系设计2.3.2击穿场强与频率的关系设计1011三维图程序2.4电子位移极化与半径的关系模拟iv2.5偶极子转向极化与温度的关系模拟1212第3章结果分析3.1聚氯乙烯介电常数随频率、温度的变化波形3.1.1、随频率的变化波形并匕 Edii HawiTaUa. CwkiEk MriKia*Ji u JH : 口13141,各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电在低频时,常数 r ；随频率提高，松弛极化逐

14、渐跟不上外电场的变化，介电常数随频率的提高而减小；在13时 随频率变化得最快频率进一步提咼；当1时，松弛极化几乎来不及建立，介电常数在高频时接近光频介电常数：。在低频时，1,各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电1415常数很小；随频率提高，松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，极化产生的阻力越 来越大，在1 2时达到最大；频率进一步提高，1，松弛极化几乎来不及建立，极化阻力不对电场做出响应，减小。3.1.2随温度的变化波形3在低温时,1，分子（电荷）热运动很弱，处于冻结状态，松弛时1516间很大，相应于电场频率松弛极化几乎来不及建立，只有电子位移极化能够响应，因此，；随着温度的提高，分子的热运

15、动增加，松弛时间减少，松弛极化得以 建立， 1时， 随温度变化最快；在高温区，1,分子热运动加剧，松弛极化可以迅速建立。相应于电场频率，各种极化都得以完全建立，因此，介电常数达到静态介电常 数值，r。但是，由于热运动使分子平均偶极矩减小，故温度继续增高时，将有所减小。三维图16163.2聚氯乙烯损耗因数随频率、温度的变化波形3.2.1 tan随频率的变化波形不匕 Gdrr 业 Inciri T3*Uoc18KTo2 刁e2T0A018KT； 2r8KT。2A ,21210s2根据上式可得,InUoIn与1 T呈线性关系3.4电子位移极化与原子半径的变化波形任何介质中，在外电场作用下，电介质分子、原子或离子中的外围电 子云相对原子核发生弹性位移而产生感应偶极矩的现象。特点：1）存在任何介质中，10-40F?m2数量级；2） 建立和消失的时间极短，10-1510-16S ；3）电子极化率与原子或离子中的分布有关，与温度无关，与半径的立 方成正比。3.5偶极子转向极化与温度的变化波形在气体分子中，外电场的作用下，偶极分子将受到电场力矩的作用而 趋势于转向电场方向，出现宏观偶极矩。特点：1）由于转向极化收到分子热运动的无序化作用，电场的有序化作用以 及分子之间的相互作用，建立时间