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1、一、 题目概述1.1 内容1.1.1 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1.1.2 设计作用电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的开展历史、根本理论、根本概念、根本方法以与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、导行电磁波以与谐振器原理等。全书沿着电磁场与电磁波理论和实践开展的历史脉络，将历史开展的趣味性与理论
2、表示和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以与科学研究中的广泛应用。书中的大量例题强调了根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。1.1.3 设计任务与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(,)。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，并计算单位长电容。1
3、.2 所用Maxwell软件环境介绍1.2.1 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，使用领域遍与电器、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.二、 功能分析2.1 电磁场公式分析设导线外表单位长度带电+，-，如此两线间任意点P的场强： E= 式2.1 U= 式2.2 单位长度电容： 式2.32.2 设计指标两长直导线相距400mm，导线半径20
4、mm，其材料属性是铁，场域中介质是空气(,)。其中：一支导线电势为1000V，另一支导线电势为-500V。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的变化趋势。三、 设计与仿真3.1 总体设计 Project Insert Maxwell 2D Design FileSave aswds工程命名为“wds选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic创建左导线DrawCircle 左导线起点：X,
5、Y,Z=0, 0,0坐标偏置：dX,dY,dY=20,20,0， 创建右导线Draw Circle 右导线起点：X,Y，Z=400, 0,0Assign Material 铁iron创建场域中介质DrawRectangle 场域起点：X,Y,Z=400, 100,0Assign Material 空气air(,3.2 参数的设置与改变 选中左导线 Maxwell 2D Excitations Assign Voltage 1000V选中右导线Maxwell 2D Excitations Assign Voltage -500V四、 设计与仿真4.1 参数的设置设置计算参数： Maxwell 2
6、D Parameters Assign Matrix Voltage1, Voltage24.1.2 设置自适应计算参数：Maxwell 2D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes 10误差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass 30%4.2 检查并运行Maxwell 2D 4.3 软件仿真结果4.3.1 Voltage，E，D与Energy的分布 检查完毕后，Maxwell 2D Fields Fields,分别选择Voltage,E,
7、D,还 有Other Energy.4.3.2 双导线中心连线的电场分析Maxwell 2D Results Create Fields Report Rectangular Plot , Geometry Polyine 1,再分别选择Voltage,E,D,Energy。 由上面电压变化曲线图4.7可知：从左边导线中心到28mm时候，电压保持在1000V，没有发生改变；从372mm处到400mm之间，电压保持在-500V不变;而在28mm到372mm之间，电压随距离的变化呈线性递减。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
8、28mm之间，以上三值均为0；从372mm处到400mm之间，以上三值也均为0；而从28mm到372mm之间，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。4.3.3 计算单位长电容 Maxwell 2D Fields Calcalator,Input Quantity Energy,Geoemtry AllOblects, Scalar 的积分号，Output 由图可知，能量为0.00006429J，计算出电容值为 C=5.7055pF。五、设计总结和体会通过这次课程设计，使我对电磁场电磁波这门课又重新的认识，其并不仅仅是书本上的死知识，而是与生活严密相连，就好比一个简
9、单地平行直导线，电压，电位移分布并不仅仅是看上去那么简单。 经过这次课程设计后，使我懂得：理论与实际相结合的重要性，只有这样，才能使得我们更好的掌握和运用所学的知识，从而提高学习兴趣。六、参考文献： 1 苏东林，陈爱新，谢树果.电磁场与电磁波.：高等教育，2009 2 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波M.4版.：高等教育，2006 目 录 一、题目概述1内容.1设计目的1设计作用1设计任务与要求1所用Maxwell软件环境介绍.2Maxwell软件环境.2二、功能分析2电磁场公式分析2设计指标.3三、设计与仿真.3总体设计.3参数的设置与改变.7四、运行与测试8参数设置.8检查并运行10软件仿真结果.11 4.3.1Voltage，E，D与Energy的分布.11五、设计总结和体会15六、参考文献15
