
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1、 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名陳文鈴班級(jí)學(xué)號(hào)1403030307專 業(yè)電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目平板電容器電場(chǎng)仿真計(jì)算-2D仿真器 評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字:成績(jī)?nèi)掌?2016 年7 月5 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名陳文鈴班級(jí)學(xué)號(hào) 1403030307課程設(shè)計(jì)題目 平板電容器電場(chǎng)仿真計(jì)算-2D仿真器實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):任務(wù):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
2、極板兩側(cè)邊采用圓弧過渡;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);板件電壓差為220V用Ansoft Maxwell軟件計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度,并畫出電壓分布圖,計(jì)算出單位長(zhǎng)度電容,和電場(chǎng)能量要求: 1、利用電磁場(chǎng)仿真軟件maxwell 完成典型電磁產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì);2、完成幾何建模、材料選擇、邊界條件設(shè)置、加載激勵(lì)及場(chǎng)的求解等;3、在maxwell環(huán)境下進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),并給出最后的場(chǎng)圖及對(duì)應(yīng)的參數(shù);工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:電磁場(chǎng)與電磁波課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排在教學(xué)第14周、第15周內(nèi)完成,按上述題目要求完成查閱資料、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行等工作。時(shí)間安排如下:1、 查閱資料、與初步設(shè)計(jì);1-2天2、 整體功能設(shè)計(jì)
3、、代碼編碼與初步調(diào)試。1-3天3、 調(diào)試和軟件功能的測(cè)試和驗(yàn)收。1-3天4、 答辯與論文撰寫。1-2天指導(dǎo)教師:詹艷艷,吳迪 2016年6月27日專業(yè)負(fù)責(zé)人:2016年6月27日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng): 2016年6月27日目 錄 一、題目概述31. 設(shè)計(jì)作用.42. 設(shè)計(jì)原理.53. Maxwell軟件環(huán)境.54. 設(shè)計(jì)內(nèi)容.6二、功能分析61. 要求.62、要求中需要用到的知識(shí)點(diǎn)是什么(包括電磁場(chǎng)分析所用的公式).63.需要解決的問題.74.設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn).75.設(shè)計(jì)難點(diǎn).7三、設(shè)計(jì)與仿真81.參數(shù)的設(shè)置與改變.82.電磁模型的建立.8四、運(yùn)行與測(cè)試141. 參數(shù)調(diào)整圖.142. 系統(tǒng)仿真運(yùn)行
4、圖.14五.總結(jié)17六.參考文獻(xiàn)18一、題目概述1.設(shè)計(jì)作用 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。書中的大量例題強(qiáng)調(diào)了基本概念并說明分析和解決典型問題的方法;每章末的思考題用于測(cè)驗(yàn)學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容的記憶和
5、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題的能力。2.設(shè)計(jì)原理平行板電容器是一種理想模型,在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)-電介質(zhì)(空氣也是一種電介質(zhì)),就組成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容器,叫做平行板電容器。平行電容器是由兩塊彼此平行放置的金屬板所構(gòu)成的。平行板電容器是最簡(jiǎn)單的,也是最基本的電容器,幾乎所有電容器都是平行板電容器的變形。理論分析表明,當(dāng)平行板電容器的兩極板間充滿同一種介質(zhì)時(shí),電容C與極板的正對(duì)面積S、極板距離d的關(guān)系為若平行板電容器的兩極板間是真空時(shí),則公式中沒有相對(duì)介電常數(shù)(relative dielect
6、ric constant ),由公式可知,電容C與、S成正比(即、S越大,C越大);與d成反比d越大,C越小)。若兩極板間為勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度記作E, 則有:1. U =Ed2. Q= UC (其中Q為電容器所帶電荷量,U為兩極板間電壓)3 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)辇嫶蟮木仃嚽蠼猓褂妙I(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
7、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,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
8、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 .4.設(shè)計(jì)內(nèi)容平板電容器電場(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
9、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);板件電壓差為220V用Ansoft Maxwell軟件計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度,并畫出電壓分布圖,計(jì)算出單位長(zhǎng)度電容,和電場(chǎng)能量二、功能分析 1.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 仿真簡(jiǎn)單的電場(chǎng)以及磁場(chǎng)分布,畫出電場(chǎng)矢量E線圖,磁感應(yīng)搶的B線圖,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,總結(jié)。將所
10、做步驟詳細(xì)寫出,并配有相應(yīng)圖片說明。2、要求中需要用到的知識(shí)點(diǎn)是什么(包括電磁場(chǎng)分析所用的公式)3.需要解決的問題(1)定電壓?jiǎn)栴}:平行板電容器充電后,繼續(xù)與電源的兩極相連,因此兩極板間的電壓不變,當(dāng)電容器的d、S、變化時(shí),將引起電容器的C、Q、E的變化。(U不變) (2)定電量問題:平行板電容器充電后,切斷與電源的連接,因此電容器帶電荷量Q不變,當(dāng)電容器的d、S、變化時(shí),將引起電容器的C、U、E變化。(Q不變) 4、 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)有哪些 1) Ansoft Maxwell的使用問題 2) 如何改變極板電壓差的數(shù)值。 5、設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)到的難點(diǎn)如何解決(主要針對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo),如何改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù))
11、學(xué)習(xí)使用Ansoft Maxwel軟件,查找書籍文獻(xiàn)三、設(shè)計(jì)與仿真1、參數(shù)的設(shè)置與改變 極板電壓差參數(shù)的設(shè)置與改變,極板電壓差為220V2、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,將其合并成一個(gè)整體。 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 3.2 極板的移動(dòng)鏡像設(shè)置Edit-Duplicate-Mirror 3.3 雙層極板的建立設(shè)置極板材料 3.4 設(shè)置材料設(shè)置極板電壓,右鍵極板 Assign-Excitation-Voltage輸入上
12、極板電壓220V,下極板電壓0V 3.5 設(shè)置極板電壓 3.6 設(shè)邊界條件輸入計(jì)算的步長(zhǎng)以及誤差精度 3.7 求解選項(xiàng)對(duì)話框 3.8 模型建立完成 3.9驗(yàn)證對(duì)話框 3.10 觀察求解進(jìn)度四、運(yùn)行與測(cè)試1、設(shè)置參數(shù),參數(shù)調(diào)整圖如圖極板電壓參數(shù)的設(shè)置 2、系統(tǒng)仿真運(yùn)行圖 4.1選擇分析類型 4.2 電場(chǎng)強(qiáng)度云圖 4.3Maxwell2DDesignl-Voltage 4.4 電磁線分布 4.5 4.6 電場(chǎng)強(qiáng)度 4.7 電場(chǎng)能量 4.8 電場(chǎng)能量計(jì)算五、總結(jié)針對(duì)此次課程設(shè)計(jì),做了什么題目,學(xué)習(xí)了設(shè)置什么參數(shù),解決了哪些問題,通過課程設(shè)計(jì)查閱學(xué)習(xí)了哪些資料,有哪些收獲,在課程設(shè)計(jì)中有哪些難點(diǎn),如何解決,存在哪些不足等。 本次課設(shè)做了平行板電容器的仿真,學(xué)習(xí)了設(shè)置板間電壓差參數(shù),查閱了大量的關(guān)于電磁波與電磁場(chǎng)的書籍。 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年大膽語(yǔ)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)語(yǔ)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。在赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在
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