同軸電纜的電場3D仿真

1、同軸電纜的電場3D仿真目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 課程設(shè)計的目的與作用11.1設(shè)計目的1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 設(shè)計任務及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹12.1設(shè)計任務12.2 Maxwell軟件環(huán)境2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 電磁模型的建立2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3.1建模并設(shè)計模型屬性23.2選擇求解器類型23.3建立

2、內(nèi)心圓柱模型3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.4設(shè)置材料屬性5 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 3.5設(shè)定激勵源5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.6設(shè)置計算參數(shù)6 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3.7檢驗所有設(shè)置是否正確并求解8 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 電磁模型計算及仿真結(jié)果后處理分析8 HYPERLINK l bo

3、okmark43 o Current Document 4.1電場強度分布8 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.2電通密度分布10 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 4.3電位分布11 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.4電能量的計算12 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 設(shè)計總結(jié)和體會14 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 參考文獻14課

4、程設(shè)計的目的與作用1.1設(shè)計目的：本次課設(shè)是同軸電纜的電場仿真，通過設(shè)計與仿真驗證理論的真實性，以便 使我們更好的理解實體的理論，才能更好的深度學習電磁場的知識。通過對典型 電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計，并模擬電磁場的特性，將理論與實踐有效結(jié)合，強化學生 對電磁場與電磁波的理解和應用，提高教學質(zhì)量。1-2設(shè)計作用：總體要求：熟練使用Ansoft Maxwell仿真軟件，對電場， 磁場進行分析，了解所做題目的原理。利用Ansoft Maxwell軟件仿真簡單的電 場以及磁場分布，畫出電場矢量E線圖，磁感應強度B線圖。并對仿真結(jié)果進行 分析，總結(jié)。將所做步驟詳細寫出，并配有相應圖片說明。設(shè)計任務及所用Max

5、well軟件環(huán)境介紹2.1設(shè)計任務：同軸電纜的電場仿真如圖2所示，同軸電纜模型。內(nèi)導體半徑為20mm，外導體半徑為160mm，外導體 厚度為20mm。內(nèi)導體和外導體均用銀(silver)，內(nèi)外導體間填充樹脂玻璃(Plexiglass)(3.40,0.0051)。(1)內(nèi)導體電勢為380V，外導體電勢為0。2.2Maxwell軟件環(huán)境：Ansoft Maxwell是低頻電磁場有限元仿真軟件，在工程電磁領(lǐng)域有廣泛的應 用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉(zhuǎn) 變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機械、石油化工、汽車、冶金、水利 水電、航空航天、船舶、電子、核工業(yè)、兵

6、器等眾多行業(yè)，為各領(lǐng)域的科學研究 和工程應用作出了巨大的貢獻。電磁模型的建立3.1、建模并設(shè)置模型屬性1、打開 Ansoft Maxwel 1，單擊 project，選擇 Insert Maxwell 3D Design 建立一個3D模型。3.2選擇求解器類型：選擇電場一靜電場(Maxwell 3D SolutionTypeElectrostatic)。3.3建立內(nèi)心圓柱模型：DrawCylinder在Z處輸入Z軸起點坐標-1000。lx： o IIy： oZ：-1000|Absolut 干Cartesiain 亍rrirn .在Y出輸入圓柱半徑20。既 J| d；20dZ；R.efative

7、 Cartesian Tmm在Z處輸入圓柱高度2000。dX: 0|dY:0dZ:2000Relative Cartesian trim調(diào)整圓柱視角 改為Z軸俯視。單機選中cylinderctrl+cctrl+v復制5個圓柱。目夕 SolidsB- S vacuum： g “夕匯/lindEriJ=.O CreateCylinderI 日& Cylmd er20 CreateCylinder 白.& Cylinder=Q 匚 reateCyhnder自& Cylinder4:“O 匚reateCylinder白Cylinders0 Createtylinder Coordinate Syste

8、ms宙.屋 Planet由夠Lists雙擊cylinder2樹圖下的cratecylinder，將半徑改為160。Properties; ProjectZ - MaxwlIBDOesignL - ModelerCcnn：iJil已ValueVm tEveluai d. 7.BssariptioiiComm andCreateCyliDderC：DTd.131411.GLali41匚ontdir Foe ,0 ,-LOQDITfTithti j Dnih ,.Zie|ITfTiIWmHeiglitSCMOJITl3：CChnWuTiber.00Cylin derlCylin der2r Shbi

9、v Hiddan同理分別雙擊Cylinder4,Cylinder5樹圖下的createcylinder,并分別設(shè)置半徑 160, 180。再按住ctrl鍵從外層到內(nèi)層一次單擊選中Cylinder5,Cylinder4兩個圓柱。在 選中任意一個圖標上單擊右鍵EditBooeansubteact，如上。3.4.設(shè)置材料屬性雙擊 Cylinderso單擊Edit后可以修改介質(zhì)屬性，屬性為銀（silver），將名稱修改為“0”表示 最內(nèi)層。同理雙擊Cylinder2,修改其介質(zhì)屬性為樹脂玻璃（Plexiglass），將名稱修改為 “1”表示中間層。雙擊Cylinder5，修改其介質(zhì)屬性為為銀（silv

10、er），將名稱 修改為“2”表示最外層。曰夕 Solids閂- pl&glgI： I畝-夕i白silver由-夕0:畝“夕目.但 Coordinate Syctem-恩 Global田.夸 Planes畝Li sts3.5設(shè)定激勵源在圓柱0上單擊鼠標右鍵assign excitationvoltage,將最內(nèi)層電壓設(shè)置為 380V。同理將最外層圓柱2的電壓設(shè)置為0V。3.6設(shè)置計算參數(shù)計算電容值：Maxwell 3DParametersAssign Matrix。設(shè)置求解器收斂判據(jù)：Maxwell 3D Analysis SetupAdd Solution Setup設(shè)置最大迭代次數(shù)10次，設(shè)

11、置誤差小于：5%。設(shè)置每次迭代加密部分比例：50%。3.7檢驗所有設(shè)置是否正確并求解先單擊小對溝，后單擊小感嘆號，開始求解。4電磁模型計算及仿真結(jié)果后處理分析4.1電場強度分布全選中模型，右鍵選擇FieldsEMag_E在此獲得電場強度分布圖E1=240.45 與ansoft仿真得到的曲線基本符合獲得電場圖場量的大小隨著半徑變化曲線的繪制；繪制變化曲線需要引入一條輔助線，單擊菜單欄的 Drawline由圓心向外畫一條輔助線，圖中黑色的直線。單擊菜單欄 Maxwell 3DResultsCreate Fields ResultRectangular Plot(2-MwmI-WFtail-SDLW

12、 FyuII NbmUDOiiiL MT Ffai iqB* fia Edit Mim- hrgtd Mn心 Mrawl 3D Todi Virdw HiD=卻葺.sildmE1 此心 0*1+9 Ehdi UJUitft FiwSnW BiaJi IjimAiva|f Aadiic京 GfKIMCniE四 kiZ la-S 15 fI*l LKi*t匕 IThU Ilwl E ferfi m h ii. | + Tr-cji-: rikhVh-iA-:單擊Ceometry的小箭頭后選擇Polylinel沿半徑計算，然后在quantity中選擇Mag E產(chǎn)生電場強度曲線，最后單擊New Rep

13、ort即生成電場隨半徑的變化曲線。4.2電通密度分布全選中模型，右鍵選擇FieldsDMag_D在此獲得電通密度分布圖D=7.23*10-9 與ansoft仿真得到的曲線基本符合Io地旭m /叮-|T| / I 3tv |國源和f。|Hi ipNew ReportCalouktor Ex|Category: Qutput Viai日blesTrace F：=unilies F：=unili asfcalculatorComolex Ex T Th 嘰4.3電位分布全選中模型右鍵選擇FieldsVoltage在此獲得電位分布圖與ansoft仿真得到的曲線基本符合4.4電能量的計算單擊菜單欄 Ma

14、xwellFieldsCaometry點擊Quantity選擇EnergyGeomtry選擇一All0bjects點擊積分符號 點擊Eval。Quantil Geometry.Conslanf +Numtei.Functbn.Read.TangentNormalFu;k IP中| =ILF I =!Dn I ZwchGecm Gettings.Unit Vec-RdNL LheP Surface* VolunneL Coord如下圖計算結(jié)果為:由解析法算的電場能量W=1.139*10-5J/m與ansoft仿真得到的曲線基本符合5設(shè)計總結(jié)和體會作為一名電子信息工程專業(yè)的學生，我覺得本次電磁課程

15、設(shè)計是十分有意義的。 在自己不斷的努力下，經(jīng)過自主學習完成本次課程設(shè)計。從中我們學習到了很多 東西，像如何應用Maxwell軟件仿真，對實際問題進行分析。我們在設(shè)計過程中， 經(jīng)過不斷的更改與設(shè)計，努力做到完美，完善，讓自己做的課題接近于期望的結(jié) 果，但是還是會有一些不足，但是這些并不能影響整體的效果。這也是我們學習 中自主學習的表現(xiàn)，也是鍛煉我們自主思考能力的方法。經(jīng)過本次課程設(shè)計，我 們每個人都會受益匪淺，也會在今后的學習和生活中收獲更多。6參考文獻：參考文獻：Ansoft 12在工程電磁場中的應用趙博張洪亮等編著Ansoft工程電磁場有限元分析劉國強等編著電介質(zhì)電容率及其應用張白珊編著Ansoft HFSS入門教程與仿真實例馮奎勝