电磁场与电磁波任务书+评语.docx
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电磁场与电磁波任务书+评语
成绩评定表
学生姓名
陈文铃
班级学号
1403030307
专业
电子信息工程
课程设计题目
平板电容器电场仿真计算-------2D仿真器
评
语
组长签字:
成绩
日期
2016年7月5日
课程设计任务书
学院
信息科学与工程学院
专业
电子信息工程
学生姓名
陈文铃
班级学号
1403030307
课程设计题目
平板电容器电场仿真计算-------2D仿真器
实践教学要求与任务:
任务:
平板电容器电场仿真计算-------2D仿真器
设极板截面长为100mm,端部圆弧为R2.5的半圆,板间距离为10mm,假设平行极板相对板间距离足够大,即平板电容器之间电场分布可近似为平行平面场,故采用XY平面建模分析;考虑极板的厚度,并为降低极板边缘效应,在极板两侧边采用圆弧过渡;设极板之间充满相对介电常数ε2=6ε0的均匀电介质;
板件电压差为220V
用AnsoftMaxwell软件计算电场强度,并画出电压分布图,计算出单位长度电容,和电场能量
要求:
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:
电磁场与电磁波课程设计时间安排在教学第14周、第15周内完成,按上述题目要求完成查阅资料、程序设计、调试、运行等工作。
时间安排如下:
1、查阅资料、与初步设计;1-2天
2、整体功能设计、代码编码与初步调试。
1-3天
3、调试和软件功能的测试和验收。
1-3天
4、答辩与论文撰写。
1-2天
指导教师:
詹艳艳,吴迪
2016年6月27日
专业负责人:
2016年6月27日
学院教学副院长:
2016年6月27日
1.设计作用.........................................................................................................................................4
2.设计原理.........................................................................................................................................5
3.Maxwell软件环境............................................................5
4.设计内容....................................................................6
1.要求.................................................................................................................................................6
2、要求中需要用到的知识点是什么(包括电磁场分析所用的公式)....................6
3.需要解决的问题.............................................................................................................................7
4.设计中的关键技术点.....................................................................................................................7
5.设计难点.........................................................................................................................................7
1.参数的设置与改变..................................................8
2.电磁模型的建立............................................................................................................................8
1.参数调整图...................................................................................................................................14
2.系统仿真运行图...........................................................................................................................14
一、题目概述
1.设计作用
作用:
电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用,内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、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、导行电磁波以及谐振器原理等。
全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络,将历史发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、经济社会以及科学研究中的广泛应用。
书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法;每章末的思考题用于测验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相互关系的理解,同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。
2.设计原理
平行板电容器是一种理想模型,在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质--电介质(空气也是一种电介质),就组成了一个最简单的电容器,叫做平行板电容器。
平行电容器是由两块彼此平行放置的金属板所构成的。
平行板电容器是最简单的,也是最基本的电容器,几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。
理论分析表明,当平行板电容器的两极板间充满同一种介质时,电容C与极板的正对面积S、极板距离d的关系为
若平行板电容器的两极板间是真空时,则公式中没有相对介电常数ε(relativedielectricconstant),由公式可知,电容C与ε、S成正比(即ε、S越大,C越大);与d成反比d越大,C越小)。
若两极板间为匀强电场,电场强度记作E, 则有:
1.U=Ed
2. Q=UC (其中Q为电容器所带电荷量,U为两极板间电压)
3Maxwell软件环境:
AnsoftMaxwell软件特点:
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。
Maxwell是主要建立在maxwell方程基础上的,有限元分析软件。
MAXWELL2D:
工业应用中的电磁元件,如传感器,调节器,电动机,变压器,以及其他工业控制系统比以往任何时候都使用得更加广泛。
由于设计者对性能与体积设计封装的希望,因而先进而便于使用的数字场仿真技术的需求也显著的增长。
在工程人员所关心的实用性及数字化功能方面,Maxwell的产品遥遥领先其他的一流公司。
Maxwell2D包括交流/直流磁场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析,参数化分极;以及优化功能。
此外,Maxwel2D还可产生高精度的等效电路模型以供Ansoft的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。
MAXWELL3D:
向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器时的Maxwell3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。
可以分析涡流、位移电流、集肤效应和邻近效应具有不可忽视作用的系统,得到电机、母线、变压器、线圈等电磁部件的整体特性。
功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗(R和L)、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。
同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温度分布等图形结果
.
4.设计内容
平板电容器电场仿真计算-------2D仿真器
设极板截面长为100mm,端部圆弧为R2.5的半圆,板间距离为10mm,假设平行极板相对板间距离足够大,即平板电容器之间电场分布可近似为平行平面场,故采用XY平面建模分析;考虑极板的厚度,并为降低极板边缘效应,在极板两侧边采用圆弧过渡;设极板之间充满相对介电常数ε2=6ε0的均匀电介质;
板件电压差为220V
用AnsoftMaxwell软件计算电场强度,并画出电压分布图,计算出单位长度电容,和电场能量
二、功能分析
1.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,磁感应抢的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、要求中需要用到的知识点是什么(包括电磁场分析所用的公式)
3.需要解决的问题
(1)定电压问题:
平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、Q、E的变化。
(U不变)
(2)定电量问题:
平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、U、E变化。
(Q不变)
4、设计中的关键技术点有哪些
1)AnsoftMaxwell的使用问题
2)如何改变极板电压差的数值。
5、设计中设计到的难点如何解决(主要针对设计指标,如何改变设计参数)
学习使用AnsoftMaxwel软件,查找书籍文献
三、设计与仿真
1、参数的设置与改变
极板电压差参数的设置与改变,极板电压差为220V
2、电磁模型的建立
建立上极板,首先建立长为100毫米,宽为5毫米的长方形极板,在建立两个半径为2.5的圆。
利用Modeler-Boolean-Unite指令,将其合并成一个整体。
3.1单一极板的建立
进行极板的移动利用Edit-Arrange-Move指令
3.2极板的移动
镜像设置Edit-Duplicate-Mirror
3.3双层极板的建立
设置极板材料
3.4设置材料
设置极板电压,右键极板Assign-Excitation-Voltage输入上极板电压220V,下极板电压0V
3.5设置极板电压
3.6设边界条件
输入计算的步长以及误差精度
3.7求解选项对话框
3.8模型建立完成
3.9验证对话框
3.10观察求解进度
四、运行与测试
1、设置参数,参数调整图如图
极板电压参数的设置
2、系统仿真运行图
4.1选择分析类型
4.2电场强度云图
4.3Maxwell2DDesignl-Voltage
4.4电磁线分布
4.5
4.6电场强度
4.7电场能量
4.8电场能量计算
五、总结
针对此次课程设计,做了什么题目,学习了设置什么参数,解决了哪些问题,通过课程设计查阅学习了哪些资料,有哪些收获,在课程设计中有哪些难点,如何解决,存在哪些不足等。
本次课设做了平行板电容器的仿真,学习了设置板间电压差参数,查阅了大量的关于电磁波与电磁场的书籍。
麦克斯韦根据大量的,严密的数学推导,提出了电磁场理论,在1868年大胆语言了电磁波的存在。
并预言了“光就是电磁波”。
被称为十九世纪最伟大的科学语言。
但是,麦克斯韦的预言是在二十年后,即1888年由赫兹的实验证实了电磁波的存在。
在赫兹实验证实了电磁波的存在后,各种无线电通讯象雨后春笋般迅猛发展起来,以致今天,我们像生活在“电磁波的海洋”里,电磁波已经成为我们生活中不可或缺的一部分了。
本次课设增强了我对公式的中不同物理量的相互关系的理解,同时也培养了我应用公式分析和解决问题的能力。
六.参考文献
[1]《Ansoft12在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编中国水利水电出版社。
2010
[2]《Ansoft工程电磁场有限元分析》刘国强等编著,电子工业出版社,2005
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