基于FDTD的电气火花电磁场分析#童紫原1，李猛2，许婕2，童敏明2**（1.澳大利亚悉尼大学工程与信息学院，江苏徐州221116；5101520253035402.中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221116）摘要：在电磁环境复杂的工作环境中，电气火花产生的强瞬态空间电磁场会产生电磁耦合干扰操作设备，为了抑制瞬态电磁干扰，需对开关火花瞬态电磁场的频域和时域特性进行分析研究，从而更好的进行屏蔽。由于瞬态高频电磁场的复杂性，求解析解有一定的局限性，数值解可以发挥较为广泛的应用。本文介绍了FDTD法基本原理、基本方程、稳定条件，采用了各种异性完全匹配层（UPML）作为边界吸收条件，应用强迫法设置激励源，在Matlab环境下建立了电气火花电磁场数值模型。关键词：电气工程；电磁场；电气火花中图分类号：O441.3AnalysisofelectromagneticfieldforelectricalsparkbyFDTDTongZiyuan1,LiMeng2,XuJie2,TongMinming2(1.FacultyofEngineering&InformationTechnologiesTheUniversityofSydney,JiangSuXuZhou221116;2.CollegeofInformationandElectricalEngineeringChinaUniversityofMiningandTechnology,JiangSuXuZhou221116)Abstract:Inthecomplicatedelectromagneticenvironment,transientelectromagneticfieldcausedbyelectricsparkgeneratesinterferestoequipment.Inordertosuppressandshieldthetransientelectromagneticinterference,itisnecessarytoanalyzethetimedomainandfrequencydomaincharacteristicsoftransientelectromagneticfieldofspark.Becauseofthecomplexityofthetransienthighfrequencyelectromagneticfield,theanalyticalsolutionhascertainlimitations,soFDTD(thenumericalsolution)wasusedforanalysis.Intheanalysis,UPMLwereintroducedasabsorbingboundaryconditions.Bymatlabtool,numericalmodelwasestablishedfortheelectricspark.Keywords:electricalengineering;electromagneticfield;electricspark0引言时域有限差分方法（FiniteDifferenceTimeDomain）简称FDTD，非常适合电磁场演化信息和过程的分析，在时域中，随着迭代次数增加，电场和磁场交替计算更新来模拟实际电磁场传播扩散过程变化，求得电磁场数值模型，用来处理瞬态脉冲电磁的传播辐射、散射和反射等问题[1-3]。FDTD方法是1966年由K.S.Yee发表在AP上的一篇论文建立起来的，后被称为Yee网格空间离散方式，其核心思想是把带时间变量的Maxwell方程式在时间和空间领域上进行差分，模拟出电子脉冲和理想导体作用的时域响应，仿真激励源随时间变化时电磁场的传播及其各个空间结构相互作用的方法，利用蛙跳式空间领域内的电场和磁场进行交替计算，它包含电磁结构的全部演化信息和过程，通过时间领域上更新来模仿电磁场的变化，达到数值计算的目的[4-5]。用该方法分析问题的时候要考虑研究对象的几何参数，材料参数，计算精度，计算复杂度，计算稳定性等多方面的问题。其优点是能够直接模拟场的分布，直接反映---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---基金项目：十二五国家支撑计划项目（2013BAK06B08）作者简介：童紫原，（1989-），女，硕士研究生，研究方向为检测技术及传感器应用。通信联系人：童敏明，（1956-），男，教授，主要研究方向：监测技术。E-mail:jctmm@163.com-1----本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---出电磁波的时域特性，能够解决散射、辐射、传输、透入或吸收等瞬态问题，精度比较高，4550是目前计算电磁学界使用比较多的数值模拟的方法之一。电磁脉冲辐射作用问题在FDTD开始发展时就作为主要解决问题之一来开发的，所以FDTD十分擅长解决瞬态电磁场问题，处理复杂形状目标和非均匀介质物体的电磁辐射等问题。本文将介绍FDTD的基本原理、差分公式、边界吸收条件和解的稳定性，应用FDTD方法计算并分析电气火花放电时辐射的脉冲电磁场。1火花放电电磁场解析模型分析FDTD是一种直接时域方法，对微分形式的Maxwell方程进行差分离散，其基本原理是用差分代替微分[6]，将复杂的微分方程转换成代数方程，在用计...