工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論第六1章ppt課件

1、第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng) 在時(shí)變情況下，電磁波不能深化到導(dǎo)體內(nèi)部，交變電流在時(shí)變情況下，電磁波不能深化到導(dǎo)體內(nèi)部，交變電流主要集中在導(dǎo)體外表附近，這種景象稱為集膚效應(yīng)。主要集中在導(dǎo)體外表附近，這種景象稱為集膚效應(yīng)。1.1.良導(dǎo)體的電的集膚效應(yīng)良導(dǎo)體的電的集膚效應(yīng) 工程問題工程問題xjxyeeEJ0E下 頁上 頁 討論平面波從自在空間垂直穿入具有平外表的半無限大討論平面波從自在空間垂直穿入具有平外表的半無限大導(dǎo)電媒質(zhì)的情況。導(dǎo)電媒質(zhì)的情況。設(shè)設(shè)yeEE x00導(dǎo)電媒質(zhì)中正弦電磁波普通解為導(dǎo)電媒質(zhì)中正弦電磁波普通解為ykxykxyyeeEeEE)(0y xE無反射波無反射波第第 五

2、五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)高頻電磁器件時(shí)必需思索集膚效應(yīng)的設(shè)計(jì)高頻電磁器件時(shí)必需思索集膚效應(yīng)的影響，如工程上常用多股絕緣編織線替代影響，如工程上常用多股絕緣編織線替代單根粗導(dǎo)線以減弱集膚效應(yīng)的影響單根粗導(dǎo)線以減弱集膚效應(yīng)的影響下 頁上 頁實(shí)踐運(yùn)用給鋼制品進(jìn)展高頻淬火。給鋼制品進(jìn)展高頻淬火。2.2.良導(dǎo)體的交流阻抗計(jì)算良導(dǎo)體的交流阻抗計(jì)算 時(shí)變場(chǎng)中，導(dǎo)體的集膚效應(yīng)使導(dǎo)體的實(shí)踐載流面積減小，時(shí)變場(chǎng)中，導(dǎo)體的集膚效應(yīng)使導(dǎo)體的實(shí)踐載流面積減小，因此導(dǎo)體的高頻電阻大于低頻和直流電阻。因此導(dǎo)體的高頻電阻大于低頻和直流電阻。例例計(jì)算半無限大導(dǎo)電媒質(zhì)交流阻抗。計(jì)算半無限大導(dǎo)電媒質(zhì)交流阻抗。解法解法1

3、 1SHEdIZS)(1*2 從電磁能量的觀念出發(fā)計(jì)算從電磁能量的觀念出發(fā)計(jì)算第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)下 頁上 頁ykxyyeeEE)(設(shè)設(shè)zkxzzeeHH)(ABCCOzBCzABzOAzOABCzdlHdlHdlHdlHIdlHlHzzkxzeelIH)(ykxyeeZlIE)(0SHEdIZS)(1*20201()xI IZ dSIll0Zlh單位面積阻抗單位面積阻抗00045ZZ210j dj1第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)下 頁上 頁 dXR1 dL1結(jié)論雖然導(dǎo)體在雖然導(dǎo)體在x x方向伸展到無限遠(yuǎn)，但實(shí)踐有效厚方向伸展到無限遠(yuǎn)，但實(shí)踐有效厚度只需度只需d

4、d，這也是透入深度的另一物理意義。，這也是透入深度的另一物理意義。等效電阻和等效電感都是頻率的函數(shù)，隨頻率等效電阻和等效電感都是頻率的函數(shù)，隨頻率增高電阻增大，電感減小。增高電阻增大，電感減小。解法解法2 2 從電路的觀念出發(fā)計(jì)算從電路的觀念出發(fā)計(jì)算IUZkxyeEJ0EdSeEIkx000dxleEkxklE0hEyeEUxx00k0ddjjkZ1210第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)計(jì)算圓柱導(dǎo)體的交流參數(shù)設(shè)透入深度計(jì)算圓柱導(dǎo)體的交流參數(shù)設(shè)透入深度 ad 看成平面波對(duì)半無限大平面看成平面波對(duì)半無限大平面導(dǎo)體入射的問題導(dǎo)體入射的問題 ad al2下 頁上 頁例例解解h002ZahZlh

5、Z單位長度交流阻抗單位長度交流阻抗)(21dajZ單位長度直流電阻單位長度直流電阻21aRD交值流電阻的比值交值流電阻的比值2daada2RRDA211假假設(shè)設(shè)Hzf S/m. mma8710310852262第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)3. 臨近效應(yīng) Proximate Effect 通有交變電流的導(dǎo)體彼此放的接近時(shí)，那么每一導(dǎo)體不僅通有交變電流的導(dǎo)體彼此放的接近時(shí)，那么每一導(dǎo)體不僅處于本身的電磁場(chǎng)中，同時(shí)還處于其他載流導(dǎo)體的電磁場(chǎng)中，處于本身的電磁場(chǎng)中，同時(shí)還處于其他載流導(dǎo)體的電磁場(chǎng)中，使每一導(dǎo)體的電流分布與導(dǎo)體單獨(dú)存在時(shí)不同，這種相互影響使每一導(dǎo)體的電流分布與導(dǎo)體單獨(dú)存在時(shí)不

6、同，這種相互影響稱為臨近效應(yīng)。頻率越高，導(dǎo)體靠得越近，臨近效應(yīng)愈顯著。稱為臨近效應(yīng)。頻率越高，導(dǎo)體靠得越近，臨近效應(yīng)愈顯著。臨近效應(yīng)與集膚效應(yīng)共存，它會(huì)使導(dǎo)體的電流分布更不均勻。臨近效應(yīng)與集膚效應(yīng)共存，它會(huì)使導(dǎo)體的電流分布更不均勻。下 頁上 頁第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng) 渦流Eddy Current 當(dāng)導(dǎo)體置于交變的磁場(chǎng)中，與磁場(chǎng)正交的曲面上將產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流，即渦流。其特點(diǎn)： 工程運(yùn)用：疊片鐵芯電機(jī)、變壓器、電抗器等、電工程運(yùn)用：疊片鐵芯電機(jī)、變壓器、電抗器等、電磁屏蔽、電磁爐等都有渦流的問題。磁屏蔽、電磁爐等都有渦流的問題。4.4.磁的集膚效應(yīng)磁的集膚效應(yīng)渦流及渦流損耗渦流

7、及渦流損耗下 頁上 頁熱效應(yīng)熱效應(yīng)去磁效應(yīng)去磁效應(yīng)渦流是自在電子的定向運(yùn)渦流是自在電子的定向運(yùn)動(dòng)，與傳導(dǎo)電流有一樣的熱效應(yīng)，產(chǎn)生渦流損耗。動(dòng)，與傳導(dǎo)電流有一樣的熱效應(yīng)，產(chǎn)生渦流損耗。渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)力圖抵消原磁場(chǎng)的變化。渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)力圖抵消原磁場(chǎng)的變化。滯后效應(yīng)滯后效應(yīng)渦流影響使空間磁場(chǎng)的變化落后于場(chǎng)源的變化。渦流影響使空間磁場(chǎng)的變化落后于場(chǎng)源的變化。第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng) 渦流場(chǎng)分布渦流場(chǎng)分布以變壓器鐵芯疊片為例，研討薄導(dǎo)板中的渦流場(chǎng)分布。以變壓器鐵芯疊片為例，研討薄導(dǎo)板中的渦流場(chǎng)分布。假設(shè)：假設(shè)：下 頁上 頁 ，場(chǎng)量僅是，場(chǎng)量僅是 x x 的函數(shù)；的函數(shù)；ah, l ，E

8、,J E,J 分布在平行于分布在平行于xoy xoy 的平面，且僅有的平面，且僅有 y y分量；分量；zzB eB 0 BBz 磁場(chǎng)為正弦函數(shù)，呈磁場(chǎng)為正弦函數(shù)，呈 y y 軸對(duì)稱，且軸對(duì)稱，且 x = 0 x = 0時(shí)，時(shí)，第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)故故當(dāng)當(dāng) x = 0 x = 0 時(shí)時(shí)/2)0(0BHHzZzkxzkxzzeeHeHH)(看成平面波問題看成平面波問題由對(duì)稱條件由對(duì)稱條件 ) 2/() 2/(aHaHzzkazkazkazkazeHeHeHeH2222zzHH)(2)(kxchHeeeHHzzkxkxzz/ )(0kxchBHZ)(0kxchBBz)(2)(00

9、kxshHZeeHeHZEzzkxzkxzy下 頁上 頁第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng))()()(00kxshEkxshBkxEy)(0kxshJJydjj2jk)1 ()1 (結(jié)論去磁效應(yīng)的結(jié)果使薄板中心處磁場(chǎng)去磁效應(yīng)的結(jié)果使薄板中心處磁場(chǎng)最小，也稱磁的集膚效應(yīng)，工程上最小，也稱磁的集膚效應(yīng)，工程上用用Bz/B0Bz/B0曲線表示資料的集膚程度；曲線表示資料的集膚程度；)21()2()2(0dajchakchBaBz以電工鋼片為例，設(shè)以電工鋼片為例，設(shè) ms /10100070下 頁上 頁xy0a/2B0Jy-a/2-a/2第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)5050013 .

10、 25 . 44 .42 .27 . 0)(Hzf)(mmada/0/ BBz20005 . 05 . 05 . 0下 頁上 頁電流密度的方向在板的左右兩側(cè)反向構(gòu)成渦流，渦流外表電流密度的方向在板的左右兩側(cè)反向構(gòu)成渦流，渦流外表密度大，中心為零，產(chǎn)生的磁場(chǎng)呵斥板中磁場(chǎng)分布不均勻。密度大，中心為零，產(chǎn)生的磁場(chǎng)呵斥板中磁場(chǎng)分布不均勻。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), , 集膚效應(yīng)嚴(yán)重，集膚效應(yīng)嚴(yán)重，假設(shè)頻率不變，必需減小鋼片厚度，假設(shè)頻率不變，必需減小鋼片厚度，Hzf2000mma5 . 0假設(shè)假設(shè)取取mma05.01/0BBz第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)渦流損耗渦流損耗Eddy LossEddy Lo

11、ss 渦流在導(dǎo)板中引起的損耗稱渦流損耗，它不僅引起能量損渦流在導(dǎo)板中引起的損耗稱渦流損耗，它不僅引起能量損耗，而且呵斥溫升影響電氣設(shè)備的正常任務(wù)。由焦耳定律計(jì)耗，而且呵斥溫升影響電氣設(shè)備的正常任務(wù)。由焦耳定律計(jì)算體積算體積V V中的渦流損耗為中的渦流損耗為KachKaKashKaKalhBVPVzavyecossin2d1222J下 頁上 頁 渦流損耗渦流損耗 假設(shè)要減少假設(shè)要減少 Pe ,Pe ,必需必需減小減小 采用硅鋼，減小采用硅鋼，減小 a a采用疊片，提高采用疊片，提高 但但要思索磁滯損耗。要思索磁滯損耗。，1, aPe 研討渦流問題具有實(shí)踐意義高頻淬火、渦流的熱效應(yīng)、研討渦流問題具

12、有實(shí)踐意義高頻淬火、渦流的熱效應(yīng)、磁懸浮、電磁振動(dòng)、電磁屏蔽等。磁懸浮、電磁振動(dòng)、電磁屏蔽等。 結(jié)論第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)5.5.電磁兼容簡介電磁兼容簡介 電磁兼容是在有限空間、時(shí)間、頻譜資源條件下，各電磁兼容是在有限空間、時(shí)間、頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備生物可以共存，不致于引起降級(jí)的一門科學(xué)。種用電設(shè)備生物可以共存，不致于引起降級(jí)的一門科學(xué)。即電磁干擾與抗電磁干擾問題。即電磁干擾與抗電磁干擾問題。雷電、太陽黑子、磁暴、沙暴、地球磁場(chǎng)等。電磁干擾源人為干擾源自然干擾源核電脈沖 通訊系統(tǒng)靜電放電氣體放電燈電牽引系統(tǒng)電力傳輸系統(tǒng)熒光燈、高壓汞燈、放電管等產(chǎn)生的放電噪音；身著化纖

13、衣物、腳穿與地絕緣的鞋子的人運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)積累一定靜電荷，當(dāng)人接觸金屬后會(huì)放電；各種無線電廣播、電視臺(tái)、雷達(dá)站、通訊設(shè)備等任務(wù)時(shí)，都要輻射強(qiáng)能量的電磁波。繼電器接觸開斷、核磁共振檢測(cè)電氣化鐵道、有軌無軌電車上的受電弓與電網(wǎng)線間的放電和電力電子器件整流后的電流諧波分量0.1150 kHz ；高壓傳輸線絕緣子的電暈放電；高壓傳輸線中電流與電壓的諧波分量；高壓傳輸線之間的臨近效應(yīng) ；下 頁上 頁第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)抗電磁干擾的兩個(gè)主要措施：接地、電磁屏蔽?？闺姶鸥蓴_的兩個(gè)主要措施：接地、電磁屏蔽。接接 地地 在金屬體與大地之間建立低阻抗電路。在金屬體與大地之間建立低阻抗電路。 如設(shè)備

14、外殼接如設(shè)備外殼接地，建筑體安裝避雷針等，使雷電、過電流、漏電流等直地，建筑體安裝避雷針等，使雷電、過電流、漏電流等直接引入大地。接引入大地。 系統(tǒng)內(nèi)部帶電體接參考點(diǎn)不一定與大地相連。如每系統(tǒng)內(nèi)部帶電體接參考點(diǎn)不一定與大地相連。如每一樓層的參考點(diǎn)，儀器的一樓層的參考點(diǎn)，儀器的“機(jī)殼接地機(jī)殼接地 、高壓帶電操作等。、高壓帶電操作等。以保證設(shè)備、系統(tǒng)內(nèi)部的電磁兼容。以保證設(shè)備、系統(tǒng)內(nèi)部的電磁兼容。下 頁上 頁維護(hù)接地維護(hù)接地 任務(wù)接地任務(wù)接地 第第 五五 章章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng) 該當(dāng)防止屏蔽的諧振景象該當(dāng)防止屏蔽的諧振景象 當(dāng)電磁波頻率與屏蔽體固有當(dāng)電磁波頻率與屏蔽體固有頻率相等時(shí)，發(fā)生諧振，頻率相等時(shí)，發(fā)生諧振， 使屏蔽效能急劇下降，甚至加強(qiáng)使屏蔽效能急劇下降，甚至加強(qiáng)原電磁場(chǎng)。原電磁場(chǎng)。磁屏蔽磁屏蔽 在低頻或恒定磁場(chǎng)中，利用磁通總是走磁阻小的在低頻或恒定磁場(chǎng)中，利用磁通總是走磁阻小的途徑的原理，采用有一定厚度的鐵磁資料。途徑的原理，采用有一定厚度的鐵磁資料。電磁屏蔽電磁屏蔽電屏蔽電屏蔽 在任何頻率下，利用電力線總是走電阻小的途在任何頻率下，利用電力線總是走電阻小的途徑的原理，采用金屬屏蔽資料，且接地。徑的原理，采用金屬屏蔽資料，且接地。 在高頻下，利用電磁波在良導(dǎo)體中很快衰減的原理，在高頻下，利用電磁波在良導(dǎo)體中很快衰減的原理， 選擇透