工程电磁场导论第六1章ppt课件

1、第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场 在时变情况下，电磁波不能深化到导体内部，交变电流在时变情况下，电磁波不能深化到导体内部，交变电流主要集中在导体外表附近，这种景象称为集肤效应。主要集中在导体外表附近，这种景象称为集肤效应。1.1.良导体的电的集肤效应良导体的电的集肤效应 工程问题工程问题xjxyeeEJ0E下 页上 页 讨论平面波从自在空间垂直穿入具有平外表的半无限大讨论平面波从自在空间垂直穿入具有平外表的半无限大导电媒质的情况。导电媒质的情况。设设yeEE x00导电媒质中正弦电磁波普通解为导电媒质中正弦电磁波普通解为ykxykxyyeeEeEE)(0y xE无反射波无反射波第第 五

2、五 章章准静态电磁场准静态电磁场设计高频电磁器件时必需思索集肤效应的设计高频电磁器件时必需思索集肤效应的影响，如工程上常用多股绝缘编织线替代影响，如工程上常用多股绝缘编织线替代单根粗导线以减弱集肤效应的影响单根粗导线以减弱集肤效应的影响下 页上 页实践运用给钢制品进展高频淬火。给钢制品进展高频淬火。2.2.良导体的交流阻抗计算良导体的交流阻抗计算 时变场中，导体的集肤效应使导体的实践载流面积减小，时变场中，导体的集肤效应使导体的实践载流面积减小，因此导体的高频电阻大于低频和直流电阻。因此导体的高频电阻大于低频和直流电阻。例例计算半无限大导电媒质交流阻抗。计算半无限大导电媒质交流阻抗。解法解法1

3、 1SHEdIZS)(1*2 从电磁能量的观念出发计算从电磁能量的观念出发计算第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场下 页上 页ykxyyeeEE)(设设zkxzzeeHH)(ABCCOzBCzABzOAzOABCzdlHdlHdlHdlHIdlHlHzzkxzeelIH)(ykxyeeZlIE)(0SHEdIZS)(1*20201()xI IZ dSIll0Zlh单位面积阻抗单位面积阻抗00045ZZ210j dj1第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场下 页上 页 dXR1 dL1结论虽然导体在虽然导体在x x方向伸展到无限远，但实践有效厚方向伸展到无限远，但实践有效厚度只需度只需d

4、d，这也是透入深度的另一物理意义。，这也是透入深度的另一物理意义。等效电阻和等效电感都是频率的函数，随频率等效电阻和等效电感都是频率的函数，随频率增高电阻增大，电感减小。增高电阻增大，电感减小。解法解法2 2 从电路的观念出发计算从电路的观念出发计算IUZkxyeEJ0EdSeEIkx000dxleEkxklE0hEyeEUxx00k0ddjjkZ1210第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场计算圆柱导体的交流参数设透入深度计算圆柱导体的交流参数设透入深度 ad 看成平面波对半无限大平面看成平面波对半无限大平面导体入射的问题导体入射的问题 ad al2下 页上 页例例解解h002ZahZlh

5、Z单位长度交流阻抗单位长度交流阻抗)(21dajZ单位长度直流电阻单位长度直流电阻21aRD交值流电阻的比值交值流电阻的比值2daada2RRDA211假假设设Hzf S/m. mma8710310852262第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场3. 临近效应 Proximate Effect 通有交变电流的导体彼此放的接近时，那么每一导体不仅通有交变电流的导体彼此放的接近时，那么每一导体不仅处于本身的电磁场中，同时还处于其他载流导体的电磁场中，处于本身的电磁场中，同时还处于其他载流导体的电磁场中，使每一导体的电流分布与导体单独存在时不同，这种相互影响使每一导体的电流分布与导体单独存在时不

6、同，这种相互影响称为临近效应。频率越高，导体靠得越近，临近效应愈显著。称为临近效应。频率越高，导体靠得越近，临近效应愈显著。临近效应与集肤效应共存，它会使导体的电流分布更不均匀。临近效应与集肤效应共存，它会使导体的电流分布更不均匀。下 页上 页第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场 涡流Eddy Current 当导体置于交变的磁场中，与磁场正交的曲面上将产生闭合的感应电流，即涡流。其特点： 工程运用：叠片铁芯电机、变压器、电抗器等、电工程运用：叠片铁芯电机、变压器、电抗器等、电磁屏蔽、电磁炉等都有涡流的问题。磁屏蔽、电磁炉等都有涡流的问题。4.4.磁的集肤效应磁的集肤效应涡流及涡流损耗涡流

7、及涡流损耗下 页上 页热效应热效应去磁效应去磁效应涡流是自在电子的定向运涡流是自在电子的定向运动，与传导电流有一样的热效应，产生涡流损耗。动，与传导电流有一样的热效应，产生涡流损耗。涡流产生的磁场力图抵消原磁场的变化。涡流产生的磁场力图抵消原磁场的变化。滞后效应滞后效应涡流影响使空间磁场的变化落后于场源的变化。涡流影响使空间磁场的变化落后于场源的变化。第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场 涡流场分布涡流场分布以变压器铁芯叠片为例，研讨薄导板中的涡流场分布。以变压器铁芯叠片为例，研讨薄导板中的涡流场分布。假设：假设：下 页上 页 ，场量仅是，场量仅是 x x 的函数；的函数；ah, l ，E

8、,J E,J 分布在平行于分布在平行于xoy xoy 的平面，且仅有的平面，且仅有 y y分量；分量；zzB eB 0 BBz 磁场为正弦函数，呈磁场为正弦函数，呈 y y 轴对称，且轴对称，且 x = 0 x = 0时，时，第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场故故当当 x = 0 x = 0 时时/2)0(0BHHzZzkxzkxzzeeHeHH)(看成平面波问题看成平面波问题由对称条件由对称条件 ) 2/() 2/(aHaHzzkazkazkazkazeHeHeHeH2222zzHH)(2)(kxchHeeeHHzzkxkxzz/ )(0kxchBHZ)(0kxchBBz)(2)(00

9、kxshHZeeHeHZEzzkxzkxzy下 页上 页第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场)()()(00kxshEkxshBkxEy)(0kxshJJydjj2jk)1 ()1 (结论去磁效应的结果使薄板中心处磁场去磁效应的结果使薄板中心处磁场最小，也称磁的集肤效应，工程上最小，也称磁的集肤效应，工程上用用Bz/B0Bz/B0曲线表示资料的集肤程度；曲线表示资料的集肤程度；)21()2()2(0dajchakchBaBz以电工钢片为例，设以电工钢片为例，设 ms /10100070下 页上 页xy0a/2B0Jy-a/2-a/2第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场5050013 .

10、 25 . 44 .42 .27 . 0)(Hzf)(mmada/0/ BBz20005 . 05 . 05 . 0下 页上 页电流密度的方向在板的左右两侧反向构成涡流，涡流外表电流密度的方向在板的左右两侧反向构成涡流，涡流外表密度大，中心为零，产生的磁场呵斥板中磁场分布不均匀。密度大，中心为零，产生的磁场呵斥板中磁场分布不均匀。 当当 时时, , 集肤效应严重，集肤效应严重，假设频率不变，必需减小钢片厚度，假设频率不变，必需减小钢片厚度，Hzf2000mma5 . 0假设假设取取mma05.01/0BBz第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场涡流损耗涡流损耗Eddy LossEddy Lo

11、ss 涡流在导板中引起的损耗称涡流损耗，它不仅引起能量损涡流在导板中引起的损耗称涡流损耗，它不仅引起能量损耗，而且呵斥温升影响电气设备的正常任务。由焦耳定律计耗，而且呵斥温升影响电气设备的正常任务。由焦耳定律计算体积算体积V V中的涡流损耗为中的涡流损耗为KachKaKashKaKalhBVPVzavyecossin2d1222J下 页上 页 涡流损耗涡流损耗 假设要减少假设要减少 Pe ,Pe ,必需必需减小减小 采用硅钢，减小采用硅钢，减小 a a采用叠片，提高采用叠片，提高 但但要思索磁滞损耗。要思索磁滞损耗。，1, aPe 研讨涡流问题具有实践意义高频淬火、涡流的热效应、研讨涡流问题具

12、有实践意义高频淬火、涡流的热效应、磁悬浮、电磁振动、电磁屏蔽等。磁悬浮、电磁振动、电磁屏蔽等。 结论第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场5.5.电磁兼容简介电磁兼容简介 电磁兼容是在有限空间、时间、频谱资源条件下，各电磁兼容是在有限空间、时间、频谱资源条件下，各种用电设备生物可以共存，不致于引起降级的一门科学。种用电设备生物可以共存，不致于引起降级的一门科学。即电磁干扰与抗电磁干扰问题。即电磁干扰与抗电磁干扰问题。雷电、太阳黑子、磁暴、沙暴、地球磁场等。电磁干扰源人为干扰源自然干扰源核电脉冲 通讯系统静电放电气体放电灯电牵引系统电力传输系统荧光灯、高压汞灯、放电管等产生的放电噪音；身着化纤

13、衣物、脚穿与地绝缘的鞋子的人运动时，会积累一定静电荷，当人接触金属后会放电；各种无线电广播、电视台、雷达站、通讯设备等任务时，都要辐射强能量的电磁波。继电器接触开断、核磁共振检测电气化铁道、有轨无轨电车上的受电弓与电网线间的放电和电力电子器件整流后的电流谐波分量0.1150 kHz ；高压传输线绝缘子的电晕放电；高压传输线中电流与电压的谐波分量；高压传输线之间的临近效应 ；下 页上 页第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场抗电磁干扰的两个主要措施：接地、电磁屏蔽。抗电磁干扰的两个主要措施：接地、电磁屏蔽。接接 地地 在金属体与大地之间建立低阻抗电路。在金属体与大地之间建立低阻抗电路。 如设备

14、外壳接如设备外壳接地，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。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，仪器的一楼层的参考点，仪器的“机壳接地机壳接地 、高压带电操作等。、高压带电操作等。以保证设备、系统内部的电磁兼容。以保证设备、系统内部的电磁兼容。下 页上 页维护接地维护接地 任务接地任务接地 第第 五五 章章准静态电磁场准静态电磁场 该当防止屏蔽的谐振景象该当防止屏蔽的谐振景象 当电磁波频率与屏蔽体固有当电磁波频率与屏蔽体固有频率相等时，发生谐振，频率相等时，发生谐振， 使屏蔽效能急剧下降，甚至加强使屏蔽效能急剧下降，甚至加强原电磁场。原电磁场。磁屏蔽磁屏蔽 在低频或恒定磁场中，利用磁通总是走磁阻小的在低频或恒定磁场中，利用磁通总是走磁阻小的途径的原理，采用有一定厚度的铁磁资料。途径的原理，采用有一定厚度的铁磁资料。电磁屏蔽电磁屏蔽电屏蔽电屏蔽 在任何频率下，利用电力线总是走电阻小的途在任何频率下，利用电力线总是走电阻小的途径的原理，采用金属屏蔽资料，且接地。径的原理，采用金属屏蔽资料，且接地。 在高频下，利用电磁波在良导体中很快衰减的原理，在高频下，利用电磁波在良导体中很快衰减的原理， 选择透