计算电磁学中的场路协同仿真方法综述

随着集成电路的集成度和脉冲信号速度的提高,电路中的波效应越来越明显,单纯使用电路分析方法已不能满足精度要求,这种情况下必须对原问题分而治之.采用3维电磁场全波方法对封装与互连结构进行分析,采用电路分析方法对电路元件或电路模块进行分析,最后将二者耦合起来实现场路协同仿真.论文首先对计算电磁学中的场路协同仿真问题进行分类,然后分别介绍各类场路协同仿真的国内外研究现状,最后探讨场路协同仿真的未来研究方向.     

电枢绕组断路故障对永磁风力发电机电磁场的影响

以一台1.5 MW、并联支路数为4的分数槽永磁风力发电机为例,建立了永磁风力发电机的二维场路耦合有限元电磁场计算模型,对比分析了永磁风力发电机带额定负载运行过程中,发生电枢绕组支路断路和单相断路两种断路故障对电机电磁场的影响.研究了两种断路故障下电机气隙磁密各次谐波、支路电流及转子表面所受电磁力密度的变化规律,为永磁同步风力发电机电枢绕组断路故障诊断提供了理论依据.     

有限差分方法的MATLAB编程

实践中应用的电磁场，其场域的边界大多数比较复杂，使解析法难以应用，虽然有些电磁问题经简化后能解析求解，但解的精度往往难以达到实践应用的要求。因此．数值计算电磁场问题成了一项重要的工作。本用MATLAB软件编程计算二维场．方便简便并可画出图形，更直观地反映二维场的性质。     

基于分数维场论的物流场研究

物流是由供应地向接收地流向以满足社会需求的活动,由于物流对周围地区的社会经济活动产生场的影响,使得周围区域存在类似"效应场"的物流场.以往的物流场模型主要参照经典整数维空间电磁场理论进行分析,本论文将分数维空间引入物流场研究,基于分数维场论中梯度、散度和旋度等特性给出物流矢量分析模型,相比于原有的三维空间,分数维物流场论复杂且结果内涵丰富,基于分数维空间的物流场模型更具有普适性.本论文方法可以作为分数维场论的应用研究,也可以应用于其它场论的模型研究.     

大型水轮发电机电磁场模型及其对温度场的影响

为了准确分析大型水轮发电机的损耗和发热问题,分别建立了2维稳态电磁场、运动电磁场和场路耦合的有限元模型,并以1台36MW贯流式水轮发电机为例,对转子铁芯损耗和阻尼绕组损耗进行了计算。在此基础上,结合3维温度场有限元计算,分析了3种不同电磁场模型对转子热源和温度计算结果的影响,并与试验数据进行了对比。结果表明,场路耦合模型计算精度更高,额定工况时每根阻尼条的损耗不等,背风面阻尼条的发热明显大于迎风面的阻尼条,转子最高温度位于阻尼绕组而非励磁绕组。研究结果对提高大型水轮发电机转子损耗和温度场的计算精度以及设计、运行的可靠性具有参考价值。     

含时电磁场下具有含时平方反比项的谐振子系统

研究了含时电磁场下具有含时平方反比项的二维谐振子系统,运用幺正变换及Lewis-Riesenfeld不变量算符的方法求解了体系的精确波函数。在系统随时间周期变化的情况下,分析讨论了系统的非绝热Berry相。     

求解二维磁弹性问题的一种数值方法——差分正交离散(DOD)法

通过运动方程、物理方程、几何方程及电动力学方程给出了载流薄板在机械场、电磁场作用下的基本方程,以二维平板磁弹性问题为例,建立差分格式,得到了一系列的非线性常微分方程组.利用准线性叠代式对非线性微分方程组进行线性化处理,最后利用正交离散法得到了该问题的解.本文建立的载流板壳二维磁弹性问题的数值计算方法--差分正交离散法(DOD法)不仅对二维问题有效,同样也为三维磁弹性的边值问题的解决奠定了理论基础.     

变厚度载流环形薄板的磁弹性分析

讨论了在非定常电磁场和机械场作用下,变厚度载流环形薄板的磁弹性二维关系方程和运动方程,利用数值解法分析了轴对称状态下的薄板所受洛仑兹力的变化规律,以及应力变化的曲线.     

飞行体与等离子体在压缩区内相互作用数值解

在压缩区内,飞行体天线辐射出的高频调制场影响等离子体中的电荷分布,而电荷分布的扰动又反过来影响场量.采用FTCS有限差分格式方法,利用二维三分量轴对称, 对空间飞行体与压缩区等离子体非稳态相互作用过程进行数值模拟,得到了电荷密度扰动与电磁场的变化情况. 计算结果表明, 这种非线性相互作用可以引起场的塌缩并出现密度空洞.通过对密度空洞变化的探测, 可对隐身飞行体进行跟踪.     

磁偶极子在平面分层介质上空间场的新解析解

研究了水平磁偶极子在平面分层介质上空间的电磁场.用广义阻抗边界条件模拟平面分层介质与电磁场的相互作用,通过求解赫兹矢量势的亥姆霍兹方程,得到了反射场的精确表达式.应用特殊函数的相关性质和判据,将场表达式中的积分进一步化简为级数形式.     

基于改进U-Net模型的二维电介质目标重构

提出了一种基于改进U-Net（M-Net）模型的电磁逆散射算法.M-Net模型主要由多尺度输入层、U型卷积神经网络（CNN）、多尺度均值输出层组成.将散射场数据作为网络输入,能够在保证计算精度与计算效率的同时,减少人工计算工作量.以二维电介质为重构目标的仿真实验表明：与U-Net模型对比,应用M-Net模型求解电磁逆散射问题较为高效,输出结果误差更小.     

并行输电线路工频电磁场的叠加算法研究

国家标准对单条输电线路的电磁环境进行了规定,但缺乏多条输电线路并行时的电磁场算法及其相关规定.采用国际大电网会议推荐使用的输电线路电磁场计算方法,提出了利用矢量叠加原理计算多条线路并行情况下的电磁场强度算法.以三峡大学南苑留学生公寓旁并行输电线路为例,进行了并行输电线路工频电场、磁场横向分布的理论计算.按照国家标准规定的电磁场测量方法,对线路电磁场横向分布进行了现场实测.理论计算与实验测量结果对比表明,采用矢量叠加原理对3条并行线路工频电场横向分布计算误差最大值为0.45kV/m,工频磁场横向分布计算误差最大值为0.000 3mT.     

二维电磁晶体带隙结构的PWE法分析

针对常见的电磁晶体带隙分析方法存在耗时、不易理解等问题,推导了二维电磁晶体的平面波展开法(Plane Wave Expansion,PWE)模型,并采用平面波展开法分析了不同形状填充单元二维方格子电磁晶体的带隙结构。将电场(或磁场)、介电常数(或其倒数)展开为双重傅里叶级数,然后将其代入所满足的标量波动方程中,经过运算整理得出二维电磁晶体的本征方程,求解该方程,就可得到电磁晶体的带隙结构。计算结果表明,填充单元尺寸和相对介电常数均对带隙结构存在影响。最后,采用周期延拓,得出了两种电磁晶体的等效结构。通过结构等效,无需再推导相应电磁晶体的结构系数,利用本文的平面波展开法模型即可实现其带隙结构的求解,因而实现了简化分析。仿真数据与文献中的实验数据对比,验证了本方法的有效性。     

含非线性磁介质材料恒定磁场的差分离散

给出了含非线性磁介质恒定磁场中用积分泊松方程的差分离散，该方法把求解非线性准泊松方程边值问题转化成求解线性代数方程组，在变压器，电机内电磁场的分析与计算中具有广泛的应用。     

矿井浪涌脉冲辐射电磁场研究

研究煤矿井下浪涌脉冲电流激励下电缆的辐射电磁场,运用推迟矢量位和行波天线理论推导了浪涌脉冲电流激励下电缆的辐射电磁场时域数学模型,给出了辐射场强的解析表达式,并进行了仿真计算.时域结果表明,浪涌脉冲电流在电缆附近会产生很高的瞬态辐射场强,但随着距离电缆的径向距离的增加,辐射场强迅速衰减;辐射场强的大小与浪涌电流峰值成正比;在巷道径向距离内,同一横截面辐射场强与距离成反比;在浪涌电流峰值为1kA时,距离电缆径向距离4m处瞬态辐射电场强度峰值达到15kV/m,磁场强度峰值达到40A/m.因此在不采取屏蔽措施的情况下,瞬态浪涌辐射会对井下巷道内监控及通信系统的正常工作造成影响.     

矿井电快速瞬变脉冲辐射特性研究

为了研究井下电快速瞬变脉冲群引起的辐射骚扰,分析了EFT/B单脉冲波形的频谱,得出其幅值频谱达到1 GHz,运用时变电流源电磁辐射理论,建立了电快速瞬变脉冲电流激励下电偶极子辐射电磁场的时域解析模型,并进行了仿真计算. 仿真结果表明,辐射电磁场与峰值电流成正比,辐射电场较强,磁场较弱,场强随距离增加而迅速衰减,辐射场以近场为主. 通过井下开关投切试验,验证了投切感性负载会引起较为严重的瞬态电磁辐射骚扰.      

220 kV输电线路工频电磁场计算与分析

高压输电线路周围的电磁环境是影响线路工程规划和建设的重要影响因素之一。本文根据井冈山220 kV水电厂送出工程规划情况,建立了220 kV线路以及220 kV和500 kV线路平行段的二维电磁场仿真模型,计算电磁场分布情况并分析其电磁环境对周边居民住房的影响,根据电磁场标准限值要求,确定线路下方建筑的高度限值;根据平行段线路电场计算结果,综合考虑了线路风偏的影响,确定了平行段线路之间的距离。本文计算方法可为输电线路电磁环境分析提供借鉴,计算的结果为实际工程的规划设计提供了强有力的理论支撑     

探地雷达探测岩溶灾害的研究

为了寻求解决煤矿水害事故的办法,以电磁场和电磁波传播理论为基础,首先研究了电磁场的时域有限差分法计算方法,推导出了二维的时域有限差分方程和网格空间步长、时间步长所满足的关系式,得出了在完全匹配层吸收层的网格差分格式。然后建立了探地雷达二维正演模型,数值求解合成了雷达记录剖面。在雷达剖面图中可以清晰看到异常体的反射曲线,直观地了解岩溶雷达反射剖面特征,有利于在实际探测中提高解释精度。     

线性电磁搅拌器电磁场分布的数值模拟

利用ANSYS56软件对线性电磁搅拌器所产生的电磁场分布进行了数值模拟·通过与实测结果的比较,验证了利用ANSYS软件进行计算的可靠性·并进一步计算了在线性电磁搅拌器结构尺寸不变,将其绕制为一对极和二对极的情况下,线性电磁搅拌器所产生的电磁场分布,以及通电电流变化对所产生的磁感应强度分布的影响·结果表明,在结构尺寸一定的情况下,将线性电磁搅拌器绕制成一对极和二对极所产生的磁感应强度的大小与通电电流大小呈线性关系,且在通电电流相同的情况下,在一对极下能得到更大的磁感应强度     

引力波和电磁场作用中扰动光子流的接收面

根据弯曲时空中的电动力学,引力波和电磁场相互作用时将产生扰动电磁场.在特定的电磁系统中,即一个在静磁场中传播的高斯光束,如果入射引力波和高斯光束同频并且沿着高斯光束的对称轴Z方向传播,则高斯光束将和产生的扰动电磁场发生最佳同步谐振,导致沿高斯光束电场方向仅仅存在扰动光子流,即扰动电磁能流.详细计算和分析了扰动光子流的一些典型空间分布,找到了一个扰动光子流可能的最佳接收面.计算表明,它接收到的扰动光子流可望达到104s-1量级.这对高频引力波的探测将提供一个新的理论依据.