通电平行双导线磁场及磁场力Maxwell3D仿真实验报告
微波实验一平行双导线
微波实验一平行双导线利用HFSS对平行双导线进行仿真一．实验要求选用一种电磁微波仿真软件（如HFSS、CST等），完成平行双导线的模型设计，对平行双导线的场结构进行分析，包括：导体内部的场和功率传输情况；导体外部空间的场和功率传输情况；调整导体参数后的变化情况；调整传输线电尺寸（包括线间距、线长度）后的变化情况；调整填充媒质电磁参数后的变化情况等。
二．实验内容1.建模将两个平行铜导线置于真空的圆柱内，以便观察外部场。
首先建立两个半径0.2mm、长10mm、圆心间距为1mm的圆柱（材料为copper）作为平行双导线，再用一个长10mm、内部为真空的圆柱将其包裹。
设置边界条件与激励源，将内部的平行双导线均设置成理想边界条件，在大圆柱上底面设置wave port激励源。
求解和扫描设置2.仿真以50Ghz的solution frequency进行分析，查看不同场分布。
（1）导体内部的场和功率传输情况内部电场E和磁场H:（1）导体外部空间的场和功率传输情况外部电场E和磁场H:磁场局部放大图：内部功率传输：外部功率传输：从图像上可以看到，导体上并没有功率的传输，说明导体只起边界引导作用。
（2）调整传输线电尺寸后的变化情况条件1：将传输线由10mm变为15mm，观察结果内部电场E和磁场H:外部电场E和磁场H:条件2：调整传输线的间距由1mm变为2mm，观察现象内部电场E和磁场H:外部电场E和磁场H:内部功率传输：外部功率传输：（3）调整填充媒质电磁参数后的变化情况条件：改变填充媒质电磁参数，将大圆柱内由真空（vacuum）变为聚四氟乙烯teflon 内部电场E和磁场H:条件改变后，导线上有一些功率传输的迹象，查了一些资料后也没有弄懂原因，还有待我进一步学习。
三．实验总结与感想实验一我选了两个，由于时间原因，没有及时把两个都做完。
做实验之前我对HFSS软件是完全陌生的，开始做时阻挠重重。
经过自己的多次摸索和室友的帮助，我对HFSS软件的应用有了一些认识，能够应用简单的操作实现场和功率传输等问题，也使我对平行双导线有了新的认识。
Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris教学文稿
问题分析：两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。
仿真步骤：一、打开Maxwell软件，点击三维建模，保存文件及分析项目二、点击，设置SolutionType静磁场Magnetostatic求解器类型三、设置永磁材料复制永磁材料改参数：下图中的X/Y/Z Component后面有1/-1就表示该向正/反方向就是充磁方向双击添加的材料自动加载到项目材料中四、建模添加材料使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住Ctrl再选小圆柱，点击中的Boolean运算中的Subtract做减运算，得到空心圆柱模型小圆柱的Z向高度参数化：选中圆柱模型上右键，选择Properties其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。
五、添加求解域点击，在Value里输入200六、添加求解参数，即磁力选中小圆柱，右键单击/Assign/Force七、求解设定及网格划分网格采用自动划分，不用在Mesh Operations中操作（这个是手动网格划分的选项）在上点击右键/Add Solution Setup，默认点确定即可在绘图区Ctrl+A，在Analysis上单击右键/Apply Mesh Operations，自动网格划分完毕八、参数扫描求解就是InnerHeight的变化过程中ZForce的值右击/Add/Parametric设置计算结果项该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击Add Calculation;如果要对Zforce插入其他公式输出，选择进行设置。
所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择View Analysis Results，即可看到仿真结果：九、磁场分布查看：先选中求解域，在上右击/Fields/B/B_Vector（磁长的矢量分布情况）或者Mag_B（大小强弱分布情况）。
Ansoft_Maxwell电场仿真
建模完毕
Blank Parts: Outer; Tool Parts: Air
3.设置激励源 激励源：内芯电压：-1kV；外屏蔽层电压1kV 选中Inner模型,设置电压-1kV
Maxwell 3D > Excitations > Assign > Voltage. 选中Outer模型,设置电压1kV
有限元计算
后处理
Ansoft的自适应网格剖分
在几何结构突变处、计算场量变化大处，剖分网格加密，其 他部位较稀疏，这样既保证计算精度，也保证了计算速度。
AHale Waihona Puke soft的自适应有限元计算Energy Error 误差分析：两种误差
Delta Energy Energy Error：能量误差（以磁场问题为例）
电容矩阵
收敛 特性
电场力
9.后处理
在直接计算量的基础上得到间接计算量，将结果以图形的形式显示
显示横截面电场幅值分布图
在history tree窗口中 选中Plane： Global:XY
在Project manage窗口中 Field Overlays，右键单击 Fields > E > Mag_E
Ansoft Maxwell
Ansoft公司的Maxwell 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二 维/三维电磁场有限元分析软件。包括静电场、静磁场、时变电 场，时变磁场，涡流场、瞬态场和温度场计算等，可以用来分 析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静 态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。
三维直流磁场分析（3D DC Magnetic）
用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。该模块 可计算磁场强度（H），电流密度（J），磁感应强度（B）， 磁场力、磁场能量、转矩、电感等。可用于分析直流载流线圈 磁场，永磁体产生磁场等。
Maxwell仿真实例
MAXWELL 3D 12.0BASIC EXERCISES1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真 (2)2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真 (4)3. 恒定磁场问题实例：恒定磁场力矩计算 (8)4. 参数扫描问题实例：恒定磁场力矩计算 (12)5. 恒定磁场实例：三相变压器电感计算 (21)6. 永磁体磁化方向设置：局部坐标系的使用 (32)7. Master/Slave边界使用实例：直流无刷电机内磁场计算 (38)8. 涡流场分析实例 (45)9. 涡流场问题实例：磁偶极子天线的近区场计算 (53)10. 瞬态场实例：TEAM WORKSHOP PROBLEM 24 (59)1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。
要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic创建下极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw > Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > 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 > 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix电容值：31.543pF2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：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 ） 恒定电场的源：（1）Voltage Excitation ，导体不同面上的电压 （2）Current Excitations ，施加在导体表面的电流（3）Sink （汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。
磁场的研究实验报告
磁场的研究实验报告实验目的研究磁场的性质及其产生规律，了解磁场的强度和方向的测量方法，并探索一些与磁场相关的现象。
实验器材- 磁力计- 磁指针（罗盘）- 直流电源- 导线- 铁丝卷- 安装架- 实验电路板- 实验笔记本实验原理1. 长直导线产生的磁场：根据奥斯特（Oersted）实验，长直导线产生的磁场强度与电流强度成正比，与距离成反比。
2. 研究磁场的工具：磁力计（用于测量磁场强度）和磁指针（用于确定磁场的方向）。
3. 电流通过螺线管时的磁场：通过螺线管的电流产生的磁场随着电流的变化而变化。
实验步骤实验一：长直导线的磁场1. 将长直导线绕在安装架的两根支杆上，保持导线平行且距离相等。
2. 将导线的两端分别与直流电源连接，记录电流大小为I。
3. 将磁力计放置在导线附近的特定位置，利用磁力计测量磁场强度大小H。
4. 做一个与导线平行的线圈，测量磁场大小H与磁力计相同位置的距离r，记录下实验数据。
实验二：电流通过螺线管时的磁场5. 将螺线管固定在实验电路板上。
6. 通过实验电路板中的导线，将电流I接通螺线管，记录下电流强度大小为I。
7. 用磁指针在螺线管附近不同位置测量磁场方向。
8. 测量螺线管附近不同位置的磁场强度大小H，并记录实验数据。
实验结果及分析实验一：长直导线的磁场通过实验一，我们得到了长直导线不同位置的磁场强度和距离的关系。
根据实验数据，我们可以得出结论：长直导线产生的磁场强度与电流强度成正比，与距离成反比。
实验二：电流通过螺线管时的磁场通过实验二，我们观察到螺线管附近的磁场方向与电流方向相互垂直，并且随着电流的变化而变化。
在不同位置测量的磁场强度大小也不同。
根据实验数据，我们可以得出结论：通过螺线管的电流产生的磁场随着电流的变化而变化，并且磁场强度与距离、电流强度有关。
实验总结通过本实验，我们成功了解了磁场的性质及其产生规律。
我们利用磁力计和磁指针这两个工具，测量了长直导线和螺线管产生的磁场的强度和方向。
探究磁场的平衡条件实验报告
探究磁场的平衡条件实验报告实验目的本实验旨在探究磁场的平衡条件，了解磁场中各物理量之间的关系。
实验器材- 线圈- 磁力计- 直流电源- 导线- 稳压电源- 示波器- 实验台实验原理磁力的大小与电流大小、导线长度、导线与磁场的垂直夹角以及磁感应强度有关。
根据右手定则，电流通过导线产生一个环绕导线的磁场，磁场的方向可以通过右手握右手螺旋法则来确定。
当导线垂直于磁感应强度时，磁力最大；当导线与磁感应强度方向平行时，磁力最小时。
实验步骤1. 将线圈分别连接到直流电源和磁力计上。
2. 将磁力计放置在实验台上，调整到水平位置。
3. 通过示波器观察磁力计的读数，记录下磁力计的示值。
4. 调整线圈位置，使线圈的方向与外加磁场方向平行。
5. 通过示波器观察磁力计的读数，记录下磁力计的示值。
6. 调整线圈位置，使线圈的方向与外加磁场方向垂直。
7. 通过示波器观察磁力计的读数，记录下磁力计的示值。
实验结果根据实验数据可得出以下结论：- 导线与磁感应强度垂直时，磁力计示值最大；- 导线与磁感应强度方向平行时，磁力计示值最小。
结论根据实验结果可得知，导线与外加磁场的夹角会对磁力产生影响，当导线与磁场垂直时，磁力最大；当导线与磁场方向平行时，磁力最小。
这表明了磁场的平衡条件与导线与磁场夹角有关。
实验总结本实验通过使用线圈和磁力计，探究了磁场的平衡条件。
实验结果表明，导线与磁感应强度垂直时，磁力最大；导线与磁感应强度方向平行时，磁力最小。
这对我们理解磁场的特性和应用具有重要意义。
在今后的实验中，我们可以进一步探究磁场的其他特性以及其在不同应用中的作用和影响。
电场磁场演示实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解电场和磁场的基本概念及其性质。
2. 通过实验演示电场和磁场的分布与作用。
3. 掌握使用电场线和磁场线描述电场和磁场的方法。
4. 增强对电磁学基本原理的理解。
二、实验原理1. 电场：电荷周围存在一种特殊的状态，称为电场。
电场对放入其中的电荷产生力的作用。
电场线的疏密程度表示电场的强弱，电场线的方向表示电场的方向。
2. 磁场：电流或磁性物质周围存在一种特殊的状态，称为磁场。
磁场对放入其中的磁体或带电粒子产生力的作用。
磁场线的疏密程度表示磁场的强弱，磁场线的方向表示磁场的方向。
三、实验仪器1. 电场演示仪2. 磁场演示仪3. 电场线与磁场线描绘工具4. 滑动变阻器5. 直流电源6. 开关7. 导线8. 磁针9. 铁质小球10. 带电小球四、实验内容1. 电场演示1.1 将带电小球放置在演示仪中央，观察其周围电场线的分布。
1.2 通过改变带电小球的电荷量，观察电场线的变化。
1.3 在演示仪上放置多个带电小球，观察电场线的叠加情况。
1.4 使用电场线描绘工具，描绘出电场线的形状。
2. 磁场演示2.1 将电流通过演示仪中的线圈，观察磁针的偏转情况。
2.2 改变电流的方向，观察磁针偏转方向的变化。
2.3 改变电流的大小，观察磁针偏转程度的变化。
2.4 在演示仪上放置多个线圈，观察磁场线的叠加情况。
2.5 使用磁场线描绘工具，描绘出磁场线的形状。
五、实验步骤1. 将电场演示仪和磁场演示仪连接好，并确保电路正常。
2. 将带电小球放置在演示仪中央，观察其周围电场线的分布。
3. 改变带电小球的电荷量，观察电场线的变化。
4. 在演示仪上放置多个带电小球，观察电场线的叠加情况。
5. 使用电场线描绘工具，描绘出电场线的形状。
6. 将电流通过演示仪中的线圈，观察磁针的偏转情况。
7. 改变电流的方向，观察磁针偏转方向的变化。
8. 改变电流的大小，观察磁针偏转程度的变化。
9. 在演示仪上放置多个线圈，观察磁场线的叠加情况。
【实验】Maxwell平行板电容器2D仿真实例
【关键字】实验实验要求：综合训练项目一：平板电容器电场仿真计算2D仿真目的和要求：加强对静电场场强、电容、电场能量的理解，应用静电场的边界条件建立模拟的静态电场，解决电容等计算问题；提升学生抽象思维能力、提高利用数学工具解决实际问题的能力。
成果形式：仿真过程分析及结果报告。
用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量，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。
一、平行板电容器描述上下两极板尺寸：20*2（mm）材料：pec（理想导体）介质尺寸：20*6（mm）材料：mica（云母）激励：电压源上极板电压：5V下极板电压：0V二、仿真步骤1、建模Project > Insert Maxwell 2D Design File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）创建下极板六面体Draw > Rectangle（创建下极板长方形）将六面体重命名为DownPlate大小：20*2（mm）Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw > Rectangle（创建上极板六面体）大小：20*2（mm）将六面体重命名为UpPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw > Rectangle（创建中间介质六面体）大小：20*6（mm）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica）创建计算区域（Region）Padding Percentage：60%设置完图片如下图：2、设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 2D> Excitations > Assign >V oltage > 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 2D> Excitations > Assign >V oltage > 0V3、设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 2D > Parameters > Assign > Matrix > V oltage1, V oltage24、设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 2D > Analysis Setup > Add Solution Setup5、Check & Run6、查看结果Maxwell 2D > Reselts > Solution data > Matrix电容值：116.42pF7、查看能量分布图Region>fields>voltage>Allobjects>Done三、结果分析与计算电容的结果为116.42pf平板式电容计算公式：C=εr*S/4πkd式中：电容C，单位F；相对介电常数；ε云母介电常数6.0~7.2×10（-12方）单位F/m；面积S，单位平方米；极板间距d，单位米。
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通电平行双导线磁场及磁场力Maxwell3D仿真实
验报告
一 Maxwell简介
Ansoft公司的Maxwell是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维/三维电磁场有限元分析软件。
包括静电场、静磁场、时变电场、涡流场、瞬态场和温度场计算等，可以用来分析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。
Maxwell还可以产生高精度的等效电路模型以供Ansoft的SIMPLORER模块和其他电路分析工具调用。
三维静电场分析（3DElectrostatic Field）
用于分析由静止电荷、直流电压引起的静电场。
该模块直接计算标量电位，得到电场强度（E），电位移矢量（D），电场力、电场能量、转矩、电容值等。
可用于分析直流高压绝缘问题，电容器储能问题等。
三维直流磁场分析（3DDCMagnetic）
用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。
该模块可计算磁场强度（H），电流密度（J），磁感应强度（B），磁场力、磁场能量、转矩、电感等。
可用于分析直流载流线圈磁场，永磁体产生磁场等。
涡流场分析（Eddy Current Field）
用于分析受涡流、集肤效应、邻近效应影响的系统。
它求解的
频率范围可以从0到数百兆赫兹，能够计算损耗、铁损、力、转矩、电感与储能。
可用于分析导体中的涡流分布。
三维正弦电磁场特性等。
瞬态场（Transient Field）用于求解某些涉及到运动和任意波形的电压、电流源激励的设备。
该模块能同时求解磁场、电路及运动等强耦合的方程，因而可轻而易举地解决上述装置的性能分析问题。
二 Maxwell 仿真步骤
1选择求解器类型
2建模
3设置材料属性（电导率，介电常数，磁导率等）
4设置激励源和边界条件
5自适应网格剖分
6有限元计算
7后处理
三 Maxwell 仿真实例
题目三：
静电除尘器电磁场分析
要求：掌握静电除尘的工作原理，建立静电除尘器模型，观测内部电场及能量的分布情况，并对结果进行分析。
静电除尘原理
如图
放电电极1（也称为电晕电极）是导线，为负极；集尘电极5是金属板（或金属管），为正极。
在两个电极之间接通数万伏的高压直流电源，两极间形成电场。
由于两个电极形状不同，形成了不均匀电场。
在导线附近电力线密集，电场强度较强，正电荷束缚在导线附近。
因此，空间内电子或负离子较多，烟气通过空间时，大部分烟尘捕获了电子带上负电荷，得以窗正极移动；带负电荷的烟尘到达正极后失去电子地沉降到电极板表面，因而气与尘分离。
定时将集尘电极板上的烟尘振落，或用水冲洗，烟尘可落到下面的积灰斗中。
Maxwell求解
选择求解器类型
建模
如图建立平面模型，外壁表示金属桶壁，里面代表金属铁芯。
设置材料属性
object1 object2 object3都表示金属桶壁，object4表示铁芯。
设置激励源
即给铁芯加-1000v电源。
即给金属桶壁加1v电源。
设计计算参数
计算铁芯受力即可Setup Executive Parameters＞Force＞object1＞Yes
求解
以上为求解结果
后处理
Post Process>plot>field>E Vector/Energy
电场图像
能量图像
结果分析
从上图可以看出在导线附近电力线密集，电场强度较强，正电荷束缚在导线附近，与理论分析相同，也证实了静电除尘的合理性。
学习心得
本次实验我们大家齐心合力，共同对maxwell软件进行了学习并对静电除尘进行了一定的研究。
实验期间我们也遇到了一些问题，比如英文文献的阅读，边界条件的设置等。
我们互相讨论互相学习最后解决了这些问题，并基本掌握了maxwell软件的使用，也体会到了合作的愉快，总之是一次不错的学习经历。