電氣科學(xué)是一門傳統(tǒng)學(xué)科，也是一門基礎(chǔ)學(xué)科，與此學(xué)科緊密聯(lián)系的從電能生產(chǎn)到裝備制造再到電能利用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活各個(gè)方面的應(yīng)用極其廣泛。目前，涉及本學(xué)科內(nèi)的電磁裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行行為的分析計(jì)算，均已采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析方法，它是一種基于場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法。由于計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，以前用等效路的計(jì)算分析方法無(wú)法解決或解決得不是很好的問(wèn)題，現(xiàn)在用場(chǎng)的數(shù)值解法可以予以解決。這種基于場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法，給電磁裝置設(shè)計(jì)計(jì)算與運(yùn)行分析提供了一種新的手段與方法，具有較高的計(jì)算精度，可以從細(xì)微的角度考察與分析電磁和其他物理量在所設(shè)計(jì)電磁裝置內(nèi)的分布情況，從而大大提高了設(shè)計(jì)和分析水平。但要掌握這種方法并且運(yùn)用自如，需要設(shè)計(jì)者具有較高的專業(yè)知識(shí)和理論水平。 近20年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)與電氣學(xué)科相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)和大型生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)于電磁裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行行為的分析計(jì)算，凡是涉及高精度設(shè)計(jì)和精細(xì)分析、全方位設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于大型系統(tǒng)中的關(guān)鍵裝置，必須進(jìn)行電磁、熱傳導(dǎo)、流體（通風(fēng)冷卻）以及力學(xué)的（強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)問(wèn)題）綜合物理場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析計(jì)算，甚至要考慮各個(gè)物理場(chǎng)的耦合計(jì)算問(wèn)題，必然用到場(chǎng)的現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論與分析方法。本書對(duì)于電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析與闡述，以提高相關(guān)人員具備有關(guān)這方面的知識(shí)和分析能力。 本書在以下幾個(gè)方面做了一些工作： （1）對(duì)最基本電磁場(chǎng)理論的定理進(jìn)行了詳細(xì)理論證明，如用矢量分析方法證明矢量場(chǎng)必須滿足的赫姆霍茲定理。 （2）詳細(xì)闡明了電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩理論和數(shù)值計(jì)算方法，利用電磁場(chǎng)動(dòng)量原理導(dǎo)出麥克斯韋張力，并推導(dǎo)出電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值計(jì)算公式，具有普遍性。 （3）討論了求解渦流場(chǎng)的一般性方程，包括用場(chǎng)變量和位函數(shù)表示的渦流方程以及各種數(shù)值解法的渦流方程。用兩個(gè)典型工程實(shí)例討論渦流方程的解析求解法：一個(gè)是直線電機(jī)次級(jí)中的渦流分析，代表恒穩(wěn)渦流場(chǎng)解析求解；另一個(gè)是補(bǔ)償式脈沖發(fā)電機(jī)的氣隙和補(bǔ)償筒內(nèi)的渦流場(chǎng)分析，代表瞬態(tài)渦流場(chǎng)解析求解。 （4）介紹了場(chǎng)?路耦合法，詳細(xì)闡述和討論了具有磁性的非線性和機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件因素時(shí)，電磁裝置內(nèi)的參數(shù)變化與控制系統(tǒng)的信號(hào)變化是相互聯(lián)系的，在做動(dòng)態(tài)計(jì)算與分析時(shí)，必須將電磁裝置內(nèi)的磁場(chǎng)變化與控制系統(tǒng)的信號(hào)變化耦合起來(lái)計(jì)算，才能反應(yīng)實(shí)時(shí)的真實(shí)狀況，這是電磁裝置系統(tǒng)做精確設(shè)計(jì)與分析所必需的。還導(dǎo)出了旋轉(zhuǎn)電機(jī)與控制系統(tǒng)耦合的數(shù)值計(jì)算的普遍性公式。 （5）對(duì)電磁場(chǎng)計(jì)算的邊界條件的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了詳細(xì)闡述與推導(dǎo)，這是對(duì)于進(jìn)行電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算必須遵循的最基本規(guī)律。 全書共分10章： 第1章概論，簡(jiǎn)要介紹了電磁場(chǎng)問(wèn)題的類型及其求解方法，現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展和現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用。 第2章討論了電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)，介紹麥克斯韋方程，用矢量分析方法證明矢量場(chǎng)必須滿足的赫姆霍茲定理，闡明采用場(chǎng)變量與位函數(shù)的邊界條件所必須滿足的理論基礎(chǔ)，同時(shí)介紹了場(chǎng)的級(jí)數(shù)解法，多極子展開的理論。 第3章討論了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值計(jì)算的理論與方法，電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的重要參數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算是研究電機(jī)運(yùn)行行為的重要任務(wù)之一，本章利用電磁場(chǎng)動(dòng)量原理導(dǎo)出麥克斯韋張力，從而便于電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值計(jì)算。 第4章討論了當(dāng)前廣泛應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法有限單元法（亦稱有限元法），并闡明其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)泛函與變分的基本概念，詳細(xì)討論求解的電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題（偏微分方程加邊界條件）轉(zhuǎn)化為泛函求極值的問(wèn)題，即變分問(wèn)題的離散化處理過(guò)程。 第5章討論了加權(quán)余量法，這是求微分方程近似解的另一種有效方法，闡明其原理和離散化處理方法。 第6章討論了邊界單元法，這是一種積分方程法，邊界單元法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以降低維數(shù)，本章首先介紹了邊界積分方程的建立，然后討論了離散化處理的方法，最后簡(jiǎn)要介紹了邊界單元與有限單元法耦合算法。 第7章討論了圖論場(chǎng)模型法，簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)模型，這種方法的理論基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(xué)。它是基于描述電磁場(chǎng)的基本物理規(guī)律，直接從物理圖像建立離散模型，然后根據(jù)圖論的分析方法，建立起端點(diǎn)方程、節(jié)點(diǎn)方程和回路方程等，借助計(jì)算機(jī)輔助分析法求解。 第8章討論了渦流場(chǎng)的求解，主要介紹了渦流場(chǎng)的一般性方程，包括用場(chǎng)變量和位函數(shù)表示的渦流方程以及各種數(shù)值解法的渦流方程，同時(shí)用兩個(gè)典型工程實(shí)例討論渦流方程的解析求解法。 第9章介紹了場(chǎng)?路耦合法，電機(jī)或電磁裝置的工作原理是建立在電磁相互作用基礎(chǔ)之上的，建立磁場(chǎng)的鐵磁物質(zhì)具有非線性特性，它一方面與機(jī)械系統(tǒng)相耦合，另一方面與電氣系統(tǒng)相聯(lián)系，電磁裝置內(nèi)的參數(shù)變化與控制系統(tǒng)的信號(hào)變化是相互聯(lián)系的，在做動(dòng)態(tài)計(jì)算與分析時(shí)，必須將電磁裝置內(nèi)的磁場(chǎng)變化與控制系統(tǒng)的信號(hào)變化耦合起來(lái)計(jì)算，才能反應(yīng)實(shí)時(shí)的真實(shí)狀況。 第10章介紹了利用現(xiàn)代仿真軟件進(jìn)行電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的方法并舉出三個(gè)算例，闡述無(wú)刷直流電機(jī)二維靜磁場(chǎng)分析，用籠型異步電動(dòng)機(jī)為例介紹二維渦流場(chǎng)分析計(jì)算，用永磁同步電機(jī)為例介紹電機(jī)三維場(chǎng)瞬態(tài)行為的仿真分析。 本書第1章至第9章由李朗如教授執(zhí)筆，第10章由王晉（博士）副教授執(zhí)筆，全書由李朗如教授統(tǒng)稿。同時(shí)，感謝電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院對(duì)本書出版的大力支持，對(duì)中國(guó)電力出版社周娟編審對(duì)本書給予的支持，在此一并表示感謝。 由于我們水平有限，不妥之處在所難免，希望讀者不吝指正。 編 者2018年12月于喻家山