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，在國民經(jīng)濟(jì)及社會生活各個方面的應(yīng)用極其廣泛。目前，涉及本學(xué)科內(nèi)的電磁裝置設(shè)計和運(yùn)行行為的分析計算，均已采用現(xiàn)代設(shè)計分析方法，它是一種基于場的數(shù)值計算方法。由于計算機(jī)和計算技術(shù)的迅速發(fā)展，以前用等效路的計算分析方法無法解決或解決得不是很好的問題，現(xiàn)在用場的數(shù)值解法可以予以解決。這種基于場的數(shù)值計算方法，給電磁裝置設(shè)計計算與運(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)計電磁裝置內(nèi)的分布情況，從而大大提高了設(shè)計和分析水平。但要掌握這種方法并且運(yùn)用自如，需要設(shè)計者具有較高的專業(yè)知識和理論水平。 近20年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(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)，對于電磁裝置的設(shè)計和運(yùn)行行為的分析計算，凡是涉及高精度設(shè)計和精細(xì)分析、全方位設(shè)計，尤其對于大型系統(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、剛度和振動問題）綜合物理場的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析計算，甚至要考慮各個物理場的耦合計算問題，必然用到場的現(xiàn)代數(shù)值計算理論與分析方法。本書對于電磁場數(shù)值計算方法的理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析與闡述，以提高相關(guān)人員具備有關(guān)這方面的知識和分析能力。 本書在以下幾個方面做了一些工作： （1）對最基本電磁場理論的定理進(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)值計算方法，利用電磁場動量原理導(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)值計算公式，具有普遍性。 （3）討論了求解渦流場的一般性方程，包括用場變量和位函數(shù)表示的渦流方程以及各種數(shù)值解法的渦流方程。用兩個典型工程實例討論渦流方程的解析求解法：一個是直線電機(jī)次級中的渦流分析，代表恒穩(wěn)渦流場解析求解；另一個是補(bǔ)償式脈沖發(fā)電機(jī)的氣隙和補(bǔ)償筒內(nèi)的渦流場分析，代表瞬態(tài)渦流場解析求解。 （4）介紹了場?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，電磁裝置內(nèi)的參數(shù)變化與控制系統(tǒng)的信號變化是相互聯(lián)系的，在做動態(tài)計算與分析時，必須將電磁裝置內(nèi)的磁場變化與控制系統(tǒng)的信號變化耦合起來計算，才能反應(yīng)實時的真實狀況，這是電磁裝置系統(tǒng)做精確設(shè)計與分析所必需的。還導(dǎo)出了旋轉(zhuǎn)電機(jī)與控制系統(tǒng)耦合的數(shù)值計算的普遍性公式。 （5）對電磁場計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)，這是對于進(jìn)行電磁場邊值問題的數(shù)值計算必須遵循的最基本規(guī)律。 全書共分10章： 第1章概論，簡要介紹了電磁場問題的類型及其求解方法，現(xiàn)代數(shù)值計算方法的發(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必須滿足的赫姆霍茲定理，闡明采用場變量與位函數(shù)的邊界條件所必須滿足的理論基礎(chǔ)，同時介紹了場的級數(shù)解法，多極子展開的理論。 第3章討論了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩數(shù)值計算的理論與方法，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，本章利用電磁場動量原理導(dǎo)出麥克斯韋張力，從而便于電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值計算。 第4章討論了當(dāng)前廣泛應(yīng)用的數(shù)值計算方法有限單元法（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)討論求解的電磁場邊值問題（偏微分方程加邊界條件）轉(zhuǎn)化為泛函求極值的問題，即變分問題的離散化處理過程。 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章討論了圖論場模型法，簡稱網(wǎng)絡(luò)場模型，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，建立起端點方程、節(jié)點方程和回路方程等，借助計算機(jī)輔助分析法求解。 第8章討論了渦流場的求解，主要介紹了渦流場的一般性方程，包括用場變量和位函數(shù)表示的渦流方程以及各種數(shù)值解法的渦流方程，同時用兩個典型工程實例討論渦流方程的解析求解法。 第9章介紹了場?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)的信號變化是相互聯(lián)系的，在做動態(tài)計算與分析時，必須將電磁裝置內(nèi)的磁場變化與控制系統(tǒng)的信號變化耦合起來計算，才能反應(yīng)實時的真實狀況。 第10章介紹了利用現(xiàn)代仿真軟件進(jìn)行電磁場數(shù)值計算的方法并舉出三個算例，闡述無刷直流電機(jī)二維靜磁場分析，用籠型異步電動機(jī)為例介紹二維渦流場分析計算，用永磁同步電機(jī)為例介紹電機(jī)三維場瞬態(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，感謝電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室和華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院對本書出版的大力支持，對中國電力出版社周娟編審對本書給予的支持，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