电磁场与电磁波课程设计

1、 成 绩 评 定 表学生姓名穆凌宇班级学号专 业电子信息工程课程设计题目平板电容器电场仿真计算-2D仿真器 评语组长签字：成绩日期 2016 年7 月5 日课程设计任务书学 院信息科学与工程学院专 业电子信息工程学生姓名穆凌宇班级学号 课程设计题目 平板电容器电场仿真计算-2D仿真器实践教学要求与任务:任务：平板电容器电场仿真计算-2D仿真器设极板截面长为100mm，端部圆弧为 R2.5 的半圆，板间距离为10mm，假设平行极板相对板间距离足够大，即平板电容器之间电场分布可近似为平行平面场，故采用XY平面建模分析；考虑极板的厚度，并为降低极板边缘效应，在极板两侧边采用圆弧过渡；设极板之间充满相

2、对介电常数2=60的均匀电介质；板件电压差为2500V用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量要求： 1、利用电磁场仿真软件maxwell 完成典型电磁产品仿真设计；2、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；3、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:电磁场与电磁波课程设计时间安排在教学第18周内完成，按上述题目要求完成查阅资料、电路设计、仿真调试、运行等工作。时间安排如下：1、 查阅资料、与初步设计：1天2、电路设计及制图：1-2天3、电磁场的仿真与测试：1-2天4、答

3、辩验收与论文撰写：1天指导教师： 2016年6月27日专业负责人：2016年6月27日学院教学副院长： 2016年6月27日目 录 一、题目概述.1 1.设计作用.1 2.设计原理. 1 3.Maxwell软件环境.2 4.设计内容.3 二、功能分析.4 1.要求.4 2.要求中需要用到的知识点是什么.4 3.需要解决的问题. 5 4.设计中的关键技术点.5 5.设计点.5三、设计与仿真.5 1.参数的设置与改变.5 2.电磁模型的建立.5四、运行与测试.11 1.参数调整图.11 2.系统仿真运行图.12五、总结.15六、参考文献.16一、题目概述1.设计作用 作用：电磁场与电磁波主要介绍电

4、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

5、分析和解决问题的能力。2.设计原理平行板电容器是一种理想模型，在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质-电介质(空气也是一种电介质)，就组成了一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。平行电容器是由两块彼此平行放置的金属板所构成的。平行板电容器是最简单的，也是最基本的电容器，几乎所有电容器都是平行板电容器的变形。理论分析表明，当平行板电容器的两极板间充满同一种介质时，电容C与极板的正对面积S、极板距离d的关系为若平行板电容器的两极板间是真空时，则公式中没有相对介电常数(relative dielectric constant )，由公式可知，电容C与、S成正比(即、S越大，C越大);与d成反

6、比d越大，C越小)。若两极板间为匀强电场，电场强度记作E,则有:1. U =Ed2.Q= UC(其中Q为电容器所带电荷量，U为两极板间电压)3 Maxwell软件环境： Ansoft Maxwell软件特点：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。 Maxwell是主要建立在maxwell方程基础上的，有限元分析软件。

7、 MAXWELL 2D： 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。Maxwell 2D 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A n s o f t 的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。 MAXWELL 3D： 向导式的用户界面、精度驱动的

8、自适应剖分技术和强大的后处理器时的Maxwell 3D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 .4.设计内容平板电容器电场仿真计算-2D仿真器设极板截面长为100mm，端部圆弧为 R2.5 的半圆，板间距离为10mm，假设平行极板相对板间距离足够大，即平板电容器之间电场分布可近似为平行平面场，故采用XY平面建模分析；考

9、虑极板的厚度，并为降低极板边缘效应，在极板两侧边采用圆弧过渡；设极板之间充满相对介电常数2=60的均匀电介质；板件电压差为220V用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量二、功能分析 1.要求 熟练使用Ansoft Maxwell 仿真软件，对电场，磁场进行分析，了解所做题目的原理。利用Ansoft Maxwell 仿真简单的电场以及磁场分布，画出电场矢量E线图，磁感应抢的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。2、要求中需要用到的知识点是什么（包括电磁场分析所用的公式）3.需要解决的问题(1)定电压问

10、题：平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d、S、变化时,将引起电容器的C、Q、E的变化。(U不变) (2)定电量问题：平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、变化时,将引起电容器的C、U、E变化。(Q不变) 4、设计中的关键技术点有哪些 1） Ansoft Maxwell的使用问题 2） 如何改变极板电压差的数值。 5、设计中设计到的难点如何解决（主要针对设计指标，如何改变设计参数） 学习使用Ansoft Maxwel软件，查找书籍文献三、设计与仿真1、参数的设置与改变 极板电压差参数的设置与改变，极板电压差为2

11、20V2、电磁模型的建立建立上极板，首先建立长为100毫米，宽为5毫米的长方形极板，在建立两个半径为2.5的圆。利用Modeler-Boolean-Unite指令，将其合并成一个整体,见图3.1。 a.建立长方形极板 b.建立圆形极板 c.合并两极板 图 3.1 单一极板的建立进行极板的移动 利用Edit-Arrange-Move指令，见图3.2 图3.2 极板的移动镜像设置Edit-Duplicate-Mirror，见图3.3 图 3.3 双层极板的建立设置极板材料，见图3.4 图3.4 设置材料设置极板电压，右键极板 Assign-Excitation-Voltage输入上极板电压2500

12、V，下极板电压0V，见图3.5 图3.5 设置极板电压图3.6 设边界条件图3.7设置介质输入计算的步长以及误差精度，见图3.8图3.8求解选项对话框 图3.9 模型建立完成 图3.10验证对话框 图3.11 观察求解进度四、运行与测试1、设置参数，参数调整图如图极板电压参数的设置，见下图 2、系统仿真运行图 图4.1选择分析类型图4.2 电场强度云图图4.3 电场强度 图4.4 电场能量图4.5 电场能量计算图4.6电容计算五、总结作为一名电子信息工程专业的学生，我觉得本次电磁课程设计是十分有意义的。在自己不断的努力下，经过自主学习完成本次课程设计。本次课设做了平行板电容器的仿真，查阅了大量

13、的关于电磁波与电磁场的书籍。从中我们学习到了很多东西，像如何应用Maxwell软件仿真，对实际问题进行分析。很多实际工程问题只有通过电磁场才能揭示其本质。对电磁场的学习使我认识很多物理现象的本质。电磁场由相互依存的电磁和磁场的总和构成的一种物理场。电场随时间变化时产生磁场，磁场随时间变化时又产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁波是电磁场的一种运动形态。我们在设计过程中，经过不断的更改与设计，努力做到完美，完善，让自己做的课题接近于期望的结果，但是还是会有一些不足，有时会出现一些误差，但是这些并不能影响整体的效果。这也是我们学习中自主学习的表现，也是锻炼我们自主思考能力的方法。经过本次课程设计，我们每个人都会受益匪浅，也会在今后的学习和生活中收获更多。 本次课设增