电磁场与电磁波课设报告

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.课程设计的目的与作用11.1设计目的11.2设计作用1 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 2设计任务及所用maxwell软件环境介绍 12.1设计任务1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 2.2maxwell 软件环境： 2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3电磁模型的建立2 HYPERLINK l bookmark23 o C

2、urrent Document 3.1建模并设置模型属性 2 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3.2设定激励源33.3设置计算参数和求解器收敛判据 4 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 3.4检验所有设置是否真确并求解 4 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 4电磁模型计算及仿真结果后处理分析5 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 4.1电场强度分布6 HYPERLINK l bookmark92

3、o Current Document 4.2电通密度分布7 HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 4.3电位分布8 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 4.4电能量的计算8 HYPERLINK l bookmark137 o Current Document 4.5电容的计算9 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 5设计总结和体会10 HYPERLINK l bookmark143 o Current Document 6参考文献101课程设计的目

4、的与作用1.1设计目的： 本次课设是同轴电缆的仿真，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： 学会应用Maxwell软件进行对题目进行验证，并通过验证学会对问题 的分析与理解能力。学会对于实际生活中的问题进行分析处理。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

5、外导体均用银（silver），内外导体间填充树脂 玻璃（Plexiglass）（e = 3.4 e , y= 0.0051）。（1）内导体电势为380V，外导体电势为0。（2）内导体电势为220V，外导体电势为0。（3）内导体电势为500V，外导体电势为0。（4）内导体电势为1000V，外导体电势为0。2.2Maxwell软件环境：Ansoft Maxwell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

6、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 Ansoft Maxwel 1，单击 project，选择 Insert Maxwell 2D Design建立一个2D模型2、选择求解器类型：选择电场一静电场(Maxwell 2D Solution TypeElectrostatic)Solution Type: Projectl - M ax we 113 DDes i g n 1Magnetic:MagnetostaticEddy CurrentT ransientElectric:汗 ElectrostaticDC Cond

7、uction厂 Include Insulator FieldElectric Transient3、建立内心圆模型Circlel 半径为 20mm, Circle2 半径为 160mm, Circle 半径为 180mm。4、设置材料属性最内层和最外层导线是银(silver ),中间为介质树脂玻璃(Plexiglass )( = 3.4 e , 7 = 0.0051)。3.2、设定激励源内导体电势为500V，外导体电势为0V。计算电容值：Maxwell 2DParametersAssign Matrix设置求解器收敛判据：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、检验所有设置是否正确并求解单击小感叹号，开始求解3日回LEIAn soft Maxwell - Project! - MaxwellZDDesignl - 3D Modeler - Projectl - MaxwellSDDesignl - Modeler单击小对勾(=-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代入具体数值，得到E =竺竺1c由（p = f EdL 可得电位中=1220. 32-240. 4 In P , p电场能量：W=f ioEd s = l. 139 X 10 5 J/ms2D= T =2兀pU 7. 23 X 10-9 z 用、 =（P单位为m） c 1 1 P p In P 1 1T T?7TC= =L= =9. 09X1011FU 1 1 PIn 2 Pii4.1电场强度分布全选中模型，右键选择FieldsEMag_E在此获得电场强度分布图。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.| 花亘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.却 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岂 directi on used will 7 月

14、OT. 2013：lMaxwell2IIDesi gnl (Electrostatic XY)sers/Wangqi an/Documents/Ansoft/由解析法求得电场强度公式：E1240 45与ansoft仿真得到的曲线基本符合。3 File Edit View Project Report2D Maxwell 2D Tools Window HelpAnalysis Optimetrics Results g XY Plot 1-扫 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电通密度分布全选中模型，右键选择FieldsDMag_D在此获得电通密度分布图。0Ansoft Maxwell - Projectl - MaxwelI2DDesign1 - 3D Modeler - SOLVED - Projectl - Maxwell2DDesign1 - Modeler亘 File Edit View Project Draw Modeler Maxwell 2D Tools Window Help口渗日尊昭幡 |昌 x rsc：|se e

17、国器 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 缪密佥偷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 单位为 m）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FieldsVoltage在此获得电位分布图。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页 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 密济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曾旧 I |3S3(圜您制In OiK Q 瓯IAnsoft Maxwell - Projectl - Maxwell2DDesign1 - XY Plot 3 - SOLVED - Projectl - Maxwell2DDesign1 - XY Plot 3邙HEProject Manager5 0 XY Plot 1:国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