电磁场准静态电磁场涡流平面电磁波资料.pptx
麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组电磁场基本规律电磁场基本规律麦克斯韦方程组积分形式麦克斯韦方程组微分形式全电流定律全电流定律电磁感应定律电磁感应定律磁通连续性原理磁通连续性原理高斯定律高斯定律辅助方程：电磁能流密度：各种宏观电磁现象都可用特定条件下的麦氏方程组描述。洛伦兹力：第1页/共31页电准静态场EQS电场的有散源无旋性与静电场相同，称为电准静态EQS。用洛仑兹规范 ，化简得到泊松方程第五章 准静态电磁场若磁场随时间变化很缓慢，即感应电场远小于库仑电场，忽略感应项 的作用，即 麦氏方程：一般低频交流电情况下，平板电容器中的电磁场属于电准静态场。第2页/共31页 若位移电流远小于传导电流，忽略感应项 的作用，即磁场的有旋无源性与恒定磁场相同，称为磁准静态场（MQS）。磁准静态场MQS 用库仑规范 ，化简整理得到麦氏方程：通常把导体中的磁准静态场叫做涡流场，上述即涡流场方程。一般工频交流电器(尺寸远小于电磁波的波长)中的电磁场问题都属于磁准静态场或涡流场问题。条件：场与源近似具有瞬时对应关系，忽略推迟效应。第3页/共31页 准静态电磁场电准静态场Electroquasitatic简写EQS磁准静态场Magnetoquasistatic简写MQS任意两种场之间的空间尺度和时间尺度没有绝对的分界线。工程应用（电气设备及其运行、生物电磁场等）。工程应用（电气设备及其运行、生物电磁场等）。电准静态场准静态场（低频）时变电磁场磁准静态场具有静态电磁场的特点动态场（高频）似稳场（忽略推迟效应）电磁波第4页/共31页5.4 集肤效应当交变电流流过导线时，导线周围变化的磁场也要在导线中产生感应电流，电流叠加，从而使沿导线截面的电流分布不均匀。尤其当电流频率较高时，此电流几乎是在导线表面附近的一薄层中流动，这就是所谓的集肤效应现象。第5页/共31页集肤效应集肤效应-电流扩散方程电流扩散方程在磁准静态场MQS中，导体中的位移电流远小于传导电流，忽略。正弦稳态情况第6页/共31页在正弦稳态下，电流密度满足扩散方程。式中 设半无限大导体中，电流沿 y 轴流动，则有通解半无限大导体中集肤效应第7页/共31页由 当 有限，故则通解由电流密度、电场强度和磁场强度的振幅沿导体的纵深都按指数规律衰减，而且相位也随之改变。第8页/共31页 称为透入深度（skindepth）或集肤深度其大小反映电磁场衰减的快慢。当x=x0 时，当 x=x0+d时，d 表示电磁场衰减到原来值的36.8%所经过的距离。透入深度定义：当交变电流流过导体时，靠近导体表面处电流密度大，愈深入内部愈小。当交变电流频率很高时，电流几乎只在导体表面一层薄膜中流动，这种场量主要集中在导体表面附近的现象称为集肤效应。第9页/共31页邻近效应 靠近的导体通交变电流时，所产生的电磁场相互影响，称为邻近效应。频率越高，导体靠得越近，邻近效应愈显著。邻近效应与集肤效应共存，它会使导体的电流分布更不均匀。两根导线之间的邻近效应两根交流汇流排的邻近效应第10页/共31页 涡流（EddyCurrent）当导体置于交变的磁场中，与磁场正交的区域产生闭合的感应电流，即涡旋电流流，简称涡流。工程应用：电磁炉、变压器电机铁心叠片等。涡流5.5 涡流及其损耗 热效应 涡流是自由电子的定向运动，与传导电流有相同的热效应。去磁效应 涡流产生的磁场反抗原磁场的变化。工程应用：电磁闸。第11页/共31页涡流方程涡流方程在磁准静态场MQS中，导体中的位移电流远小于传导电流，忽略。正弦稳态情况涡流方程第12页/共31页5.5.2 涡流场分布（EddyFieldDistribution）以变压器铁芯叠片为例，研究涡流场分布。假设：，场量仅是 x 的函数；，故 E,J 分布在 x0y 平面，且仅有 y分量；磁场呈 y 轴对称，且 x=0 时，。变压器铁芯叠片薄导电平板的简化物理模型第13页/共31页在 MQS场中，磁场满足涡流场方程（扩散方程）薄导电平板解方程得到利用 得：第14页/共31页式中 结论:模值分布曲线 和 的幅值分别为去磁效应，薄板中心处磁场最小；集肤效应，电流密度奇对称，表面密度大。涡流损耗：当频率较低时：第15页/共31页JeJsv含有运动导体的涡流问题第16页/共31页 电磁兼容EMC简介 什么是电磁兼容？电气元件、电子线路、设备以及系统相互不影响，从电磁的角度说，具有相容状态，即电磁干扰与抗电磁干扰问题。含义有两个方面：EMIandEMS1.电设备作为发射装置，不引起非正常的电磁泄露。2.电设备本身的工作状态不受外部电磁干扰或具有抗干扰能力。第17页/共31页第18页/共31页抗电磁干扰的两个主要措施：接地、电磁屏蔽。接 地 在金属体与大地之间建立低阻抗电路。如设备外壳接地，建筑体安装避雷针等，使雷电、过电流、漏电流等直接引入大地。系统内部带电体接参考点（不一定与大地相连）。如每一楼层的参考点，仪器的“机壳接地”、高压带电操作等。以保证设备、系统内部的电磁兼容。1.保护接地 2.工作接地 第19页/共31页磁屏蔽 在低频或恒定磁场中，利用磁通总是走磁阻小的路径的原理，采用有一定厚度的铁磁材料。电磁屏蔽 用于减弱由某些源产生的某个区域内（不包含这些源）的电磁场的结构。电屏蔽 在任何频率下，利用电力线总是走电阻小的路径的原理，采用金属屏蔽材料，且接地。静电屏蔽涡流屏蔽第20页/共31页第六章电磁波动方程及均匀平面波 电磁波动方程（ElectromagneticWaveEquation）设媒质均匀,线性,各向同性 磁场矢量波动方程第21页/共31页电场矢量波动方程第22页/共31页沿x 方向传播的均匀平面波电磁波：脱离场源后在空间传播的电磁场。平面电磁波：等相位面为平面的电磁波。（2）等相位面是平面，等相位面上电场E、磁场H和波的传播方向三者相互垂直。电磁波动方程（1）均匀平面电磁波是一横波。第23页/共31页电磁波传播到不同媒质分界面处，要发生反射和折射现象。电磁波的极化：直线极化、圆极化和椭圆极化。平面电磁波的极化、反射和折射波的极化电场强度 E矢量末端随时间变化的轨迹。折射定律(Snellslaw)第24页/共31页第七章 均匀传输线中的导行电磁波 传输线的种类：平行板传输线、平行双线、同轴电缆、各种金属波导、各种介质波导、光纤电缆等。电磁波是向各个方向辐射传播。工程上采用传输线来引导电磁波，将能量或信息定向地从一点传输到另一点。平行板传输线平行双线同轴电缆若传输线的导体材料、横截面形状和尺寸、相对位置及周围介质沿线长都无变化，称之为均匀传输线。若构成均匀传输线的导体是理想导体，且线间介质是理想介质，称之为无损耗均匀传输线。第25页/共31页 传输线方程也称电报方程。在沟通大西洋电缆(海底电缆)时，开尔芬首先发现了长线效应：电报信号的传输、反射都与低频有很大的不同。（短样低频电压电流无波动性）为了研究无限长传输线的支配方程，定义电压u 和电流i 均是距离和时间的函数，即经过仔细研究，才知道当导线长与电磁波长可比拟或超过波长时，我们必须计及其波动性，这时传输线也称长线。沿线有感应电势的存在，还有位移电流的存在。传输线理论第26页/共31页把均匀传输线分割成许多小的微元段dz(dz)，这样每个微元段可看作集中参数电路，用一个 型网络来等效。于是整个传输线可等效成无穷多个 型网络的级联。传输线电路模型第27页/共31页考虑传输线上单位长度电压降和电流变化：上式即是均匀传输线方程或电报方程。对于无损耗均匀传输线情况（忽略电阻）：即7.1 无损耗均匀传输线方程单位长度传输线的电路模型第28页/共31页7.2无损耗均匀传输线的传播特性瞬态解波动方程的解分别称为入射电压波、电流波；反射电压波、电流波。正弦稳态解式中传播常数；相位常数方程的解特性阻抗均匀传输线中的电压波和电流波沿线的传播特性与均匀传输线中的电压波和电流波沿线的传播特性与均匀平面电磁波均匀平面电磁波相似。相似。第29页/共31页 Thanks！第30页/共31页感谢您的观看！第31页/共31页
