平板電容器電場(chǎng)仿真計(jì)算

1、目錄1. 課程設(shè)計(jì)的目的與作用.1 1.1 設(shè)計(jì)目的.1 1.2 設(shè)計(jì)作用.12.設(shè)計(jì)任務(wù)和所應(yīng)用的maxwell 環(huán)境.2 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù).2 2.2 maxwell環(huán)境.23. 電磁模型的建立.34. 電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果.95. 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì).136. 參看文獻(xiàn).13 正文1. 設(shè)計(jì)目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們的日常生活水平不斷的提高，人們?cè)诔浞窒碛矛F(xiàn)代生活方便，舒適的同時(shí)也越來(lái)越離不開(kāi)電子產(chǎn)品了。對(duì)電子產(chǎn)品本身來(lái)說(shuō)，只要通電，就存在電磁之類干擾的問(wèn)題，而電子產(chǎn)品對(duì)外界來(lái)說(shuō)又存在著電磁輻射等問(wèn)題，如何解決這類問(wèn)題，趨利避害，更好地讓電子產(chǎn)品為我們的服務(wù)器

2、真是我們需要做的工作。電磁場(chǎng)與電磁波課程理論抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算繁雜，將Maxwell軟件引入教學(xué)中，通過(guò)對(duì)典型電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場(chǎng)的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量。電磁場(chǎng)與電磁波課程理論抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算繁雜，將Maxwell軟件引入教學(xué)中，通過(guò)對(duì)典型電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場(chǎng)的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量。總體要求：熟練使用Ansoft Maxwell 仿真軟件，對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)進(jìn)行分析，了解所做題目的原理。利用Ansoft Maxwell軟件仿真簡(jiǎn)單的電場(chǎng)以及磁場(chǎng)分布，畫(huà)出電場(chǎng)矢量E線圖

3、、磁感應(yīng)強(qiáng)度B線圖，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)。將所做步驟詳細(xì)寫(xiě)出，并配有相應(yīng)圖片說(shuō)明。1.2 設(shè)計(jì)作用 電磁場(chǎng)與電磁波主要介紹電磁場(chǎng)與電磁波的發(fā)展歷史、基本理論、基本概念、基本方法以及在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，內(nèi)容包括電磁場(chǎng)與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場(chǎng)與恒流電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的邊值問(wèn)題、靜磁場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)和麥克斯韋方程組、準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、平面電磁波的傳播、導(dǎo)行電磁波以及諧振器原理等。全書(shū)沿著電磁場(chǎng)與電磁波理論和實(shí)踐發(fā)展的歷史脈絡(luò)，將歷史發(fā)展的趣味性與理論敘述和推導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)介紹了電磁場(chǎng)與電磁波在日常生活、經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。書(shū)中的大量例題強(qiáng)調(diào)了基本概念并說(shuō)明分析和解決典型問(wèn)題的方法；每章末

4、的思考題用于測(cè)驗(yàn)學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容的記憶和理解程度；每章的習(xí)題可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于公式中不同物理量的相互關(guān)系的理解，同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用公式分析和解決問(wèn)題的能力。2.設(shè)計(jì)任務(wù)和所應(yīng)用的maxwell 環(huán)境2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 題目 平板電容器電場(chǎng)仿真計(jì)算-2D仿真器設(shè)極板截面長(zhǎng)為100mm，端部圓弧為 R2.5 的半圓，板間距離為10mm，假設(shè)平行極板相對(duì)板間距離足夠大，即平板電容器之間電場(chǎng)分布可近似為平行平面場(chǎng)，故采用XY平面建模分析；考慮極板的厚度，并為降低極板邊緣效應(yīng)，在極板兩側(cè)邊采用圓弧過(guò)渡；設(shè)極板之間充滿相對(duì)介電常數(shù)2=60的均勻電介質(zhì)；板間電壓差分別為：220V用Ansoft Maxwell軟件計(jì)

5、算電場(chǎng)強(qiáng)度，并畫(huà)出電壓分布圖，計(jì)算出單位長(zhǎng)度電容，和電場(chǎng)能量2.2 Maxwell軟件環(huán)境： Ansoft Maxwell軟件特點(diǎn)：Ansoft Maxwell 是低頻電磁場(chǎng)有限元仿真軟件，在工程電磁領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)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(chǎng)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機(jī)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)、兵器等眾多行業(yè)，為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用作出了巨大的貢獻(xiàn)。Maxwell是主要建立在maxwell方程基礎(chǔ)上的，有限元分析軟件。MAXWELL 2D： 工業(yè)應(yīng)用中的電磁元件，如傳感器，調(diào)節(jié)器，電動(dòng)機(jī)，變壓器

6、，以及其他工業(yè)控制系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都使用得更加廣泛。由于設(shè)計(jì)者對(duì)性能與體積設(shè)計(jì)封裝的希望，因而先進(jìn)而便于使用的數(shù)字場(chǎng)仿真技術(shù)的需求也顯著的增長(zhǎng)。在工程人員所關(guān)心的實(shí)用性及數(shù)字化功能方面，Maxwell 的產(chǎn)品遙遙領(lǐng)先其他的一流公司。Maxwell 2D 包括交流/ 直流磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)以及瞬態(tài)電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)分析，參數(shù)化分極；以及優(yōu)化功能。此外，Maxwel2D 還可產(chǎn)生高精度的等效電路模型以供A n s o f t 的SIMPLORER模塊和其它電路分析工具調(diào)用。 MAXWELL 3D： 向?qū)降挠脩艚缑?、精度?qū)動(dòng)的自適應(yīng)剖分技術(shù)和強(qiáng)大的后處理器時(shí)的Maxwell 3D成為業(yè)界最佳的高性能三維電

7、磁設(shè)計(jì)軟件?？梢苑治鰷u流、位移電流、 集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)具有不可忽視作用的系統(tǒng)，得到電機(jī)、母線、變壓器、線圈等電磁部件的整體特性。功率損耗、線圈損耗、某一頻率下的阻抗（R和L）、力、轉(zhuǎn)矩、電感、儲(chǔ)能等參數(shù)可以自動(dòng)計(jì)算。同時(shí)也可以給出整個(gè)相位的磁力線、B和H分布圖、能量密度、溫度分布等圖形結(jié)果3.電磁模型的建立建立上極板 首先建立長(zhǎng)為100毫米 寬為5毫米的長(zhǎng)方形極板 在建立兩個(gè)半徑為2.5的圓。利用Modeler-Boolean-Unite指令 將其合并一個(gè)整體。圖3.1 單一極板的建立進(jìn)行極板的移動(dòng) 利用Edit-Arrange-Move指令 圖3.2 極板的移動(dòng)鏡像設(shè)置 Edit-Dupl

8、icate-Mirror圖3.3 雙層極板的建立設(shè)置極板材料 圖3.4 設(shè)置材料設(shè)置極板電壓 右鍵極板 Assign-Excitation-Voltage 輸入上極板電壓220v 下極板電壓0v 圖3.5 設(shè)置極板電壓圖3.6 設(shè)邊界條件輸入計(jì)算的步長(zhǎng)以及誤差精度圖3.7 求解選項(xiàng)對(duì)話框圖3.8 模型建立完成圖3.9 驗(yàn)證對(duì)話框圖3.10 觀察求解進(jìn)度4. 電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果圖3.11 選擇分析類型圖4.1 電場(chǎng)強(qiáng)度云圖圖4.2 Maxwell2DDesign1-Voltage圖4.3 電場(chǎng)線分布圖4.4圖4.5 電場(chǎng)強(qiáng)度圖4.6 電場(chǎng)能量圖4.7 電場(chǎng)能量計(jì)算 電場(chǎng)能量w=(1

9、/2E·E)V (J) 電容5. 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)  麥克斯韋根據(jù)大量的、嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提出了電磁場(chǎng)理論，在1868年大膽預(yù)言了電磁波的存在。并預(yù)言了“光就是電磁波”。被稱為十九世紀(jì)最偉大的科學(xué)預(yù)言。  但是，麥克斯韋的預(yù)言是在二十年后，即1888年由赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，此時(shí)，麥克斯韋已經(jīng)去世了九年，沒(méi)能看到自己的預(yù)言被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 1879年，麥克斯韋去世時(shí)，只有49歲，而1894年，赫茲去世時(shí)只有37歲。但他們都對(duì)電磁學(xué)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。1873年，麥克斯韋完成巨著電磁學(xué)通論，這是一部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理相媲美的書(shū)，具有劃時(shí)代的意義。