2022年Maxwell靜電場中同軸電纜的D仿真

1、Maxwell靜電場中同軸電纜的3D 仿真電氣 1008 班討論題目：單心電纜有兩層絕緣體,分界面為同軸圓柱面；已知 R1=10mm,R 2=20mm,R 3=30mm,R 4=31mm,內(nèi)導體為 copper ,外導體為 lead ,中間的介質(zhì) 15 0, 23 0, , 內(nèi)導體 U=100V,外導體為 0V 求：電位,電場強度,電位移隨半徑的變化,單位長度電容和電場能量；21. 用解析法運算電位,電場強度,電位移隨半徑的變化,運算單位長度電容和電場能量；解：設同軸電纜內(nèi)、外層導體分別帶電+、-.；2lnUln3由高斯定理：在介質(zhì)中SDdSL E 2所以 D=2所以1ln22 U1ln311

2、22代入 E1,E2 EU2代入詳細數(shù)值,得到E1 =73.05,E2 =121751123由=EdL可得電位1 =268.1-73 ln ,2 =414.1-121.8 ln 1電場能量： W= V 2 DEdv =5.0775 10-7 J/m D= = U = 3.2310-9 單位為 m 2 1ln 2 1ln 3 1 1 2 2C= U L L1 ln 2 21 ln 3 1.0155 10-10F 1 1 2 2. 用 ansfot 軟件運算上述物理量隨半徑的變化曲線,并畫出電壓分布圖,計算出單位長度電容,和電場能量一、建模并設置模型屬性1,打開 Ansoft Maxwell ,單

3、擊 project ,挑選 Insert Maxwell 3D Design 建立一個 3D模型2 , 選 擇 求 解 器 類 型 ： 選 擇 電 場 靜 電 場 （ Maxwell 3D Solution TypeElectrostatic）3,建立內(nèi)心圓柱模型： Draw Cylinder 在 Z 處輸入 z 軸起點坐標為 -100 在 Y 處輸入圓柱半徑 2mm 在 Z 處輸入圓柱高度 300mm 在這里顯示建立的圓柱挑選此工具用鼠標在空白處雙擊即可轉(zhuǎn)換視角為從 Z 軸俯視單擊選中 cylinder1 ctrl+cctrl+v 多復制幾個圓柱同理將 cylinder3雙擊 cylinde

4、r2 樹圖將半徑值改為最外30mm 下的黃色圖形層介質(zhì)半徑6.2mm綻開后雙擊黃色圖標, 然后將半徑值改為次外層介質(zhì)半徑按住 ctrl 鍵從外層到內(nèi)層一次單擊選中兩個圓柱在選中的任意一個圖標上單擊右鍵EditBooleansubtract 確認后即可得到最外層的那圈電介質(zhì)同上將下面兩個圓柱的半徑分別設置為30mm和 20mm,再用上述方法用半徑大地圓柱減去半徑小的圓柱即可得到次外層的介質(zhì),以此類推,知道將四層介質(zhì)都制作好；4,設置材料屬性 雙擊 cylinder1單擊 Edit 后可以修改介將名稱修改為“0” 表示質(zhì)的屬性最內(nèi)層單擊后可修改顏色找到 copper 銅,將最內(nèi)層介質(zhì)的屬性設為co

5、pper ,單擊確定；根據(jù)同樣的方法修改名稱并將最外層介質(zhì)的材料設置為 lead ,再依次設置其次層和第三層的的材料為節(jié)點常數(shù)分別為 15 0, 23 0, 介質(zhì),這時需要單擊 Add Material 按鈕來創(chuàng)建新的介質(zhì), Value 的值即為介電常數(shù),輸入名稱后單擊下面的確定按鈕即可；二、設定鼓勵源在圓柱 0 上單擊鼠標右 鍵assign excitationvoltage同理將最外層介質(zhì)的電壓設置為0V 將最內(nèi)層電壓設置為100V三、設置運算參數(shù) 運算電容值： Maxwell 3D Parameters Assign Matrix 四、設置自適應求解器收斂判據(jù)Maxwell 3D Ana

6、lysis Setup Add Solution Setup 每次迭代加密部分比例：50%設置最大迭代次數(shù) 10 次設置誤差小于：5%五、檢驗全部設置是否正確并求解單擊小對勾單擊小感嘆號,開六、后處理始求解單擊選中介質(zhì) 2 后按 ctrl+a 全選,將四個介質(zhì)都選中在任意一個介質(zhì)上單擊右鍵FieldsEMag_E獲得電場分布圖場量的大小隨著半徑變化曲線的繪制；繪制變化曲線需要引入一條幫助線單擊菜單欄的 Drawline 由圓心向外畫一條幫助線,圖中黑色的直線；單擊菜單欄 Maxwell 3DResultsCreate Fields ResultRectangular Plot 單擊 Geome

7、try 的小箭頭后挑選 Polyline1沿半徑運算,然后在 quantity中挑選Mag E 生產(chǎn)電場強度曲線,最終單擊New Report 即可生成電場隨半徑的變化曲線；同理一次挑選 Mag D、Voltage 可以生成電通密度曲線和電勢分布曲線；七、驗證電位,電場強度,電位移分布：1. 電場強度分布（標量） : 解析法得到場強運算公式：E1 =73.05,E2 =121 .75公式與 ansoft 仿真得到的曲線符合；2. 電位移分布（標量）：3.23 解析法得到 D=10-9單位為 m 與 ansoft 仿真下圖曲線符合3. 電位分布：電位隨半徑變化情形解析法運算結(jié)果：1 =268.1-73ln ,2 =414.1-121.8 ln 經(jīng)檢驗,運算結(jié)果符合 ansoft 得到的曲線；4. 電場能量的運算：單擊菜單欄 Maxwell 3DFieldsCalculator 點擊 Quantity 挑選 EnergyGeometryVolume挑選 AllObjects點擊積分符號點擊 Eval 如下圖運算出的結(jié)果為：ansoft運算得電場能量為5.089 10-7J/m 與解析法結(jié)果1 W= V 2DEdv=5.077510-7 J/m 基本相同 5. 電容的運算：Ansoft 運算的電容值為 實際運算電容值為： 1.0178 10-10F 與解析法運算結(jié)果 1.0155 10