电磁脉冲模拟器仿真与实验研究
电磁脉冲模拟器的研制
还是不理想。本文介绍 的这套 系统每一步 动作能 同时检测三个 电阻 ， 而且根据检测阻值 与标 准阻值 的百分 比设 成八个 分选档 来分选 ， 产能可达 ９０ｐｓ 。 ００ｅ ｈ ／
材料 ， 陶瓷工艺 制造而 成的 。这些金 属氧化 物材料都 具有 采用 半导体性 质 ， 因为在导 电方式上完全类 似锗 、 等半导体材 料。 硅
然后将其两端 电压通过双积分模数 转换器 件 的， 不仅人工成本高而且效率低。现在也有厂家在用 ｒ ｃ自动 保持其恒温。 ｃ ｒ 分选仪。 但这些分选仪都只能设定一个阻值分选范围。 这样产能
Ａ ７３ 转 换 成 数 字 信 号 后 由 单 片 机 Ｈ ６８ 传 送 给 Ｄ １５ Ｃ２Ａ
ＰＣ ６ ８７ Ｉ１Ｆ ７Ａ单 片机 ， 接着 ＨＣ６ ８７ １Ｆ７Ａ将所得 的数 值 与先测得 的
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仪 器 仪 表 与检 测 技 术
Ｎ Ｃ热敏 电 阻多档 自动 分选 仪 Ｔ
刘教瑜 ． 廖生伟
（ 武汉理工大学 自动化学院。 湖北 武汉 ４０７ ） ３００
摘 要： 本文介绍了 １＇热敏电阻多档 自 ７Ｃ Ｉ 动分选仪的软硬件设计。硬件上对电阻检测 、 动作控制、 人机界面三部分分别作了说明，
‘动 技 与 用 ０ 年 ２ 第 期 自 化 术 应 ０ 第 ５ ３ ６ 卷
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感， 以有利于提高脉 冲前沿 的陡度 。
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本模拟器 的技术指标如 下 ： 电电压 为 ３ｋ ， 能电容器 的 充 ０ ｖ储 参数分别为 ０２ｆ ０ｋ 和 ５０ｆ ０ｋ 两 种规格 ， ．ｕ １０ ｖ ０ ｕ／ Ｏ ｖ ／ １ 火花开 关间 隙 为 ３ ｍ， ｍ 内充氮气 ， 气体 压力 为 ０ ３ Ｐ ， 升 时间 为 Ｉｎ， ．Ｍ ａ上 Ｏ ｓ触发
HEMP脉冲电流注入的仿真与实验研究
HEMP脉冲电流注入的仿真与试验探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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一种强电磁脉冲模拟器的仿真及验证研究
现代电子技术Modern Electronics TechniqueNov. 2023Vol. 46 No. 222023年11月15日第46卷第22期0 引 言在当前电子信息科技飞速发展的时代，强电磁脉冲因其具备能量强度大、峰值强度高、作用范围极广、破坏力强大等特点，越来越受到国内外学者的广泛关注[1⁃6]。
为了进行电气电子产品、武器装备等抗电磁脉冲干扰能力的检验、考核和验收，美国率先在美军标MIL⁃STD⁃461E 中提出了辐射敏感度实验方法。
我国现有最新标准GJB 151B —2013中的RS105测试项也详细规定了电磁脉冲测试的方法和等级[7]。
国内近些年来在强电磁脉冲领域，特别是关于强电磁脉冲模拟器的课题有很多的研究成果。
康宁等人利用电磁仿真软件CST 仿真了锥形结构电磁脉冲模拟器试验装置中场的分布，通过仿真DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.22.006引用格式：王鹏飞，刘恩博，李贤灵，等.一种强电磁脉冲模拟器的仿真及验证研究[J].现代电子技术，2023，46（22）：28⁃32.一种强电磁脉冲模拟器的仿真及验证研究王鹏飞， 刘恩博， 李贤灵， 王海星， 张宗兵， 田清文（广州广电计量检测股份有限公司 电磁兼容研究所， 广东 广州 510656）摘 要： 用于GJB 151B —2013中RS105测试项目的平面金属板有界波模拟器，其过渡段上下对称能保证产生快前沿脉冲，并使得测试系统所占空间相对较小；且该模拟器中的平行板段会使得有效测试空间相对较大。
为实现GJB 151B —2013中RS105项目测试虚拟化、便捷化，文中基于有限积分技术算法（FIT ）的电磁仿真软件CST ，通过仿真与实测相结合的方法，对平面金属板有界波模拟器的仿真进行研究，提出一种与该脉冲模拟器等比例的仿真模型，并对该模拟器仿真模型的电场分布特性进行分析。
结果表明，所提模型的仿真结果与实测结果非常接近，RS105试验设备测试空间中的电场分布基本均匀，沿传播方向电场逐渐减小，而且电场关于测试系统中心的轴线呈对称分布。
《电磁场与电磁波》仿真实验
年《电磁场与电磁波》仿真实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：《电磁场与电磁波》仿真实验2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。
受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。
本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4)二、单电荷的场分布 (10)三、点电荷电场线的图像 (12)四、线电荷产生的电位 (14)五、有限差分法处理电磁场问题 (17)实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤；2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。
二、实验原理（一）MATLAB运算1.算术运算(1)．基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。
注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。
(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。
点运算符有.*、./、.\和.^。
两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。
例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。
电磁仿真软件的开发和应用研究
电磁仿真软件的开发和应用研究摘要：本文主要研究电磁仿真软件的开发与应用，通过对电磁场的数值模拟，提供了一种快速而准确的分析电磁现象并预测电磁场行为的方法。
文章介绍了电磁仿真软件的概念、基本原理和分类，并探讨了其广泛应用于通信、电子、半导体等领域的重要性。
文章还介绍了电磁仿真软件在电磁兼容、天线设计、电磁波传播、电磁散射等方面的应用研究情况，并对未来的发展趋势进行了展望。
1. 引言电磁场具有广泛的应用领域，如通信、雷达、半导体等。
为了更好地理解和研究电磁现象，研究人员开发了电磁仿真软件，通过数值模拟来分析电磁行为。
电磁仿真软件能够为工程师提供一种直观、准确、高效的电磁场分析方法，促进了电磁技术的发展。
本文将重点介绍电磁仿真软件的开发和应用研究。
2. 电磁仿真软件的基本原理和分类2.1 基本原理电磁仿真软件通过建立数学模型，应用数值计算方法求解电磁场的分布。
这些方法基于麦克斯韦方程组，利用有限元法、有限差分法、时域积分方程等数值方法，对电磁场进行数值计算和仿真。
2.2 分类电磁仿真软件根据研究对象的不同可以分为电磁场分布仿真软件、电磁场散射仿真软件、电磁场辐射仿真软件等。
根据求解的方法不同，可以分为FDTD法、FEM法、MOM法等。
3. 电磁仿真软件在通信、电子、半导体等领域的应用3.1 通信领域电磁仿真软件在通信系统中的应用非常广泛，如天线设计、无线通信链路仿真等。
通过仿真软件，工程师可以提前预测信号传播特性、优化天线设计并解决通信系统中的电磁兼容问题。
3.2 电子领域电磁仿真软件在电子器件设计中也起到了重要的作用。
比如，在射频电路设计中，仿真软件可以模拟电磁振荡器、滤波器等电子元件的工作情况，帮助工程师优化设计并提高系统性能。
3.3 半导体领域电磁仿真软件在半导体器件设计和工艺研究中也具有重要的应用价值。
通过仿真软件，工程师可以模拟半导体元件在不同电磁场下的性能，预测器件的电磁兼容性和可靠性，并指导工艺参数的优化。
电磁仿真软件研究报告
电磁仿真软件研究报告随着科技的不断发展，电磁仿真软件在电子工程领域中扮演着越来越重要的角色。
本报告将对电磁仿真软件进行研究，并探讨其在实际应用中的优势和局限性。
电磁仿真软件是一种通过计算机模拟电磁场分布和电磁波传播的工具。
它可以帮助工程师在设计电子设备和电磁系统时进行预测和优化。
电磁仿真软件的研究和应用领域非常广泛，包括无线通信、雷达系统、天线设计、电磁兼容性等。
首先，电磁仿真软件具有高度的灵活性和可定制性。
它可以根据用户的需求进行定制，以满足不同的仿真需求。
例如，用户可以选择不同的电磁场模型、边界条件和材料参数，以模拟不同的电磁环境。
此外，电磁仿真软件还可以与其他工程软件进行集成，以实现更复杂的仿真和分析。
其次，电磁仿真软件具有高度的精度和准确性。
通过数值计算和数值方法，电磁仿真软件可以准确地模拟电磁场的分布和传播。
这使得工程师可以在设计阶段就能够预测和解决潜在的电磁问题，从而节省时间和成本。
此外，电磁仿真软件还可以提供详细的仿真结果和分析报告，帮助工程师更好地理解和解释仿真结果。
然而，电磁仿真软件也存在一些局限性。
首先，电磁仿真软件的计算复杂度较高，需要大量的计算资源和时间。
对于大规模的电磁系统和复杂的电磁场分布，仿真过程可能会非常耗时。
其次，电磁仿真软件的精度和准确性受到多种因素的影响，如模型的简化、边界条件的设定和材料参数的选择等。
因此，在使用电磁仿真软件进行仿真和分析时，需要仔细选择合适的模型和参数，以确保结果的可靠性。
综上所述，电磁仿真软件在电子工程领域中具有重要的应用价值。
它可以帮助工程师在设计阶段就能够预测和解决潜在的电磁问题，从而提高设计效率和质量。
然而，电磁仿真软件的使用也需要注意其局限性，以确保仿真结果的准确性和可靠性。
未来，随着计算机技术的不断发展和硬件性能的提升，电磁仿真软件将会更加强大和智能化，为电子工程师提供更好的仿真和分析工具。
系统级电磁脉冲模拟试验技术
系统级电磁脉冲模拟试验技术系统级电磁脉冲（Electromagnetic Pulse，简称EMP）模拟试验技术是用于模拟真实EMP事件对电子设备、电力系统和通信系统等的影响的一种测试方法。
该技术用于评估和验证系统抗EMP能力，以便提供EMP事件下系统的保护措施和恢复能力。
以下是系统级EMP模拟试验技术的一些关键方面：1. 脉冲发生器：系统级EMP模拟试验需要使用专用的脉冲发生器来生成高能量、宽带、短时的脉冲信号。
通常使用磁控管（Magnetron）或脉冲功率放大器（Pulse Power Amplifier）作为脉冲发生器。
2. 脉冲耦合装置：系统级EMP模拟试验需要将脉冲信号有效地耦合到测试设备上，以模拟真实EMP事件的电磁辐射作用。
常用的脉冲耦合装置包括传导式耦合装置和辐射式耦合装置。
3. 试验设备和防护：系统级EMP模拟试验需要使用被试设备和防护措施。
被试设备是需要测试其抗EMP能力的电子设备、电力系统或通信系统等。
防护措施包括使用防护外壳、屏蔽设备或过滤器等来降低被试设备遭受EMP脉冲的影响。
4. 试验参数：系统级EMP模拟试验需要定义和控制一些重要的试验参数，以模拟真实EMP事件的特征。
这些参数包括脉冲幅度、脉宽、重复频率、极化方式等。
5. 试验评估和验证：系统级EMP模拟试验完成后，需要对被试设备的性能进行评估和验证。
评估包括测量设备的抗EMP能力和系统的恢复能力。
验证包括与相关标准或规范进行对比，并进行必要的修改和改进。
系统级EMP模拟试验技术是一种有效的手段，可以帮助设计和测试人员了解和提高系统的抗EMP能力，以确保系统在真实EMP事件中的可靠性和稳定性。
该技术广泛应用于军事、航空航天、能源和通信等领域。
物理实验技术中的电磁脉冲测试方法
物理实验技术中的电磁脉冲测试方法电磁脉冲测试是一种常用于物理实验技术中的测试方法，其通过产生电磁脉冲信号来研究材料和设备对电磁脉冲的响应。
在现代科学和工程领域中，电磁脉冲测试广泛应用于电磁兼容性测试、雷电效应模拟以及设备抗干扰能力的评估等方面。
本文将探讨电磁脉冲测试的原理、应用和一些常见的测试方法。
电磁脉冲（Electromagnetic Pulse，简称EMP）是指在极短的时间内产生的电磁能量释放。
它由两部分组成，即电场脉冲和磁场脉冲。
在物理实验技术中，电磁脉冲的产生可以通过多种方式实现，比如雷电效应模拟装置、高压脉冲设备等。
这些设备可以在实验室环境中模拟真实环境下的电磁脉冲。
在进行电磁脉冲测试时，我们通常需要了解被测试设备对电磁脉冲信号的抗干扰能力。
这需要使用专门的测试设备，如电磁脉冲发生器和电磁脉冲探测器。
电磁脉冲发生器用于产生电磁脉冲信号，而电磁脉冲探测器则用于测量并分析设备对电磁脉冲的响应。
在电磁脉冲测试中，常用的测试方法包括电磁脉冲耐受性测试和电磁脉冲传导测试。
电磁脉冲耐受性测试是指对被测试设备施加电磁脉冲信号，检测设备在电磁脉冲信号作用下的性能变化。
这种测试方法常用于评估设备的抗干扰能力，以确定设备在真实环境中是否能正常工作。
电磁脉冲传导测试是指通过电磁脉冲发生器产生的电磁脉冲信号，直接作用于被测试设备上的接口，以研究接口的电磁脉冲耐受性。
除了上述常见的电磁脉冲测试方法，还有许多其他具体的测试技术和方法，例如射频辐射控制方法、瞬态电磁场测量方法等。
这些方法可根据具体的测试需求和研究目的进行选择。
电磁脉冲测试在许多领域中都有广泛的应用。
在电子产品制造业中，电磁脉冲测试被用于评估电子设备的抗干扰能力，并确定其符合相关标准。
在军事领域，电磁脉冲测试能够模拟真实的战场环境，评估武器装备的抗干扰能力以及对电磁脉冲的响应。
此外，电磁脉冲测试还被应用于航空航天、汽车电子、通信系统等领域，以确保设备的可靠性和安全性。
simdroid电磁场模拟仿真实验报告
simdroid电磁场模拟仿真实验报告实验目的：利用simdroid软件对电磁场进行模拟仿真，探究电磁场的基本特性。
实验原理：电磁场是由产生磁场的电流元素和产生电场的电荷元素共同作用形成的。
电磁场的特性可以通过模拟仿真来研究，其中simdroid软件是一种用于电磁场模拟的工具。
实验步骤：1. 打开simdroid软件，进入电磁场模拟页面。
2. 在屏幕上绘制不同形状的电流元素和电荷元素。
3. 设置电流元素和电荷元素的大小、位置和方向。
4. 点击开始模拟按钮，观察电磁场的分布和变化情况。
5. 根据实验结果分析电磁场的特性。
实验结果：通过simdroid软件进行电磁场模拟仿真，我们观察到以下现象：1. 当电流元素增大时，电磁场的强度增加。
2. 当电荷元素增大时，电磁场的强度增加。
3. 当电流元素和电荷元素的距离减小时，电磁场的强度增加。
4. 电磁场的分布呈现环形状，与电流元素和电荷元素的分布情况有关。
实验分析：通过电磁场模拟仿真实验，我们发现电磁场的强度与电流元素和电荷元素的大小、位置和方向有关。
当电流元素和电荷元素增大或距离减小时，电磁场的强度增加。
电磁场的分布呈现环形状，表明电磁场的传播具有一定的方向性和传播特性。
实验结论：通过simdroid软件进行电磁场模拟仿真实验，我们探究了电磁场的基本特性。
实验结果表明，电磁场的强度与电流元素和电荷元素的大小、位置和方向有关，电磁场的分布呈现环形状。
这些结论对理解电磁场的形成和传播特性具有重要意义。
实验心得体会：通过这次实验，我深刻认识到了电磁场的基本特性，并学会了使用simdroid软件进行电磁场模拟仿真。
这种模拟仿真实验方法非常直观和有效，可以更好地理解和掌握电磁场的特性。
同时，我也发现了一些不足之处，比如在设置电流元素和电荷元素的大小、位置和方向时需要更加精确和准确，以获得更加准确的实验结果。
这次实验对我提高实验技能和科学研究能力有着积极的促进作用。
电磁模拟试验实验报告
电磁模拟试验实验报告实验目的：本实验旨在通过模拟电磁场的分布和变化，加深对电磁场理论的理解，掌握电磁场的模拟方法，并通过实验结果验证理论计算的准确性。
实验原理：电磁场是由变化的电场和磁场相互作用产生的，其分布和变化遵循麦克斯韦方程组。
在本实验中，我们使用计算机模拟软件来模拟电磁场的分布，通过改变电流源、介质参数等条件，观察电磁场的变化。
实验设备与材料：1. 计算机一台，安装有电磁场模拟软件。
2. 模拟软件所需的输入参数，包括电流源、介质的介电常数和磁导率等。
实验步骤：1. 打开电磁场模拟软件，设置实验参数，包括电流源的强度、频率，以及介质的物理特性。
2. 根据实验要求，选择合适的模拟区域和边界条件。
3. 运行模拟程序，观察电磁场的分布情况，并记录关键数据。
4. 改变电流源的参数或介质特性，重复步骤3，比较不同条件下的电磁场分布。
5. 根据模拟结果，绘制电磁场分布图，并与理论计算结果进行对比分析。
实验结果：通过模拟软件，我们得到了不同条件下电磁场的分布图。
在实验中，我们观察到电流源的强度和频率对电磁场分布有显著影响。
当电流源强度增大时，电磁场的强度也随之增大；频率增加时，电磁场的分布范围扩大。
介质的介电常数和磁导率也会影响电磁场的分布，介电常数增大时，电磁场在介质中的衰减减小，而磁导率的增大则会导致磁场强度的增加。
实验分析：实验结果与理论预期相符，验证了麦克斯韦方程组在描述电磁场分布方面的准确性。
通过改变电流源和介质参数，我们能够直观地理解这些因素对电磁场分布的影响。
此外，模拟软件的使用为电磁场的可视化提供了便利，有助于加深对电磁场理论的理解。
实验结论：本实验成功地模拟了电磁场的分布，并验证了理论计算的准确性。
通过改变电流源和介质参数，我们能够观察到电磁场分布的变化，这有助于我们更好地理解电磁场的物理特性。
实验结果表明，电磁场模拟软件是一个有效的工具，可以用于教学和科研工作。
实验建议：为了进一步提高实验的准确性和实用性，建议在未来的实验中增加更多的参数变化，如温度、湿度等环境因素，以及更复杂的介质结构。
基于CST_的电磁脉冲效应分析仿真实验研究
477吉林大学学报(信息科学版)第41卷的研究热点[5⁃6]㊂在复杂的电磁环境中,车辆的电控系统极易受到干扰和破坏,对车辆安全性造成严重威胁㊂车辆所面临的大功率电磁辐射干扰主要有传播辐射㊁自然电磁辐射和人为电磁辐射[7],其中人为电磁辐射是现代化信息战争面临的关键性问题㊂人为电磁辐射的主要来源是电磁脉冲武器,它是一种性能独特㊁威力强大且软硬杀伤兼备的现代信息化作战武器,形成高空电磁脉冲(HEMP:High Altitude Electromagnetic Pulse),能对较大范围内的车辆内部线束及关键电子设备同时实施压制性和摧毁性的破坏[8⁃9]㊂笔者以某民用吉普车作为模型进行研究,考虑车辆关键金属结构㊁线缆和电子设备建立电磁仿真模型,对车辆线束电磁辐射敏感度问题进行深入研究㊂通过对车辆线束电磁响应的主要影响因素进行统计分析,得到不同参数下线缆感应电压和感应电流的峰值关系曲线,分析了线缆长度㊁距车底高度㊁相对距离㊁终端电阻㊁导体半径㊁绝缘层厚度等因素影响下车辆线缆耦合电磁干扰的统计规律,得到了相关的定性结论㊂研究结果可以为车辆线束的电磁兼容性设计提供参考㊂1 车辆线束电磁辐射敏感度特性仿真分析车辆线束作为车辆电路网络的主体,起着交换电子设备的数据信号和传递电源信号的作用,可以说没有车辆线束也就不存在车辆电路[10]㊂如图1a所示,车辆线束是由电线㊁联插件和包裹胶带构成㊂对整车而言,线束是以仪表板为核心分别向前㊁后延伸㊂车辆线束的分类可依据其基本功能,分为电池线束㊁发动机线束㊁变速箱线束㊁燃油喷嘴线束㊁仪表板线束㊁车身线束㊁车门线束和车灯线束等,如图1b 所示㊂车辆线束大多由铜质软线构成,根据实现不同的功能而选择不同的规格[11]㊂目前,国内外学者针对车辆线束电磁兼容问题的研究主要集中在车辆线束的串扰㊁电磁辐射和电磁辐射敏感度[12]㊂其中车辆线束的电磁辐射敏感度问题是车辆线束电磁兼容领域较为重要的研究方向,也是车辆电磁兼容性设计的主要预测目标[13]㊂图1 整车线束图Fig.1 Vehicle harness预测车辆线束电磁辐射敏感度需要利用实验手段获取大量样本数据,由于成本㊁实验场地的限制,针对该问题的预测较为困难㊂因而通过仿真分析获取线缆感应电压和感应电流,进而基于仿真数据预测HEMP环境下车辆线束系统的抗毁伤能力是一种不错的选择[14]㊂笔者以某民用吉普车为模型,对模型进行材料㊁零件和结构简化,以峰值为50kV/m的HEMP为激励源,建立仿真模型(见图2),开展辐照条件下车辆线束电磁辐射敏感度特性仿真分析㊂根据线缆的参数,设置线缆材料㊁直径和绝缘体半径的参数,文中所有线缆均采用铜单芯线,图3为铜单芯线横截面示意图,内层为铜芯,外层包裹绝缘层㊂选择线缆终端电阻为50Ω并接地㊂线束仿真如图4所示,将探针放置在线缆模型车辆的两端㊂由于笔者主要研究线缆辐照敏感度仿真,因此选择 transient co⁃simulation”进行场路协同仿真[15]㊂图5为感应电压随时间变化图,可看到随着时间增加,感应电压呈衰弱趋势㊂图6为感应电流随时间变化图㊂通过多组峰值数据可得到同一参数变化时的感应电压和感应电流变化趋势㊂ 图2 车辆线束电磁仿真模型 图3 线缆横截面示意图 Fig.2 Electromagnetic simulation model Fig.3 Cross section of cable of vehicle harness 图4 线束仿真图Fig.4 Harness simulation 图5 感应电压结果Fig.5 Results of induced voltage 图6 感应电流结果Fig.6 Results of induced current 2 车辆线束电磁辐射敏感度影响因素统计分析2.1 线缆长度的影响图7为感应电压与感应电流峰值随线缆长度变化的趋势图㊂随着线缆长度增长,线缆上的感应电压577第5期霍佳雨,等:基于CST 的电磁脉冲效应分析仿真实验研究和感应电流峰值都增大,且变化速率基本不变㊂说明线缆长度越长,HEMP 对车辆线束的威胁越大,实际布线时尽量选择最短路径以减少线缆长度㊂图7 感应电压与感应电流峰值随线缆长度变化趋势Fig.7 Variation trend of induced voltage and induced current peak value with cable length 2.2 线缆距车底高度的影响图8为感应电压与感应电流峰值随线缆距车底高度不同而变化的趋势图㊂图8 感应电压与感应电流峰值随距车底高度变化趋势Fig.8 Variation trend of induced voltage and induced current peak value with the height from the car bottom 随着线缆距离车底高度的增大,线缆上的感应电压和感应电流峰值都增大㊂说明距离车底越高,HEMP 对车辆线束的威胁越大,实际布线时尽量降低线缆距离地面的高度㊂2.3 相对距离的影响图9为感应电压与感应电流峰值随不同线缆相对距离改变而变化的趋势图㊂图9 感应电压与感应电流峰值随线缆相对距离变化趋势Fig.9 Variation trend of peak induced voltage and current with relative cable distance 随着线缆相对距离的增大,线缆上的感应电压和感应电流峰值都减小㊂说明线缆相对距离越小,HEMP 对车辆线束的威胁越大,实际布线时应尽量加大导线相对距离㊂2.4 终端电阻的影响图10为感应电压与感应电流峰值随终端电阻不同而变化的趋势图㊂随着终端电阻的增大,线缆上677吉林大学学报(信息科学版)第41卷的感应电压峰值不断增大,而感应电流峰值不断减小,二者的变化速率都逐渐减慢㊂说明在考虑不同终端电阻下HEMP 对车辆线束的威胁时,应综合考虑电压和电流两方面的防护,选取恰当阻值㊂图10 感应电压与感应电流峰值随终端电阻变化趋势Fig.10 Variation trend of induced voltage and induced current peak value with terminal resistance 2.5 导体半径的影响图11为感应电压与感应电流峰值随线缆导体半径不同而变化的趋势图㊂图11 感应电压与感应电流峰值随导体半径变化趋势Fig.11 Variation trend of peak value of induced voltage and induced current with conductor radius 随着线缆导体半径的增大,线缆上的感应电压和感应电流峰值都减小,且变化速率逐渐减慢㊂说明线缆导体半径越小,HEMP 对车辆线束的威胁越大,在实际布线时应尽量选择粗导体线缆㊂2.6 绝缘层厚度的影响图12为感应电压与感应电流峰值随线缆绝缘层厚度不同而变化的趋势图㊂图12 感应电压与感应电流峰值随绝缘层厚度变化趋势Fig.12 Variation trend of induced voltage and induced current peak value with insulation layer thickness 随着绝缘层厚度不断增大,线缆的感应电压和感应电流峰值基本不变,只是轻微上下波动㊂说明线缆绝缘层厚度与HEMP 对车辆线束的威胁无关,仅增加线缆绝缘层厚度并不能起到防护作用,因此布线时考虑线缆绝缘性即可㊂777第5期霍佳雨,等:基于CST 的电磁脉冲效应分析仿真实验研究877吉林大学学报(信息科学版)第41卷3 结 语笔者基于某民用吉普车辆模型,深入研究了车辆线束电磁辐射敏感度问题㊂分析了在典型强HEMP 作用下线束中的线缆长度㊁距车底高度㊁相对距离㊁终端电阻㊁导体半径和绝缘层厚度等参数对线缆中耦合电磁信号的影响,得到了具体的感应电压峰值和感应电流峰值㊂通过仿真实验研究可知,在满足实际工程需求下,尽量选择导体半径较大的线缆,并使线缆相对距离尽量加大,同时降低线缆的对地高度,并在布线时尽量选择最短路径以减小线缆长度㊂绝缘层厚度不会对感应电压峰值和感应电流峰值产生影响,仅仅增加线缆绝缘层厚度并不能起到防护作用,实际中为达到防护的目的,可使用防护罩进行屏蔽或采用编织丝网和金属箔组合封装线缆㊂笔者获得的仿真实验结果预测车辆线束的电磁辐射敏感度问题,为车辆的电磁兼容设计提供早期参考,从而降低研发成本,大大缩短研发周期㊂参考文献:[1]张青山,赵万章,张雪峰.电磁兼容与系统可靠性设计[J].吉林大学学报(信息科学版),2009,27(3):229⁃234. ZHANG Q S,ZHAO W Z,ZHANG X F.Electromagnetic Compatible and Systematic Dependability Design[J].Journal of Jilin University(Information Science Edition),2009,27(3):229⁃234.[2]万泽闻,张青山,王秋爽.测量误差的电磁兼容性分析[J].吉林大学学报(信息科学版),2011,29(2):102⁃109. WAN Z W,ZHANG Q S,WANG Q S.Electromagnetic Compatibility Analysis for Measurement Error[J].Journal of Jilin University(Information Science Edition),2011,29(2):102⁃109.[3]王宇飞,赵晓晖,温泉.线缆孔洞对车辆电子设备屏蔽效能分析[J].吉林大学学报(信息科学版),2013,31(3): 235⁃242.WANG Y F,ZHAO X H,WEN Q.Shielding Effectiveness Analysis of Vehicle Electronic Equipment with Cable Holes[J]. 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电磁学类仿真实验报告
电磁学类仿真实验报告电磁学类仿真实验报告实验目的：通过电磁学仿真实验，探究电磁感应定律和法拉第电磁感应定律的关系。
实验仪器与器材：电源、导线、放大器、示波器、电磁铁、磁体、旋钮。
实验原理：根据电磁感应定律和法拉第电磁感应定律，当一个闭合线圈与磁通量发生变化时，线圈内会产生感应电动势。
而根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与线圈匝数、磁通量变化率成正比。
实验步骤：1. 将线圈和磁铁固定在实验台上，使线圈的平面与磁铁的轴线平行。
2. 将电源和示波器相连，调节电源的输出电压，使之处于合适的范围。
3. 分别调节磁体和旋钮的位置，使线圈内产生的感应电动势最大。
4. 记录示波器上显示的电压数值，并进行多次实验取平均值。
5. 改变磁体和旋钮的位置，重复实验步骤4。
实验结果与分析：根据实验数据，我们可以绘制出感应电动势和磁通量的关系图。
通过观察图表，可以看出感应电动势与磁通量之间呈线性关系。
根据法拉第电磁感应定律，我们可以得出感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，即感应电动势的绝对值越大，磁通量变化率越大。
实验结论：通过电磁学仿真实验，我们验证了电磁感应定律和法拉第电磁感应定律的关系。
实验结果表明，感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。
这为我们进一步研究电磁学提供了实验基础和理论依据。
实验总结：通过本次电磁学仿真实验，我深刻理解了电磁感应定律和法拉第电磁感应定律的基本原理和应用方法。
同时，我也掌握了使用电磁学仪器和器材进行实验的操作技能。
这次实验不仅加深了我对电磁学的理解，还提高了我分析和解决问题的能力。
在以后的学习和科研中，我将充分发挥实验的作用，继续探究电磁学领域的知识和应用。
电磁模拟试验实验报告
一、实验目的1. 理解电磁场的基本概念和基本定律。
2. 掌握电磁场模拟实验的方法和步骤。
3. 通过实验验证电磁场理论，加深对电磁场理论的理解。
二、实验原理电磁场是电荷和电流在空间中产生的场，具有电场和磁场两个基本部分。
电磁场的基本定律包括库仑定律、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组。
三、实验仪器1. 电磁场模拟器2. 直流电源3. 电阻、电容、电感元件4. 连接线5. 示波器6. 数据采集器四、实验内容1. 构建电磁场模拟电路2. 测量电路中的电场和磁场3. 分析实验数据，验证电磁场理论五、实验步骤1. 按照电路图搭建电磁场模拟电路，连接直流电源和电阻、电容、电感元件。
2. 使用示波器测量电路中的电场和磁场，记录数据。
3. 将实验数据导入数据采集器，进行数据分析。
4. 根据实验数据，验证电磁场理论。
六、实验结果与分析1. 电场和磁场的测量结果实验中，我们搭建了一个简单的LC振荡电路，测量了电路中的电场和磁场。
实验结果显示，电场和磁场的变化与理论计算相符。
2. 数据分析通过对实验数据的分析，我们验证了以下电磁场理论：（1）库仑定律：在真空中，两点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
（2）法拉第电磁感应定律：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势。
（3）麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组描述了电磁场的分布规律，包括高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和麦克斯韦-安培方程。
3. 实验误差分析实验中可能存在的误差包括：（1）测量仪器的精度限制：示波器和数据采集器的精度可能影响实验结果的准确性。
（2）电路搭建误差：电路搭建过程中可能存在连接不良、元件参数偏差等问题，导致实验结果与理论计算存在偏差。
七、实验总结本次电磁模拟试验实验，我们通过搭建电磁场模拟电路，测量电路中的电场和磁场，验证了电磁场理论。
实验结果表明，电磁场理论在实际情况中具有普遍性和准确性。
电磁脉冲模拟器仿真与实验研究
电磁脉冲模拟器仿真与实验研究*李云伟1,王泽忠2,卢斌先1,张志军2,张 芳2(1.华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京102206;2.华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室,北京102206)摘 要:为了获得电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布情况并用时域有限差分法对自建的电磁脉冲模拟器进行了建模和数值仿真,并用三维瞬态电场测量系统和瞬态磁场测量系统实际测量了模拟器工作区间内的瞬态电磁场。
仿真和测量结果表明,该电磁脉冲模拟器可产生上升沿为20~30ns的强电磁脉冲,且二者吻合较好。
基于建立的模型得到了有界波电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布规律:电磁脉冲强度由工作区间中心向两侧逐渐减小,随高度的增加,电磁脉冲强度逐渐增大。
基于上述模型通过数值仿真可检验电磁干扰和电磁防护实验结果的准确性。
关键词:电磁脉冲模拟器;时域有限差分法;瞬态电磁场;分布规律;测量;电磁干扰中图分类号:T M743文献标识码:A文章编号:1003-6520(2007)01-0128-04Simulation and Experimental Study of Electromagnetic Pulse Simulator LI Yunw ei1,WANG Zezhong2,LU Binxian1,ZH AN G Zhijun2,ZH A NG Fang2(1.Key Labo rator y o f Pow er Sy stem Protection and Dynamic Security Mo nitoring and Contr ol U nder M inistry of Educatio n,North China E lectr ic Pow er U niversity,Beijing102206,China;2.Beijing Key Labor ator y o f H igh Vo ltag e&EMC,North ChinaElectric Po w er University,Beijing102206,China)Abstract:In or der t o achiev e the distributio n of transient elect romag net ic field in w or king reg ion of bo unded-wav e EM P simulato r,the mo del of bounded-w ave EM P simulator is founded and numerica l simulatio n of bo unded-wav e EM P simulator is carr ied out by using FDT D M ethod in this paper.T he met ho ds to deal w ith metal line bar,the ex-citer and lo ad resisto r of bo unded-w ave EM P simulator a re discussed emphat ically:metal line bar is substituted by-i deal metal plane,the exciter is double-exponent v oltage pulse source that is achiev ed by analyzing tw o-or der dischar-g ing cir cuit and lumped resisto r substitutes load resistor.T ransient electr omag netic field is measured in w or king re-g io n o f bounded-wav e EM P simulato r by using thr ee-dimension transient electr ic field measurement sy st em and tran-sient magnetic field measurement system,the r esult s of simulation and the measured results bo th indicate:self-con-str ucted bo unded-w ave EM P simulat or can bring EM P w ho se rise time is fro m20ns to30ns,dur ativ e time is fro m 500ns t o800ns,the comparisons betw een simulated results and measured r esults demonstrate that numerical results agr ee w ith the experimental r esults.By the use of the model that t he autho r founds,it is concluded t hat the distr ibu-tion law of transient elect romag net ic field in wo rking r egio n of bounded-w ave EM P simulato r:the amplitude of tran-sient electr omagnetic field decr eases g radually f rom the center to two sides in w o rking r eg io n of bounded-wav e EM P simulator,with the heig ht incr easing,the am plitude of transient electr omag netic field increases.A ccur acy of t he re-sults of electro magnetic interfer ence and electro magnetic protection ex periments can be checked based on founded model of bounded-wav e EM P simulato r.Key words:electromag netic pulse simulator;f inite differ ence time domain(F DT D)method;tr ansient electro mag-netic field;dist ributio n law;measur ement;electro magnetic interfer ence0 引 言在电力系统中,随着电网的扩大、电压等级的提高,电力系统内瞬态干扰越来越强,例如高压开关操作、雷电、高空核爆炸产生的强电磁脉冲等。
发散线栅电磁脉冲模拟器的仿真及试验
发散线栅电磁脉冲模拟器的仿真及试验徐亮【摘要】为获得发散线栅电磁脉冲模拟器在工作区间内瞬态电场的分布规律,采用传输线矩阵法对模拟器工作区间的瞬态电场进行了仿真分析,并采用高压电场传感器实际测量了模拟器工作区间内的瞬态电场强度.通过仿真分析得到工作区间的瞬态电磁场的分布规律:电磁脉冲电场强度由工作区间中心向两侧逐渐减小;随着高度的增加,电磁脉冲电场强度逐渐增大,从脉冲源到负载方向电磁脉冲逐渐减小.仿真和测试结果的比较表明,工作区间内的瞬态电场的均匀性、上升时间及持续时间满足GJB151A-97标准的使用要求.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2009(032)023【总页数】3页(P14-16)【关键词】电磁脉冲模拟器;电磁脉冲;传输线矩阵;瞬态电磁场;发散线栅【作者】徐亮【作者单位】中国工程物理研究院,电子工程研究所,四川,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TP3680 引言由于现代军用电子设备在实验室条件下进行电磁脉冲干扰试验的需要，建立一套电磁脉冲模拟器是必要的。
模拟器的形式多种多样，有平行线栅电磁脉冲模拟器[1]、平行板电磁脉冲模拟器[2,3]、GTEM室[4]，但对于军用电子设备来说前两种模拟器体积过大而GTEM室空间有限。
为进行GJB151A-97标准中RS105试验的需要及提高空间的利用率，在实验室中建立了一套发散线栅电磁脉冲模拟器。
1 建立模型1.1 发散线栅电磁脉冲模拟器该模拟器包括：脉冲发生器、阻抗匹配过渡段、发散线栅及分布式负载组成(见图1)，脉冲发生器设计有阻抗变换的过渡段，工作区间在发散线栅段。
该模拟器的总长宽高为8 m×4 m×2 m，工作区间为1 m×1 m×1 m。
脉冲发生器产生高压瞬态脉冲信号，通过发散线栅传输，在工作区间产生脉冲电磁场，然后由分布式负载在终端把模拟器传播的能量吸收、防止反射。
这种分布式负载的电阻链之间存在空隙，有利于高频波直接透射，对工作空间场的波形和均匀性具有重要贡献。
系统级电磁脉冲模拟试验技术
系统级电磁脉冲模拟试验技术系统级电磁脉冲（EMP）是一种高能电磁辐射，当它与电子设备和系统相互作用时，可能对其产生破坏性影响。
对EMP的模拟试验技术的研究和发展变得至关重要。
本文将介绍系统级EMP模拟试验技术的基本原理、现有技术和发展趋势。
一、系统级EMP的基本原理系统级EMP模拟试验技术旨在对电子设备和系统在面对真实EMP事件时的抗干扰能力进行测试。
EMP的特点包括高能量、宽频谱和瞬时性，它可能通过导弹发射、核爆炸或天然原因引发，对导航系统、通信设备、电力系统等造成严重影响。
模拟试验技术的目标在于能够准确再现真实EMP场景，评估被测设备的抗干扰性能。
二、现有系统级EMP模拟试验技术1. 电磁场发生器传统的EMP模拟试验常通过使用高压脉冲发生器产生快速变化的电磁场，模拟真实EMP事件对设备的影响。
高压脉冲发生器通常包括脉冲发生部分和辐射天线部分，能够在短时间内释放大量能量，并产生宽频谱的电磁辐射。
2. 仿真计算基于数值仿真技术，可以对系统级EMP场景进行模拟计算，从而评估设备的抗干扰性能。
通过构建真实场景的数值模型，包括领域辐射、耦合传导等效应，可以计算设备在不同工作状态下的脆弱性和抗干扰性。
3. 实际场景验证为了验证数值模拟的准确性和完整性，还可以进行实际场景验证。
这通常包括在实际环境中对被测设备进行系统级EMP模拟试验，观察其在真实场景下的表现，从而得到更为可靠的抗干扰性能评估。
三、系统级EMP模拟试验技术的发展趋势1. 多维仿真与综合评估未来系统级EMP模拟试验技术将更加注重多维仿真，包括考虑脉冲波形、频率、功率等多个因素的综合影响。
通过综合评估，可以更准确地判断设备在不同场景下的抗干扰能力。
2. 高度集成与自动化测试随着电子设备的复杂性增加，未来的EMP模拟试验技术将朝向高度集成和自动化测试发展。
这将提高测试效率，并能够更全面地覆盖设备的各个工作状态。
3. 物理仿真与虚拟验证未来还将注重物理仿真与虚拟验证的结合，通过全面的物理仿真和虚拟验证，可以更好地识别设备的脆弱性和抗干扰性，从而指导设备的设计和改进。
系统级电磁脉冲模拟试验技术
系统级电磁脉冲模拟试验技术系统级电磁脉冲（Electromagnetic Pulse, EMP）是一种短时、高能量的电磁辐射，可对电子设备、通信系统和电力网络等基础设施造成严重影响。
为了评估和强化这些系统对EMP的抵抗能力，模拟试验技术显得尤为重要。
本文将就系统级电磁脉冲模拟试验技术进行探讨，包括其意义、技术原理、设备要求、试验方法及未来发展。
一、技术意义系统级电磁脉冲模拟试验技术的研究意义在于，通过对系统级EMP抵抗能力的测试评估，提高关键基础设施和军用设备的抗毁性，确保其在面临电磁脉冲威胁时能保持正常运行，从而增强国家安全和防御能力。
二、技术原理系统级电磁脉冲模拟试验技术的核心原理是利用专门设计的设备产生高能量、短时、宽频谱的脉冲辐射，模拟真实场景下的EMP效应。
这种脉冲辐射模拟出来的电磁场具有较高的峰值功率和快速上升时间，能对设备系统产生快速、强烈的影响，使其处于电磁脉冲辐射下的工作状态，从而评估其抗毁性能力。
三、设备要求系统级电磁脉冲模拟试验的关键设备包括脉冲发生器、天线装置、辐射控制和测量系统。
脉冲发生器负责产生高能量、宽频谱的脉冲辐射，天线装置用于有效辐射脉冲信号，辐射控制系统用于控制辐射方向和范围，测量系统则用于对被测系统的电磁响应进行记录和分析。
四、试验方法系统级电磁脉冲模拟试验主要有暴露试验和功能性试验两种方法。
暴露试验主要通过暴露被测系统于电磁脉冲辐射环境下，观察其受到的影响和承受能力，以评估其电磁抗毁性能；功能性试验则是在电磁脉冲辐射下测试被测系统的工作状态和性能，以判断其在EMP环境下是否能正常工作。
五、未来发展随着电子设备和通信系统的不断发展，电磁脉冲模拟试验技术也将不断完善。
未来，在脉冲辐射的模拟精度、试验的真实性和被测系统的复杂性等方面将会有更多创新和突破。
还应加强国际合作，共同推动电磁脉冲模拟试验技术的发展，增强全球范围内的电磁抗毁性能力。
在电磁脉冲模拟试验技术的探讨中，通过对其意义、技术原理、设备要求、试验方法及未来发展的阐述，可以更全面地认识到系统级电磁脉冲模拟试验技术对国家安全、国防事业和关键基础设施的重要性，同时也为未来该领域的研究和发展提供了一定的思路和参考。
毕业设计——电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真
(2)有源电光调制法
有源电光调制方法是在传感器探头部分将用天线接收到的电场信号转变成光信号，经过光纤传输到控制单元后，再还原成电信号进行显示处理。由于它在传感探头部分要进行电光信号的转换，故须提供电源，因而得其名。它的一般性原理如图1-1所示：
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电磁脉冲模拟器仿真与实验研究*李云伟1,王泽忠2,卢斌先1,张志军2,张 芳2(1.华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京102206;2.华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室,北京102206)摘 要:为了获得电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布情况并用时域有限差分法对自建的电磁脉冲模拟器进行了建模和数值仿真,并用三维瞬态电场测量系统和瞬态磁场测量系统实际测量了模拟器工作区间内的瞬态电磁场。
仿真和测量结果表明,该电磁脉冲模拟器可产生上升沿为20~30ns的强电磁脉冲,且二者吻合较好。
基于建立的模型得到了有界波电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布规律:电磁脉冲强度由工作区间中心向两侧逐渐减小,随高度的增加,电磁脉冲强度逐渐增大。
基于上述模型通过数值仿真可检验电磁干扰和电磁防护实验结果的准确性。
关键词:电磁脉冲模拟器;时域有限差分法;瞬态电磁场;分布规律;测量;电磁干扰中图分类号:T M743文献标识码:A文章编号:1003-6520(2007)01-0128-04Simulation and Experimental Study of Electromagnetic Pulse Simulator LI Yunw ei1,WANG Zezhong2,LU Binxian1,ZH AN G Zhijun2,ZH A NG Fang2(1.Key Labo rator y o f Pow er Sy stem Protection and Dynamic Security Mo nitoring and Contr ol U nder M inistry of Educatio n,North China E lectr ic Pow er U niversity,Beijing102206,China;2.Beijing Key Labor ator y o f H igh Vo ltag e&EMC,North ChinaElectric Po w er University,Beijing102206,China)Abstract:In or der t o achiev e the distributio n of transient elect romag net ic field in w or king reg ion of bo unded-wav e EM P simulato r,the mo del of bounded-w ave EM P simulator is founded and numerica l simulatio n of bo unded-wav e EM P simulator is carr ied out by using FDT D M ethod in this paper.T he met ho ds to deal w ith metal line bar,the ex-citer and lo ad resisto r of bo unded-w ave EM P simulator a re discussed emphat ically:metal line bar is substituted by-i deal metal plane,the exciter is double-exponent v oltage pulse source that is achiev ed by analyzing tw o-or der dischar-g ing cir cuit and lumped resisto r substitutes load resistor.T ransient electr omag netic field is measured in w or king re-g io n o f bounded-wav e EM P simulato r by using thr ee-dimension transient electr ic field measurement sy st em and tran-sient magnetic field measurement system,the r esult s of simulation and the measured results bo th indicate:self-con-str ucted bo unded-w ave EM P simulat or can bring EM P w ho se rise time is fro m20ns to30ns,dur ativ e time is fro m 500ns t o800ns,the comparisons betw een simulated results and measured r esults demonstrate that numerical results agr ee w ith the experimental r esults.By the use of the model that t he autho r founds,it is concluded t hat the distr ibu-tion law of transient elect romag net ic field in wo rking r egio n of bounded-w ave EM P simulato r:the amplitude of tran-sient electr omagnetic field decr eases g radually f rom the center to two sides in w o rking r eg io n of bounded-wav e EM P simulator,with the heig ht incr easing,the am plitude of transient electr omag netic field increases.A ccur acy of t he re-sults of electro magnetic interfer ence and electro magnetic protection ex periments can be checked based on founded model of bounded-wav e EM P simulato r.Key words:electromag netic pulse simulator;f inite differ ence time domain(F DT D)method;tr ansient electro mag-netic field;dist ributio n law;measur ement;electro magnetic interfer ence0 引 言在电力系统中,随着电网的扩大、电压等级的提高,电力系统内瞬态干扰越来越强,例如高压开关操作、雷电、高空核爆炸产生的强电磁脉冲等。
同时以微电子和计算机技术为基础的二次设备,如继电保护、自动装置、远动和通信装置等在电力系统的广泛应用,其灵敏度高、信息量大、分布面广,易受外在干扰,其结果可能造成保护装置误动,自动化设备不能正常工作,甚至造成元件或设备的损坏[1-7]。
因此研究电磁脉冲模拟器[8-11],并利用它研究电力系统中电磁干扰对二次设备的影响具有重要意义。
本文利用时域有限差分法(FDT D)模拟了实验室建立的室外平行线栅有界波模拟器,并利用引进的三维瞬态电场和磁场测量系统进行了实测。
由比较表明,仿真结果与测量结果较吻合。
模拟器工作区间内相对128 第33卷第1期2007年 1月高 电 压 技 术H igh Voltage EngineeringVol.33No.1Jan. 2007*国家杰出青年科学基金项目(50325723)均匀的电磁环境可用于电力系统中电磁干扰和电磁防护实验研究。
1 模型的建立1.1 平行线栅有界波电磁脉冲模拟器有界波电磁脉冲模拟器的基本组成包括M ar x 发生器、前后过渡段、工作区间、负载电阻几个部分(见图1)。
模拟器总长30m,前后过渡段分别长13 4、10m,工作空间长6 6m,宽4 6m,高4 6m。
1.2 仿真模型利用平行于坐标平面的阶梯理想金属板近似前、后过渡段的倾斜导线,平行于地面的理想金属板近似平行线栅,剖分示意见图2。
利用FDTD[12]法剖分整个EMP模拟器,各理想金属板表面与长方体网格面重合,Yee元胞尺寸为 x= z=0 15m, y=0 2m,时间步长 t= x/2c,c为介质中光速。
1.3 边界处理计算区域内各理想金属板表面边界条件为:E t(i,j,k)=0; H n(i,j,k)=0,即,理想导体金属板表面的切向电场分量和法向磁场分量都为0。
在计算区域外设置修正的完全匹配层(M PM L)[13]作为吸收边界,模拟无限大空间电磁波传播。
1.4 激励源激励源设置在前过渡段激励端的横截面上,选激励电场为:E s=5U0d 2-1(ex p(-- 2-1LCt)-ex p(-+ 2-1LCt))。
激励源为M arx发生器,由5级电容器构成,每级电容4500pF,每级充电电压标称值100kV。
式中U0为每级电容器充电电压; =(R/2)C/L, R为传输线特性阻抗;L,C分别为Marx发生器放电回路中等效电感和等效电容[14];激励源区上下边缘的垂直距离d=0 8m。
除通常迭代格式外激励源区每步迭代过程中都强迫该点的z方向电场分量等于激励电场,即E z(i,j,k)=E s,电磁脉冲沿导线向负载方向传播直至被负载电阻无反射吸收,反向传播的部分电磁波被MPML吸收掉。
1.5 负载处理负载为自制圆柱形CuSO4溶液,是阻性负载,不受频率影响,其大小为120 ,在FDT D计算中可按集总电阻处理[15]。
迭代式为:E z图1 有界波电磁脉冲模拟器Fig.1 Bounded-wave EMP simulator图2 EMP模拟器剖分示意图Fig.2 Division of EMP simulator图3 垂直电场分量仿真与测量结果的比较Fig.3 C omparison between simulated results andmeasured results of vertical electric-f ield图4 水平磁场分量仿真与测量结果的比较Fig.4 C omparison between simulated results andmeasured results of horizontal magnetic-f ieldt/ 01+ t z/2R 0 x y( H)zn+1/2i,j,k。