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。
电磁仿真技术调研报告 引言 微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸要求越做越小，而设计周期却越来越短。传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要，使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。随着单片集成电路技术的不断发展，GaAs、硅为基础的微波、毫米波单片集成电路（MIMIC）和超高速单片集成电路（VHSIC）都面临着一个崭新的发展阶段，电路的设计与工艺研制日益复杂化，如何进一步提高电路性能、降低成本，缩短电路的研制周期，已经这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。通常，数值解法分为显示和隐示算法，隐示算法（包括所有的频域方法）随着问题的增加，表现出强烈的非线性。显示算法（例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。 1. 电磁仿真的数值计算方法 在求解电磁场问题时，通常只有一些经典问题有解析解，解析解对理解问题的物理本质具有重要的指导性意义。但是，由于实际环境的复杂性，往往需要通过数值分析才能得到具体环境下的电磁特性。随着计算机技术的发展，计算电磁学受到了广泛的重视。计算电磁学自20世纪60年代兴起，发展至今，拥有众多的数值计算方法。 1966年，Yee首次提出了时域有限差分法( FDTD )，1967年，R·F·Harrington提出了矩量法(MoM)，有限元的概念更是早在几个世纪前就已产生并得到了应用，1969年结构力学计算有限元概念被首次提出以后，有限元法(FEM)便拓展应用到电磁学领域。除了这3种主要的方法外，数值计算方法还有边界元法(BEM)、传输线法(TLM)、格林函数法(矩形腔)、线方法(ML)等。频域方法有：有限元法、矩量法(MoM)，差分法(FDM)，边界元法和线方法(ML)等。时域方法有：时域有限差分法，传输线法，有限积分法(FIT)等。依照解析程度由低到高排列，依次是：时域有限差分法、传输线法、时域有限积分法(FITD)、有限元法、矩量法、线方法、边界元法。 2. 软件综述 2.1软件的计算方法 商用电磁仿真软件的计算方法主要有以下几种：有限元法、矩量法、时域有限差分法、
《通电导线在磁场中受到的力》说课稿 一、使用教材 人教版高中《物理选修3-1》第三章第四节。 二、实验器材 自制教具：纸喇叭（自制正八边形漆包线）、锡箔纸导体棒、标有角度刻度转盘 功率放大器、喇叭、一块强磁、标记前后左右的导轨座、U形磁铁、滑动变阻器、学生电源、三种颜色吸管、橡皮泥、励磁线圈、100匝线框、力的传感器、低压电源、80厘米铜丝线圈、电池、两块小强磁 三、实验创新要求/改进要点 1、引入实验：打破了传统实验小小电动机现象单一，无法极大程度调动学生积极性的缺点。通过播放学生耳熟能详的流行音乐，提升学生对物理的亲切感，且多感官参与实验现象的观察。 2、学生实验（安培力方向的探究）：为学生提供直观的实验器材，通过观察导体棒的运动方向结合导轨座前后左右的标识记录清楚三者方向的关系，直观明确。并利用质量较小的锡箔纸卷成导体棒，便于学生观察到实验现象。 3、演示实验（安培力大小的探究）：利用了励磁线圈提供匀强磁场，并通过记录转盘角度记录磁场与线框间的夹角，通过力的传感器记录安培力的大小。探究实验由定性到定量，数据精准，实验结果有说服力。 4、应用实验（磁力小火车）：除了自制小小电动机以外，利用电池、铜丝线圈、磁铁等简单的实验器材就可以制作出小火车。简单易得，让学生感受到物理与生活实际的距离是
如此之近。打开了学生的思维，提升了学生对安培力的认识。 四、实验原理/实验设计思路 引入实验 解决措施：利用自制的正八边形漆包线线圈粘在白纸上，强磁靠近时，通有变化电流的线圈受到变化的安培力振动，从而带动白纸振动。将电信号转化成声信号。提升对物理亲切感，多感官参与，激发学生的求知欲。 安培力的方向的确定 解决措施： 1.利用探究实验让学生感受到安培力的方向会受到电流、磁场方向的控制。利用相机对学生实验进行实时直播，并在最后利用拍照讲解对比功能，对比学生得出的探究安培力方向的实验报告单。 2.通过三根不同颜色的吸管代表磁场、电流、安培力的方向，将吸管插进橡皮泥中得到安培力方向模型，并让学生发现按照不同的插法得到的安培力方向模型是一致的。 由此让学生感受到三者方向之间的关系。 3.让学生利用自己的身体或身边的事物总结出一条属于自己的三者方向关系的定则。 4.利用学生总结得到的规律以及安培力方向模型引导学生得到左手定则。 安培力的大小随导线与磁场夹角的变化关系 解决措施：利用励磁线圈和一百匝线框，结合传感器，通过转动励磁线圈改变磁场与线框夹角并对应记录七组不同角度下的安培力大小，得到安培力大小与夹角的正弦函数关系。接着通过理论分析，由特殊到一般得出安培力大小的表达式。 安培力方向的应用
北邮电磁场实验报告 北邮电磁场实验报告 引言： 电磁场是物理学中非常重要的一个概念，它涉及到电荷、电流和磁性物质之间 的相互作用。为了更好地理解电磁场的特性和行为，我们进行了一系列的实验。本报告将详细介绍我们在北邮进行的电磁场实验及其结果。 实验一：静电场与电势分布 在这个实验中，我们使用了一对带电的金属板，通过改变金属板的电荷量和距离，观察了电势分布的变化。实验结果显示，电势随距离的增加而逐渐降低， 符合电势随距离平方反比的规律。此外，我们还观察到电势在金属板附近的区 域呈现出均匀分布的特点。 实验二：磁场与磁力线 在这个实验中，我们使用了一根通电导线和一块磁铁，通过改变电流的方向和 大小，观察了磁场的行为。实验结果显示，磁铁产生的磁场呈现出环形磁力线 的分布。当通电导线与磁铁相互作用时，导线会受到磁力的作用，其受力方向 与电流方向、磁场方向之间存在一定的关系。 实验三：电磁感应与法拉第电磁感应定律 在这个实验中，我们使用了一根通电导线和一个线圈，通过改变导线中的电流 和线圈的位置，观察了电磁感应现象。实验结果显示，当导线中的电流改变时，线圈中会产生感应电流。根据法拉第电磁感应定律，感应电流的大小与导线中 电流变化的速率成正比。此外，我们还观察到线圈中感应电流的方向与导线中 电流变化的方向存在一定的关系。
实验四：电磁波的传播 在这个实验中，我们使用了一个发射器和一个接收器，通过改变发射器的频率和接收器的位置，观察了电磁波的传播行为。实验结果显示，电磁波以波动的形式传播，其传播速度与真空中的光速相同。此外，我们还观察到电磁波的频率与波长之间存在一定的关系，即频率越高，波长越短。 结论： 通过以上实验，我们对电磁场的特性和行为有了更深入的了解。我们发现电磁场的行为符合一系列的规律和定律，如电势随距离平方反比、磁力线的环形分布、法拉第电磁感应定律等。这些规律和定律为我们理解电磁场的本质和应用提供了重要的指导。同时，我们也意识到电磁场在日常生活中的广泛应用，如电磁感应用于发电机、电磁波用于通信等。通过这些实验，我们对电磁场的重要性和实际应用有了更深刻的认识。 总结： 电磁场实验是物理学中非常重要的一部分，通过实验可以更好地了解电磁场的特性和行为。在北邮进行的电磁场实验中，我们观察到了电势分布、磁力线、电磁感应和电磁波的传播等现象，并得出了一系列的结论。这些实验结果对于我们理解电磁场的本质和应用具有重要意义。通过这些实验，我们不仅加深了对电磁场的理论认识，还提高了实验操作和数据处理的能力。希望今后能继续进行更多的电磁场实验，为电磁学的研究和应用做出更大的贡献。
磁场实验报告 磁场实验报告 引言 在物理学中，磁场是一个重要的概念，它对于我们理解电磁现象和应用磁力有 着重要的意义。为了更好地理解磁场的性质和特点，我们进行了一系列的磁场 实验。本报告将详细介绍我们的实验过程、结果和分析。 实验一：磁力线的观察 我们首先进行了磁力线的观察实验。我们将一根长长的磁铁放在一张纸上，然 后在纸上撒上一层细铁粉。通过轻轻敲击纸张，细铁粉会随着磁力线的分布而 排列成一条条曲线。我们观察到磁力线是从磁铁的南极流向北极，并且呈现出 闭合的环形。这说明磁力线是环绕磁铁的闭合曲线，从南极到北极。 实验二：磁场的力线密度 为了研究磁场的力线密度，我们设计了一个实验。我们使用一个磁铁和一个小 磁针。首先，我们将小磁针放在磁铁的不同位置，并记录下磁针的指向。然后，我们用细铁粉在纸上描绘出磁力线的分布情况。通过观察细铁粉的排列，我们 发现磁力线在磁铁的两极附近更为密集，而在中间部分则相对稀疏。这表明磁 场的力线密度与磁铁的强度有关，强磁铁的磁场力线更为密集。 实验三：磁场对电流的影响 我们进一步研究了磁场对电流的影响。我们在一根直导线旁边放置了一个磁铁，并通过导线通电。我们观察到，当电流通过导线时，导线周围会形成一个磁场。这个磁场会与磁铁的磁场相互作用，导致导线受到一个力的作用。我们通过改 变电流的大小和方向，发现导线受到的力的大小和方向也会相应改变。这表明
磁场对电流有着明显的影响，并且力的大小和方向遵循一定的规律。 实验四：磁场的方向 为了确定磁场的方向，我们使用了一个小磁针。我们将小磁针放置在磁场中，并观察它的指向。通过实验，我们发现小磁针会指向磁场的方向。这意味着磁场的方向可以通过观察磁针的指向来确定。我们还发现，磁场的方向是从磁铁的南极指向北极。 实验五：磁感应强度的测量 最后，我们进行了磁感应强度的测量。我们使用了霍尔效应传感器来测量磁场的强度。通过将传感器放置在不同位置，并记录下测量值，我们可以得到磁场的分布情况。我们发现，磁感应强度在磁铁的两极附近最大，并且随着距离的增加逐渐减小。这与我们之前观察到的磁力线密度的分布规律相吻合。 结论 通过以上一系列的实验，我们对磁场的性质和特点有了更深入的了解。我们发现磁力线是从南极流向北极的闭合曲线，磁场的力线密度与磁铁的强度有关，磁场对电流有明显的影响，磁场的方向可以通过观察磁针的指向来确定，磁感应强度在磁铁的两极附近最大。这些实验结果对于我们理解磁场的本质和应用磁力有着重要的意义。 参考文献： 无
磁场的测量实验报告 【篇一：实验报告磁场的研究】 学院课实验报告 级实验日期姓名:学号实验题目： 实验目的： 1、研究载流圆线圈轴线上各点的磁感应强度，把测量的磁感应强度与理论计算值比较，加深对毕奥-萨伐尔 定律的理解; 2、在固定电流下，分别测量单个线圈（线圈a和线圈b）在轴线上产生的磁感应强度b（a）和b(b)，与亥姆 霍兹线圈产生的磁场b(a+b）进行比较， 3、测量亥姆霍兹线圈在间距d=r／2、 d=r和d=2r, （r为线圈半径），轴线上的磁场的分布，并进行比较， 进一步证明磁场的叠加原理； 4、描绘载流圆线圈及亥姆霍兹线圈的磁场分布。 实验仪器： (1)圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台，台面上有等距离1.0cm间隔的网格线； (2)高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计、三位半数字式电流表及直流稳流电源组合仪一台； (3)传感器探头是由2只配对的95 a型集成霍尔传感器(传感器面积4mmx 3mmx 2mm)与探头盒(与台面接触面 1．毫特斯拉计 2．电流表 3．直流电流源 4．电流调节旋钮 5．调零旋钮 6．传感器插头 7．固定架 8．霍尔传感器 9．大理石 10．线圈注：abcd为接线柱实验原理： （1)根据毕奥一萨伐尔定律，载流线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点的磁感应强度为： 2(2+x2)32（5-1) 2r （5-2） 轴线外的磁场分布计算公式较为复杂，这里简略。 (2)亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈
的半径r。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均 匀磁场区，所以在生产和科研中有较大的使用价值，也常用于弱磁 场的计量标准。 设：z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点o处的距离，则亥姆 霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为： 1 ??而在亥姆霍兹线圈上中心o处的磁感应强度b0′为 实验内容：橙色字体的数据是在实验室测量出的原始数据，其他数 据是计算所得。 1、将两个线圈和固定架按照图1所示简图安装。大理石台面(图1 中9所示有网格线的平面)应该处于线圈组的轴线位置。根据线圈内 外半径及沿半径方向支架厚度，调整仪器装置为亥姆霍兹线圈，要 求线圈的间距d=线圈的平均半径r=10cm，用不锈钢钢尺测量台面 至线圈架平均半径端点对应位置的距离(在11.2cm处)，并适当调整 固定架，直至满足台面通过两线圈的轴心位置； 2、对载流圆线圈通过电流i=100ma时轴线上各点磁感应强度的测量。验证毕奥一萨伐尔定律 表1载流圆线圈轴线上各点磁感应强度的测量(注意：此时坐标原点 在单个通电线圈的中 根据公式b=0in 2(2+x2)2计算出理论值 2)将测得的圆线圈轴线上的磁感应强度与理论公式（5-1)计算结果进行比较；(i=100ma, r=10.00cm, n=500 实验结论：对实验结果进行分析后发现，测量出圆线圈轴线的磁场 与用毕奥一萨伐尔定律公式计算出磁场的理论值很接近，从表中看 出测量的相对偏差基本在1%附近，所以说明毕奥一萨伐尔定律成立。 3、分别测量组成亥姆霍兹线圈的两个线圈单独通电时轴线的磁场， 再测量组成亥姆霍兹线圈的两个线圈同时通电时叠加的磁场，验证 磁场的叠加原理。通过亥姆霍兹线圈的电流为：i=100ma 2 实验结论：对实验结果进行分析后发现，分别测量组成亥姆霍兹线 圈的两个线圈单独通电时轴线的磁场，再测量组成亥姆霍兹线圈的 两个线圈同时通电时叠加的磁场，发现他们的数值误差很小，从表 中看出测量的相对偏差基本在1%附近，所以说明磁场的叠加原理成立。 思考题：
motion-maxwell双向耦合磁吸结构仿真案例Motion Maxwell双向耦合磁吸结构（Motion Maxwell Bi-Directional Coupling Magnetic Levitation System）是一种基于磁悬浮原理的磁吸结构。它利用了电磁原理和控制系统，实现了物体悬浮在空中并能够在自由移动，使得磁悬浮技术在实际应用中得到了广泛的应用。 这个仿真案例将介绍如何使用Motion Maxwell软件对双向耦合磁吸结构进行仿真。这个仿真案例基于一个简化的双向耦合系统，包括一个悬浮磁铁和一个固定的铁块。磁铁与铁块之间的耦合通过磁场实现，通过控制电流可以调整悬浮高度和位置。 首先，我们需要定义问题的几何参数和物理参数。对于磁铁和铁块，我们需要定义其尺寸和形状。同时，还需要定义磁铁和铁块的磁性特性，如磁导率和磁化特性。在Motion Maxwell软件中，这些参数可以通过几何建模和材料属性设置实现。 接下来，我们可以使用Motion Maxwell的磁场模块进行仿真。我们需要在仿真模型中添加一个磁场源，模拟悬浮磁铁产生的磁场。然后，在仿真模型中添加一个磁场感应器，模拟固定铁块受到磁场影响的情况。 在设置仿真时，我们可以通过控制电流来调整磁铁的磁场强度。这样可以控制悬浮高度和位置，实现物体的悬浮和移动。我们可以通过改变电流大小和方向，来实现物体的上升和下降。 在仿真过程中，我们可以观察磁铁和铁块之间相互作用引起的力和力矩。这些力和力矩的大小和方向，可以帮助我们理解耦合磁吸结构的工作原理，并为系统的优化提供依据。
除了观察力和力矩，我们还可以通过仿真结果来分析磁场分布和能量 损耗。这些信息可以帮助我们了解磁悬浮系统的效率和稳定性，并为系统 的改进提供指导。 最后，我们可以对仿真结果进行后处理和分析。这包括绘制磁场分布 图和力矩曲线，以及计算系统的能量消耗和效率。通过对仿真结果的分析，我们可以进一步了解双向耦合磁吸结构的性能，并确定系统的优化策略。 总结起来，Motion Maxwell双向耦合磁吸结构仿真案例通过建立一 个基于磁悬浮原理的系统模型，模拟了物体在空中悬浮和移动的情况。通 过对仿真结果的分析，我们可以深入了解磁悬浮系统的工作原理和性能， 并为系统的设计和优化提供指导。这个仿真案例对于研究和开发新的磁悬 浮技术有着重要的意义。
MAXWELL 3D 12。0 BASIC EXERCISES 1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真 (1) 2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真 (5) 3. 恒定磁场问题实例：恒定磁场力矩计算 (10) 4。参数扫描问题实例：恒定磁场力矩计算 (15) 5. 恒定磁场实例:三相变压器电感计算 (23) 6. 永磁体磁化方向设置：局部坐标系的使用 (33) 7. Master/Slave边界使用实例：直流无刷电机内磁场计算 (39) 8. 涡流场分析实例 (46) 9. 涡流场问题实例：磁偶极子天线的近区场计算 (54) 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 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 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DownPlate Assign 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UpPlate Assign Material > pec(设置材料为理想导体perfect conductor）
通电导体在磁场中运动的实验探索 吴县市陆慕初级中学 吴卫梁 物理实验及其教学是物理课程和物理教学的一个重要的组成部分，实验装置、器材选择的恰当与否，直接影响实验效果、教学效果的好坏．特别是演示实验应做到1、实验确保成功，2、可见度要大，3、实验要简单易行．因此物理实验前就应从物理原理和教学要求对实验装置和实验器材进行选择．选材时，尽可能做到取材容易、经济实惠． 在初中物理教材“通电导线在磁场中运动”的教学中，笔者经实验探索，得出一些实验结论与同行共同研究，望大家提出宝贵意见． 此实验一般采用悬线式和导轨式两种方式． 1．悬线式 制作与实验：将细而轻的铜芯线截取一段（约10厘米长， 1mm 粗），在其两端用细漆包线焊好，如图1所示，将铜导线放 于U 形磁铁中间，通电后，就能见到很明显的摆动现象，效果 明显．实验时，笔者发现用较长的导线，圈成U 形后，固定在铁架台上通电也能有此良好的效果，不必特意制作，可以就地 取材．在此不作进一步的研究． 2．导轨式 如图2所示，用导轨实验是让通电导体在水平方向滚动，一般导体可以是圆柱体、圆管、带 轮导体三种．下面就用导轨做实验时可选择的这三种导体作一下研究． （1）铝圆柱体作为导体： 优点：用实验室现成的铝圆柱体，不必特意制作．导体较大，可视性较好． 缺点：用实验室现成的铝圆柱体做实验时，导体与导轨用砂皮磨光，通常用稳压电源、蓄电池做实验，设备要求高，实验难度大，铝导线与导轨之间的接触又不是很好．经实测，要使导体滚动的最小电流要求在3安培以上，用一般的干电池供电效果差． 究其原因： ①利用铝材料作为导体导致接触电阻较大：经砂皮打磨后的铝导体，接触电阻有所改善，但当有一个小的滚动时，很容易在滚动过程中出现火花，火花的产生导致氧化铝绝缘层的产生，最终影响实验效果． ②圆柱体质量较大是效果不佳的最直接原因： 改善，但圆柱体这种形状本身决定了它的效果．若设圆柱 体的质量为m 柱，半径r ，（如图3所示）则 圆柱体对接触点D 的转动惯量I D =21m 柱r 2+ m 柱r 2=23m 柱r 2 质心加速度a C 柱决定了导体在磁场中起动的原因，当磁 场强度B 一定、通过导体的电流i 相等、导体有效长度L 相等时，导体在磁场中
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
摘要 在日常生活中，对于电机的应用无处不在，几乎所有用电设备都涉及到电机的应用。而Ansoft Maxwell是一个款很强大的物理渲染器，用来分析电机十分方便。在此，为了研究电机中磁场和电流的瞬态场情况，我们利用Ansoft Maxwell14.0分析了电机定子转子中的磁场和电流。分析过程中按照建模、设置材料、设置激励、设置部分规则、设置求解规则等步骤最终成功模拟了电机中的瞬态场，并得到了磁体中的磁场强度矢量图等图。
目录 1 建模 (1) 1.1 创建定子模型 (1) 1.2 创建转子模型 (2) 1.3 创建转子线圈 (2) 1.4创建激励电流加载面 (3) 1.5 创建Region区域 (3) 1.6 旋转转子 (3) 2 设置材料 (4) 3.设置激励 (4) 3.1 定义绕组 (4) 3.2 设置外部激励电路 (5) 3.3 在Maxwell 3D下设置外部激励 (5) 4 设置剖分规则 (5) 5 设置涡流效应 (5) 6 设置求解规则 (5) 7 CHECK & RUN (6) 8 后处理 (6) 8.1 绘制模型中间对称面上磁体中的磁场强度矢量图 (6) 8.2 绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图 (7) 8.3 绘出激励电流随时间变化的曲线 (7)
1 建模 打开maxwell 14.0 创建一个新的3D设计项目并将求解器设定为Transient类型，然后将几何尺寸单位设定为mm。 1.1 创建定子模型 如图1-1所示，在坐标原点处创建两个同轴圆柱，然后将内部的圆柱体设置为空白部分，剩余的部分作为定子的外磁路。结果如图1-2所示。 两圆柱体的参数如下图1-3，图1-4所示。 图1-1 图1-2 图1-3
工程电磁场实验报告 实验二利用Maxwell 2D电磁场分析软件对静磁场进行分析 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
一、实验目的 1）认识钢涡流效应的损耗，以及减少涡流损耗的方法 2）学习涡流损耗的计算方法 3）学习用Maxwell 2D计算叠片钢的涡流 二、实验内容 1）如图所示，模型为四个钢片叠加而成，每一片的界面长和宽分别为12.7mm和0.356mm，两片之间的距离为8.12um，叠片钢的电导率为 2.08e6S/m,相对磁导率为2000，作用在磁钢表面的外磁场Hz=397.77 A/m，即Bz=1T。 2）本实验就采用轴向磁场涡流求解器来计算不同频率下的涡流损耗。建立相应的几何模型，指定材料属性和边界条件，分析不同频率下的损耗。由于模型对X、Y轴具有对称性，可以只计算第一象限内的模型。
三、实验原理 1、低频涡流损耗的计算公式为： P=t²w²B²δV/24 式中V为叠片体积；t为叠片厚度；B为峰值磁通密度；δ为叠片电导率；w 为外加磁场角频率。 Maxwell 2D所获得的功率损耗值是假定叠钢片在Z方向具有单位长度（1m）时而计算出来的。因此，上式中的体积显然需要按一下就算公式计算 V=12.7*1e-3*0.356*1e-3*1=4.5212e-6（m³） 公式成立的条件是频率低于2KHz，趋肤深度远小于叠片厚度。由此计算各个频率下的涡流损耗，见下表： 低频数值计算结果 2、高频涡流损耗的计算公式为：
P=0.5*Ht²【(ωμ/2σ)^1/2】*S 式中，S为叠片表面积，Ht为磁场强度切线分量，σ为叠片电导率，u为叠片相对磁导率，ω为外加磁场角频率。 公司成立的条件位频率大于等于10KHz，趋肤深度远远小于叠片厚度。 高频数值计算结果 四、计算机仿真 由实验结果与理论值比较可以大致看出，在较低频部分用低频计算公式得理论值与仿真值吻合的很好，而高频部分误差较大。而高频部分用高频计算公式计算时与仿真值也吻合得非常好。
Maxwell瞬态场仿真实例
选中上极板UpPlate, Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 5V 选中下极板DownPlate, Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V 3.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 & Run 6. 查看结果 Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix 电容值：31.543pF
2. 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。只有在不使用Voltage Excitation 时，才用Sink 。保证0J ∇⋅= DC conduction 求解器： 不计算导体外的电场，计算时，不考虑材料的介电常数参数。 例：绘出如下图所示导体结构中的电流流向图 1.建模（Model ） 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）
1.1磁场对通电导线的作用力(第1课时) 【学习目标】 1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F＝IlB或F＝IlB sin θ，明确它们的使用条件。 2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。 3．了解磁电式电流表的工作原理。 【学习任务一：安培力】 一：安培力的概念 1．安培力是_______________在________________受到的力。 2．通电导线在磁场中一定受安培力的作用吗？ 二：安培力的方向 1．实验: 将通电导线放入磁场讨论 电流与磁场垂直时： 电流与磁场平行时： 2．实验结论： 3．左手定则的内容： 4．结论可以用于分析通电导线间的相互作用吗？(相邻平行同向电流导线相互吸引，反向电流导线相互排斥） 三：安培力的大小 1.实验: 将通电导线放入磁场讨论，电流与磁场垂直时，放入磁场的导线长度发生变化，定性讨论安培力大小与导线长度的关系. 实验结论： 2.导线受到安培力大小的计算公式为： 有条件吗？ 3.导线与磁场平行时安培力的大小： 4.导线在磁场中受到的安培力大小的计算公式归纳为： 【学习任务二：磁电式电表的工作原理】 一：磁电式电表的结构 １.主要的构成部分有： 2.这种结构的磁铁产生的磁场有何特点? 二：磁电式电表的工作原理 1.影响力的作用效果的因素有那些？ 2.若力的方向总与棒垂直，而且作用在该棒上，如何能使得线圈扭转的角度更大？ 3.联系磁场的特点，指针所指的刻度是均匀的吗？ 【典型例题】 1.关于通电导线在磁场中受到的磁场力，下列说法正确的是（） A．磁场力方向可以不与磁场方向垂直 B．磁场力的方向一定垂直于通电导线 C．环形通电线圈在磁场中所受磁场力一定为零 D．只有垂直磁场方向放置的通电导线才受磁场力 2.在图所示的四幅图中，正确标明了通电导线所受安培力F方向的是（）
基于Maxwell的交流电磁机构三维仿真设计 李瑞;许志红 【摘要】以双E型单相交流接触器电磁机构为研究对象，建立了含有分磁环并添 加电压源激励方式的三维仿真模型。利用Maxwell瞬态磁场求解器，仿真分析了 电磁机构的动态特性，并通过试验验证了仿真模型的准确性和可行性。在此基础上，侧重分析了分磁环的工作特性和对电磁机构动作特性的影响，以及分磁环参数对电磁吸力最小值、分磁环损耗的影响，为电磁机构的优化设计奠定理论基础。 【期刊名称】《电器与能效管理技术》 【年(卷),期】2016(000)008 【总页数】8页(P1-7,15) 【关键词】交流接触器电磁机构分磁环电压源激励动态特性 Maxwell 【作者】李瑞;许志红 【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350116 【正文语种】中文 【中图分类】TM572.2 单相交流电磁机构是低压电器中大量采用的一种机构,常用在继电器、接触器、断 路器中作为感测器使用,同时也可以单独作为一种产品,如各种各样的电磁阀等。其 结构简单、工作可靠、制造成本低。随着用电系统自动化水平的不断提高,对开关 电器提出了更高的要求,如体积小、寿命长、噪声低、损耗小等。要想设计性能优 良的电磁机构,就必须对整体运动过程进行设计和分析。
单相交流电磁机构工作过程包括吸合、吸持和释放三个阶段。在吸合过程中,由于 吸合特性受电压波动、合闸相角的影响,再加上机构的摩擦和碰撞,使得动作时间分 散性大,因此常伴随有振动、弹跳甚至触头熔焊的现象。在吸持过程中,电磁吸力的 脉动性会产生有害的极面振动与噪声,通常采取磁极端面安装分磁环的方式来消除[1-2]。但分磁环工作过程中会产生涡流损耗,导致吸持能耗增加。试验结果表明,分磁环损耗占交流接触器电磁机构消耗有功功率的25%～30%[2]。另外,如果分磁环的设计不合理,受洛仑兹力影响会导致分磁环的松动或断裂。因此，对单相交流电 磁机构进行吸合过程的动态计算和吸持过程的含分磁环特性分析,是提高电寿命的 重要手段之一。 目前,对电磁机构工作特性进行分析和研究时,常用的方法有两种:“场”的方法和“路”的方法。随着计算机技术和虚拟样机技术的快速发展,利用大型有限元分析 软件对电磁机构的工作特性进行分析已经成为工程设计领域中必不可少的技术手段。文献[3-4]采用了磁路的方法对电磁机构进行动态计算和特性分析;文献[5-6]结合电磁场和磁路的各自优点,应用“场、路结合”的计算方法计算了整个电磁机构动态 过程,使得计算精度得到进一步提高;文献[7-8]采用了有限元分析方法对电磁机构的静态吸力特性进行分析；文献[9-10]利用有限元软件分析了交流电磁机构处于吸持状态时的工作特性及影响因素。 目前,很多涉及单相交流电磁机构的有限元仿真计算大多采用添加电流源激励和忽 略分磁环模型来进行机构的动态特性分析。实际系统中,常用到的是交流并励电压 励磁,由于铁磁材料的非线性,线圈电流会有一定的畸变,并非正弦波。在吸持阶段,分磁环对电磁吸力和损耗的影响更是不能忽略的。因此,采用电流源和忽略分磁环的 仿真计算将给仿真结果带来较大的误差。 本文以XMC0系列空调专用交流接触器为研究对象,采用Maxwell 3D软件耦合外电路加载电压源激励,并根据实际受力情况建立包含分磁环的电磁机构三维动态仿
一、 题目概述 1.1 内容 1.1.1 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 1.1.2 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。书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法；每章末的思考题用于测验学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的相互关系的理解，同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。 1.1.3 设计任务及要求 平行双线的电场仿真， 如图1.1所示，两长直导线相距400mm ，导线半径20mm ，其材料(material)是铁（iron ），场 域中介质是空气（air ）(006.1=ε,0=γ)。其中：一支导线电势为1000V ，另一支导线电势为-500V ；求：计算平行双线周围的电场分布，并计算单位长电容。
图 1.1 1.2 所用Maxwell 软件环境介绍 1.2.1 Maxwell 软件环境： Ansoft 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，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. 二、 功能分析 2.1 电磁场公式分析 设导线表面单位长度带电+λ，-λ，则 两线间任意点P 的场强： E= ) (220 0x d -+ξξπλ πλ 式（2.1） U=a d ln a a -d ln dx E 0 a -d a ξ ξπλπλ≈= ⎰ 式（2.2） 单位长度电容：
《通电导线在磁场中受到的力》探究式教学设计 【教材分析】 通电导线在磁场中受到的安培力是磁场这一章的核心知识，也是本章的教学重点。本节课是在学习了磁场的基本知识的基础上，进一步通过实验探究和逻辑推理的方式学习磁场对电流的作用。在探究安培力方向的过程中，学会正确判断安培力方向的方法体会实验探究的方法；根据实验探究和理论推导得出匀强磁场中安培力的表达式F=BILsinƟ，学会计算安培力大小的方法，培养学生实事求是的科学态度。本节课不仅是对安培力的深入学习，也是后续学习洛伦兹力的一个基础。【教学目标】 1、知识与技能 ①观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并提出相关结论。指导安培力方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向。 ②根据实验探究和理论推导得出匀强磁场中安培力的表达式F=BILsinƟ，知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。会用安培力公式F=BILsinƟ 计算匀强磁场中安培力的大小。 ③知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。 2、过程与方法 ①经历自主探究安培力方向与哪些因素有关的实验过程，体会猜想、设计实验、观察和 记录实验现象等实验探究要素。 ②通过制定方案体会控制变量的研究方法；在理论推导过程体会从特殊到一般和等效替 代的科学方法。 ③体会如何从实验现象中寻找联系并总结出规律的科学方法。 3、情感态度与价值观 ①通过了解安培力在生活中的应用，体会物理知识对现代社会发展的贡献。 ②通过左手定则体会自然界规律的奇妙，激发学生的学习兴趣。 【教学重难点】 重点：安培力的方向确定和大小的计算。 难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系。 重难点的突破： ①由于安培力的方向与磁场的方向、电流的方向不但不在一条直线上，而且不在一个平 面内。因此，研究安培力方向的问题要涉及三维空间。恰恰学生空间想象能力还不强。为了突 破难点，本教学设计先让学生自主探究四种情况下安培力的方向，通过学生认真观察、记录、 分析实验现象的过程，初步认识安培力方向的特点，同时也培养了学生空间思维能力。 ②由于本章第2节已经通过实验得到B的定义，所以很容易得到电流与磁场方向垂直时 F=BIL。但学生实际应用时往往会忽略垂直的前提条件，任何情况都套用公式F=BIL。对当磁场 方向与电流方向平行时F=0和磁场方向与电流方向成 角时学生没有直观的感受，理解存在困 难。为突破此难点，本教学设计利用自制的教具来直观展示当磁场方向与电流方向垂直、成角、 平行时安培力的大小情况，让学生亲眼看见安培力变化的情况，再利用力学中常用的正交分解 做出理论分析。 【教学用具】 多媒体、投影仪、课件、变压器、平行电流作用力演示仪、导线、学生分组实验仪器
MAXWELL 3D 12、0 BASIC EXERCISES 1、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:导体中得电流仿真 (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:局部坐标系得使用 (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:磁偶极子天线得近区场计算 (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。 要求计算该电容器得电容值 1、建模(Model) Project > Insert Maxwell 3D 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 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DownPlate Assign 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)