平行双线的电场仿真(修复的)教学文案

1、平行双线的电场仿真（修复的）一、题目概述内容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

2、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。设计任务及要求平行双线的电场仿真，如图1.1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 ) (1.006,0)。其中: 一支导线电势为1000V,另一支导线电势为-500V;求：计算平行双线周围的电场分布

3、, 并计算单位长电容。所用Maxwell软件环境介绍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 贝献.二、功能分析电磁场公式分析设导线表面单位长度带电+入，-入，则两线间任意点P的场强:E=U=单位长度电容：C0(d x)式(2.1 )d-aEdxa,d-a-lna0,d -lna0式(2.2)?

4、1ln (d)a0ln (d)a式(2.3)设计指标已知两长直导线相距400mm导线半径20mm其材料属性是铁，场域中介质 是空气( 1.006, 0)。其中：一支导线电势为 1000V,另一支导线电势为- 500M参数设置完成后,利用Maxwell软件，观察在其绘制出的电压变化曲线图、 电场强度变化曲线图、电位移密度变化曲线图和能量变化曲线图，分别分析各个 图谱中电压V、场强E、电位移密度和能量W勺变化趋势三、设计与仿真总体设计Project Insert Maxwell 2D DesignFileSave aswds (工程命名为Wds),见图3.1口 iIwikMaHAiil . Fji

5、rtZJ* ifcdi Ipwt k*5-Mt- te| 提“ 妣* - Sly ：f，r| f IbE MwhiI 身迎 jrairt Rhhpr1:DtaHiBT1 * *IihhI utMiirUhir*-f h?iu|ua XviahiH-ElBlt Solution Type ElectricElectrostatic见图3.2Scluticn Type： Project2 - M口Kwcll2DDc;ignLGeometry klode:嬴嬴为三|Magnetic:Magnet oxalic-Eddy Currenl, T ransientEhctaicc_ ，lilfrniU*U

6、 I* IU - IMiEtectrostatici1 ii m iiraaiiHiivaiii tat iirn广 AC Conduction, DC Conductionr 匚 ln BfflS图3.2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 ), 见图3.3图3.3Assign Material 铁(iron ),见图 3.4etect Deriton回IIhr t oilSssrrti Cr”i修后加5 9,v Frsf artLibrar h11? Shw hrajtei tetiiltisl

7、- Sbtv til litrars1ircxt|岛bLnIen F-orinittiwityUc卓|电工。*R式bF Bwni tti iri tjrEnllkU DrieucliQi tyAiSL*LBi57:Ll brarr1EUDOT。打皿 e5M ”3ir*nSrsliL tMrarrBfttcrL ala1】Q33XQQ:Jnla*1& 弧*vw 210 (tn)SvaLl br uryPlltfl L ala3.150vr 410 (l;n)幻上Libra /Hutu l 总 s3.90Kr?n*l 皿Eh MT ml觎 Libraryflst*ri ils3i0KrM-.ill

8、liflt TCL i.nlSpiLL br iryNist*ri rds3.30ScLibrtrjHAlirrLtlc1BMDOOQ d-n *nHti1Tl30中* MSeLL br tryllAttrL ids1ifirLc aryn kt Circle右导线起点：(X,Y, Z) = (400, 0,0 )坐标偏置：(dX,dY,dZ) = (20,20,0 ),见图 3.5图3.5Assign Material 铁(iron ),见图 3.6Select Deirrt onH*1! ”ij G f用站金门FaLtc# g1S七廿& fcr Run力3-jafri TriiLiMar

9、i3- ：*r r I - - rIiJ T 丁 1 i X :了般i a后 Ijy Wwerrrsf artIays1 Niircxt5 41； LL=1Sa-ETChF-criaittiwityd 4rleLee 事:Ll 04Ongs aR土 FPHrihL tti vi tySuJJkC 口 rEu 亡 liTri t.iSL*LBi57:Ll brarr1EUDOT。打皿 e5M ”air*nHktcrL ala1JQ3XCQQ：fnla*1& 弧*vw 210 (tn)SvaLl br uryPlltfl L ala0i 必rJIf m觎 LibraryNaltFLalaJi0Kr

10、 *np*lTOL tn)郭 Li * mjNist*rL rds n0IttAScLibrtrjHAlirrLtlckBMDOOQ d-n *nHti1Tl30中* MSeLL br tryllAttrL idsk一ifirLcfmLl - aryn ktRectangle场域起点：(X,Y,Z) = (400,100,0 )坐标偏置：（dX,dY,dZ） = （-400,-100,0 ）,见图 3.7史乜H图3.71.006,0）。见图 3.8Assign Material 空气（air ）（3H4winters.Seu!cb, * Nuric-Scff tri Cr j t -r i t

11、命by bT-uii aa by Trcjiart|a1白Lifl FwULtlirLlyLibrurias R 后匕 Tircjet dttiBili Excitations Assign Voltage 1000V见图3.9图3.9选中右导线Maxwell 2D Excitations Assign Voltage -500V见图3.10图 3.10四、设计与仿真参数的设置设置计算参数：Maxwell 2D Parameters Assign Matrix Voltage1,Voltage2见图4.1Matrix需 |口由收：Mitf iwiSoTirceSignal LineGround

12、Voltagalr口 |VoltageE 图4.1设置自适应计算参数:Maxwell 2D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数:误差要求:Maximum number of passes 10Percent Error 1%每次迭代加密剖分单元比例:Refinement per Pass 30%见图4.2和图4.3Solve Setupfen. e r =zi_l_ 匚 nrribahEPin l 音 H rlliQ-ndH TIqFaiiI + y可am q I|S fir t up 3-Ad.Lp t ve S e t upM *t-t i e

13、ue Hi 所4产 & F F i k F 唯:roont Err cia- an cSolve Fields OxS al v* ffl atr i s r* Aft er la_3 t pOnly a.it er c orlvear gVse JJfault图4.2确定 I 取消后goitq_L 匚 QfibAF 仁吟玷噌 i=* |qa q 4|稿定 I 孰书图4.34.2检查并运行Maxwell 2D Analyze All ,然后计算机就开始进行计算。见图 4.4.Ek 曲1，. RmTR WMfr ECMTD。鼻冷口 jM口 Fla fide ih ihaEi bn- Brtafa

14、r HkbsIisch rtrnitrnr H餐_ )l 口 I: hvDngh9 g03 hrvFv E J.Mds.】*Lnd 吧sHhi 山工IxMonVe Jihhr图4.44.3软件仿真结果Voltage , E, D及Energy的分布检查完毕后，Maxwell 2D Fields Fields,分别选择 Voltage,E,D,还有 Other Energy.见图4.5YoN 3好【1. 3L3I1I 4BI2 *MEkr.iiiiFiu 之争I会-蹴 A- MUHib 工 3F4TFi- .Wfca-n?i 5京302甲g卜4U41.二乂丸 dLx 1tl | Kb k-3.

15、:LQt-W=1； kSH1*1sM勺力1三2;w3af Bar gU_pr_ifcaI ；H54-ai1 :弓口:*! 5H 鼻3 194 m-dJi| -flSZSi.- A5 I mnrn，居：H第h i n产fgim 1 BC-l- iMI Jl申浙凰MJi NiL*1 -A ni+v,-*n4 ft l1a*A-W*Ng & B5r-3 墨*l!T Line,以左边导线的中心为起点，右边导线中心为中点绘制中心连线。见图4.6图4.6Maxwell 2D Results Create Fields Report RectangularPlot , Geometry Polyine 1,

16、再分别选择 Voltage,E,D,Energy。图4.7由上面电压变化曲线图4.7可知：从左边导线中心到28mm寸候，电压保持在1000V,没有发生改变；从 372mmt到400mmi问，电压保持在-500V不变；而在28m唯U372mmi问，电压随距离的变化呈线性递减。图4.9图4.8,图4.9,图4.10分别为场强，电位移密度，能量变化图。有以上图可以明 显的看出：在从左边导线中心到 28mn间，以上三值均为 0;从372mn&至U 400mm 问，以上三值也均为0;而从28mniiJ 372mmi问，三条曲线均保持同一个变化规律：先 递减，中间有一段平衡距离，随后递增。计算单位长电容M

17、axwell 2D Fields Calcalator,Input Quantity Energy,Geoemtry AllOblects, Scalar的积分号，Output Eval. 见图 4.11Named EKpressicnsContext- Maxwell2DDesigr*1NameVoltje WaguE MagE) E VaclorSmcathfVOLTAG Hag(SmootFi(EK M ag(S moolti(D k Smco4h(LEv.OClear AllAdd .Copv to stackSolution:Field TpacLibrary;Load From.S

18、ave 7 .| Setupl : LastAjdaptive | FieldsChange Variable Values.Scl; 6.41 e67366943499EW6SgI: I nt egrdtelYdumetAHO biec U , JPushRIUpFlIDnUndoInputGeneralScalarVectorOutputQuantity +Geometry .Cortstnt +NumberFunction.Seocn Sellings .AbsRead.GmoothComplex +D omainSeal? 士Mag口口tCrossDiygCurlT jnjentNormalUn* Vee X Fc*mV+kj eEvalExport .图 4.11由图可知，能量为0.00006429J,计算出电容值