Проникновение неоднородного электромагнитного поля в электропроводное тело

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.2.07

Ключові слова:

трехмерное электромагнитное поле, формирование электромагнитного поля, точное решение задачи, скин-эффект

Анотація

Исследование основано на точном аналитическом решении общей задачи сопряжения трехмерного квазистационарного поля на границе раздела диэлектрической и проводящей сред. Установлено, что неоднородное электромагнитное поле всегда убывает по глубине быстрее, чем однородное. Теоретический вывод подтверждается сопоставлением результатов аналитических и численных расчетов. Понятие сильного скин-эффекта распространяется на случай, когда глубина проникновения мала по сравнению не только с характерными размерами тела, но также когда отношение глубины проникновения к расстоянию от поверхности тела до источников внешнего поля является малым параметром. Для сильного скин-эффекта в его расширенной интерпретации проанализировано влияние неоднородности внешнего поля на формирование электромагнитного поля на границе и на закон убывания поля в проводящем полупространстве. Показано, что на границе выражения в виде асимптотических рядов для напряженностей полей помимо локальных значений поля внешних источников содержат их производные по координате, перпендикулярной граничной поверхности. Полученные выражения позволили обобщить приближенное импедансное граничное условие Леонтовича для диффузии неоднородного поля в проводящее полупространство. Отличие законов проникновения для неоднородного и однородного полей имеет место в членах асимптотического ряда, пропорциональных малому параметру во второй степени и второй производной по вертикальной координате от напряженности внешнего магнитного поля у граничной поверхности.

Біографія автора

Yu. M. Vasetsky, Інститут електродинаміки Національної академії наук України, Україна

Д.т.н., професор

Посилання

Rudnev V., Loveless D., Cook R.L. Handbook of induction heating. London, Taylor & Francis Ltd, 2017. 772 p. doi: https://doi.org/10.1201/9781315117485.

Lucía O., Maussion P., Dede E.J., Burdío J.M. Induction Heating Technology and Its Applications: Past Developments, Current Technology, and Future Challenges. IEEE Transactions on Industrial Electronics, May 2014, vol. 61, no. 5, pp. 2509-2520. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2013.2281162.

Acero J., Alonso R., Burdio J.M., Barragan L.A., Puyal D. Analytical equivalent impedance for a planar circular induction heating system. IEEE Transactions on Magnetics, Jan. 2006, vol. 42, no. 1, pp. 84-86. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2005.854443.

Babutskii A.I., Chrysanthou A., Ioannou J. Effect of pulsed electric current treatment on corrosion of structural metals. Strength of Materials, 2009, vol. 41, no. 4, pp. 387-391. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-009-9142-3.

Gallo F., Satapathy S., Ravi-Chandar K. Melting and crack growth in electrical conductors subjected to short-duration current pulses. International Journal of Fracture, 2010, vol. 167, no. 2, pp. 183-193. doi: https://doi.org/10.1007/s10704-010-9543-0.

Vasetsky Y.М., Kondratenko I.P. Electromagnetic field of the inductor for local electric pulse effects on metal products, Technical Electrodynamics, 2020, no 4, pp. 11-14. (Ukr). doi: https://doi.org/10.15407/techned2020.04.011.

Psyk V., Risch D., Kinsey B.L., Tekkaya A.E., Kleiner M. Electromagnetic forming – A review. Journal of Materials Processing Technology, 2011, vol. 211, iss. 5, pp. 787-829. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.12.012.

Gayakwad D., Dargar M.K., Sharma P.K., Rajesh purohit, Rana R.S. A Review on Electromagnetic Forming Process. Procedia Materials Science, 2014, vol. 6, pp. 520-527. doi: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.066.

Batygin Y., Barbashova M., Sabokar O. Electromagnetic Metal Forming for Advanced Processing Technologies. Springer, Cham, 2018. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-74570-1.

Yuferev S.V., Ida N. Surface Impedance Boundary Conditions: A Comprehensive Approach. CRC Press, 2010. 412 p. doi: https://doi.org/10.1201/9781315219929.

Landau L.D., Lifshitz E.M. Electrodynamics of Continuous Media. Elsevier Ltd, 1984. 475 p. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-030275-1.50024-2.

Knoepfel H. Pulsed High Magnetic Fields. Canada: John Wiley & Sons, Limited, 1997. 372 p.

Leontovich M.A. On the Approximate Boundary Conditions for Electromagnetic Field on the Surface of Highly Conducting Bodies. Propagation of electromagnetic waves, Moscow, USSR Academy of Sciences Publ., 1948, pp. 5-20 (Rus).

Rytov S.M. Calculation of skin effect by perturbation method. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1940, vol. 10, iss. 2, pp. 180-190. (Rus).

Mitzner K.M. An integral equation approach to scattering from a body of finite conductivity. Radio Science, 1967, vol. 2, iss. 12, pp. 1459-1470. doi: https://doi.org/10.1002/rds19672121459.

Kravchenko A.N. Boundary Characteristics in Electrodynamics Problems. Kyiv, Naukova Dumka Publ., 1989. 218 p. (Rus).

Fridman B.E. Skin effect in massive conductors used in pulsed electrical devices: I. Electromagnetic field of massive conductors. Technical Physics, 2002, vol. 47, no. 9, pp. 1112-1119. doi: https://doi.org/10.1134/1.1508074.

Berdnik S.L., Penkin D.Y., Katrich V.A., Penkin Y.M., Nesterenko M.V. Using the concept of surface impedance in problems of electrodynamics (75 years later). Radio physics and radio astronomy, 2014, vol. 19, no. 1, pp. 57-80. doi: https://doi.org/10.15407/rpra19.01.057.

Liu X., Yang F., Li M., Xu S. Generalized Boundary Conditions in Surface Electromagnetics: Fundamental Theorems and Surface Characterizations. Applied Sciences, 2019, vol. 9, no. 9, p. 1891. doi: https://doi.org/10.3390/app9091891.

Vasetsky Yu.M., Dziuba K.K. An analytical calculation method of quasi-stationary three-dimensional electromagnetic field created by the arbitrary current contour that located near conducting body. Technical Electrodynamics, 2017, no 5, pp. 7-17. (Rus). doi: https://doi.org/10.15407/techned2017.05.007.

Vasetsky Yu.M., Dziuba K.K. Three-dimensional quasi-stationary electromagnetic field generated by arbitrary current contour near conducting body. Technical Electrodynamics, 2018, no 1, pp. 3-12. doi: https://doi.org/10.15407/techned2018.01.003.

Vasetsky Yu.M., Dziuba K.K., Kucheriava I.М., Mazurenko I.L. The penetration of nonuniform electromagnetic field of current contour in conducting medium. Technical Electrodynamics, 2018, no 5, 11-14. (Ukr). doi: https://doi.org/10.15407/techned2018.05.011.

Vasetsky Yu. Nonuniform electromagnetic field at the interface between dielectric and conducting media. Progress in Electromagnetics Research Letters, 2020, vol. 92, pp. 101-107. doi: https://doi.org/10.2528/pierl20050802.

Simonyi K. Foundation of electrical engineering. Elsevier Ltd, 1963. 865 p. doi: https://doi.org/10.1016/c2013-0-02694-1.

Vasetsky Yu., Mazurenko I., Dziuba K. Conditions for Application of Asymptotic Method to Electromagnetic Field Analysis in System of «a Current Loop – an Eletroconducting Body». Computational Problems of Electrical Engineering, 2014, vol. 4, no. 1, pp. 91-96. Available at: http://science.lpnu.ua/sites/default/files/journal-paper/2017/sep/6032/19.pdf (accessed 20.12.2020).

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-10

Як цитувати

Vasetsky, Y. M. . (2021). Проникновение неоднородного электромагнитного поля в электропроводное тело. Електротехніка і Електромеханіка, (2), 43–53. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.2.07

Номер

Розділ

Теоретична електротехніка

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають