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1、目录1.课程设计的目的与作用 .11.1 设计目的： .11.2 设计作用： .12.设计任务及所用 Maxwell 软件环境介绍 .22.1 设计任务： .22.2 Maxwell 软件环境： .23.电磁模型的建立 .33.1 建模 .33.2 设置激励 .64.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 .74.1 设置自适应计算参数： .74.2 检查并运行 .84.3 软件仿真结果 .94.3.1 Voltage,E,D 及 Energy 的分布 .94.3.2 双导线中心连线的电场分布 .94.3.3 计算单位长电容 .125.设计总结和体会 .146. 参考文献： .1511.课程设计的目
2、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：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
3、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。22.设计任务及所用 Maxwell 软件环境介绍2.1 设计任务：如图所示的三相交流电缆截面，内导体材料为铜（copper） ，介质为空气（air ） ，三相内导体分别加三相对称电压，相序为 A、B、C。在 A 相位达到最大值 380V 时，B 相和C 相电位为 -190V。此时进行分析和计算。图 2.1 三相交流电缆截面及参数2.2 Maxwell 软件环境：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，
4、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。33.电磁模型的建立 3.1 建模1. Project Insert Maxwell 2D DesignFileSave as1303030331（工程命名为“1303030331” ）图 3.1.1 新建工程2. 选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic图 3.1.2 求解器类型选择3. 创建场域Drawcircle4圆心位置：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐标偏置：（dX,dY,
5、dZ）= （600, 0,0）图 3.1.3 外圆参数设置Drawregular polygon圆心位置：（X,Y,Z）=（0, 0,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）= （300, 0,0）图 3.1.4 三角形参数设置Number of segment 设置为 35图 3.1.5 设置为三角在三角形三个顶点处分别 Drawcircle 即三相内导体，选中三角形点 delete 键删除。图 3.1.6 设置完成图4. 添加材料分别选中三个圆 Assign Material 铜（copper）6图3.17添加材料同理设置其它区域为空气（air）3.2 设置激励选中 A 内导体Maxwell 2
6、D Excitations Assign Voltage 380V图3.2.1设置激励同理设置 B、C 内导体为-190V74.电磁模型计算及仿真结果后处理分析4.1 设置自适应计算参数：Maxwell 2D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of passes 10误差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分单元比例： Refinement per Pass 30%图 4.1.1 最大迭代次数及误差设置8图4.1.2每次迭代加密剖分单元比例设置4.2 检查并运行Maxwell 2D Analyze
7、All，后计算机就开始进行计算图4.2.1计算机计算94.3 软件仿真结果4.3.1 Voltage,E,D 及 Energy 的分布检查完毕后，Maxwell 2D Fields Fields,分别选择 Voltage,E,D,还 有 Other Energy.图 4.3.1.1 Voltage,E,D，Energy 仿真云图4.3.2 双导线中心连线的电场分布绘制双导线中心连线，Draw Line,以 A 内导体的中心为起点， C 内导体中心为中点绘制中心连线。10图 4.3.2.1 双导线中心连线及电势的矢量图Maxwell 2D Results Create Fields Report
8、 Rectangular Plot , Geometry Polyine 1,再分别选择 Voltage,E,D,Energy。图 4.3.2.2 电压变化曲线由上图电压变化曲线图可知：从左边导线中心到 100mm 时候，由于是等电势体，电压保持在 380V，没有发生改变；从 420mm 处到 520mm 之间，电压保持在 0V 不变;而在100mm 到 420mm 之间，电压随距离的变化呈线性递减。11图 4.3.2.3 电场强度变化曲线图 4.3.2.4 电位移密度变化曲线图 4.3.2.5 能量变化曲线12图 4.3.2.6 变化曲线汇总上四幅图分别为场强，电位移密度，能量变化以及总的变
9、化图。有以上图可以明显的看出：在从左边导线中心到 90mm 之间，由于是等电势体，以上三值均为 0；从430mm 处到 520mm 之间，以上三值也均为 0；而从 90mm 到 430mm 之间，三条曲线均保持同一个变化规律：先递减，中间有一段平衡距离，随后递增。4.3.3 计算单位长电容Maxwell 2D Fields Calcalator,Input Quantity Energy,Geoemtry AllOblects, Scalar 的积分号，Output Eval.13图 4.3.31 能量计算由图可知，能量为 0.000002951J，再由公式 C=2W/V*V 计算出电容值 C=0.117pF。145.设计总结和体会在做完本次课程设计之后，我对课本上的基础知识了解的更加透彻了,也对 Maxwell软件有了初步的认具有了简单运用能力,同时对三相电路的有关知识有了进一步的了解,对知识点有了更深的理解和掌握。同时在课设中我也明白了多看书的重要性，一切的知识尽在书中。通过仔细的阅读，才能将所学的知识融会贯通。此外我们要培养动手查资料的能力，拓展自己的视野。156. 参考文献：1 电磁场与电磁波 苏东林 陈爱新 谢树果 等编著，高
