電磁場數值計算
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
電磁場數值計算的實例教程
【目錄】
第1章 緒論
1.1 電磁場理論產生的背景及其意義
1.2 電磁場問題計算方法的重要性
1.3 電磁場問題計算方法分類
1.3.1 解析法
1.3.2 數值法
1.4 電磁場問題數值計算的幾種重要方法
1.4.1 有限差分法
1.4.2 有限單元法
1.5 MATLAB在電磁場數值計算中的應用
第2章 MATLAB簡介
2.1 MATLAB概述
2.1.1 MATLAB的特點
2.1.2 MATLAB操作界面
2.1.3 命令窗口的基本操作命令
2.2 數值計算基本方法
2.2.1 變量名、數據、算符與表達式
2.2.2 矩陣
2.2.3 符號變量和符號表達式
2.3 圖形處理的基本方法
2.3.1 二維圖形
2.3.2 三維圖形
2.4 M文件及程序設計
2.4.1 命令文件
2.4.2 函數文件
2.4.3 流程控制
2.4.4 差分、微分和梯度
2.4.5 積分
2.4.6 級數
2.5 偏微分方程的圖形用戶界面(GUI)
2.5.1 PDE Toolbox菜單
2.5.2 PDE工具欄
第3章 電磁場分布型問題的數值積分法
3.1 沿直線的積分問題
3.2 平面上的二重積分問題
3.3 沿空間曲線的積分問題
3.4 曲面上的二重積分問題
第4章 電磁場二維場域的有限差分法
4.1 差分運算的基本概念
4.2 拉普拉斯方程的有限差分形式
4.3 二維場域的邊界條件
4.4 簡單迭代法
4.5 超松弛法
4.6 應用舉例與計算程序
第5章 電磁場二維場域的有限單元法
5.1 電磁場微分方程的泛函變分原理
5.2 二維電磁場有限單元法的數學離散形式
5.3 應用舉例與計算步驟
參考文獻
展開 目前，有限元數值分析在電機前期設計階段得到了廣泛應用，一定程度上可以代替電機的樣機性能測試，并可模擬電機內電磁場的瞬變過程。
本文基于安世亞太自主研發的PERA SIM.Emag電磁仿真軟件，對IEEE Team30問題電機電磁場進行了數值模擬計算，得到了電機磁力線、磁密、損耗等分布。
感應電機二維結構如下圖所示：
基于PERA SIM.Emag電磁仿真軟件，具體仿真工況條件為：
電源頻率60Hz
轉速1200rad/s
電流有效值2892.3A
電機模型中包含定子、轉子、軸、定子繞組和轉子導條，定轉子鐵芯采用導磁材料，相對磁導率為30，定子鐵芯電導率0，轉子鐵芯磁導率1.6e6Ω/m，定子繞組為銅，轉子導條為鋁電導率3.72e7Ω/m，軸為非導磁。電機軸向長度1m。
展開 【版次印次】 1 【ISBN書號】 7111172388
【開 本】 16開 【裝 幀】 平裝
【頁 數】 275
【內容介紹】
本書總結了作者及其學術團隊20余年對電氣工程電磁場數值分析的主要科學研究和研究生教學成果，內容豐富，層次分明、系統性強。本書以數值分析方法中應用最普通、最有效的有限元法為基礎，具體論述了二維電磁場、三維靜電場、三維靜磁場、永磁磁場、三維渦流場和溫度場的有限元分析，以及無單元法、磁場力、電磁機構動態特性、電磁場逆問題的數值求解和全局優化設計，展示了當代國際電磁場計算領域中的熱點問題。書中還包括了較多的計算實例。
本書可作為電氣工程類專業博士生和碩士生的教材，也可作為相關專業本科學生和科技人員的參考用書。
【
作者簡介】
顏威利，1937年生于上海市，1958年畢業于浙江大學電機系。現任河北工業大學教授、博士生導師、中國電工技術學會理論電工專委會主任委員，是國家級有突出貢獻的專家。長期致力于電磁場數值分析科研和教學工作，指導博士生25名，獲國家科技進步獎1項、省部級科學技術突出貢獻獎和一、二等8項。曾任國際電磁場計算學會理事、國際電磁場問題與應用會議ICEF’2000主席。
展開 A:
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Comsol基于場路耦合的三相電力變壓器電磁場計算
關鍵詞：電力變壓器；電磁性能；場路耦合；有限元；數值計算
1. 基于有限元法三維場路耦合數學模型
1.1 基礎理論
電磁場理論的基礎是麥克斯韋方程組，它適用于所有宏觀電磁現象的描述，是工程電磁場問題的數學基礎。麥克斯韋方程組一共包含四個方程，如下方程所示，分別描述了安培定律、法拉第電磁感應定律、高斯電通定律和高斯磁通定律。
上述方程表示為麥克斯韋方程組的積分形式，可將其寫成微分形式，如下方程所示，通過麥克斯韋方程組的微分形式便可以推導出有限元法處理電磁場問題的微分方程。
電磁場理論可以分為似穩電磁場和高頻電磁場兩大類，在高頻電磁場中觀察點場強的變化要滯后于場源的變化；而似穩電磁場的主要特征表現在場源隨著時間的變化很慢，從而使得相應電磁波的波長遠大于計算域的幾何尺寸，場點跟隨場源的變化速度便是兩類問題之間的主要區別。似穩電磁場憑著其場點跟隨場源的變化規律，可用于研究頻率較低而且能夠滿足似穩條件的電磁場問題。人們的生產生活所用電磁設備中的電磁場大多屬于似穩態電磁場。在似穩態電磁場中，麥克斯韋方程組中的位移電流密度項很小，與傳導電流密度相比可以對其進行忽略。因此在對似穩態電磁場問題進行求解分析時，可以忽略電場隨時間變化所產生的磁場，只針對磁場隨時間變化產生的電場進行分析，從而將電磁問題簡化。如果所要求解的似穩電磁場中含有導電材料，則這樣的電磁場又稱為渦流場。在對渦流場的問題進行求解時，往往不便于直接利用麥克斯韋方程進行，因此為更好的求解渦流場問題，在計算時需要在麥克斯韋方程中引入不同的電磁位，將引入的磁位和電位作為未知函數，建立偏微分方程，并進行后續求解。
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1.1 基礎理論
電磁場理論的基礎是麥克斯韋方程組，它適用于所有宏觀電磁現象的描述，是工程電磁場問題的數學基礎。麥克斯韋方程組一共包含四個方程，如下方程所示，分別描述了安培定律、法拉第電磁感應定律、高斯電通定律和高斯磁通定律
電磁場的數值分析和計算通常歸結為求微分方程的解，對于偏微分方程，輔助邊界條件和初始條件即可獲得方程的定解。
ANSYS Maxwell 采用有限元法，將求解區域離散化為”單元“，采用Maxwell方程進行求解。
孫剛
Altair 高級工程師
演講主題：
設備與系統的復雜電磁環境模擬
擁有10余年電磁場數值計算領域研究和應用經驗，算法研究工作內容曾發表于 IEEE Trans. MTT、IEEE MWCL 等國際期刊。
隨著計算機硬件和軟件技術的迅猛發展，以及電磁場數值計算、優化設計和仿真技術等現代化設計方法的不斷完善，經過電機學術界和工程界的共同努力，現已在永磁電機的設計理論、計算方法、結構工藝和控制技術等方面取得了突破性進展，形成了以電磁場數值計算和等效磁路解析求解相結合的一整套分析研究方法和計算機輔助分析、設計軟件，并正在不斷完善中。
因此需要采用電磁場數值計算方法對磁場進行分析，電機在額定轉速5600r/min，輸出轉矩為61.4N.m時電機磁力線及磁密云圖分布如圖5、圖6所示。
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