電氣科學是一門傳統(tǒng)學科，也是一門基礎學科，與此學科緊密聯(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)濟及社會生活各個方面的應用極其廣泛。目前，涉及本學科內(nèi)的電磁裝置設計和運行行為的分析計算，均已采用現(xiàn)代設計分析方法，它是一種基于場的數(shù)值計算方法。由于計算機和計算技術的迅速發(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，給電磁裝置設計計算與運行分析提供了一種新的手段與方法，具有較高的計算精度，可以從細微的角度考察與分析電磁和其他物理量在所設計電磁裝置內(nèi)的分布情況，從而大大提高了設計和分析水平。但要掌握這種方法并且運用自如，需要設計者具有較高的專業(yè)知識和理論水平。 近20年來，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，國內(nèi)與電氣學科相關的研究機構和大型生產(chǎn)企業(yè)，對于電磁裝置的設計和運行行為的分析計算，凡是涉及高精度設計和精細分析、全方位設計，尤其對于大型系統(tǒng)中的關鍵裝置，必須進行電磁、熱傳導、流體（通風冷卻）以及力學的（強度、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進行分析與闡述，以提高相關人員具備有關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行了詳細理論證明，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）詳細闡明了電機的電磁轉矩理論和數(shù)值計算方法，利用電磁場動量原理導出麥克斯韋張力，并推導出電機的電磁轉矩的數(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；另一個是補償式脈沖發(fā)電機的氣隙和補償筒內(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，詳細闡述和討論了具有磁性的非線性和機械旋轉部件因素時，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，才能反應實時的真實狀況，這是電磁裝置系統(tǒng)做精確設計與分析所必需的。還導出了旋轉電機與控制系統(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進行了詳細闡述與推導，這是對于進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)代工程技術中的應用。 第2章討論了電磁場理論基礎，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，同時介紹了場的級數(shù)解法，多極子展開的理論。 第3章討論了電機電磁轉矩數(shù)值計算的理論與方法，電磁轉矩是電機進行能量轉換的重要參數(shù)，電磁轉矩計算是研究電機運行行為的重要任務之一，本章利用電磁場動量原理導出麥克斯韋張力，從而便于電機電磁轉矩的數(shù)值計算。 第4章討論了當前廣泛應用的數(shù)值計算方法有限單元法（亦稱有限元法），并闡明其數(shù)學基礎泛函與變分的基本概念，詳細討論求解的電磁場邊值問題（偏微分方程加邊界條件）轉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)絡場模型，這種方法的理論基礎是網(wǎng)絡拓撲學。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，電機或電磁裝置的工作原理是建立在電磁相互作用基礎之上的，建立磁場的鐵磁物質具有非線性特性，它一方面與機械系統(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，才能反應實時的真實狀況。 第10章介紹了利用現(xiàn)代仿真軟件進行電磁場數(shù)值計算的方法并舉出三個算例，闡述無刷直流電機二維靜磁場分析，用籠型異步電動機為例介紹二維渦流場分析計算，用永磁同步電機為例介紹電機三維場瞬態(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國家重點實驗室和華中科技大學電氣與電子工程學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