有限长螺线管场分布特性分析

论文摘要

在电磁学领域里,针对载流圆导线、无限长螺线管以及密绕的有限长螺线管,人们已进行了一些相关的理论推导和数值分析。然而,实际应用中的螺线管并非理想的密绕螺线管,计算这种情况下螺线管的磁场分布更为复杂。基于毕奥-萨伐尔定律和叠加原理,本文利用数值方法对通有交变电流的有限长螺线管磁场的分布特性进行了分析。首先讨论通有稳恒电流有限长螺线管磁场分布的计算方法。对三种不同方法计算磁场的利弊进行了比较分析;介绍了通常螺线管磁场计算中基础线圈的磁场计算模型,并给出了轴线上场点的磁场解析表达式;还介绍了长直螺线管电流分解得出的磁场计算模型和考虑螺距时圆截面螺线管电流磁场的计算模型,并分析了优缺点和应用范围,画出了磁场分布示意图。其次根据基于毕奥-萨伐尔定律和叠加原理的螺线管磁场计算模型的基本理论,分析、讨论了通有稳恒和交变电流的有限长螺线管磁场分布的情况。通过数值仿真和计算,给出了通有稳恒电流和交变电流的有限长螺线管任意场点磁场的分布计算方法;分析了给定高度时与螺线管轴线垂直面内磁场分布,给出了该截面内磁场分布的立体变化图和在三个正交平面上投影的场值分布;同时,也分析了平行且过螺线管轴线的面内场值变化,得出了其中的三维立体变化图和在正交面上投影的场值分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 研究背景及意义
• §1.2 螺线管的研究概况
• §1.2.1 无限长螺线管
• §1.2.2 有限长螺线管
• §1.2.3 螺线管的应用举例
• §1.3 螺线管磁场分析方法概述
• §1.4 论文的研究内容
• 第二章 电磁场的基本理论与分析方法
• §2.1 引言
• §2.2 电磁学的基本内容
• §2.3 电磁场分析的基础理论
• §2.3.1 毕奥-萨伐尔定律
• §2.3.2 麦克斯韦方程组
• §2.4 电磁场问题的求解方法
• §2.5 本章小结
• 第三章 螺线管磁场的计算
• §3.1 引言
• §3.2 磁场的计算方法
• §3.2.1 磁场计算的三种方法
• §3.2.2 不同方法计算磁场的利弊分析
• §3.3 线圈磁场的计算模型
• §3.3.1 线圈磁场计算的基础理论
• §3.3.2 圆环线圈轴线上两个特殊场点的磁场表达式
• §3.3.3 圆环线圈中任意场点的磁场解析表达式
• §3.3.4 线圈磁场计算模型的局限性
• §3.4 长直螺线管电流产生磁场的计算模型
• §3.4.1 螺线管圆柱面上沿轴线方向电流产生的磁场
• §3.4.2 螺线管圆柱面上沿垂直轴线方向电流产生的磁场
• §3.4.3 长直螺线管电流产生磁场的计算模型的优缺点
• §3.5 考虑螺距时圆截面螺线管电流产生磁场的计算
• §3.5.1 单匝螺线管电流轴线上的磁场
• §3.5.2 多匝螺线管电流轴线上的磁场
• §3.5.3 仿真结果分析
• §3.6 本章小结
• 第四章 基于毕奥-萨伐尔定律和叠加原理计算有限长螺线管磁场的分布
• §4.1 引言
• §4.2 基于毕奥-萨伐尔定律和叠加原理计算螺线管磁场基础理论
• §4.2.1 螺线管磁场计算的理论分析基础
• §4.2.2 计算给定场点的磁场的数学分析
• §4.3 仿真计算磁场分布结果的分析与验证
• §4.4 给定高度时与螺线管轴线垂直面内的磁场分布
• §4.4.1 Bx场值的变化分析
• §4.4.2 By场值的变化分析
• §4.4.3 Bz场值的变化分析
• §4.5 平行且过螺线管轴线面内的磁场分布
• §4.5.1 Bx场值的变化分析
• §4.5.2 By场值的变化分析
• §4.5.3 Bz场值的变化分析
• §4.6 本章小结
• 第五章 交变电流情形有限长螺线管磁场分布分析
• §5.1 引言
• §5.2 载流圆环的磁场分布计算
• §5.3 场分布仿真计算的结果与分析
• §5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果