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1、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11.题目概述21.1题目：同轴电缆电场的仿真---2D仿真器21.2设计目的：21.3设计作用：21.4Maxwell软件环境：32．设计与仿真32.1绘制过程与参数设置：42.2仿真过程82.2.1电位，电场强度，电位移分布82.2.2计算电容152.2.3计算电场能量173．计算结果处理分析184.设计总结和体会195．参考文献191.题目概述1.1题目：同轴电缆电场
2、的仿真---2D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R1=10mm,R2=20mm,R3=30mm,R4=31mm,导体为copper，外导体为lead，中间的介质ε1＝5ε0,ε2＝3ε0,,导体外导体的电位分别为：导体U=380V，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AnsoftMaxwell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：电
3、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：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。将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。1.4Maxwell软件环境：Ansof
4、tMaxwell软件特点：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。2．设计与仿真图2.1建立2D设计界面2.1绘制过程与参数设置：1.分别作出半径R1=10mm,R2=20mm,R3=30mm,R4=31mm的四个圆。过程：利用DERWCY
5、CLE通过确定两点来画圆，如图2.2。图2.2利用DERWCYCLE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２.利用布尔运算进行相减（subtract）得到介质层、外导体壳及导体。从外层至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。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。导体、外导体分别设为已有材料copper
6、和lead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ε1＝5ε0,ε2＝3ε0,介质，这时需要单击AddMaterial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４.设定激励 如图2.7，在圆1上单击鼠标右键>assignexcitation>voltage,将最层的电压设置380V,最外层电压-380V图2.7设定激励2.2仿真过程2.2.1电位，电场强度，电位移分布同轴电缆模型建立完
7、后，需要进行如下操作：如图2.8进行求解器的设置图2.8求解器的设置对绘制的物体全选（Ctrl+A）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模型分析求解单击选中介质2后按ctrl+a全选，将四个介质都选中在任意一个介质上单键>Fields>E>Mag_E,获得电场分布图如下：图2.10分析电场分布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
8、线单击菜单栏Maxwell2D>Results>CreateFieldsResult>RectangularPlot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MagE生产电场强度曲线，最后单击NewReport即可生成电场随半径的变化曲线。同理一次选择MagD、Voltage可以生成电通密度曲线和电势分布曲线。图2.12１
