平行双线地电场仿真.docx
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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
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 平行 双线 地电 仿真
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