平板電容器電場仿真計算

1、目錄1. 課程設(shè)計的目的與作用.1 1.1 設(shè)計目的.1 1.2 設(shè)計作用.12.設(shè)計任務和所應用的maxwell 環(huán)境.2 2.1 設(shè)計任務.2 2.2 maxwell環(huán)境.23. 電磁模型的建立.34. 電磁模型計算及仿真結(jié)果.95. 設(shè)計總結(jié)和體會.136. 參看文獻.13正文1. 設(shè)計目的與作用1.1設(shè)計目的隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們的日常生活水平不斷的提高，人們在充分享用現(xiàn)代生活方便，舒適的同時也越來越離不開電子產(chǎn)品了。對電子產(chǎn)品本身來說，只要通電，就存在電磁之類干擾的問題，而電子產(chǎn)品對外界來說又存在著電磁輻射等問題，如何解決這類問題，趨利避害，更好地讓電子產(chǎn)品為我們的服務器真

2、是我們需要做的工作。電磁場與電磁波課程理論抽象、數(shù)學計算繁雜，將Maxwell軟件引入教學中，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。電磁場與電磁波課程理論抽象、數(shù)學計算繁雜，將Maxwell軟件引入教學中，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。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、

3、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。1.2 設(shè)計作用 電磁場與電磁波主要介紹電磁場與電磁波的發(fā)展歷史、基本理論、基本概念、基本方法以及在現(xiàn)實生活中的應用，內(nèi)容包括電磁場與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場與恒流電場、電磁場的邊值問題、靜磁場、時變場和麥克斯韋方程組、準靜態(tài)場、平面電磁波的傳播、導行電磁波以及諧振器原理等。全書沿著電磁場與電磁波理論和實踐發(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有機結(jié)合，同時介紹了電磁場與電磁波在日常生活、經(jīng)濟社會以及科學研究中的廣泛應用。書中的大量例題強調(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

4、思考題用于測驗學生對本章內(nèi)容的記憶和理解程度；每章的習題可增強學生對于公式中不同物理量的相互關(guān)系的理解，同時也可培養(yǎng)學生應用公式分析和解決問題的能力。2.設(shè)計任務和所應用的maxwell 環(huán)境2.1設(shè)計任務 題目 平板電容器電場仿真計算-2D仿真器設(shè)極板截面長為100mm，端部圓弧為 R2.5 的半圓，板間距離為10mm，假設(shè)平行極板相對板間距離足夠大，即平板電容器之間電場分布可近似為平行平面場，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，在極板兩側(cè)邊采用圓弧過渡；設(shè)極板之間充滿相對介電常數(shù)2=60的均勻電介質(zhì)；板間電壓差分別為：220V用Ansoft Maxwell軟件計算

5、電場強度，并畫出電壓分布圖，計算出單位長度電容，和電場能量2.2 Maxwell軟件環(huán)境： Ansoft Maxwell軟件特點：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)辇嫶蟮木仃嚽蠼猓褂妙I(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。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)應用中的電磁元件，如傳感器，調(diào)節(jié)器，電動機，變壓器，

6、以及其他工業(yè)控制系統(tǒng)比以往任何時候都使用得更加廣泛。由于設(shè)計者對性能與體積設(shè)計封裝的希望，因而先進而便于使用的數(shù)字場仿真技術(shù)的需求也顯著的增長。在工程人員所關(guān)心的實用性及數(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、靜電場以及瞬態(tài)電磁場、溫度場分析，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)動的自適應剖分技術(shù)和強大的后處理器時的Maxwell 3D成為業(yè)界最佳的高性能三維電磁設(shè)

7、計軟件?？梢苑治鰷u流、位移電流、 集膚效應和鄰近效應具有不可忽視作用的系統(tǒng)，得到電機、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、儲能等參數(shù)可以自動計算。同時也可以給出整個相位的磁力線、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 首先建立長為100毫米 寬為5毫米的長方形極板 在建立兩個半徑為2.5的圓。利用Modeler-Boolean-Unite指令 將其合并一個整體。圖3.1 單一極板的建立進行極板的移動 利用Edit-Arrange-Move指令 圖3.2 極板的移動鏡像設(shè)置 Edit-Duplic

8、ate-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)邊界條件輸入計算的步長以及誤差精度圖3.7 求解選項對話框圖3.8 模型建立完成圖3.9 驗證對話框圖3.10 觀察求解進度4. 電磁模型計算及仿真結(jié)果圖3.11 選擇分析類型圖4.1 電場強度云圖圖4.2 Maxwell2DDesign1-Voltage圖4.3 電場線分布圖4.4圖4.5 電場強度圖4.6 電場能量圖4.7 電場能量計算電場能量w=(1/2E·

9、;E)V (J) 電容5. 設(shè)計總結(jié)和體會  麥克斯韋根據(jù)大量的、嚴密的數(shù)學推導，提出了電磁場理論，在1868年大膽預言了電磁波的存在。并預言了“光就是電磁波”。被稱為十九世紀最偉大的科學預言。  但是，麥克斯韋的預言是在二十年后，即1888年由赫茲的實驗證實了電磁波的存在，此時，麥克斯韋已經(jīng)去世了九年，沒能看到自己的預言被實驗所證實。 1879年，麥克斯韋去世時，只有49歲，而1894年，赫茲去世時只有37歲。但他們都對電磁學發(fā)展做出了重大貢獻。1873年，麥克斯韋完成巨著電磁學通論，這是一部可以同牛頓的自然哲學的數(shù)學原理相媲美的書，具有劃時代的意義。