电磁场与电磁波课程设计

PAGEPAGE18目录1.课程设计的目的与作用 21.1设计目的 21.2设计作用 22.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 22.1设计任务 22.2Maxwell软件环境介绍 33.电磁模型的建立 34.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 94.1电磁模型计算 104.2仿真结果后处理分析 105.设计总结及体会 186.参考文献 181.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10000V，另一支导线电势为0V.求：计算平行双线周围的电场分布，并计算单位长电容图一2.2Maxwell软件环境介绍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.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。3.电磁模型的建立1.Maxwell主界面：当打开软件时，选择Maxwell2D，则进入如下界面，如图二所示。图二2.File>Saveas>12031101013.选择求解器类型：Maxwell2D>SolutionType>Electric>Electrostatic图三4.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）图四5.图五选择iron（铁）图六6.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）图七同上一步，选择iron（铁）图八7.创建场域中介质Draw>Rectangle场域起点：（X,Y,Z）=（500,200,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）=（-200,-200,0）图九AssignMaterial>空气（air）(,)。图十8.选中左导线Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>10000V图十一图十二9.选中右导线Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>0V图十三4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析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：=6.7838pF4.2仿真结果后处理分析1.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%图十四图十五2.Maxwell2D>AnalyzeAll，后计算机就开始进行计算图十六3．检查完毕后，Maxwell2D>Fields>Fields,分别选择Voltage,E,D,还有Other>Energy.图十七4.选中Geometry中的CreateFieldsReport,然后单击RectangularPlot；再选中Geometry中的Polyine1，然后选择Voltage，单击确定即可画出电压V的曲线图。如图二十所示.图十八图十九图二十5.重复4步骤，选择电场强度E，然后单击确定，即可画出电场强度的曲线图。如图二十一所示.图二十一6.重复4步骤，然后选择电位移密度D，单击确定，即可画出电位移密度曲线图。如图二十二所示.图二十二7.再重复4步骤，选中能量，单击确定，即可画出能量曲线图，如图二十三所示.图二十三8.完成上述步骤后，选中Maxwell2D中的Fields，然后选择Calcalator进入如下界面。选择Input中的Quantity，再选择Energy；随后选择Geoemtry中的AllOblects；再选择Scalar中的积分号；最后选择Output中的Eval，即可计算出能量值。图二十四图二十五图二十六图二十七图二十八图二十九综上所述，计算出能量值为W=0.00035504J,再由公式C=2W/V*V计算出电容值C=7.1008pF。即为所求的电容。5.设计总结及体会通过这次的课程设计，让我知道了，在电磁场这门课程中学到的知识不应该仅仅是书上的公式和定理，而更应该是理论与实践的结合，书本上的知识只有与生活紧密相连才能发挥真正的用处，而在这次的课程中也让我发现了对工程电磁场这门课程中一些知识的欠缺与不足，让自己