1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)作用1 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 2設(shè)計(jì)任務(wù)及所用maxwell軟件環(huán)境介紹 12.1設(shè)計(jì)任務(wù)1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 2.2maxwell 軟件環(huán)境： 2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3電磁模型的建立2 HYPERLINK l bookmark23 o C

2、urrent Document 3.1建模并設(shè)置模型屬性 2 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3.2設(shè)定激勵(lì)源33.3設(shè)置計(jì)算參數(shù)和求解器收斂判據(jù) 4 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 3.4檢驗(yàn)所有設(shè)置是否真確并求解 4 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 4電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析5 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 4.1電場強(qiáng)度分布6 HYPERLINK l bookmark92

3、o Current Document 4.2電通密度分布7 HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 4.3電位分布8 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 4.4電能量的計(jì)算8 HYPERLINK l bookmark137 o Current Document 4.5電容的計(jì)算9 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 5設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)10 HYPERLINK l bookmark143 o Current Document 6參考文獻(xiàn)101課程設(shè)計(jì)的目

4、的與作用1.1設(shè)計(jì)目的： 本次課設(shè)是同軸電纜的仿真，通過設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證理論的真實(shí)性，以 便使我們更好的理解實(shí)體的理論，才能更好的深度學(xué)習(xí)電磁場的知識(shí)。通過對(duì)典型電磁產(chǎn) 品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場與電磁 波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量。1.2設(shè)計(jì)作用： 學(xué)會(huì)應(yīng)用Maxwell軟件進(jìn)行對(duì)題目進(jìn)行驗(yàn)證，并通過驗(yàn)證學(xué)會(huì)對(duì)問題 的分析與理解能力。學(xué)會(huì)對(duì)于實(shí)際生活中的問題進(jìn)行分析處理。2設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹2.1設(shè)計(jì)任務(wù)：同軸電纜的電場仿真如圖2所示，同軸電纜模型。內(nèi)導(dǎo)體半徑為20mm，外導(dǎo)體半徑為160mm, 外導(dǎo)體厚度為20mm。內(nèi)導(dǎo)體和

5、外導(dǎo)體均用銀（silver），內(nèi)外導(dǎo)體間填充樹脂 玻璃（Plexiglass）（e = 3.4 e , y= 0.0051）。（1）內(nèi)導(dǎo)體電勢為380V，外導(dǎo)體電勢為0。（2）內(nèi)導(dǎo)體電勢為220V，外導(dǎo)體電勢為0。（3）內(nèi)導(dǎo)體電勢為500V，外導(dǎo)體電勢為0。（4）內(nèi)導(dǎo)體電勢為1000V，外導(dǎo)體電勢為0。2.2Maxwell軟件環(huán)境：Ansoft Maxwell是低頻電磁場有限元仿真軟件，在工程 電磁領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電 磁場計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機(jī)械、石油化工、汽車、冶金、水 利水電、航空航天、船舶、電子、核工業(yè)、兵器

6、等眾多行業(yè)，為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程 應(yīng)用作出了巨大的貢獻(xiàn)。3電磁模型的建立3.1、建模并設(shè)置模型屬性1、打開 Ansoft Maxwel 1，單擊 project，選擇 Insert Maxwell 2D Design建立一個(gè)2D模型2、選擇求解器類型：選擇電場一靜電場(Maxwell 2D Solution TypeElectrostatic)Solution Type: Projectl - M ax we 113 DDes i g n 1Magnetic:MagnetostaticEddy CurrentT ransientElectric:汗 ElectrostaticDC Cond

7、uction廠 Include Insulator FieldElectric Transient3、建立內(nèi)心圓模型Circlel 半徑為 20mm, Circle2 半徑為 160mm, Circle 半徑為 180mm。4、設(shè)置材料屬性最內(nèi)層和最外層導(dǎo)線是銀(silver ),中間為介質(zhì)樹脂玻璃(Plexiglass )( = 3.4 e , 7 = 0.0051)。3.2、設(shè)定激勵(lì)源內(nèi)導(dǎo)體電勢為500V，外導(dǎo)體電勢為0V。計(jì)算電容值：Maxwell 2DParametersAssign Matrix設(shè)置求解器收斂判據(jù)：Maxwell 2D Analysis Setup Add Solut

8、ion Setup1 2I I - MkH Itf 奴 rdmKUdutioM Pirarris-MhOw0 CreateGt CmtrUr-FrcU C lUwuToniwTKwtilMcft)“md )hi(nC 1VU 21 j 0 - q I q * I a p H%it|aooo|e 二 岫-勺。gHur |f 22 I,/ ,#In am loose ge oi - 7 C Uurvr(i*liiwitlfk Mf Cr(iiIt |auU twu Um lirtetim uai nil X N *，“ il,r t. anteh* MMm ! AfWrUdr 0H Ae* com

9、trarflMatrnurr Njnber a ePettE Ercr.I $ob*F*diOt*3.4、檢驗(yàn)所有設(shè)置是否正確并求解單擊小感嘆號(hào)，開始求解3日回LEIAn soft Maxwell - Project! - MaxwellZDDesignl - 3D Modeler - Projectl - MaxwellSDDesignl - Modeler單擊小對(duì)勾(=-drcl*3I”.nan Cove-rLine: IB CH Subtract 由-Lf, Coordinate Systems l+l 4 Plane-s 田弟* ListsValidation ?SbeclE dp =

10、2二口匕i 2ti8 po11所以匚=2kU1 i PIn s- Pii代入Eip In -2-Pi240 45代入具體數(shù)值，得到E =竺竺1c由（p = f EdL 可得電位中=1220. 32-240. 4 In P , p電場能量：W=f ioEd s = l. 139 X 10 5 J/ms2D= T =2兀pU 7. 23 X 10-9 z 用、 =（P單位為m） c 1 1 P p In P 1 1T T?7TC= =L= =9. 09X1011FU 1 1 PIn 2 Pii4.1電場強(qiáng)度分布全選中模型，右鍵選擇FieldsEMag_E在此獲得電場強(qiáng)度分布圖。Ansoft Max

11、well - Projectl - Maxwell2DDesign1 - 3D Modeler - SOLVED - Projectl - Maxwell2DDesign1 - ModelerQ E 0 Project |PropertiesMa.Set.FieldsPlotltemUpProject ManagerAnsoft LLCAnsoft Maxwell - Projectl -CreateCircCoverLinetSubtractCloneTo求解完得E1白 CirclelCreateCirc CoverLinet CloneTo CloneToTools Window Help

12、 E 131 II SName SolutionName |Val.| 花亙File Edit View Project Draw Modeler Maxwell 2DProject Manager：仃 Analysis a :辱Optimetr |囹 Results 白Field OveEl E EMi+ O Definitions v plexiglass2 El-O Cirde2I2.卻 日 silverO回fl白Cirde3|-O CreateCirc 目1 Cover Line; 由曰Subtract lil L/, Coordinate Systems 田-好 Planes由Lis

13、ts1.6+304 1.13486+004 1.05926+004 9.8353e+003 9.0788e+003 8.3222e+003 7,5656e+003 6.80916+003 6.0525e+003 5.2960e+003 4.5394e+003 3.7828e+003 3.S263e+003 2.2697e+003 1.51316+003 7.5656e+002 0.00006+000 Projectl(C：/lEMaterial pleiriglass2 : The magnitude posi ti ve valu白 th豈 directi on used will 7 月

14、OT. 2013：lMaxwell2IIDesi gnl (Electrostatic XY)sers/Wangqi an/Documents/Ansoft/由解析法求得電場強(qiáng)度公式：E1240 45與ansoft仿真得到的曲線基本符合。3 File Edit View Project Report2D Maxwell 2D Tools Window HelpAnalysis Optimetrics Results g XY Plot 1-掃 Mag_E Field Overlays E EMaxwell2DDesign1Project |NameVai.ASpecify .NameMa.YA

15、xisY1-Comp.Y Comp.Ma.X Comp.Dis.Trace |Properties曰 匠3 Projectl (C:/Users/Wangqian/Documents/Ansoft/)XMaterial plexiglass2 : The magnitude o Magnetic Coercivity is expected to be = 0. I you use a4J positive value the direct!on used will be the opposite of the unit vector specified. (10： 12 上午 7月 07,

16、2013)El JU Maxwell2DDesignl (Electrostatic, XY)Progressa II i豳4.2電通密度分布全選中模型，右鍵選擇FieldsDMag_D在此獲得電通密度分布圖。0Ansoft Maxwell - Projectl - MaxwelI2DDesign1 - 3D Modeler - SOLVED - Projectl - Maxwell2DDesign1 - Modeler亙 File Edit View Project Draw Modeler Maxwell 2D Tools Window Help口滲日尊昭幡 |昌 x rsc：|se e

17、國器 si 唁 x? 11 If! | o o o I e |in|q o |Ma5 |；5抓德I| I vacuum 三|Model 三j 板宇今;| gj gS 繆密僉偷If? 0 S G OX色0|,成Project ManagerProject |PropertiesCoordinati3lanesDC/mA2FieldsQuantityFolderTU由解析法求得公式D二上=U 得 2砰 p 1 ln P2 1 p1D =7.23 X 10-9 （p 單位為 m）與ansoft仿真得到的曲線基本符合。4.3電位分布全選中模型，右鍵選擇FieldsVoltage在此獲得電位分布圖。Fi

18、eldsPlotltem0K/SVoltageAnsoft Maxwell - Projectl - Maxwell2DDesign1 - 3D Modeler - SOLVED - Projectl - Maxwell2DDesign1 - ModelerVoltageEV5.00006+002H，68758+0024,37506+0024.062-58+0023，75008+0023.43758+0023,12506+0022.812-56+0022.50008+0022.1875e+0021.87506+0021.56258+0021.25006+0029,37508+0016.2500

19、8+0013.12-506+0010.0000B+000Nothing is selected頁 File Edit View Project Draw Modeler Maxwell 2D Tools Window Help洛耐 I X 昭喧 & X q U |叵I 豪苛 El I B !919 | 唱！、？ D 旬 I O o o I | O ziz |lnPl* 二J I S co I M 亦 I M 的狐I S I vacuum 3Model 3制由 咨澎 密濟(jì)Project ManagerName Vai. UnSheetsCoordinate SPlanesProject |Nam

20、e Vol-Solution Set.Definitions-HDD_VectcMag_D，S- H Voltage*中幽品幼9X4T b c： Is ? V E I E 191 | X? | 1曾舊 I |3S3(圜您制In OiK Q 甌IAnsoft Maxwell - Projectl - Maxwell2DDesign1 - XY Plot 3 - SOLVED - Projectl - Maxwell2DDesign1 - XY Plot 3邙HEProject Manager5 0 XY Plot 1:國Mag_E5 0 XY Plot 2:屈Mag_D3 S XY Plot 3*Voltage 如 Field OverlaysProject |NameVai.JSpecify .NameVol.Y AxisY1-Comp.Y Comp.Vol.X Comp.Dis.PropertiesTrace B ljj Projectl (C ： /Us er s/W angqi an/D o cum ent s/ Ans oft/)XMaterial plexiglass? : The magnitude of Magnetic Coercivity i positive value the direction