本书是根据作者多年从事工程电磁场教学和科研工作的经验规划和编写的，体现了电磁场工程问题和可视化仿真的特色。本书系统阐述了工程电磁场数值分析的基本理论和方法，充分考虑本科生的特点，深入浅出地讲述了典型电气工程中所涉及的电磁场问题的建模方法和简化原则、域内控制方程的求解、激励和边界条件的设置，使学生知其然且知其所以然，融会贯通，为进一步学习和研究打下基础。全书共分7章，包括工程电磁场数值分析理论、数值模型、常用数值分析方法、典型问题建模方法、常用软件的应用实践、高级算例及分析方法等。本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业、能源动力专业及其他相关专业的高年级本科生和研究生教材，也可作为从事电力电子技术和相关研究的工程技术人员的参考用书。

序

前言

第1章工程电磁场数值分析理论

1.1电气工程中的电磁场问题概述

1.2电磁场麦克斯韦方程

1.2.1全电流理论

1.2.2全电流连续性原理

1.2.3全电流定理

1.2.4电磁感应定律

1.2.5感应电场

1.2.6麦克斯韦第二方程

1.2.7麦克斯韦方程组

1.3材料的特性

1.3.1绝缘介质的介电特性

1.3.2电介质极化

1.3.3相对介电常数

1.3.4磁媒质的磁化

1.3.5相对磁导率

1.3.6介质的静电平衡与弛豫时间

1.3.7两个媒质分界面上的场量连续性条件

1.4边值问题的数学描述

第2章工程电磁场问题的数值模型

2.1静电场问题

2.2恒定电场问题

2.3静磁场问题

2.4时变电场问题

2.4.1稳态电场与时变电场

2.4.2静电场与恒定电场的等效

2.4.3准静态场

2.5时变磁场问题

2.6电流与磁通的趋肤效应、涡流和邻近效应

2.7边界条件的对比和说明

2.7.1电场问题

2.7.2磁场问题

第3章工程电磁场常用数值分析方法

3.1有限差分法

3.1.1二维电场泊松方程的差分格式

3.1.2边界条件的离散化处理

3.1.3二维磁场泊松方程的差分格式

3.1.4差分方程组的求解方法

3.2有限元法

3.2.1方法原理

3.2.2节点与单元

3.2.3一维单元的形函数

3.2.4整体系数矩阵

3.2.5局部系数矩阵

3.2.6局部系数矩阵与整体系数矩阵

3.2.7边界条件施加

3.2.8单元上的势函数求解

3.2.9二维单元问题

3.2.10有限元法小结

工程电磁场数值分析

目录3.3边界元法

3.3.1基本原理

3.3.2边界元法实施过程

3.3.3三维问题的边界元法

3.3.4典型算例

3.4逐次镜像法

3.4.1逐次镜像法原理

3.4.2逐次镜像法应用过程

3.5模拟电荷法

3.5.1模拟电荷法流程

3.5.2模拟电荷法特点

3.5.3三维模拟电荷法

第4章电气工程的电磁场问题建模方法

4.1电场问题

4.1.1架空输电线路电场问题

4.1.2高压电缆接头及附件结构绝缘计算

4.1.3变压器绕组绝缘问题

4.1.4高压绝缘子串、避雷器均压环及绝缘表面电场分布计算问题

4.1.5变电站接地点跨步电压和接地体接地电阻计算问题

4.1.6母线、汇流排接触电阻计算

4.2磁场问题

4.2.1架空输电线路磁场问题

4.2.2变压器绕组、铁心磁场分析

4.2.3电磁继电器线圈吸引力求解问题

4.2.4开关柜汇流排附近磁场问题

4.2.5漏磁检测仿真优化问题

4.2.6电机内的电磁场

4.3其他问题

4.3.1场路耦合——电磁线圈炮发射问题

4.3.2印制电路板电场绝缘设计问题

4.4工程电磁场问题建模方法归纳

第5章电磁场有限元分析软件ANSYS介绍及其工程算例

5.1ANSYS

5.1.1ANSYS主要功能

5.1.2ANSYS分析过程

5.1.3建模途径

5.1.4使用ANSYS须注意的问题

5.2ANSYS中的节点和单元

5.3ANSYS操作界面和文件系统介绍

5.3.1ANSYS的启动

5.3.2ANSYS的操作界面

5.3.3ANSYS的文件系统

5.3.4ANSYS命令的恢复和撤消

5.3.5ANSYS的在线教程

5.4基于ANSYS软件的典型算例

5.4.1上机实验一：静电场分析

5.4.2上机实验二：恒定电场的分析

5.4.3上机实验三：二维恒定磁场的分析

第6章基于ANSOFT Maxwell软件的仿真实践

6.1ANSOFT Maxwell主要功能

6.1.1ANSOFT有限元法的原理

6.1.2有限元法的步骤

6.1.3ANSOFT Maxwell有限元法中的一些基本概念

6.1.4ANSOFT软件的求解过程

6.2基于ANSOFT软件的基础算例

算例一：静电场——求圆柱带电导线周围的电场和对地电容

算例二：直流电场——接地电阻的计算

算例三：静磁场——输电线路周围磁场仿真

算例四:涡流场——螺线管线圈的涡流场

第7章补充算例

补充算例一：静电场——三相输电线路电场计算

补充算例二:静磁场——螺线管线圈的磁场分布

补充算例三:瞬态运动问题——线圈发射器运动过程仿真

附录

附录A基于有限元法的110kV绝缘子伞裙表面电位和电场计算

附录B基于MATLAB的逐次镜像法代码实现

附录C基于边界元法的矩形金属槽中电位分布的计算