平板电容器电场仿真计算教材.docx

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平板电容器电场仿真计算教材

1.课程设计的目的与作用...........................................1

1.1设计目的...................................................1

1.2设计作用...................................................1

2.设计任务和所应用的maxwell环境.................................2

2.1设计任务...................................................2

2.2maxwell环境...............................................2

3.电磁模型的建立.................................................3

4.电磁模型计算及仿真结果..........................................9

5.设计总结和体会................................................13

6.参看文献......................................................13

正文

1.设计目的与作用

1.1设计目的

随着经济的发展和社会的进步，人们的日常生活水平不断的提高，人们在充分享用现代生活方便，舒适的同时也越来越离不开电子产品了。

对电子产品本身来说，只要通电，就存在电磁之类干扰的问题，而电子产品对外界来说又存在着电磁辐射等问题，如何解决这类问题，趋利避害，更好地让电子产品为我们的服务器真是我们需要做的工作。

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。

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。

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。

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.设计任务和所应用的maxwell环境

2.1设计任务

题目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；

板间电压差分别为：

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

2.2Maxwell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

3.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指令将其合并一个整体。

图3.1单一极板的建立

进行极板的移动利用Edit-Arrange-Move指令

图3.2极板的移动

镜像设置Edit-Duplicate-Mirror

图3.3双层极板的建立

设置极板材料

图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

图3.5设置极板电压

图3.6设边界条件

输入计算的步长以及误差精度

图3.7求解选项对话框

图3.8模型建立完成

图3.9验证对话框

图3.10观察求解进度

4.电磁模型计算及仿真结果

图3.11选择分析类型

图4.1电场强度云图

图4.2Maxwell2DDesign1--Voltage

图4.3电场线分布

图4.4

图4.5电场强度

图4.6电场能量

图4.7电场能量计算

电场能量w=（1/2εE·E）V（J）

电容

5.设计总结和体会 

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年大胆预言了电磁波的存在。

并预言了“光就是电磁波”。

被称为十九世纪最伟大的科学预言。

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，此时，麦克斯韦已经去世了九年，没能看到自己的预言被实验所证实。

1879年，麦克斯韦去世时，只有49岁，而1894年，赫兹去世时只有37岁。

但他们都对电磁学发展做出了重大贡献。

1873年，麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》，这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书，具有划时代的意义。

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，以至于今天，我们象生活在“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

6.参考文献

《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