电磁场与电磁波课设

PAGEPAGE15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班级学号课程设计题目电磁场与电磁波仿真设计铁块所受线圈磁场的作用力实践教学要求与任务:利用电磁场仿真软件maxwell完成典型电磁产品仿真设计；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。目录1.课程设计的目的与作用 11.1设计目的 11.2设计作用12设计任务及所用maxwell软件环境介绍 22.1设计任务 22.2maxwell软件环境： 33电磁模型的建立 44电磁模型计算及仿真结果后处理分析 115设计总结和体会 146参考文献 151.课程设计的目的与作用1.1设计目的：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设计任务及所用Maxwell软件环境介绍2.1设计任务：计算如下图所示铁块所受线圈磁场的作用力。要求对线圈中的电流和铁块的高度做参数扫描，计算不同设置值时，作用力的大小。图2.1.1实验模型图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图2.2.2maxwell分类图3电磁模型的建立1.建模（Model）Project>InsertMaxwell3DDesignFile>Saveas>Parametric（工程命名为“Parametric”）选择求解器类型：Maxwell>SolutionType>Magnetostatic创建线圈Draw>RegularPolyhedron（创建多边形柱体1）CenterPosition（中心点坐标）：（X,Y,Z）>（0,0,0）mmStartPosition（起点坐标）：（X,Y,Z）>(2.5,0,0）mmAxis（对称轴）：ZHeight（柱体高度）：8mm多边形边数：NumberofSegments:36将多边形重命名为Polyhedron1选中Polyhedron1（创建多边形柱体2）CTRL_C，CTRL_V修改相关设置CenterPosition（中心点坐标）：（X,Y,Z）>（0,0,0）mmStartPosition（起点坐标）：（X,Y,Z）>（2,0,0）mmAxis（对称轴）：ZHeight（柱体高度）：8mm多边形边数：NumberofSegments:36将多边形重命名为Polyhedron2创建线圈选中Polyhedron1，Polyhedron2Modeler（建模）>Boolean>Subtract（减去）BlankPark:Polyhedron1ToolPark:Polyhedron2将Polyhedron1重命名为CoilAssignMaterial>copper（设置材料为铜）创建铁块模型Draw>Box任意创建一个6面体尺寸参数设置如下：注意：ZSize参数的值为：“SlugHeight”图3.1物块坐标及其体积设置图3.2物块Z参数设置将六面体重命名为SlugAssignMaterial>iron（设置材料为iron）创建计算区域（Region）Draw>RegionPaddingPercentage：300%创建激励电流加载面（CreateSection）SelectCoilModeler>Surface>SectionSectionPlane:YZ平面Modeler>Boolean>SeparateBodies（分离两Section面）删除1个截面Select1个截面，Del将剩下的1个截面重命名为“Section1”2.设置激励（AssignExcitation）选中线圈截面：Section1Maxwell3D>Excitations>Assign>Current图3.3设置激励Value:AmpTurnsType:Stranded（线形激励电流）3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）选中Slug（弹头）Maxwell3D>Parameters>Assign>ForceName:Force1Type:Virtual4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup最大迭代次数： Maximumnumberofpasses：5误差要求： PercentError:1%每次迭代加密剖分单元比例： RefinementperPass:30%5.创建参数扫描设置Maxwell3D>OptimetricsAnalysis>AddParametric点击Add，创建扫描参数variable选择：SlugHeightlinearstepStart=10,Stop=20,Step=5点击Add>>按键将SlugHeight的扫描设置添加到右边空白栏variable选择：AmpTurns（设置安匝数的扫描）linearstepStart=100,Stop=200,Step=50点击Add>>按键将AmpTurns的扫描设置添加到右边空白栏点击OK.图3.4设置扫描匝数点击Calculations子菜单点击SetupCalculations图3.5添加计算参数点击AddCalculations图3.6添加计算Setup1出现在SetupSweepAnalysis菜单中点击Done在Options子菜单中选中如下设置图3.7设置扫描分析“SaveFieldandMesh”:在每一步参数扫描计算后，保存相应的计算场量和剖分信息，一般，系统为节约内存，默认不保存。“Copygeometricallyequivalentmeshes”在下次计算中，可重复使用上次计算时未变形的模块的剖分数据。一般来说，频率扫描时，不推荐使用该选项，因为Ansoft的剖分算法是与频率相关的。图3.8建模完成效果图44电磁模型计算及仿真结果后处理分析1.计算在ProjectManager窗口Optimetrics右键点击ParametricSetup1选择Analyze2.查看结果右键点击ParametricSetup1选择ViewAnalysisResult、图3.9分析显示在ProjectManager窗口右键点击CreateReport图3.10分析结果调出设置参数如下：图3.11分析结果选择点击NewReport图3.12分析结果输出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，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。通过本次课设，我熟练的掌握了maxwell的建模方法以及运行模拟分析和结果分析，更好的理解了电磁场与