2022年Maxwell静电场中同轴电缆的D仿真

1、Maxwell静电场中同轴电缆的3D 仿真电气 1008 班讨论题目：单心电缆有两层绝缘体,分界面为同轴圆柱面；已知 R1=10mm,R 2=20mm,R 3=30mm,R 4=31mm,内导体为 copper ,外导体为 lead ,中间的介质 15 0, 23 0, , 内导体 U=100V,外导体为 0V 求：电位,电场强度,电位移随半径的变化,单位长度电容和电场能量；21. 用解析法运算电位,电场强度,电位移随半径的变化,运算单位长度电容和电场能量；解：设同轴电缆内、外层导体分别带电+、-.；2lnUln3由高斯定理：在介质中SDdSL E 2所以 D=2所以1ln22 U1ln311

2、22代入 E1,E2 EU2代入详细数值,得到E1 =73.05,E2 =121751123由=EdL可得电位1 =268.1-73 ln ,2 =414.1-121.8 ln 1电场能量： W= V 2 DEdv =5.0775 10-7 J/m D= = U = 3.2310-9 单位为 m 2 1ln 2 1ln 3 1 1 2 2C= U L L1 ln 2 21 ln 3 1.0155 10-10F 1 1 2 2. 用 ansfot 软件运算上述物理量随半径的变化曲线,并画出电压分布图,计算出单位长度电容,和电场能量一、建模并设置模型属性1,打开 Ansoft Maxwell ,单

3、击 project ,挑选 Insert Maxwell 3D Design 建立一个 3D模型2 , 选 择 求 解 器 类 型 ： 选 择 电 场 静 电 场 （ Maxwell 3D Solution TypeElectrostatic）3,建立内心圆柱模型： Draw Cylinder 在 Z 处输入 z 轴起点坐标为 -100 在 Y 处输入圆柱半径 2mm 在 Z 处输入圆柱高度 300mm 在这里显示建立的圆柱挑选此工具用鼠标在空白处双击即可转换视角为从 Z 轴俯视单击选中 cylinder1 ctrl+cctrl+v 多复制几个圆柱同理将 cylinder3双击 cylinde

4、r2 树图将半径值改为最外30mm 下的黄色图形层介质半径6.2mm绽开后双击黄色图标, 然后将半径值改为次外层介质半径按住 ctrl 键从外层到内层一次单击选中两个圆柱在选中的任意一个图标上单击右键EditBooleansubtract 确认后即可得到最外层的那圈电介质同上将下面两个圆柱的半径分别设置为30mm和 20mm,再用上述方法用半径大地圆柱减去半径小的圆柱即可得到次外层的介质,以此类推,知道将四层介质都制作好；4,设置材料属性 双击 cylinder1单击 Edit 后可以修改介将名称修改为“0” 表示质的属性最内层单击后可修改颜色找到 copper 铜,将最内层介质的属性设为co

5、pper ,单击确定；根据同样的方法修改名称并将最外层介质的材料设置为 lead ,再依次设置其次层和第三层的的材料为节点常数分别为 15 0, 23 0, 介质,这时需要单击 Add Material 按钮来创建新的介质, Value 的值即为介电常数,输入名称后单击下面的确定按钮即可；二、设定鼓励源在圆柱 0 上单击鼠标右 键assign excitationvoltage同理将最外层介质的电压设置为0V 将最内层电压设置为100V三、设置运算参数 运算电容值： Maxwell 3D Parameters Assign Matrix 四、设置自适应求解器收敛判据Maxwell 3D Ana

6、lysis Setup Add Solution Setup 每次迭代加密部分比例：50%设置最大迭代次数 10 次设置误差小于：5%五、检验全部设置是否正确并求解单击小对勾单击小感叹号,开六、后处理始求解单击选中介质 2 后按 ctrl+a 全选,将四个介质都选中在任意一个介质上单击右键FieldsEMag_E获得电场分布图场量的大小随着半径变化曲线的绘制；绘制变化曲线需要引入一条帮助线单击菜单栏的 Drawline 由圆心向外画一条帮助线,图中黑色的直线；单击菜单栏 Maxwell 3DResultsCreate Fields ResultRectangular Plot 单击 Geome

7、try 的小箭头后挑选 Polyline1沿半径运算,然后在 quantity中挑选Mag E 生产电场强度曲线,最终单击New Report 即可生成电场随半径的变化曲线；同理一次挑选 Mag D、Voltage 可以生成电通密度曲线和电势分布曲线；七、验证电位,电场强度,电位移分布：1. 电场强度分布（标量） : 解析法得到场强运算公式：E1 =73.05,E2 =121 .75公式与 ansoft 仿真得到的曲线符合；2. 电位移分布（标量）：3.23 解析法得到 D=10-9单位为 m 与 ansoft 仿真下图曲线符合3. 电位分布：电位随半径变化情形解析法运算结果：1 =268.1-73ln ,2 =414.1-121.8 ln 经检验,运算结果符合 ansoft 得到的曲线；4. 电场能量的运算：单击菜单栏 Maxwell 3DFieldsCalculator 点击 Quantity 挑选 EnergyGeometryVolume挑选 AllObjects点击积分符号点击 Eval 如下图运算出的结果为：ansoft运算得电场能量为5.089 10-7J/m 与解析法结果1 W= V 2DEdv=5.077510-7 J/m 基本相同 5. 电容的运算：Ansoft 运算的电容值为 实际运算电容值为： 1.0178 10-10F 与解析法运算结果 1.0155 10