同轴电缆的电场3D仿真

同轴电缆的电场3D仿真

目录

1.课程设计的目的与作用 (1)

1.1设计目的 (1)

2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 (1)

2.1设计任务 (1)

2.2 Maxwell软件环境 (2)

3.电磁模型的建立 (2)

3.1建模并设计模型属性 (2)

3.2选择求解器类型 (2)

3.3建立内心圆柱模型 (3)

3.4设置材料属性 (5)

3.5设定激励源 (5)

3.6设置计算参数 (6)

3.7检验所有设置是否正确并求解 (8)

4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 (8)

4.1电场强度分布 (8)

4.2电通密度分布 (10)

4.3电位分布 (11)

4.4电能量的计算 (12)

5.设计总结和体会 (14)

6.参考文献 (14)

1.课程设计的目的与作用

1.1设计目的：

本次课设是同轴电缆的电场仿真，通过设计与仿真验证理论的真实性，以便使我们更好的理解实体的理论，才能更好的深度学习电磁场的知识。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。

1.2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.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍

2.1设计任务：同轴电缆的电场仿真

如图2所示，同轴电缆模型。内导体半径为20mm，外导体半径为160mm,外导体厚度为20mm。内导体和外导体均用银（silver），内外导体间填充树脂玻璃（Plexiglass）(3.40,0.0051)。

（1）内导体电势为380V，外导体电势为0。

2.2Maxwell软件环境：

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。

3.电磁模型的建立

3.1、建模并设置模型属性

1、打开Ansoft Maxwell，单击project，选择Insert Maxwell 3D Design

建立一个3D模型。

3.2选择求解器类型：选择电场—静电场（Maxwell 3D > Solution Type>Electrostatic）。

3.3建立内心圆柱模型：Draw—Cylinder 在Z处输入Z轴起点坐标-1000。

在Y出输入圆柱半径20。

在Z处输入圆柱高度2000。

调整圆柱视角改为Z轴俯视。

单机选中 cylinder—ctrl+c—ctrl+v 复制5个圆柱。

双击cylinder2树图下的 cratecylinder ，将半径改为160。

按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder2 ,Cylinder1 两个圆柱。在选中任意一个图标上单击右键>Edit>Booean>subteact

同理分别双击Cylinder4,Cylinder5树图下的createcylinder,并分别设置半径160，180。

再按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder5,Cylinder4 两个圆柱。在选中任意一个图标上单击右键>Edit>Booean>subteact ，如上。

3.4.设置材料属性

双击Cylinder3。

单击Edit后可以修改介质属性，属性为银（silver），将名称修改为“0”表示最内层。

同理双击Cylinder2,修改其介质属性为树脂玻璃（Plexiglass），将名称修改为“1”表示中间层。双击Cylinder5,修改其介质属性为为银（silver），将名称修改为“2”表示最外层。

3.5设定激励源

在圆柱0上单击鼠标右键>assign excitation>voltage,将最内层电压设置为380V。同理将最外层圆柱2的电压设置为0V。

3.6设置计算参数

计算电容值：Maxwell 3D——Parameters——Assign ——Matrix。

设置求解器收敛判据：Maxwell 3D——Analysis Setup ——Add Solution Setup

设置最大迭代次数10次，设置误差小于：5%。

设置每次迭代加密部分比例：50%。

3.7检验所有设置是否正确并求解

先单击小对沟，后单击小感叹号，开始求解。

4电磁模型计算及仿真结果后处理分析

4.1电场强度分布

全选中模型，右键选择Fields》E》Mag_E在此获得电场强度分布图E1=240.45与ansoft仿真得到的曲线基本符合

获得电场图

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，图中黑色的直线。

单击菜单栏Maxwell 3D>Results>Create Fields Result>Rectangular Plot

单击Ceometry的小箭头后选择Polylinel沿半径计算，然后在quantity中选择Mag E 产生电场强度曲线，最后单击New Report 即生成电场随半径的变化曲线。

4.2电通密度分布

全选中模型，右键选择Fields》D》Mag_D在此获得电通密度分布图 D=7.23*10-9与ansoft仿真得到的曲线基本符合

4.3电位分布

全选中模型右键选择Fields》Voltage在此获得电位分布图1=1220.32-240.4ln