实验指导1恒定磁场的仿真).doc

实验二：恒定磁场的仿真一、实验目的：1、熟悉Ansoft Maxwell 软件的使用方法2、掌握使用Ansoft Maxwell软件仿真恒定磁场的方法3、了解恒定磁场的基本原理二、实验设备安装有Ansoft Maxwell 软件的计算机三、实验内容1、环电流的磁场仿真。圆环的半径为2mm，环中通过的电流为1A，仿真计算磁场分布和电感值。2、亥姆霍兹线圈的磁场仿真。两线圈的半径均为2mm，两线圈中通过的电流均为1A，仿真计算磁场分布、自感和互感、以及两线圈所受到的力。3、无限长同轴电缆的磁场仿真。无限长同轴电缆的内导体半径为0.2cm，外导体半径为0.8cm，内外导体之间为真空。该同轴电缆中通过1A电流，仿真计算磁场分布和同轴线的电感。四、实验方法原理1、恒定磁场：是由恒定电流激发的，是电磁场的一种重要的和特殊的形式。2、Ansoft Maxwell 软件采用有限元法进行数值计算。五、实验步骤1、环电流的磁场仿真。（1）点击PROJECTS/New创建一个新的项目，命名为：，Type: Maxwell 2D Version 10 (或其它2D版本)，点击OK. （2）Solver: Magnetostatic; Drawing: RZ Plane.选择 Plane 的依据参见下图，下图为Maxwell 2D可以仿真的两种结构，都是轴对称的结构。XY Plane 是对称轴垂直画面的，而 RZ Plane 的对称轴是平行于画面的。（3）点击Define Model Draw Model，在2D Modeler中，绘制几何结构。选择单位：Model Drawing Units mm。在该窗口中，根据仿真的实际结构尺寸设置绘图Background的尺寸，画一半径为2mm的圆，实际的结构则为绕V轴的环电流。（4）进入Setup Materials定义物体的材料属性。将background定义为真空vacuum（默认值）。点击Object1, 从材料列表中找到并点击perf_conductor，按Assign，Exit保存退出。（5）进入Setup Boundaries/Sources进行边界条件和场源的设置。将Object1选中，设为solid的源，输入电流大小为1A。将Background选中设为Balloon（气球边界）。然后File Exit Yes保存退出。（6）进入Setup Executive Parameters/Matrix Flux设定电感求解，点击Object1，然后再选中Include in the matrix，将计算环电流的电感。Exit退出。（7）进入Setup Solution Options进行求解设置，设置如下：Starting Mesh: Initial，Solver Residual：1e-00，Percent refinement per pass: 15， Number of requested passes: 10, Percent Error: 1。（8）点击Solve Nominal Problem进行求解。点击窗口上方的Convergence， 可以观察已经完成的迭代收敛情况。（9）点击Solutions/Matrix可看到电感的计算结果。（10）点击Post Process进入后处理。点击Plot菜单，选择Field可以描绘场量在整个问题空间的分布。分别选择mag B，Surface all, all，点击 OK，出现scalar surface plot点击OK。除了mag B，还有很多别的量可以分析。2、亥姆霍兹线圈的磁场仿真。（1）点击PROJECTS/New创建一个新的项目，命名为：，Type: Maxwell 2D Version 10 (或其它2D版本)，点击OK. （2）Solver: Magnetostatic; Drawing: RZ Plane.（3）点击Define Model Draw Model，在2D Modeler中，绘制几何结构。选择单位：Model Drawing Units mm。在该窗口中，根据仿真的实际结构尺寸设置绘图Background的尺寸，画两个半径为2mm的圆，实际的结构则为两个绕V轴的环电流。（4）进入Setup Materials定义物体的材料属性。将background定义为真空vacuum（默认值）。将两个环电流设为perf_conductor。（5）进入Setup Boundaries/Sources进行边界条件和场源的设置。将两个圆环分别设为solid的源，输入电流大小为1A。将Background选中设为Balloon（气球边界）。（6）进入Setup Executive Parameters，选择Force可以计算两线圈所受到的力，将两个线圈都选中，然后退出。再选择Matrix，将两个线圈全都设成Include in matrix，将两个线圈都设成default。软件将会计算两个线圈的自感和互感。（7）进入Setup Solution Options进行求解设置，设置如下：Starting Mesh: Initial，Solver Residual：1e-00，Percent refinement per pass: 15， Number of requested passes: 10, Percent Error: 1。（8）点击Solve Nominal Problem进行求解。点击窗口上方的Convergence， 可以观察已经完成的迭代收敛情况。（9）点击Solutions/Matrix可看到两个线圈的自感及互感。点击Solution/ Force，可以看到两个线圈受到的力。（10）点击Post Process进入后处理。点击Plot菜单，选择Field可以描绘场量在整个问题空间的分布。分别选择mag B，Surface all, all，点击 OK，得到B的振幅的分布。3、无限长同轴电缆的磁场仿真。（1）点击PROJECTS/New创建一个新的项目，命名为：，Type: Maxwell 2D Version 10 (或其它2D版本)，点击OK. （2）Solver: Magnetostatic; Drawing: XY Plane.（3）点击Define Model Draw Model，在2D Modeler中，绘制几何结构。选择单位：Model Drawing Units cm。在该窗口中，根据仿真的实际结构尺寸设置绘图Background的尺寸。画一半径为0.2cm的圆，命名为inner，实际为同轴线的内导体；画一半径为0.8cm的圆，命名为outer_l，实际为同轴线的外导体内边界；画一半径为0.81cm的圆，命名为outer_o，实际为同轴线的外导体外边界。（4）进入Setup Materials定义物体的材料属性。将background定义为真空vacuum（默认值）。将inner（内导体）和outer_o（外导体）设为copper，将outer_l（外导体和内导体之间）设为vacuum，（5）进入Setup Boundaries/Sources进行边界条件和场源的设置。将inner（内导体）设成solid的源，电流大小为1A，将outer_o（外导体）设成solid的源，电流大小为-1A。将Background选中设为Balloon（气球边界）。（6）进入Setup Executive Parameters/Matrix Flux设定电感求解，点击inner，然后再选中Include in the matrix，将计算同轴线的电感。（7）进入Setup Solution Options进行求解设置，设置如下：Starting Mesh: Initial，Solver Residual：1e-00，Percent refinement per pass: 15， Number of requested passes: 10, Percent Error: 1。（8）点击Solve Nominal Problem进行求解。点击窗口上方的Convergence， 可以观察已