電機(jī)電磁場的分析與計(jì)算

前言

　　關(guān)于電機(jī)電磁場方面的著作，國內(nèi)已出版過幾本，但是多數(shù)屬于專著；有的篇幅較大，有的內(nèi)容較深，且絕大多數(shù)已經(jīng)不再出版。為了研究生的教學(xué)需要，有必要編寫一本篇幅和深度適中，兼顧基本理論和實(shí)際應(yīng)用的教材。本書就是為了滿足這一需要而編寫的?！　”緯奶攸c(diǎn)是：　　1.對恒定和似恒電磁場的基本理論，包括基本方程和各種電磁位的導(dǎo)出，邊值問題的唯一性和求解方法，有較為完整的闡述。這些內(nèi)容，無論對解析解法還是數(shù)值解法，都是一個(gè)基礎(chǔ)，所以很重要?！　?.對電機(jī)中很多經(jīng)典問題的解析解法，進(jìn)行了詳細(xì)的說明；包括控制方程和邊界條件的確定，采用哪種方法求解，特解和通解的得出，任意常數(shù)的確定等，使讀者在解決其他類似問題時(shí)有所遵循。　　3.對恒定和似恒電磁場的數(shù)值解法，包括網(wǎng)格剖分、插值函數(shù)的建立，控制方程和有關(guān)泛函的離散，第一類邊界條件和周期性邊界條件的引入，差分或有限元方程組的建立和求解等，作出了較為詳細(xì)的推導(dǎo)和說明，使讀者對有限元法和有限差分法的建立和實(shí)施，有一個(gè)清晰而具體的了解?！　?.用數(shù)值法對電機(jī)內(nèi)許多局部的磁場問題（槽內(nèi)磁場，氣隙磁場等），以及定、轉(zhuǎn)子橫截面內(nèi)的整體磁場分布進(jìn)行了計(jì)算，使讀者初步熟悉計(jì)及磁飽和與集膚效應(yīng)時(shí)，激磁電流、雜散損耗、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)時(shí)的各個(gè)電抗及其飽和值，以及運(yùn)行性能的計(jì)算方法。

內(nèi)容概要

　　《電機(jī)電磁場的分析與計(jì)算》共8章，內(nèi)容分成四部分。第一部分（第1章和第3章）主要闡明恒定磁場和似恒電磁場的基本理論，包括電磁場的基本方程和分界面條件、定解條件的建立，各種電磁位的引入等。第二部分（第2章和第4章）說明恒定和似恒電磁場的解析解法，并用電機(jī)中的一系列典型問題說明幾種主要的求解方法及其求解步驟。第三部分（第5章、第6章和第7章）說明數(shù)值解法（有限單元法和有限差分法）的理論基礎(chǔ)和實(shí)施，并用電機(jī)中的一些具體例子說明其應(yīng)用。第四部分（第8章）是有限單元法在解決交流電機(jī)的一些整機(jī)性的實(shí)際電磁場問題中的應(yīng)用，其中許多內(nèi)容是作者所領(lǐng)導(dǎo)的課題組在多年的科研工作中所取得的研究成果?！　　峨姍C(jī)電磁場的分析與計(jì)算》是高等學(xué)校電氣工程系的研究生教材，也可供高等學(xué)校有關(guān)教師以及電機(jī)方面的科研和工程技術(shù)人員作為參考用書。

作者簡介

　　湯蘊(yùn)璆，江蘇溧陽人，1932年生。哈爾濱理工大學(xué)（原哈爾濱電工學(xué)院）教授，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)名譽(yù)理事。1953年畢業(yè)子?xùn)|北工學(xué)院，1955年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生班。1955，1962年在哈爾濱工業(yè)大學(xué)任講師，1962-1978年任副教授，1979年在哈爾濱電工學(xué)院任教授至今。長期從事電機(jī)專業(yè)的教學(xué)和科研工作。主要研究領(lǐng)域?yàn)椋弘姍C(jī)理論和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理，交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)分析，電機(jī)電磁場的分析和計(jì)算?！　×浩G萍，1963年生，哈爾濱理工大學(xué)教授，博士，國際電磁計(jì)算學(xué)會(huì)會(huì)員，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)理論電工專業(yè)委員會(huì)委員，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)大電機(jī)專業(yè)委員會(huì)委員。1988年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)獲工學(xué)碩士學(xué)位，2005年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲博士學(xué)位。多年來一直從事電機(jī)與電器專業(yè)的教學(xué)與科研工作，主要研究方向：交流電機(jī)動(dòng)態(tài)分析、電機(jī)理論與電磁設(shè)計(jì)、電機(jī)電磁場數(shù)值計(jì)算與分析。先后完成國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，省部級重大項(xiàng)目，國防預(yù)研項(xiàng)目，省攻關(guān)項(xiàng)目及企業(yè)委托項(xiàng)目等多項(xiàng)研究工作，獲省部級獎(jiǎng)勵(lì)4項(xiàng)。

書籍目錄

前言第1章 恒定磁場的基本理論11.1 恒定磁場的基本方程11.2 標(biāo)量磁位和向量磁位51.3 恒定磁場的分界面條件101.4 恒定磁場問題的定解條件141.5 恒定磁場中的磁場能量和直流電感15小結(jié)16參考文獻(xiàn)18第2章 恒定磁場的解析解法192.1 無界空間中恒定磁場的計(jì)算192.2 鏡像法272.3 具有鐵磁邊界時(shí)二維拉普拉斯方程的直接求解362.4 主極磁場正弦分布時(shí)凸極同步發(fā)電機(jī)的極靴外形392.5 定子正弦磁動(dòng)勢在均勻氣隙內(nèi)所產(chǎn)生的磁場412.6 氣隙磁場正弦分布時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的轉(zhuǎn)子磁場432.7 線電流在氣隙中所產(chǎn)生的磁場452.8 具有鐵磁邊界時(shí)泊松方程的解法512.9 半閉口圓形槽內(nèi)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場522.10 單重傅里葉級數(shù)法——變壓器的漏磁場和漏抗562.11 用雙重傅里葉級數(shù)法求解泊松方程62小結(jié)65參考文獻(xiàn)66第3章 時(shí)變電磁場的基本理論683.1 靜止介質(zhì)中的麥克斯韋方程683.2 渦流方程和波動(dòng)方程723.3 時(shí)變電磁場中的電磁位743.4 似恒電磁場的分界面條件803.5 似恒電磁場的定解條件833.6 時(shí)變電磁場的能量及其轉(zhuǎn)化843.7 運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的電磁場方程87小結(jié)88參考文獻(xiàn)89第4章 似恒電磁場的解析解法914.1 表面有正弦磁場激勵(lì)時(shí)半無限大導(dǎo)體內(nèi)的電磁場914.2 薄長金屬板中的正弦電磁場934.3 矩形開口槽內(nèi)導(dǎo)體通有正弦電流時(shí)的集膚效應(yīng)994.4 槽內(nèi)空心載流導(dǎo)體中的電流集膚效應(yīng)1054.5 疊片鐵心的片間渦流1084.6 處于二維正弦磁場中矩形導(dǎo)體內(nèi)的渦流和渦流損耗1134.7 圓形半閉口槽內(nèi)導(dǎo)條通有正弦電流時(shí)的集膚效應(yīng)1194.8 用疊加法計(jì)算渦流損耗1224.9 隱極交流電機(jī)的氣隙磁場和能量流傳1264.10 表面突加階躍磁場時(shí)半無限大導(dǎo)體內(nèi)磁場的建立1324.11 薄長鋼片中恒定磁場的建立和衰減1344.12 矩形實(shí)心鐵心中恒定磁場的建立和衰減138小結(jié)141參考文獻(xiàn)142第5章 電磁場問題的數(shù)值解法——有限差分法1445.1 差分、差商和截?cái)嗾`差1445.2 二維拉普拉斯方程的差分離散1485.3 電樞開槽時(shí)氣隙磁場的分布1525.4 泊松方程和準(zhǔn)泊松方程的差分離散1545.5 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的非線性磁場1575.6 正弦渦流方程的差分離散1625.7 瞬態(tài)渦流方程的差分離散163小結(jié)167參考文獻(xiàn)167第6章 二維磁場問題的有限元解法1696.1 有限單元法的基本思想和實(shí)施步驟1696.2 變分法初步1706.3 二維泊松方程混合邊值問題的變分表述1756.4 單元剖分和單元的插值函數(shù)1796.5 泛函的離散和有限元方程的形成1886.6 定、轉(zhuǎn)子單邊開槽時(shí)氣隙的比磁導(dǎo)2036.7 槽內(nèi)載流導(dǎo)體所生的磁場2096.8 二維準(zhǔn)泊松方程混合邊值問題的有限元解法2116.9 周期性邊界條件的處理2146.10 凸極同步電機(jī)空載磁場的有限元計(jì)算2186.11 二階三角元2216.12 加權(quán)余量法2286.13 二維正弦渦流場的有限元解法2316.14 刀形槽內(nèi)導(dǎo)條通有正弦電流時(shí)的集膚效應(yīng)2376.15 二維非線性渦流場的有限元解法240小結(jié)243參考文獻(xiàn)245第7章 三維恒定和似恒電磁場的有限元解法2477.1 三維有限元分析時(shí)常用的單元及其形狀函數(shù)2477.2 三維恒定無旋磁場的有限元解法2527.3 三維恒定旋度磁場的邊值問題2597.4 向量泊松方程邊值問題的有限元解法2637.5 旋度旋度方程邊值問題的有限元解法2747.6 三維正弦渦流場的A，φ表述2807.7 A，φ法的有限元離散286小結(jié)300參考文獻(xiàn)301第8章 交流電機(jī)內(nèi)的電磁場問題3048.1 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)磁場和起動(dòng)性能的有限元計(jì)算3048.2 大型凸極同步電機(jī)主極和電樞磁場的波形系數(shù)3108.3 同步發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流的有限元計(jì)算3208.4 飽和同步電抗的有限元計(jì)算3258.5 瞬態(tài)電抗的有限元計(jì)算3308.6 實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)三維分析3448.7 汽輪發(fā)電機(jī)端部磁場計(jì)算簡介355參考文獻(xiàn)359附錄363附錄A 向量分析公式363附錄B 恒定和似恒電磁場邊值問題的唯一性364

章節(jié)摘錄

　　不隨時(shí)間而變化的電流稱為恒定電流，在恒定電流周圍將形成恒定磁場（亦稱為靜態(tài)磁場）。電機(jī)內(nèi)的許多電磁場問題（例如氣隙磁場，不計(jì)集膚效應(yīng)時(shí)槽內(nèi)載流導(dǎo)體所生的漏磁場，變壓器一次和二次繞組的漏磁場等），都可以作為恒定磁場問題來研究?！　”菊率紫日f明恒定磁場的基本方程，然后根據(jù)場的不同類型，先引入標(biāo)量磁位，再引入向量磁位，并導(dǎo)出其所滿足的微分方程；接著討論恒定磁場的分界面條件；最后對恒定磁場問題的定解條件作一簡介，對直流電感作一簡單說明?！　?.1 恒定磁場的基本方程　　恒定磁場的特點(diǎn)是，磁場在空間的分布是恒定的，不隨時(shí)間而變化，因此磁場不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電場，于是磁場和電場可以分別加以研究。　　恒定磁場的大小和分布，可以用磁感應(yīng)強(qiáng)度B（亦稱磁通密度）或磁場強(qiáng)度H來描述。實(shí)驗(yàn)證明，在恒定磁場中，磁場強(qiáng)度D遵守安培環(huán)路定律；磁感應(yīng)強(qiáng)度B遵守磁通連續(xù)性定律。下面對這兩條定律作一簡要說明。

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