第六章 準(zhǔn)靜態(tài)電磁場.ppt

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1、第五章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場QuasistaticElectromagneticField序電磁兼容簡介導(dǎo)體交流內(nèi)阻抗渦流及其損耗集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)電準(zhǔn)靜態(tài)場與電荷馳豫磁準(zhǔn)靜態(tài)場與集總電路電準(zhǔn)靜態(tài)場與磁準(zhǔn)靜態(tài)場下頁返回低頻時(shí)，時(shí)變電磁場可以簡化為準(zhǔn)靜態(tài)場。位移電流遠(yuǎn)小于傳導(dǎo)電流，可忽略利用靜態(tài)場的方法求解出電(磁)準(zhǔn)靜態(tài)場的電(磁)場后，再用Maxwell方程求解與之共存的磁(電)場。感應(yīng)電場遠(yuǎn)小于庫侖電場，可忽略解題方法：5.0序Introduction電準(zhǔn)靜態(tài)場（Electroquasistatic）簡寫EQS下頁上頁返回磁準(zhǔn)靜態(tài)場（Magnetoquasistatic）簡寫

2、MQS本章要求了解EQS和MQS的共性和個(gè)性，掌握工程計(jì)算中簡化為準(zhǔn)靜態(tài)場的條件；掌握準(zhǔn)靜態(tài)場的計(jì)算方法。下頁上頁返回準(zhǔn)靜態(tài)電磁場知識(shí)結(jié)構(gòu)（忽略推遲效應(yīng)）時(shí)變電磁場動(dòng)態(tài)場（高頻）準(zhǔn)靜態(tài)電磁場似穩(wěn)場電磁波磁準(zhǔn)靜態(tài)場電準(zhǔn)靜態(tài)場具有靜態(tài)電磁場的特點(diǎn)下頁上頁返回電準(zhǔn)靜態(tài)場特點(diǎn)：電場的有源無旋性與靜電場相同，稱為電準(zhǔn)靜態(tài)（EQS）。用洛侖茲規(guī)范，得到泊松方程5.1電準(zhǔn)靜態(tài)場和磁準(zhǔn)靜態(tài)場ElectroquasistaticandMagnetoquasistatic下頁上頁返回若庫侖電場遠(yuǎn)大于渦旋電場，忽略二次源的作用，即若傳導(dǎo)電流遠(yuǎn)大于位移電流，忽略二次源的作用，即特點(diǎn)：磁場的有旋

3、無源性與恒定磁場相同，稱為磁準(zhǔn)靜態(tài)場（MQS）。磁準(zhǔn)靜態(tài)場用庫侖規(guī)范，得到泊松方程下頁上頁返回EQS與MQS的共性與個(gè)性思考下頁上頁滿足泊松方程，說明EQS和MQS沒有波動(dòng)性。在任一時(shí)刻t，兩種電場分布一致，解題方法相同。EQS場的磁場按計(jì)算。EQS場的電場與靜電場滿足相同的微分方程，在EQS和MQS場中，同時(shí)存在著電場與磁場，兩者相互依存。返回MQS場的磁場與恒定磁場滿足相同的基本方程，在任一時(shí)刻t，兩種磁場分布一致，解題方法相同。MQS場的電場按計(jì)算。下頁上頁返回即集總電路的基爾霍夫電流定律1.證明基爾霍夫電流定律5.2磁準(zhǔn)靜態(tài)場與集總電路MQSFiledandCi

4、rcuit在MQS場中，下頁上頁返回圖5.2.1結(jié)點(diǎn)電流時(shí)變場中電容電阻2.證明基爾霍夫電壓定律下頁上頁返回圖5.2.2環(huán)路電壓有即集總電路的基爾霍夫電壓定律下頁上頁返回電感電源在導(dǎo)體中，自由電荷體密度隨時(shí)間衰減的過程稱為電荷馳豫。設(shè)導(dǎo)電媒質(zhì)均勻，且各向同性，在EQS場中5.3電準(zhǔn)靜態(tài)場與電荷馳豫EQSFieldandChargeRelaxation5.3.1電荷在均勻?qū)w中的馳豫過程（ChargeRelaxationProcessinUniformConductiveMedium)下頁上頁返回式中為時(shí)的電荷分布，━馳豫時(shí)間，說明在導(dǎo)體中，若存在體分布的電荷，該電荷在導(dǎo)

5、體通電時(shí)隨時(shí)間迅速衰減，電荷分布在導(dǎo)體表面。其解為如：帶電導(dǎo)體旁邊突然放置異性電荷后重新分布電荷的過程；或?qū)w充電達(dá)到平衡的過程。下頁上頁返回在EQS場中，其解為思考說明導(dǎo)體中體電荷產(chǎn)生的電位很快衰減，導(dǎo)體電位由面電荷決定。導(dǎo)電媒質(zhì)中，以分布的電荷在通電時(shí)馳豫何方？下頁上頁返回5.3.2電荷在分片均勻?qū)w中的馳豫過程有當(dāng)時(shí)，有根據(jù)根據(jù)及圖5.3.1導(dǎo)體分界面下頁上頁返回結(jié)論電荷的馳豫過程導(dǎo)致分界面有累積的面電荷。解：極板間是EQS場分界面銜接條件解方程，得面電荷密度為例5.3.1研究雙層有損介質(zhì)平板電容器接至直流電壓源的過渡過程，寫出分界面上面電荷密度的表達(dá)式。下頁上頁

6、返回圖5.3.2雙層有損介質(zhì)的平板電容器在導(dǎo)體表面處的場量強(qiáng)、電流大，愈深入導(dǎo)體內(nèi)部，場量減弱、電流減小。5.4.1集膚效應(yīng)(SkinEffect)圖5.4.1集膚效應(yīng)的產(chǎn)生5.4集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)SkinEffectandProximateEffect概念1時(shí)變場中的良導(dǎo)體在正弦電磁場中，，滿足的材料稱為良導(dǎo)體，良導(dǎo)體可以忽略位移電流，屬于MQS場。概念2集膚效應(yīng)下頁上頁返回在正弦穩(wěn)態(tài)下，電流密度滿足擴(kuò)散方程式中設(shè)半無限大導(dǎo)體中，電流沿y軸流動(dòng)，則有通解下頁上頁返回圖5.4.2半無限大導(dǎo)體中的集膚效應(yīng)由當(dāng)有限，故則通解由下頁上頁返回稱為透入深度（skindept

7、h），其大小反映電磁場衰減的快慢。當(dāng)x=x0時(shí)，當(dāng)x=x0+d時(shí)，d表示電磁場衰減到原來值的36.8%所經(jīng)過的距離。當(dāng)材料確定后，(衰減快)電流不均勻分布。下頁上頁返回圖5.4.3透入深度5.4.2鄰近效應(yīng)（ProximateEffect）靠近的導(dǎo)體通交變電流時(shí)，所產(chǎn)生的相互影響，稱為鄰近效應(yīng)。頻率越高，導(dǎo)體靠得越近，鄰近效應(yīng)愈顯著。鄰近效應(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。下頁上頁返回圖5.4.4單根交流匯流排的集膚效應(yīng)圖5.4.5兩根交流匯流排的鄰近效應(yīng)5.5.1渦流（EddyCurrent）當(dāng)導(dǎo)體置于交變的磁場中，與磁場