Скачиваний:
15
Добавлен:
14.06.2022
Размер:
1.37 Mб
Скачать

Advanced chapters of theoretical electroengineering.

Lecture 5

SPbTU, IE, Prof. A.G. Kalimov 2022

1

Inductance of the two-wire transmission line per unit length

0

i

i

r

0

 

 

 

 

A

B B

 

C

A

 

 

Thin wire approach:

L Lint Lext

Lint

0

4

 

 

2

External fluxes

i

i

 

 

 

A

 

 

 

 

0

 

 

xA

 

 

 

 

 

i 0

 

R

 

 

A

 

A

 

ln

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xA

 

 

 

i 0

 

0

 

xB

 

 

 

B

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

 

 

 

 

 

xB

xA

 

 

 

i 0

 

0

 

xB

 

 

 

B

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

 

 

 

 

 

xB

xA

 

0

i

i

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

B

i

i

0

A

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

xB

xB

Ris the radius of wire

 

i 0 r 1

 

xB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

2 r 1

ln

 

 

 

 

xB

xA

r 0

 

i 0 r 1

 

xB

 

 

B

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

2 r 1

 

 

 

 

 

xB

xA

3

Total inductance

i

A

0

Lint 0

4

 

0

i

i

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

B

x

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xB

 

L ext

xA

 

 

xB

 

ext

i

 

 

 

 

 

 

 

 

L

0

2 ln

R

 

 

r 1

ln

 

xB xB xA

 

 

 

 

 

ext

 

 

xA

 

r 1

 

 

 

 

 

2

 

xB xB

xA

 

0

 

1

 

R

 

r 1

xB xB xA

L

 

 

 

2 ln

 

 

 

 

ln

 

 

 

2

xA

r 1

 

 

2

 

 

xB xB xA

4

Forces. The first line.

i

 

 

0

 

:

f fA

A

 

 

fA i2

 

 

 

 

fB i2

i

A A

xA

fB fB

0

 

 

2 xA

 

r 1

0

 

2 xB

 

 

 

r 1

fB i

2

 

0

r 1

 

 

 

 

 

2 xB r 1

0

i

i

x

 

B

B

xB

xB

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

r 1

 

 

1

 

1

 

 

f

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

r 1

 

xB

 

 

 

 

xA

 

 

 

xB

 

5

Forces. The second line.

i

i

 

A

A

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

xA

A :

 

f fA fB fB

 

 

fA

i

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 xA

 

 

 

 

fB i

2

 

 

 

0

 

r 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 xB xA r 1

fB i

2

 

 

 

0

 

 

r 1

 

 

 

 

xA r 1

 

 

 

 

 

2 xB

0

i

i

x

 

B

B

xB

xB

 

i2 0

1

 

r 1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

r 1

xB xA

 

 

 

xA

 

 

 

xB xA

 

6

Solution of the Laplace’s equation by separation of variables.

Решение уравнения Лапласа методом разделения переменных

7

Properties of the Laplace’s equation.

Electrostatic field.

U 0

E U

This equation for the potential is valid in the absence of the distributed electric charges .

Magnetostatic field.

U 0

H U

U here is magnetic scalar potential. The equation is valid if there are no currents in the problem domain

Laplace’s equation has a unique solution when the boundary conditions are defined at the border of the problem domain:

U F1

1st type boundary conditions.

U

F2

2nd type boundary conditions.

n

 

8

 

 

Choice of a coordinate system

 

 

0

 

 

 

i

i

R

 

O

Reasonable choice is a cylindrical system with the center in O.

9

Variable separation in cylindrical coordinates

Cylindrical coordinate system; variables:

r,

 

 

 

 

 

 

 

1

U

 

 

1 2U

0

Laplace’s equation in cylindrical system

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

r

r2

2

 

r r

 

 

 

Presentation of the potential

U R(r) S( )

 

 

 

 

 

Laplace’s equation:

or:

S 1r

r R(r) r

r

r

 

R

 

 

 

1 2 S

0

 

r

 

R

 

 

 

 

 

 

 

/ RS

 

r2 2

 

r

 

 

 

 

R(r)

 

 

1 2 S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S 2

 

 

r

 

 

 

 

10