| 单词 | 电器电磁场 |
| 释义 | 【电器电磁场】 电磁场问题是电器中的主要问题之一。高压电器中电场强度分布，各种电磁铁中磁场分布、磁场作用力和电动力计算，电磁机构的静态和动态特性分析，交流电器中涡流和损耗等问题，都是以电磁场问题为基础。现代电磁场值计算及软件已成为电器特性分析和优化设计的主要方法和手段。 1856年麦克斯韦(Maxwell)从数学推演出发，以微分方程形式描述了电场与磁场间的相互关系，得到了麦克斯韦方程组。百余年来，人们以此为出发点，从事着电磁场的理论分析与工程设计。实际的电器电磁场问题是相当复杂的，如不规则的边界形状、复杂的物质结构及材料性能的非线性等，以致在计算机出现以前，只能对个别规则形状的场域采取简化措施，得出麦克斯韦方程的解析解。大多数情况下则把实际的场域问题转化为路的问题进行处理，用集中参数来等效代替分布参数。在相当长的时间内，简化的路的方法是电器设计计算的主导方法，这种计算方法的误差是很大的。随着计算技术和计算机应用的发展，20世纪60年代开始出现电磁场的现代数值计算方法。在1964年Winslow利用矢量位，采用有限差分法离散，求解了二维非线性问题。1974年前联邦德国BBC公司W．Ochs在电器界首次将有限差分法应用于接触器中二维磁场计。1970年，加拿大P．Silvester和美国M．V．K．Chari首先把有限元法引用到电磁场计算中。有限元法以变分原理为基础，用剖分插值的办法建立各自由度间的相互关系，把二次泛函的极值问题转化为一组多元代数方程组求解。它能使复杂结构、复杂边界情况的边值问题得到解答，特别适合于处理非线性铁质介质问题。有限元法在电器电磁场数值分析领域中，越来越占有主导地位。1976年瑞士BBC公司K．Reichert等发表了《用磁场数值计算方法计算力和力矩》一文，首次将有限元法应用于悬浮式电磁铁磁场和力的计算。1972年英国C．W．Trowbridge等提出了电磁场积分方程法，离散仅需在源区进行，所以能较好地解决开域问题及连续场值计算问题。随后出现以积分方程法为基础，能解二维、三维非线性静磁场的软件包GFUN。1976年，C．W．Trowbridge和J．S．Iimkin又发展了边界积分法，离散只涉及铁区边界，从而使未知数大为减少，使CPV时间减少。对线性或近似线性的情况，达到了相当高的精度。相应的软件包为BIM2D。为了解决非线性问题，1978年C．W．Trowbridge等提出双标量位法，它用两种标量位来描述磁场，在电流区采用简化标量位，在铁区采用全标量位，交界面上过多的未知数可通过交界面条件予以消去。这是一种积分－微分混合方法，能成功地求解三维静磁场问题，相应的软件包为TOSCA。1981年，美国N．A．Demerdash和M．V．K．Chari等提出三维磁场矢量位有限元法，分别采用双旋度方程和矢量泊松方程进行离散处理，较好地解决了三维非线性问题。随后，以矢量位和矢量位与标量位相结合求解三维涡流场的有限元法相继出现，较成功的求解三维涡流场的软件包为英国的ELEKTRA。对于电磁电器的设计与计算，不仅需要计算其场值，而且需要求解其静态吸力特性和动态特性，即在吸合过程中电流、吸力、速度和位移等随时间变化的特性。1985年，美国推出了ANTIC85软件包，适用于计算螺管型电磁铁的动态特性。同时，中国研制了FEMA2D软件包，可应用于各种型式交直流电磁铁二维磁场和静态、动态特性计算。法国TE公司也推出用于交流接触器设计计算的二维有限元程序。上述软件均可直接用于电磁电器优化设计。1991年，在意大利索伦托召开了第8届国际电磁场计算会议，提出3个当前电磁场数值计算研究的前沿课题：(1)电磁场逆问题。电磁场问题是由已知电磁电器的几何尺寸和激磁电流用数值计算方法求解其场值和特性，而电磁场逆向问题是由要求的场值和特性求解电磁电器的几何尺寸和激磁电流。逆问题实质上是以数值计算方法为基础的多参数多目标的优化设计问题。(2)电磁场耦合问题。大多数电器的特性往往决定于电磁场与其他物理场，如力场、热场等的综合作用，求解电磁场与力场、热场等耦合问题是电器设计计算的关键问题之一。(3)并行计算。电磁场问题及其逆问题的数值计算，需要求解大型矩阵方程，尤其是对于三维涡流场问题，计算机容量和速度就成为一个瓶颈问题。有限元方程的并行算法，如EBE(Element-by-Element)技术的出现为此开辟了广阔的道路。【参考文献】：1 Ochs E. Weg zur Methodischen und Kontrollierbaren Entwicklung von Schutzen. Elektrie Hill,19752 Reichert K,et al . Proc of Conf on Computation of Magnetic Field .Oxford, 19763 Trowbridge C W ,et al . Three Dimensional Computer Program (TOSCA )for Non -Linear Electromagnetic Field .4 颜威利，等．中国电机工程学报，1991，11(5)∶34～42(河北工学院颜威利教授撰) |
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