电磁场与电磁波课程设计Word文件下载.doc
《电磁场与电磁波课程设计Word文件下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场与电磁波课程设计Word文件下载.doc（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
信息科学与工程学院
专业
1403030106
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；
设极板之间充满相对介电常数ε2=6ε0的均匀电介质；
板件电压差为2500V
用AnsoftMaxwell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：
4、答辩验收与论文撰写：
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ε（relativedielectricconstant），由公式可知，电容C与ε、S成正比（即ε、S越大，C越大）;
与d成反比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=Ed
2.
Q=UC
（其中Q为电容器所带电荷量，U为两极板间电压）
3Maxwell软件环境：
AnsoftMaxwell软件特点：
AnsoftMaxwell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。
MAXWELL2D：
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。
Maxwell2D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Ansoft的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。
MAXWELL3D：
向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器时的Maxwell3D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
板件电压差为220V
二、功能分析
1.要求
熟练使用AnsoftMaxwell仿真软件，对电场，磁场进行分析，了解所做题目的原理。
利用AnsoftMaxwell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、ε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、ε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）AnsoftMaxwell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AnsoftMaxwel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220V
2、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2500V，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。
本次课设增强了我对公式的中不同物理量的相互关系的理解，同时也培养了我应用公式分析和解决问题的能力。
六．参考文献
[1]《Ansoft12在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编中国水利水电出版社。
2010
[2]《Ansoft工程电磁场有限元分析》刘国强等编著，电子工业出版社，2005
[3].《电磁场与电磁波》苏东林陈爱新谢树果等编著，高等教育出版社
[4].《工程电磁场》许丽萍等编著，人民邮电出版社
[5].《电磁场理论基础》陈重崔正勤编著，北京理工大学出版社
升级会员 