非线性绝缘介质交变电场激励下介电特性的仿真分析

  与广义电介质相比,有“智能绝缘材料”之称的非线性绝缘电介质具有随场强变化的电导率或(和)相对介电常数。它们的广泛应用极大地提高绝缘结构的性能。例如,应用于电机线棒端部防电晕结构中、配电电缆绕包型终端中、超高压直流电缆以及特高压直流套管等的绝缘结构中。为此,对聚合物基无机半导体颗粒填料添加的非线性绝缘介质的研究得到重视。 本文在采用MATLAB实现椭球形无机填料颗粒在聚合物基体内随机分布,用COMSOL软件建立有限元电场仿真分析模型的基础上,对非线性绝缘介质在交变电场激励下进行有限元仿真分析。本文产生的仿真模型是可控的,可控参数包括:立方体基体区域边长、椭球形颗粒数目、椭球形颗粒形状尺寸参数(半轴a、b、c)以及椭球形颗粒两个空间取向角度。通过仿真分析了如上所述各填料颗粒形态参数以及外施的交变激励特性对非线性绝缘介质复合材料电导率与介电常数的影响。 研究发现:掺量逐渐增加时,其电导率及其非线性系数随之而增大,其相对介电常数也会随之增大,填料颗粒掺量越大的模型其ε-E特性曲线上升越快;在0°/0°、0°/45°、0°/90°这三组空间取向角度控制中,分布0°/45°的电导率最大且非线性明显,而相对介电常数是随着长轴与XOY面的角度增大而增加的,取向均匀分布的电导率与相对介电常数高于取向正态分布的;随着粒径比值的增加复合材料的电导率反而减小,其非线性系数也是逐渐减小的,相对介电常数却是增加的,且粒径比值较大的复合材料体系的ε-E特性曲线上升较快。 在交变激励的频率一定时,幅值越高,交流等效电导率和介电常数越大,电导率和介电常数随电场的变化越快;当所施加的激励幅值一定时,随着其频率的增加,复合材料的交流等效电导率明显增加,其介电常数也有所增加,但两者的增加速率明显下降。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM21
【目录】：

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 高思明;电、磁场处理对聚合物/纳米石墨复合材料结构及介电性能影响研究[D];哈尔滨理工大学;2012年

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李曹,刘孝波;聚合物/无机复合材料在介电材料领域的应用[J];材料导报;2003年08期

2 安超,李盛涛,李建英;无机半导体颗粒填充聚合物复合材料的研究进展[J];材料导报;2003年12期

3 刘英;曹晓珑;;强电场下非线性阻性介质中的应力补偿效应[J];电工技术学报;2007年09期

4 党智敏,王海燕,王岚;新型高温高介无机/有机功能复合材料[J];复合材料学报;2005年05期

5 金泉;覃继宁;张荻;吕维洁;;颗粒和纤维混杂增强复合材料力学性能的三维有限元模拟[J];复合材料学报;2006年02期

6 邵雪娇;康国政;郭素娟;张娟;;颗粒性态的随机性对SiC_P/6061Al复合材料棘轮行为影响的有限元分析[J];复合材料学报;2010年03期

7 关振群,高巧红,顾元宪,宋超,单菊林;复合材料细观结构三维有限元网格模型的建立[J];工程力学;2005年S1期

8 张荣;李忠华;郭文敏;鲁祥;;同轴电极下非线性绝缘介质阶跃响应仿真分析[J];高电压技术;2008年07期

9 韩宝忠;郭文敏;李忠华;;碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性[J];功能材料;2008年09期

10 郭文敏;韩宝忠;李忠华;;影响低密度聚乙烯/氧化锌复合材料场致电导因素的研究[J];功能材料;2009年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郭文敏;聚乙烯/无机填料复合材料非线性电导特性及机理研究[D];哈尔滨理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 齐玉;高压复合绝缘穿墙套管和电缆终端电场仿真及优化设计[D];华北电力大学（北京）;2004年

2 许恒迎;非线性电介质测试系统软件开发[D];哈尔滨理工大学;2006年

3 夏荣;非线性电介质交流特性测试硬件系统研制[D];哈尔滨理工大学;2006年

4 张荣;含有非线性介质的绝缘结构内瞬态电场仿真分析[D];哈尔滨理工大学;2008