平行双线地电场仿真.docx

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平行双线地电场仿真

1.课程设计的目的与作用

1.1设计目的

电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Maxwell软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量

1.2设计作用

电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的进展历史、大体理论、大体概念、大体方式和在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论成立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波和谐振器原理等。

全书沿着电磁场与电磁波理论和实践进展的历史脉络，将历史进展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会和科学研究中的普遍应用。

书中的大量例题强调了大体概念并说明分析和解决典型问题的方式；每章末的试探题用于考试学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的彼此关系的理解，同时也可培育学生应用公式分析和解决问题的能力。

2设计任务及所用Maxwell软件环境介绍

2.1设计任务

平行双线的电场仿真

如图1所示，两长直导线相距400mm，导线半径20mm，其材料（material）是铁（iron），场域中介质是空气（air）（

）。

其中：

一导线电势为5000V，另一支导线电势为0；求：

计算平行双线周围的电场散布，并计算单位长电容。

图1

2.2Maxwell软件环境：

AnsoftMaxwell是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有普遍的应用。

它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变成庞大的矩阵求解，利用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用作出了庞大的奉献.

3电磁模型的成立

3.1建模

Project>InsertMaxwell2DDesign

File>Saveas>liuhui（工程命名为“liuhui”）

图2

选择求解器类型：

Maxwell>SolutionType>Electric>Electrostatic

图3

创建左导线

Draw>Circle

左导线起点：

（X,Y,Z）=（0,0,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dY）=（20,20,0）

图4

AssignMaterial>铁（iron）

图5

创建右导线

Draw>Circle

右导线起点：

（X,Y）=（400,0,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）=（20,20,0）

图6

AssignMaterial>铁（iron）

图7

创建场域中介质

Draw>Rectangle

场域起点：

（X,Y,Z）=（400,100,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）=（-400,-100,0）

图8

AssignMaterial>空气（air）（

）。

图9

3.2.设置鼓励

选中左导线

Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>5000V

图10

选中右导线

Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>0V

图11

4电磁模型计算及仿真结果后处置分析

4.1电磁模型计算

设导线表面单位长度带电+λ，-λ两线间任意点P的场强：

E=

U=

单位长度电容：

=4.1838pF

4.2软件仿真

4.2.1参数设置

设置计算参数：

Maxwell2D>Parameters>Assign>Matrix>Voltage1,

Voltage2

图12

设置自适应计算参数：

Maxwell2D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup

最大迭代次数：

Maximumnumberofpasses>10

误差要求：

PercentError>1%

每次迭代加密剖分单元比例：

RefinementperPass>30%

图13

图14

4.2.2检查并运行

Maxwell2D>AnalyzeAll，后运算机就开始进行计算

图15

4.3软件仿真结果

4.3.1Voltage,E,D及Energy的散布

检查完毕后，Maxwell2D>Fields>Fields,别离选择Voltage,E,D,还

有Other>Energy.

图16

4.3.1双导线中心连线的电场散布

绘制双导线中心连线，Draw>Line,以左侧导线的中心为起点，右边导线中心为中点绘制中心连线。

图17

Maxwell2D>Results>CreateFieldsReport>Rectangular

Plot,Geometry>Polyine1,再别离选择Voltage,E,D,Energy。

图18

由上面电压转变曲线图可知：

从左侧导线中心到28mm时候，电压维持在5000V，没有发生改变；从372mm处到400mm之间，电压维持在0V不变;而在28mm到372mm之间，电压随距离的转变呈线性递减。

图19

图20

图21

图19，图20，图21别离为场强，电位移密度，能量转变图。

有以上图能够明显的看出：

在从左侧导线中心到28mm之间，以上三值均为0；从372mm处到400mm之间，以上三值也均为0；而从28mm到372mm之间，三条曲线均维持同一个转变规律：

先递减，中间有一段平衡距离，随后递增。

4.3.3计算单位长电容

Maxwell2D>Fields>Calcalator,Input>Quantity>

Energy,Geoemtry>AllOblects,Scalar的积分号，Output>

Eval.

图22

由图可知，能量为0.00008174J，再由公式C=2W/V*V计算出电容值C=3.2pF.

5设计总结和体会

通过这次课程设计，使我对电磁场电磁波这门课又从头的熟悉，其并非仅仅是书本上的死知识，而是与生活紧密相连，就比如一个简单地平行直导线，电压，电位移散布并非仅仅是看上去那么简单。

通过这次课程设计后，使我知道：

理论与实际相结合的重要性，只有如此，才能使得咱们更好的掌握和运用所学的知识，从而提高学习兴趣。

6参考文献：

[1]苏东林，陈爱新，谢树果.电磁场与电磁波.北京：

高等教育出版社，2009

[2]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].4版.北京：

高等教育出版社，2006

6参考文献……………………………………………………………………,.14

课程设计任务书

学院

信息科学与工程

专业

电子信息工程

学生姓名

刘辉

班级学号

1103030215

课程

设计

题目

电磁场与电磁波仿真设计-----平行双线的电场仿真

一导线电势为5000V，另一支导线电势为0。

实践教学要求与任务:

1）利用电磁场仿真软件maxwell完成典型电磁产品仿真设计；

2）完成几何建模、材料选择、边界条件设置、加载激励及场的求解等

3）在maxwell环境下进行仿真设计，并给出最后的场图及对应的参数。

工作计划与进度安排:

第1天：

1.布置课程设计题目及任务。

2.查找文献、资料，确立设计方案。

第2-3天：

1.安装maxwell软件，熟悉maxwell软件仿真环境。

2.在maxwell环境下建立几何模型，学会材料选择、边界条件设置及加载激励。

第4天：

1.在maxwell环境下完成典型电磁产品仿真设计，并给出最后的场图及对应的参数。

第5天：

1.课程设计结果验收。

2.针对课程设计题目进行答辩。

3.完成课程设计报告。

成绩评定表

学生姓名

刘辉

班级学号

1103030215

专业

电子信息工程

课程设计题目

电磁场与电磁波课程设计

评

语

组长签字：

成绩

日期

20年月日