东南大学《电机内的电磁场》课件第一章

合集下载

东南大学《电机内的电磁场》课件--绪论

东南大学《电机内的电磁场》课件--绪论

Two Forms of Maxwell’s Equations
• Integral form
– Describe EMF in a space region
• Differential form
– Describe EMF of some space point
• Integral form=Differential form+boundary conditions
• Scalars
– ρ…电荷密度 charge density C/m3
EMF Laws (1)
• 全电流定律(Total current law)
∇ × H = J c + ∂D / ∂t = J
H ⋅ dl = ∫ ( J c + ∂D / ∂t ) ⋅ ds ∫
l s
– ∇ … Hamilton operator
– Basic theory of magnetostatic field – Basic theory of time varying field
• Numerical Method of EMF
– Mathematic foundation of numerical methods – 有限差分法(Finite Difference Method, FDM) – 有限单元法(Finite Element Method, FEM)
S2
B2
EMF Laws (4)
• 高斯定律(Gauss law)
D ⋅ ds = ∫ ρdv ∫
s v
∇⋅ D = ρ
EMF Laws (5)
• 电流连续性定律(Current continuity law)

电磁学第一章静电场.ppt

电磁学第一章静电场.ppt

n
E Ei i 1
(4) 电场强度与电场力的关系 F q0 E
18
三、电场强度的计算
(1) 点电荷Q所产生电场的电场强度
电荷q 在电场中受力
Qq
F 4 0r 2 r0
F
Q
E q 4 0r 2 r0
r0 是由源电荷Q 指向场点. 场强方向是正电荷受力方向.
(2) 点电荷系所产生的电场的电场强度
2
3. 创设模型。物理学并不讳言自身只研究模型。模型并不全同 于真实,但物理学的成功正在于创造出许多成功的模型。模型是 “理想化”的,但不是“伪劣”的,它突出了许多表面上看是千差 别的物体最本质的特征,例如法拉第的“力线”模型的建立。
三、悟物穷理
学好物理学,关键是勤于思考,悟物穷理。
“细推物理须行乐,何用浮名绊此身”
一、电场线——用一簇空间曲线形象地描述场强的分布
1. 规定:曲线上每一点的切线方向为电场强度方向。大小为 在垂直于场强方向上单位面积上的电力线数目。
2. 电力线性质
E dN dS
1) 静电场电力线始于正电荷(或无穷远)终止于负电荷, 不会
在没有电荷处中断;
2) 两条电力线不会相交;
3) 静电场的电力线不会形成闭合曲线.
一、迎接挑战—关于电磁学的教学
1. 电磁学-研究对象的重大变化,必将引起基本观念、规律 性质的深刻变化,必将导致新的概念、新的研究方法、新 的描述手段和新的数学工具的出现,从而标志新的研究领域 的开辟,预示新的理论的诞生。
2.电磁场理论的研究由静止转为运动,由稳恒步入变化,最终 建立了一组十分优美而简洁的麦克斯韦方程组。它概括了麦 克斯韦之前所有的电磁经验定律。它不仅是物理学史上划时 代的伟大成就,也为理解什么是物理理论、怎样建立物理理 论提供了光辉的范例。

基础物理课件PPT-第19讲-电磁学-第一章-静电场

基础物理课件PPT-第19讲-电磁学-第一章-静电场
电场: 物质(能量、动量等),可单独存在,以光速传播。 与实物区别:电场可叠加;实物有不可入性
电场性质: a) 力的性质:
对处于电场中的其他带电体有作用力; b) 能量的性质:
在电场中移动其他带电体时,电场力要对它作功 Q:怎么描述电场?
§1-2 电场强度 理学院 物理系 陈强
§1-2 电场强度 一.电场强度
§1-3.静电场的Gauss定理(重点!!!)
一. 电场线 (Faraday,英,1791-1867)
一组有方向的曲线族
正疏切密向E 的E大的小方向
dN EdS
E dN dS
静电场中电场线的性质:
法拉第
P E
E
E
dS
• 有头(源)有尾(汇、漏), 由+(或)指向(或)
• 无电荷处不中断
• 不闭合, 不相交

计算时先规定好正法向(
n
的方向).

与E
的分布、
S的形状位置和n
的选择有关
§1-3.静电场的Gau理s学s院定物理理系 陈强
3. 封闭曲面(闭合曲面)的电通量 面上任意点可规定一个 n方向由内向外.
e
E dS
S
ee
0 0
e 0
出 入 出 入 出 入
• e 0 不一定没有场线穿过闭合面S!
=0
>0
<0
例:均匀电场中有一个半径为R 的半球面 求:通过此半球面的电通量
解: 通过dS 面元的电通量
理学院 物理系 陈强
900-
r
R



了量电
真空介电常数: 0 8.951012C2/Nm2
k 1 8.988109 Nm2 / C2 9.0 109 Nm2 / C2

电机学课件(东南大学)

电机学课件(东南大学)
升压变压器 电网 发电机 汽轮机/水轮机
第一节
降压变压器
电动机
燃煤
水力
绪论…
第一节
现代工农业生产中需要大量的电动机
机械 冶金 化学 轻纺 交通运输 农业 特定用途的要求: 防爆,防腐蚀(石油,煤矿) 防尘,防潮(轻纺) 防碱酸(化工)
绪论…
特定性能的要求
不同容量(几mW~几千MW) 不同电压 不同启动性能 不同调速性能
电:能量的一种形式 电机:能量转换的一种装置 19世纪初 奥斯特、法拉第发现电磁感应现象
电机和电力工业的研究开发开始起步
绪论…
电能的优越性
第一节
大量生产 集中管理 远距离传输 自动控制
电机工业的地位
电力工业 工矿企业 国防 农业 交通运输 日常生活
电力工业以电机制造业的发展为基础
发电与用电过程
绪论…
第五节 电机的制造材料
材料的功用:导电,导磁 ,绝缘,散 热和机械支撑
绪论…
导电材料:铜和铝
第五节
20oc时铜的电阻率为17.24×10-9 Ω.m 20oc时铝的电阻率为28.2×10-9 Ω.m
集电环的材料:黄铜,青铜和钢
绪论…
导磁材料:
钢铁
第五节
电工钢片:含硅,电阻大,导磁率高,可 减小铁芯中的涡流损耗 标准厚度0.35, 0.5, 1mm, 高频时0.2, 0.15,0.1mm
绪论…
第四节
磁通:通过磁场某一面积的磁感应线数, 穿过一平面的磁通 φ = BS cos θ 穿过任意曲面的磁通
φ=
n
∫ B cos θ ds = ∫ Bds
s s
B
θ
S
绪论…
第四节

【精品】电磁场课件资料PPT课件

【精品】电磁场课件资料PPT课件

2
当 =0时 2 0
泊松方程 拉普拉斯方程
2
—拉普拉斯算子 2 2 2 2 x2 y 2 z 2
➢所有静电场问题的求解都可归结为在一定条件下寻求
泊松方程或拉普拉斯方程的解的过程。
1.4.2 边值问题(Boundary Problem)
微分 方程
泊松方程 2=- / 拉普拉斯方程 2=0
电磁场课件资料
1.2.2 静电场中的电介质
无极性分子
电介质的极化
有极性分子
➢电介质在外电场作用下发生极化,形成有向排列的电偶极子,
并在电介质内部和表面形成极化电荷。
用极化强度 P 表示电介质的极化程度,即
P
lim
V 0
p
V
C/m2 电偶极矩体密度
式中, p为体积元 V内电偶极矩的矢量和,P 的方向从负极化电荷指向
代入通解
图1.5.3 接地金属槽内
(x, y) 4U0 1 sin( nπ x)sh( nπ y) 的等位线分布
π n1 nshnπ a
a
n=奇数
例1.5.2 垂直于均匀电场 E 放置 一根无限长均匀介质圆柱棒 , 试求
圆柱内外 和 E 的分布。
解:1)取圆柱坐标系,边值问题
均匀电场中的介质圆柱棒
给定空间某一区域内的电荷分布(或无电荷),
同时给定该区域边界上的电位或电场(边值,或称边
界条件),在这种条件下求该区域内的电位或电场强
度分布。
y
100V
例:试求长直接地金属槽内 电位的分布。
接地金属槽的截面
1.4.1 泊松方程与拉普拉斯方程
E 0
E
DE
D
E E E

电磁场1章

电磁场1章

1.2.1 真空中的高斯定律 (Gauss’s Theorem in Vacuum)
1. E 的散度 作散度运算
E(r) 1
4π 0
V
r r' r r'3
(r
'
)dV
E(r) (r') 高斯定律的微分形式
0
E 0
E 0
E 0
说明 静电场是有源场,电荷是电场的通量源。
返回 上页 下页
适用条件:
图1.1.1 两点电荷间的作用力
两个可视为点电荷的带电体之间的相互作用力;
真空中的介电常数 ε0 8.85 1012 F/m
思考 点电荷之间的作用力靠什么来传递?
返回 上页 下页
1.1.2 电场强度 ( Electric Intensity )
定义:电场强度 E 等于单位正电荷所受的电场力F
E 线愈密处,场强愈大;
E 线与等位线(面)正交; 图1.1.11 点电荷与不接地导
体的电场
返回 上页 下页
图1.1.12 介质球在均匀电场中
图1.1.13 导体球在均匀电场中
图1.1.14 点电荷位于无限大介质上方 图1.1.15 点电荷位于无限大导板上方
返回 上页 下页
1.2 高斯定律
Gauss’s Theorem
矢量恒等式 CF C F C F
r r' r r'3
r
1 r' 3
(r
0
r')
r
1 r' 3
(r
r')
r
1 r'3
(r
r')
3
r r' r r'3

东南大学《电机内的电磁场》课件第二章

东南大学《电机内的电磁场》课件第二章

A, φ A
A, φ ψ
非导 体区
导体区
Complex Magnetic Scalar Potential
In non-conducting region
& = ψ & H
Complex Magnetic Vector Potential
In conducting region or nonconducting region
Boundary Conditions
In Field Quantity
B1n = B2 n H1t H 2 t = K
E1t = E 2 t J1n = J 2 n D1n D2 n =
Boundary Conditions: A
In potential
B1n = B2 n
A = 0
Chapter 2
Basic Theory of Time Varying Field
似稳场
Low frequency
× H = J
× E = B / t B = 0
Sinusoidal 似稳场
Low frequency,and sinusoidally varying
& e jωt + jB e jωt + kB e jωt ) & & B = Re( iBx y z & e jωt ) = Re( B
Electric Vector PotentialMagnetic Scalar Potential
导体区
T , ψ T, A
非导 体区
Electric Vector Potential
In Conducting region

电机内的电磁场

电机内的电磁场

电机内的电磁场1.电机内的电磁场概述电机是一种将电能转换成机械能的装置,通常由定子和转子两部分构成。

在电机运行时,电流通过定子和转子中的导体,会产生磁场并相互作用,从而使转子旋转。

因此,电磁场在电机内起着至关重要的作用。

2.定子内的电磁场定子是电机的固定部分,通常由若干根绕在铁芯上的线圈组成。

当通电时,定子线圈内产生的电流会在铁芯周围产生磁场,随着电流方向的变化,磁场的方向也会随之变化。

这种随电流变化的磁场称为交变磁场。

定子线圈内的交变磁场与转子中的永磁体或电磁体相互作用,产生电磁力,将转子带动旋转,从而转化电能为机械能。

因此,定子内的电磁场是电机运行的基础。

3.转子内的电磁场转子是电机的旋转部分,通常由永磁体或电磁体组成。

当定子线圈通电时,产生的磁场会与转子内的永磁体或电磁体相互作用,产生电磁力,将转子带动旋转。

对于永磁体转子,由于永磁体固有的磁场方向不变,因此转子内的磁场是静态的。

而对于电磁体转子,由于电磁体内的电流随着转子的旋转而改变,转子内的磁场也因此随之变化。

4.磁场分布电机内的电磁场不仅受到定子和转子内部的因素影响,还受到外部环境的影响。

例如,当电机靠近其他有磁性的物体时,这些物体的磁场会干扰电机内部的磁场分布,从而影响电机的性能。

因此,在设计和使用电机时,需要考虑到外部环境对电磁场的影响,并采取相应的措施来减少干扰,保证电机的正常运行。

5.结论电机内的电磁场对电机的运行起着至关重要的作用,它们之间的相互作用决定了电机的性能和效率。

因此,了解电机内的电磁场分布规律以及外部环境对它们的影响,对于设计和使用电机都是十分重要的。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

× A
And
A
Uniqueness of a Vector
Considering
× f ≡ 0 B = × A = × ( A + f ) = × A'
Uniqueness of a Vector
Gauge
A = Arbitrary value
For simplicity ( Coulomb gauge)
– 无限薄电流片
H1t H 2 t = lim Jh = K
h→ 0
That is
H1t H 2 t = K
Interface Conditions (3)
For electric field
E1t = E 2 t
And
J1n = J 2 n
D1n D2 n = ρ s
Interface Conditions: A?
Interface Conditions (1)
Flux continuity law
B1n = B2 n A1t = A2 t
Interface Conditions (2)
Ampere law
H1t t H2t dl
J h
Interface Conditions (2)
Ampere law
( H1t H 2 t )dl = dl lim Jh
h→ 0
Interface Conditions (2)
If J is finite
H1t H 2 t = lim Jh = 0
h→ 0
That is
H1t = H 2 t
Interface Conditions (2)
If J is infinite and Jh=K
ψ φ ψdv + ∫ φψdv = ∫ φ ds ∫ n v v s
2
Uniqueness of the Scalar
In ular, φ=ψ and 2ψ=0
ψ | ψ | dv = ∫ψ ds ∫ n v s
2
Two Theorems (1)
Theorem 1

ψ = 0 in V on S ψ = 0
Considering
B = 0
Note that
× A ≡ 0
Vector Potential
A magnetic vector potential is introduced by
B = × A
And, we define
A = 0
Helmholtz 亥姆霍兹 Theorem
The conditions to determine a vector uniquely
Considering
B = 0
We have
ψ = 0
Governing Equation of Scalar Potential
If media is homogeneous
– =Constant – satisfies Laplace (拉普拉斯) equation
ψ = ψ = 0
Vector Potential And Magnetic Energy
On the infinitely far boundary
H =0
Hence
1 A × H ds = 0 ∫ 2s
Magnetic Vector Potential In 2D Problems
Only one component
Vector Potential And Flux
(2) 等A线
– In 2D magnetic field, flux is just 等A线
A = kAz ( x , y ) Az Az i j B = × A = y x
– In 3D, no this conclusion
Vector Potential And J
– Further
– 第二类齐次边界条件
Boundary Conditions (3)
Third kind boundary…Robin
u [ α ( x , y , z )u + β ( x , y , z ) ] |Γ3 n = g( x , y , z )
Practical Boundary Conditions
We have
ψ =C =0
Two Theorems (2)
Theorem 2
ψ = 0 in V ψ on S =0 n
2
ψ = C in V
Uniqueness of the Magnetic Scalar Potential
The following Boundary value problem (BVP) has unique solution
u |Γ1 = g ( x , y , z )
– Further
g( x , y , z ) = 0
– 第一类齐次边界条件
Boundary Conditions (2)
Second kind boundary…Neumann
u |Γ2 = g ( x , y , z ) n g( x , y , z ) = 0
2
ψ = 0 in V
Two Theorems (1)
Test of Theorem 1
– By Green theorem
2
ψ | ψ | dv = ∫ψ ds = 0 ∫ n v s
ψ = 0
ψ =C
Two Theorems (1)
Considering
– ψ is continuous in V
全区
源区
Integral is limited in the source zone
Vector Potential And Magnetic Energy
1 1 Wm = ∫ H Bdv = ∫ H × Adv 2v 2v 1 1 = ∫ ( A × H )dv + ∫ A Jdv 2v 2v 1 1 = ∫ A × H ds + ∫ A J dv 2s 2v
Uniqueness of the Magnetic Scalar Potential
Let φ= 1 - 2
2φ = 0 in V on S1 φ = 0 φ =0 on S 2 n
φ =0
ψ1 = ψ 2
Homework 1. Review Chapter 1
–Pp. 3~15
A = 0
Governing Equation of Magnetic Vector Potential
Considering
× H = J
We have
×
1
× A = J
Governing Equation of Magnetic Vector Potential
When media is homogeneous
Ht=0
ψ =C
Bn=0
1 A =0 n
ψ =0 n
A=C
Boundary Conditions: Examples (1)
Field in air-gap and slot
ψ =C1
ψ =0 n
ψ =0 n
ψ =C2
Boundary Conditions: Examples (2)
Field in synchronous motor
– To simplify analysis
Vector Potential And Flux
(1) A的环量
Φ = ∫ B ds
s
= ∫ × A ds = ∫ A dl
s l
Vector Potential And Flux
Φ ds dl
∫ B ds = Φ
s
A dl = Φ ∫
l
Chapter 1
Basic Theory of Magnetostatic Field
Basic Equations
× H = J
B = 0
B = H
Scalar Potential
For the magnetic field in zerocurrent region
× H = 0 无旋场
2ψ = 0 in V ψ = ψ 0 on S1 ψ =0 on S 2 n
Uniqueness of the Magnetic Scalar Potential
Test: assume both ψ1 and ψ 2 are the solution of the BVP
2ψ = 0 in V 1 ψ 1 = ψ 0 on S1 ψ 1 on S 2 =0 n 2ψ = 0 in V 2 ψ 2 = ψ 0 on S1 ψ 2 on S 2 =0 n
2
Laplace Operator
ψ = ψ
2
ψ ψ ψ = 2 + 2 + 2 y z x
2 2 2
Scalar Potential: Meaning or Means
Has no physical meaning Just a mathematical means Purpose to use potential
– =Constant – A satisfies Poisson equation
×× A = ( A) (A) = A = J
2
Vector Laplace Operator
A = Ax i + Ay j + Az k
2 2 2 2
Vector Decomposition
Ax = J x
Note that
相关文档
最新文档