1课程设计的目的与作用11.1设计目的11.2设计作用12. 设计任务和所应用的maxwell环境 22.1设计任务22.2 maxwell 环境 23. 电磁模型的建立34. 电磁模型计算及仿真结果 95. 设计总结和体会136. 参看文献13正文1设计目的与作用1.1设计目的随着经济的发展和社会的进步，人们的日常生活水平不断的提高，人们在充 分享用现代生活方便，舒适的同时也越来越离不开电子产品了。对电子产品本身 来说，只要通电，就存在电磁之类干扰的问题，而电子产品对外界来说又存在着 电磁辐射等问题，如何解决这类问题，趋利避害，更好地让电子产品为我们的服 务器真是我们需要做的工作。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。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。总体要求： 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Ansoft Maxwell软件仿真简单的电场以及磁场分布，画出电场矢量 E线图、磁感应强度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。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设计任务和所应用的maxwell环境2.1设计任务题目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 2=6。的均匀电介质； 板间电压差分别为：220V2用Ansoft Maxwell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2.2 Maxwell软件环境：Ansoft Maxwell软件特点：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。MAXWELL 2D：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着的增长。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。Maxwell 2D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A n s o f t的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。MAXWELL 3D：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3.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 将其合并一个整体。图3.1单一极板的建立进行极板的移动 利用Edit-Arrange-Move指令An soft Maxwell - Projects - Maxwell2DDesignl - 3D Modeler - Project? - Maxwell2DDesignl - Modelerj File Edit View Project Draw Modeler Maxwell 2D Tools Window Help1 O祐电塾|曇国呆j 阐皤 j 号vacuum二J |Model二J j 和半1 H Ji n | 辎 4古：巒5 5節巒Project Manager亠 ：j ect9*MaxwellZDDesignl (Ma；Definitions曰. Sheets口“9 vacuurrCirco “口 fefB iAttribute I Cammaiul |PropertiesFroject J3匕 CoordinahS - PlanesE Lists D*D I裁 0)0:522013/7/7图3.2极板的移动镜像设置 Edi t-Duplica te-Mirror图3.3双层极板的建立设置极板材料图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220v下极板电压0v图3.5设置极板电压图3.6设边界条件输入计算的步长以及误差精度图3.7求解选项对话框图3.8模型建立完成图3.9验证对话框图3.10观察求解进度4.电磁模型计算及仿真结果图3.11选择分析类型图4.1电场强度云图图4.2 Maxwell2DDesign1-Voltage图4.3电场线分布图4.4图4.5电场强度图4.6电场能量图4.7电场能量计算电场能量w=(l/2*E E)V (J)电容C - 6 S/4兀kd - 6*100*10-3*5*10一3/10* 10-3 -26.59036兀5. 设计总结和体会？麦克斯韦根据大量的、严密的数学推导，提出了电磁场理论，在1868年大胆 预言了电磁波的存在。并预言了“光就是电磁波”被称为十九世纪最伟大的科 学预言。？但是，麦克斯韦的预言是在二十年后，即1888年由赫兹的实验证实了电磁波 的存在，此时，麦克斯韦已经去世了九年，没能看到自己的预言被实验所证实。？ 1879年，麦克斯韦去世时，只有49岁，而1894年，赫兹去世时只有37岁。但他们 都对电磁学发展做出了重大贡献。1873年，麦克斯韦完成巨着电磁学通论， 这是一部可以同牛顿的自然哲学的数学原理相媲美的书，具有划时代的意义。？在赫兹实验证实了电磁波的存在后，各种无线电通讯象雨后春笋般迅猛发展 起来，以至于今天，我们象生活在“电磁波的海洋”里，电磁波已经成为我们生 活中不可或缺的一部分了6. 参考文献Ansoft 12在工程电磁场中的应用赵博 张洪亮 等编着Ansoft工程电磁场有限元分析刘国强 等编着