电磁场数值计算(基本原理).ppt

华北电力大学（北京）－电力工程系－高电压与电磁兼容研究所 电磁场数值计算王泽忠 磁悬浮分析 提升力 2-D Magnetostatics (2-D静磁场) 波导电磁场场分布 HF Application example: 同轴波导上波的传播 ANSYS/Emag: 微波 Coax-to-Waveguide 同轴电缆 波导 输入口 输出口 电磁场数值计算 一、电磁场理论基础 二、电磁场的边值问题 三、电磁场数值计算数学基础 1、泛函分析 2、变分法 3、变分原理 4、加权余量法 5、伽辽金法 6、里兹法 三、有限元法 1、有限元的网格剖分 2、有限元的单元插值 3、有限元的离散化 4、有限元方程组的求解 5、矢量有限元 四、边界元法 五、有限差分法 六、模拟电荷法 七、ANSYS软件简介 八、工程电磁场分析举例 电磁场模型： 1、源模型 2、媒质模型 3、场域模型 电磁场问题： 1、正问题（内问题、外问题） 2、逆问题 一、电磁场理论基础 1、静电场的基本原理 库仑定律 电场强度 点电荷 线电荷 面电荷 体电荷 库仑扭秤实验 试验电荷 静电场的环路定理 高斯通量定理 辅助方程 线性材料？ 各向同性材料？ 均匀材料？ 2、恒定电流场的基本原理 电流连续性定理 恒定电场的环路定理 辅助方程 电动势 包括库仑电场强度和据外电场强度 3、恒定磁场的基本原理 安培定律 电流元对电流元 线圈对电流元 线圈对线圈 （可测量） 磁感应强度 点电流 线电流 面电流 体电流 磁通连续性定理 安培环路定理 辅助方程 磁化强度 磁场强度 4、时变电磁场的基本原理 法拉第电磁感应定律 磁链 磁通代替磁链 微分形式 麦克斯韦位移电流 全电流定律 运流电流 位移电流 传导电流 麦克斯韦方程组 电磁场 理论基础 电磁场理论总结 库仑定律 安培定律 法拉第定律 位移电流假设 电磁学三大实验定律 麦克斯韦 电磁场方程组 问题： 1：静电场的基本物理量？ 2：静电场的基本方程？ 3：恒定电流场的基本物理量？ 4：恒定电流场的基本方程？ 5：恒定磁场的基本物理量？ 6：恒定磁场的基本方程？ 7：时变电磁场的基本方程？ 8：基本物理量的分界面条件？ 9：电磁场的源及其分布形式？ 电磁场理论基础部分结束 电磁场问题： 正问题：已知源、材料、边界条件。 逆问题：已知部分场，部分源、部分材料、部分边界条件。 电磁场理论基础部分结束 主要数值计算方法： 1、有限元法（微分方程变分法） 2、时域有限差分法（微分方程差分法） 3、矩量法（积分方程法） * 电 磁 场 数 值 计 算 任课教师：王泽忠 华北电力大学（北京）－电力工程系－高电压与电磁兼容研究所 电磁场 电动力学 电磁理论 电磁学 Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) 库仑 Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), a military civil engineer, retired from the French army because of ill health after years in the West Indies. Forced from Paris by the disturbances of the revolution, he began working at his family estate and discovered that the torsion characteristics of long fibers made them ideal for the sensitive measurement of magnetic and electric forces. He was familiar with Newtons inverse-square law and in the period 1785-1791 he succeeded in showing that electrostatic forces obey the same rule. André-Marie Ampère (1775-1836) 安培 André-Marie Ampère (1775-1836) was a child prodigy whose early life was marred by tragedy: Ampères father was behe