同轴电缆的电场3D仿真.docx
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同轴电缆的电场3D仿真.docx
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同轴电缆的电场3D仿真
同轴电缆的电场3D仿真
1.课程设计的目的与作用.........................1
1.1设计目的.......................................1
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍...............1
2.1设计任务.......................................1
2.2Maxwell软件环境...............................2
3.电磁模型的建立..................................2
3.1建模并设计模型属性.............................2
3.2选择求解器类型...................................2
3.3建立内心圆柱模型...............................3
3.4设置材料属性...................................5
3.5设定激励源.....................................5
3.6设置计算参数...................................6
3.7检验所有设置是否正确并求解.....................8
4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析................8
4.1电场强度分布...................................8
4.2电通密度分布..................................10
4.3电位分布......................................11
4.4电能量的计算..................................12
5.设计总结和体会.................................14
6.参考文献.......................................14
1.课程设计的目的与作用
1.1设计目的:
本次课设是同轴电缆的电场仿真,通过设计与仿真验证理论的真实性,以便使我们更好的理解实体的理论,才能更好的深度学习电磁场的知识。
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:
总体要求:
熟练使用AnsoftMaxwell仿真软件,对电场,磁场进行分析,了解所做题目的原理。
利用AnsoftMaxwell软件仿真简单的电场以及磁场分布,画出电场矢量E线图,磁感应强度B线图。
并对仿真结果进行分析,总结。
将所做步骤详细写出,并配有相应图片说明。
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍
2.1设计任务:
同轴电缆的电场仿真
如图2所示,同轴电缆模型。
内导体半径为20mm,外导体半径为160mm,外导体厚度为20mm。
内导体和外导体均用银(silver),内外导体间填充树脂玻璃(Plexiglass)(3.40,0.0051)。
(1) 内导体电势为380V,外导体电势为0。
2.2Maxwell软件环境:
AnsoftMaxwell是低频电磁场有限元仿真软件,在工程电磁领域有广泛的应用。
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为庞大的矩阵求解,使用领域遍及电器、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巨大的贡献。
3.电磁模型的建立
3.1、建模并设置模型属性
1、打开AnsoftMaxwell,单击project,选择InsertMaxwell3DDesign
建立一个3D模型。
3.2选择求解器类型:
选择电场—静电场(Maxwell3D>SolutionType>Electrostatic)。
3.3建立内心圆柱模型:
Draw—Cylinder
在Z处输入Z轴起点坐标-1000。
在Y出输入圆柱半径20。
在Z处输入圆柱高度2000。
调整圆柱视角改为Z轴俯视。
单机选中cylinder—ctrl+c—ctrl+v复制5个圆柱。
双击cylinder2树图下的cratecylinder,将半径改为160。
按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder2,Cylinder1两个圆柱。
在选中任意一个图标上单击右键>Edit>Booean>subteact
同理分别双击Cylinder4,Cylinder5树图下的createcylinder,并分别设置半径160,180。
再按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder5,Cylinder4两个圆柱。
在选中任意一个图标上单击右键>Edit>Booean>subteact,如上。
3.4.设置材料属性
双击Cylinder3。
单击Edit后可以修改介质属性,属性为银(silver),将名称修改为“0”表示最内层。
同理双击Cylinder2,修改其介质属性为树脂玻璃(Plexiglass),将名称修改为“1”表示中间层。
双击Cylinder5,修改其介质属性为为银(silver),将名称修改为“2”表示最外层。
3.5设定激励源
在圆柱0上单击鼠标右键>assignexcitation>voltage,将最内层电压设置为380V。
同理将最外层圆柱2的电压设置为0V。
3.6设置计算参数
计算电容值:
Maxwell 3D——Parameters——Assign —— Matrix。
设置求解器收敛判据:
Maxwell 3D—— Analysis Setup ——
Add Solution Setup
设置最大迭代次数10次,设置误差小于:
5%。
设置每次迭代加密部分比例:
50%。
3.7检验所有设置是否正确并求解
先单击小对沟,后单击小感叹号,开始求解。
4电磁模型计算及仿真结果后处理分析
4.1电场强度分布
全选中模型,右键选择Fields》E》Mag_E在此获得电场强度分布图E1=240.45
与ansoft仿真得到的曲线基本符合
获得电场图
场量的大小随着半径变化曲线的绘制;绘制变化曲线需要引入一条辅助线,单击菜单栏的Draw>line由圆心向外画一条辅助线,图中黑色的直线。
单击菜单栏Maxwell3D>Results>CreateFieldsResult>RectangularPlot
单击Ceometry的小箭头后选择Polylinel沿半径计算,然后在quantity中选择MagE产生电场强度曲线,最后单击NewReport即生成电场随半径的变化曲线。
4.2电通密度分布
全选中模型,右键选择Fields》D》Mag_D在此获得电通密度分布图D=7.23*10-9
与ansoft仿真得到的曲线基本符合
4.3电位分布
全选中模型右键选择Fields》Voltage在此获得电位分布图1=1220.32-240.4ln与ansoft仿真得到的曲线基本符合
4.4电能量的计算
单击菜单栏Maxwell>Fields>Caometry
点击Quantity—选择Energy—Geomtry—选择—All0bjects—点击积分符号—点击Eval。
如下图计算结果为:
由解析法算的电场能量W=1.139*10-5J/m与ansoft仿真得到的曲线基本符合
5设计总结和体会
作为一名电子信息工程专业的学生,我觉得本次电磁课程设计是十分有意义的。
在自己不断的努力下,经过自主学习完成本次课程设计。
从中我们学习到了很多东西,像如何应用Maxwell软件仿真,对实际问题进行分析。
我们在设计过程中,经过不断的更改与设计,努力做到完美,完善,让自己做的课题接近于期望的结果,但是还是会有一些不足,但是这些并不能影响整体的效果。
这也是我们学习中自主学习的表现,也是锻炼我们自主思考能力的方法。
经过本次课程设计,我们每个人都会受益匪浅,也会在今后的学习和生活中收获更多。
6参考文献:
参考文献:
《Ansoft12在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编著
《Ansoft工程电磁场有限元分析》刘国强等编著
《电介质电容率及其应用》张白珊编著
《AnsoftHFSS入门教程与仿真实例》冯奎胜等编著
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- 同轴电缆 电场 仿真
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