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同轴电缆电场的仿真---2D仿真器

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同轴电缆电场的仿真---2D仿真器

同轴电缆电场的仿真同轴电缆电场的仿真- -2D2D 仿真器同轴电缆电仿真器同轴电缆电 场的仿真场的仿真- -2D2D 仿真器仿真器 目录 同轴电缆电场的仿真-2D 仿真器同轴电缆电场的仿真---2D 仿真器. 1 1.题目概述 2 1.1 题目同轴电缆电场的仿真---2D 仿真器.2 1。2 设计目的 2 1。3 设计作用 .2 1.4 Maxwell 软件环境.3 2.设计与仿真. 3 2.1 绘制过程与参数设置 4 2。2 仿真过程8 2。2。1 电位,电场强度,电位移分布8 2.2.2 计算电容15 2.2.3 计算电场能量17 3.计算结果处理分析 18 4。 设计总结和体会. 19 5.参考文献 19 1 1. 1.题目概述题目概述 1。1 题目同轴电缆电场的仿真题目同轴电缆电场的仿真--2D--2D仿真器仿真器 同轴电缆描述单心电缆有两层绝缘体,分界面为同轴圆柱面.已知 R 110mm, R 220mm,R330mm,R431mm, 内导体为 copper, 外导体为 lead, 中间的介质 ε1=5ε0, ε 2 =3ε 0, ,内导体外导体的电位分别为内导体 U380V,外导体为380V。 求 1 用解析法计算电位, 电场强度,电位移随半径的变化,计算单位长度电容和电场能量. 2 用 Ansoft Maxwell 软件计算上述物理量随半径的变化曲线,并画出电压分布图,计 算出单位长度电容,和电场能量 图 1。1 同轴电缆 1。2 设计目的设计目的 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。 1。3 设计作用设计作用 总体要求熟练使用Ansoft Maxwell 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。 2 1。4 Maxwell 软件环境软件环境 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. 2 2.设计与仿真.设计与仿真 3 图 2.1 建立 2D 设计界面 2。1 绘制过程与参数设置绘制过程与参数设置 1. 分别作出半径 R110mm,R220mm,R330mm,R431mm 的四个圆。 过程利用 DERW CYCLE 通过确定两点来画圆,如图 2。2。 4 图 2.2 利用 DERW CYCLE 功能画圆 最后得到一组同心圆,如图 2.3. 图 2。3 所得同心圆 5 2。利用布尔运算进行相减(subtract)得到介质层、外导体壳及内导体。 从外层至内层选择相邻的两个圆(可以按住 ctrl 后用鼠标点击两个待选定的圆)。 利用布尔运算里的切除(subtract)选项得到圆环,如图 2.4。 图 2。4 圆环的切割 3。进行材料填充。内外导体利用已有材料进行填充。中间两层介质利用“添加材料 (ADD”功能自行设定材料属性,如下图 2.5. 内导体、外导体分别设为已有材料 copper 和 lead 6 图 2。5 材料填充 中间的介质采用自定义材料,需要对相对介电常数进行设定 .第二层,第三层依次 设置 ε 1=5ε0, ε 2=3ε0, 介质,这时需要单击 Add Material 按钮来创建新的介质, Value 的值即为介电常数,输入名称后单击下面的确定按钮即可,如图 2.6. 图 2。6 自定义介电常数 7 4.设定激励 如图 2。7,在圆 1 上单击鼠标右键〉assign excitationvoltage,将最内层的 电压设置 380V,最外层电压380V 图 2.7 设定激励 2.22.2 仿真过程仿真过程 2.22.2。。1 1 电位,电场强度电位,电场强度, ,电位移分布电位移分布 同轴电缆模型建立完后,需要进行如下操作 如图 2.8 进行求解器的设置 8 图 2.8 求解器的设置 对绘制的物体全选(CtrlA后,按图 2.9 进行分析。检验所有设置是否正确并求 解 。单击小对勾, 单击小感叹号,开始求解。 图 2。9 模型分析求解 9 单击选中介质2 后按 ctrla 全选,将四个介质都选中在任意一个介质上单 键FieldsEMag_E, 获得电场分布图如下 图 2.10 分析电场分布 10 场量的大小随着半径变化曲线的绘制;绘制变化曲线需要引入一条辅助线 单击菜单栏的 Draw〉line 由圆心向外画一条辅助线,如图 2。11 中黑色的直线。 图 2。11 绘制辅助线 单击菜单栏 Maxwell 2D〉Results〉Create Fields ResultRectangular Plot 如图 2.12,单击 Geometry 的小箭头后选择 Polyline1 沿半径计算,然后在 quantity 中选择 Mag E 生产电场强度曲线,最后单击 New Report 即可生成电场随半径的变化 曲线.同理一次选择 Mag D、Voltage 可以生成电通密度曲线和电势分布曲线。 图 2。12 11 1.电势随半径变化情况 图 2。13 电势随半径变化 图 2.14 电势分布曲线 12 解析法计算结果 1 1018。7-277。6 ln  , 2 1573-462。6 ln  ,经检验,计 算结果符合 ansoft 得到的曲线。 2.电场强度分布标量 图 2。15 电场强度分布 13 电场强度随半径的变化曲线 图 2。16 电场分布曲线 解析法得到场强计算公式E E 1 1 符合。 3.电位移分布标量) 277.59  ,,E E 2 2 462.65  ,公式与 ansoft 仿真得到的曲线 图 2。17 电位移分布 14 电位移随半径的变化曲线 2.18 电位移变化曲线 2.2.22.2.2 计算电容计算电容 计算电容的过程如下 4 图 图 2.19 15 图 2.20 图 2.21 16 图 2.22 如图 2.22,分析结果为 203。22pF 2.22.2。。3 3 计算电场能量计算电场能量 利用场计算器计算 具体过程如图 2.23打开场计算器Fields Calculator点击数量(Quantity)- 选择 Energy点击几何(Geometry)-选择体积(Volume选择 AllObjectsPlusground点击积分符号点击 图 2。23 利用场计算器计算

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