损耗因数与频率和温度的仿真

1、哈理工大学课程作业说明书哈尔滨理工大学课 程 作 业 说 明 书题目：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块。4

2、、 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、介电常数、电子位移极化和偶极子转向极化2、 频率f、温度T、半径a 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2016年4月 4 日2哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文目 录 目 录III第1章 设计原理11.1 聚氯乙烯介电常数与频率、温度的关系11.1

3、.1 介电常数与频率的关系11.1.2 介电常数与温度的关系11.2 聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系21.2.1 损耗因数与频率的关系21.2.2 损耗因数与温度的关系21.3 击穿场强与温度、频率的关系31.3.1 击穿场强与温度的关系31.3.2 击穿场强与频率的关系41.4 电子位移极化与半径的关系41.5 偶极子转向极化与温度的关系5第2章 设计步骤62.1 聚氯乙烯介电常数与频率、温度的关系设计62.1.1 介电常数与频率的关系设计62.1.2 介电常数与温度的关系设计72.2 聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系设计92.2.1 损耗因数与频率的关系设计92.2.2 损耗因数与温

4、度的关系设计92.3 击穿场强与温度、频率的关系设计102.3.1 击穿场强与温度的关系设计112.3.2 击穿场强与频率的关系设计112.4 电子位移极化与半径的关系模拟122.5 偶极子转向极化与温度的关系模拟12第3章 结果分析133.1 聚氯乙烯介电常数随频率、温度的变化波形143.1.1 、随频率的变化波形143.1.2 随温度的变化波形163.2 聚氯乙烯损耗因数随频率、温度的变化波形173.2.1 随频率的变化波形183.2.2 随温度的变化波形193.3 击穿场强与温度、频率的变化波形203.3.1 击穿场强与温度的变化波形213.3.2 击穿场强与频率的变化波形213.4 电

5、子位移极化与原子半径的变化波形233.5 偶极子转向极化与温度的变化波形23第4章 总结2425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聚氯乙烯：温度在20oC，在低频时，各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电常数；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；在时随频率变化得最快频率进一步提高；当时，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，各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电常数很小；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，在时达到最大；频率进一步提

6、高，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，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，；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，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，。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。1.2 聚氯乙烯损耗因数与频率、温度的关系1.2.1 损耗因数与频率的关系随频率的变

7、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，在时，；随着频率的提高，松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，随频率增加而逐渐增大，在处，取得极大值；在高频区，松弛极化几乎来不及建立，随频率提高而减小。注意：与频率的关系类似于共振，当外加频率与固有频率(相当于)相当，即时产生最大效应。1.2.2 损耗因数与温度的关系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，但由于温度较低时，偶极子的转向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。在时，取极大值。当温度进一步提高时，由于偶极子转动速

8、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，电场强度，则电流密度代入上式得 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T0的情况；此时介质中心处温度最高，计为Tc 在处， 得 代入，得积分得热击穿临界电压，且假定介质的导热系数为常数，即,得若环境温度不高时， 由于U0c随T0升高而增大远不如随降低快，所以近似为A与材料有关的常数电阻率 热击穿电压的实验判据1.3.2

9、击穿场强与频率的关系 1.4 电子位移极化与半径的关系电子位移极化任何介质中，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，数量级；2）建立和消失的时间极短，；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。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；2） 与绝对温度（T）成正比，低温时，提高T，有利于

10、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，随E的增加而减小；4） 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。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三维图程序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

11、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三维图程序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 、随频率的变化波形在低频时，各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电常数；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；在时随频率变化得最快频率进一步提高；当时，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，各种极化都来得及建立，介电系数达到静态介电常数很小；随频率提高，松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，极

12、化产生的阻力越来越大，在时达到最大；频率进一步提高，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 随温度的变化波形在低温时，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，；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，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，。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3.2 聚氯乙烯损耗因数随频率、温度的变化波形

13、3.2.1 随频率的变化波形在低频时，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，在时，；随着频率的提高，松弛极化逐渐跟不上外电场的变化，随频率增加而逐渐增大，在处，取得极大值；在高频区，松弛极化几乎来不及建立，随频率提高而减小。3.2.2 随温度的变化波形在低温时，由于松弛极化几乎来不及建立，所以很小。随着温度的提高，偶极子热运动动能提高，逐渐开始转动，但由于温度较低时，偶极子的转向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。在时，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。

14、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。三维图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若环境温度不高时， 由于U0c随T0升高而增大远不如随降低快，所以近似为A与材料有关的常数电阻率 热击穿电压的实验判据3.3.2 击穿场强与频率的变化波形 根据上式可得，、与呈线性关系。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，数量级；2）建立和消失的时间极短，；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