平行双线的电场仿真课程设计的目的与作用

1.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设计任务平行双线的电场仿真如图 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 5000V，06.1另一支导线电势为 0；求：计算平行双线周围的电场分布，并计算单位长电容。图 12.2 Maxwell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Project Insert Maxwell 2D DesignFileSave asliuhui（工程命名为“liuhui”）图 2选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic图 3创建左导线DrawCircle左导线起点：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐标偏置：（dX,dY,dY）=（20,20,0） 图 4Assign Material 铁（iron）图 5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 6Assign Material 铁（iron）图 7创建场域中介质DrawRectangle场域起点：（X,Y,Z）=（400, 100,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）=（-400, -100,0） 图 8Assign Material 空气（air）( , )。06.1图 93.2.设置激励选中左导线Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 5000V图 10选中右导线Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 0V图 114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+，- 两线间任意点 P的场强：E= )(200xdU= adlna-lnxE00a-d 单位长度电容： =4.1838pF）（）（ adlnl1UQC004.2软件仿真4.2.1 参数设置设置计算参数：Maxwell 2D Parameters Assign Matrix Voltage1, Voltage2图 12设置自适应计算参数：Maxwell 2D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of passes 10误差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分单元比例： Refinement per Pass 30%图 13图 144.2.2检查并运行Maxwell 2D Analyze All，后计算机就开始进行计算图 154.3软件仿真结