Скачиваний:
15
Добавлен:
14.06.2022
Размер:
1.37 Mб
Скачать

The current potential in the cylindrical coordinate system

U

 

 

 

i

 

U

?

 

 

 

 

 

 

c

 

2

c

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

b

 

Uc

 

 

 

 

 

 

 

 

r sin( ) R sin( )

b r cos( ) R cos( )

r cos( ) b R cos( )

 

R sin( )

 

 

 

 

tg( )

 

arctg

R sin( )

b R cos( )

 

 

 

 

b R cos( )

21

The current potential in the complex plane

 

 

j

 

 

j

 

Q

r e

P R e

Q

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

ln Q ln Q e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln Q ln Q j

Im ln(Q)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q P b

 

 

 

 

Im ln(R e j

y

 

 

z x jy

j

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

r

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

x

 

 

 

 

R

 

j

 

b) Im ln

b

1

 

e

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

Let us introduce a parameter:

t Rb 1

Im ln b Im ln 1 t e j

22

Expansion of the current potential in the cylindrical coordinate system

 

 

 

 

 

 

 

 

z x jz

j

 

 

Im ln b

 

y

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk

 

R

 

P

r

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

k

 

 

 

 

 

 

 

b x

 

 

k

 

jk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 1 te j t

e

 

 

 

 

 

 

1

t

k

sin k

 

k 1

 

k

 

 

 

k

 

e jk

cos k j sin k

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im e jk sin k

 

 

i

 

i

 

 

 

1

 

k

sin k

 

 

 

 

 

 

Uc

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

2

2

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1 k1 tk sin

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

Potentials in the problem domain

Inside the cylinder.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(k )

U

r

k

 

(1)

 

 

 

 

 

 

(1)

General case.

 

 

gk

cos(k ) hk

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Case of the line current source

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U r, ck rk sin(k )

(potential on the x-axis = 0):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

Outside the cylinder.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(k )

Um

r

k

(2)

 

 

 

 

 

(2)

General case.

 

 

gk

 

cos(k ) hk

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Case of the line current source:

Um r, dk r k sin(k )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

Current potential on the

 

 

 

 

 

 

i

 

1

 

k

sin k

surface of the cylinder.

 

Uc

 

 

 

 

t

 

 

2

k

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

ck hk(1)

dk hk(2)

t Rb

24

Magnetic field intensity in the problem domain

 

Hr r,

U r,

 

Inside the cylinder.

kck rk 1 sin(k )

 

 

 

r

k 1

 

H r,

1

U r,

 

 

kck rk 1 cos(k )

 

 

r

 

k 1

Outside the cylinder.

 

Um r,

 

 

Hm r

kdk r k 1 sin(k )

 

 

Hm

r

 

k 1

 

1 Um r,

kdk r k 1 cos(k )

 

 

 

 

 

 

 

r

 

k 1

25

Magnetic field intensity induced by the wire with the current

Radial component of the

 

 

Uc R,

 

 

 

1

 

Hc r

 

 

 

tk sin(k )

field intensity induced by

 

 

 

 

the current line at the

 

 

r

 

 

 

 

R k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cylinder surface

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Angular component of

 

1 Uc R,

 

 

 

1

 

 

Hc

 

 

tk cos(k )

the field intensity

 

 

 

 

 

r

 

 

 

R k 1

The field intensity induced by the current line may be calculated directly

H

2

 

i

 

 

 

 

r

rw

26

Definition of coefficients

At the surface of the cylinder:

U (1) Um(2) Uc( 2)

Hn(1) 0 Hn(2)m 0 Hn(2)c

Relative magnetic

r

 

permeability

0

 

Solution of the system:

ck Rk dk R k

 

 

i

 

 

tk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kck R

k 1

0kdk R

k 1

 

 

0i

R

k 1

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 bk

 

 

 

 

 

k 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

k

 

 

i

 

 

 

k

 

 

 

 

System for series

ck

R

 

dk R

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

coefficients

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

r ck R

 

 

dk

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ck R

k

r R

k

 

2i

 

 

Rk

 

 

i

1

 

i r 1

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

ck

 

 

 

 

 

dk

 

 

 

 

R

t

 

 

 

2 k

 

1

bk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

k

 

r

1

 

bk

2 k

 

r

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

Solution of the problem

 

 

 

i

 

 

1

 

k

 

Scalar potential:

U

 

 

r

sin k ,

r R

 

 

k

 

 

 

r 1 k 1

k b

 

 

 

 

 

 

i r 1

 

1 R2k

 

Reduced potential:

Um

 

 

 

 

 

 

 

 

sin k ,

r R

 

 

 

 

k

 

k

 

 

2

r 1 k 1

k b

r

 

 

 

 

Magnetic field on the system axis 0 :

 

 

 

i

 

 

rk 1

 

 

r

 

 

 

 

H H

 

 

k 1

 

 

,

r R

 

 

 

1

r 1

 

bk

 

 

 

 

 

b

 

i r 1

 

2k

 

 

 

R

2

 

 

Hm Hm

 

R

 

,

 

 

r R

 

 

 

1

 

k

k 1

 

 

br

 

 

2 r 1 k 1

b r

 

 

 

 

 

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Magnetic field directions

0

R

Hm

O

H

Hc r b

 

29

Inductance of the two-wire transmission line per unit length

 

0

 

i

i

R

 

r a

r b

O

Total inductance:

L L2wire L

 

L2wire Is the inductance of 2-wire line without a cylinder

30