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类型五、准静态电磁场.ppt

  • 上传人:s36f12
  • 文档编号:4390427
  • 上传时间:2018-12-26
  • 格式:PPT
  • 页数:17
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    五、准静态电磁场.ppt
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    1、第五章 准静态电磁场,5-1 电准静态场和磁准静态场5-2 磁准静态场与电路5-3 电准静态场与电荷驰豫5-4 集肤效应5-5 涡流及其损耗5-6 导体的交流内阻抗5-7 邻近效应和电磁屏蔽,基本内容,基本要求1.掌握电准静态场和磁准静态场的基本定义、判别条件及基本方程。2.了解导体中的驰豫过程、分界面上的积累过程。3.了解导体中电流流动、涡流和磁扩散过程。4.定性说明集肤效应、邻近效应、电磁屏蔽。5.了解交流内阻抗的概念。,5-1 电准静态场和磁准静态场,时变场中,一些场量(B、D)随时间变化,但变化的速度很慢(可以忽略),可以按照静态场来处理。这样的场称为准静态场。,时变场中,感应(涡旋)

    2、电场Ei远小于库仑电场Ec时,或者说 很小时, 可以忽略。 这时,一、电准静态场(EQS),电场方程同静电场位移电流产生磁场,基本方程,注意:各场量还是时间的函数,当位移电流 可以忽略时,二、磁准静态场(MQS),磁场方程同恒定磁场;而电场中仍有涡旋电场。,基本方程,两种情况下可以忽略 1)导体内 2)理想介质中,磁准静态场是交流电路的场理论基础。 恒定电流场:,5-2 磁准静态场与电路,基尔霍夫第一定律,说明:电流是连续的闭合线, 在回路中处处相等。,基尔霍夫第二定律,说明:路是场的近似,实际问题中采用场或路的方法进行计算,需要根据具体条件。,在如图所示回路中:,5-4 集肤效应,导体内通过

    3、交变电流时,周围、内部产生交变的磁场,而交变的磁场产生感应电场,使导体内部的电流分布不均,在靠近导体表面处电流密度增加,而内部电密减小,高频时更趋于只有表面有电流通过,这种现象称为集肤效应。,涡流方程,同理,一、E、H和J的微分方程,磁准静态场,(磁扩散方程),二、集肤效应,X0区域是半无限大导体,内部通有正弦变化的电流i,电流密度为Jy(x)ey,于是得:,说明:J、E、H三个场量沿纵深方向(x轴)其振幅是按指数规律衰减的,其相位也是衰减的,表面处的场强最大,这就是集肤效应。,透入深度d:场量衰减到表面值的1/e时的距离。,透入深度d与材料性能与频率有关。,5-5 涡流及其损耗,大块导体中没

    4、有(传导)电流通过,但却处在变化磁场中,其表现又如何? 一、涡流1.定义:位于交变磁场中的导体,在其内部产生与磁场交链的感应电流,由于感应电流自成闭合回路,呈旋涡状流动,故称为涡流。2.特征:1)涡流与传导电流一样会产生损耗,具有热效应。2)涡流是感应电流能产生磁场,具有去磁作用。,二、薄导电板中的涡流,工频、音频(303kHz)变压器和交流电路的铁心通常由相互绝缘的薄钢片叠成,以减小涡流损耗。如图所示,厚度a很小(0.5mm),al、ah 假定:1)E、H和J近似为x的函数。2)H = Hz(x,t),E = Ey(x,t)、J = Jy(x,t)3)H = Hz(x,t)按正弦规律变化,是

    5、MQS场。根据涡流方程一般解:,根据对称性显然 设x=0时,B=B0,则:,x=0时,B=B0,最小,表明涡流的去磁效应。 x=a/2时,Jy最大;x=0 ,Jy最小,呈现集肤效应。,体积V中的平均损耗P上式表明:涡流损耗与频率、厚度a、平均磁密B的平方成正比,并与材质有关。 应用:1)感应加热2)金属管道无损检测(轴向裂纹)3)电度表,一、交流内阻抗,交流情况下,导体的电阻及内电感与直流不同,原因是集肤效应使得内部场量很小。 设电流I,等效交流阻抗为:Z=R+jX 则消耗的复功率 S=IZI*=I2(R+jX) 由坡印亭定律 得: 计算表明,交流电消耗有功功率等于直流I在同样长度、宽度、厚度为d(透入深度)的导体消耗的功率,Z称为表面阻抗。,二、邻近效应相互靠近的导体,受到本身及其它导体的电磁场的作用,使其场的分布不均匀,这种现象叫做邻近效应。邻近效应中,导体间的对应面处场量相对较大。 三、电磁屏蔽在工程实践中,需要消除电磁场源的作用,这些装置称为电磁屏蔽。一般来说,是利用涡流的消磁作用来屏障的,因此也称为涡流屏蔽。屏蔽的厚度一般为36个透入深度d。屏蔽的效能用屏蔽系数S来表示,S = E/E0电磁场的屏蔽往往只需屏蔽一个场量E或B。,

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