电磁场与电磁波仿真设计导体中的电流仿真.docx
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电磁场与电磁波仿真设计导体中的电流仿真
成绩评定表
学生姓名
班级学号
专业
电子信息工程
课程设计题目
导体中的电流仿真
评
语
组长签字:
成绩
日期
20年月日
课程设计任务书
学院
信息科学与工程
专业
电子信息工程
学生姓名
班级学号
课程设计题目
电磁场与电磁波仿真设计-----导体中的电流仿真
实践教学要求与任务:
1)利用电磁场仿真软件maxwell完成典型电磁产品仿真设计;
2)完成几何建模、材料选择、边界条件设置、加载激励及场的求解等
3)在maxwell环境下进行仿真设计,并给出最后的场图及对应的参数。
工作计划与进度安排:
第1天:
1.布置课程设计题目及任务。
2.查找文献、资料,确立设计方案。
第2-3天:
1.安装maxwell软件,熟悉maxwell软件仿真环境。
2.在maxwell环境下建立几何模型,学会材料选择、边界条件设置及加载激励。
第4天:
1.在maxwell环境下完成典型电磁产品仿真设计,并给出最后的场图及对应的参数。
第5天:
1.课程设计结果验收。
2.针对课程设计题目进行答辩。
3.完成课程设计报告。
指导教师:
201年月日
专业负责人:
201年月日
学院教学副院长:
201年月日
1.课程设计的目的与作用
1.1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。
1.2设计作用:
使学生熟练使用AnsoftMaxwell仿真软件,学会对电场、磁场进行分析,了解所做题目的原理。
学会利用AnsoftMaxwell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。
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍
2.1设计任务:
导体中,以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场,或恒定电流场(DC conduction)。
利用Maxwell软件实现导体中的电流仿真,得出电流密度图及导体内的电流方向。
2.2Maxwell软件环境:
AnsoftMaxwell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(Model)
建立如图1所示模型
图1
Project > Insert Maxwell 3D Design
File>Save as>Planar Cap(工程命名为“DC Conduction”)
选择求解器类型:
Maxwell > Solution Type> Electric> DC Conduction
创建导体Conductor Draw > Box
起点:
(X,Y,Z)>(1, -0.6, 0)
坐标偏置:
(dX,dY,dZ)>(1, 0.2,0.2) 将六面体重命名为Conductor
Assign Material > Copper(设置材料为铜)
创建另3个并列的导体 Select Conductor
Edit > Duplicate > Along Line(沿线复制)
输入line矢量的第1个点:
(0,0,0)
输入line矢量的第2个点:
(0,0.4,0)
输入复制总数:
4(包括原导体)
创建导体Conductor_4
Draw > Box
起点:
(X,Y,Z)>(0.8, -1, 0)
坐标偏置:
(dX,dY,dZ)>(0.2, 2.2,0.2)
将六面体重命名为Conductor_4
Assign Material > Copper(设置材料为铜)
创建导体Conductor_5
Draw > Box
起点:
(X,Y,Z)>(0.8, -0.4, 0)
坐标偏置:
(dX,dY,dZ)>(-1.2, 0.2,0.2)
将六面体重命名为Conductor_5
Assign Material > Copper(设置材料为铜)
创建导体Conductor_6
Edit > Duplicate > Mirror(镜像复制)
输入对称镜像平面法向量在平面中的第1点坐标:
(0,0,0) 输入对称镜像平面法向量在平面外的第2点坐标:
(0,1,0) 上述设置表示镜像平面为XOZ平面。
将六面体重命名为Conductor_6
创建导体Conductor_7
Draw > Box
起点:
(X,Y,Z)>(-0.4,0.6,0)
坐标偏置:
(dX,dY,dZ)>(-0.4, -1.2,0.2)
将六面体重命名为Conductor_sink
Assign Material > Copper(设置材料为铜)
创建计算区域(Region) Padding Percentage:
10%
完成如图1的模型
3.2设置激励(Assign Excitation)
选择物体右键将体选择改为面选择
3.2.1设置电流注入源
选中如图1所示6个面
Maxwell 3D> Excitations > Assign >Current > 1A
在图2的6个面上产生6个输入电流激励源
图2
3.2.2设置电流汇(Current Sink)
选中Current_sink导体的下列2侧面 ,如图3
Maxwell 3D> Excitations > Assign > Sink
图3
3.设置剖分操作(Assign Mesh Operations)
选中所有物体,Ctrl+A
Maxwell 3D> Mesh operations> Assign> Inside Selection> Length Based
不选Restrict length of elements
选中Restrict the number of elements
输入maximum number of elements:
10000(设置剖分单元的最大数量)
参数如图4
图4
4.设置自适应计算参数(Create Analysis Setup)
Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup
5.Check&Run
图5
6.后处理
绘出导体中的电流流向图
选中所有导体
Maxwell3D>Fields>Fields>J>J_Vector
处理后如图6
图6
4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析
仿真电流方向以及相应的电流密度大小如图7
图7
仿真磁场方向以及相应的磁场大小如图8
图8
5.设计总结和体会
大学的课程设计是为了丰富大学生的知识、提高大学生的文化、科学、技术、道德等各方面的素养水平而开设的课程。
大学是培养人才的摇篮,是我们储备知识的摇篮。
以前,虽然在高中的时候我是学习相关电磁场与电磁波的知识,但是到了大学,时过一年,我对电磁场与电磁波知识已经遗忘的差不多了,因此对于电子仿真与制作的学习只是停留在了基础知识的简单了解上,但这些知识也是很有趣的,为我枯燥的学习增添了一点趣味。
通过这次的课程设计,无论是对于学习电磁场,还是对于自己,都有很大的提高。
不仅了解了导体中的电流是如何流动的。
也学习了仿真的整个过程。
在实验仿真的过程中,有挺多地方都不是很明白,但是通过与同学交流,网上搜索相关内容,查看相关资料,学会了如何使用Maxwell软件。
学习的过程中有困难,仿真的过程中有疑问,但是解决后还是很开心的。
6.参考文献:
1.《Ansoft12在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编著,中国水利水电出版社
2.《Ansoft工程电磁场有限元分析》刘国强等编著,电子工业出版社
3.《AnsoftMaxwell12电机电磁场实例分析》刘慧娟等编著,国防工业出版社
4.《基于Maxwell3D的电磁体的优化设计》黄耀清等编著,江苏大学
5.《AnsoftMaxwell在“实用型工程软件的应用”课程教学中的应用》方春恩等编著,西华大学电气信息学院
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- 关 键 词:
- 电磁场 电磁波 仿真 设计 导体 中的 电流