电机所需的磁路基础

文摘   2024-08-26 21:41   四川  

电机学往往把学习电机所需磁路基础讲得稍微简单了,太概括了,太压缩了,以至于让相当大一部分人学不好。这部分人往往纠结一些量的由来,却又缺乏主动探索欲望。说基础不牢,地动山摇是有些夸张的,但势必会影响对一些概念以及一些现象的深刻理解,比如饱和。


以汤蕴璆的《电机学》为例。内容提纲有:

1.磁路的基本定律

1.1磁路的概念

1.2磁路的基本定律

1.2.1安培环路定律

1.2.2磁路的欧姆定律

1.2.3磁通连续性定律

1.2.4磁路的基尔霍夫第一定律

1.2.5磁路的基尔霍夫第二定律

2.常用的铁磁材料及其特性

2.1铁磁材料的磁化

2.2磁化曲线和磁滞回线

2.3铁磁材料

2.3.1软磁材料

2.3.2硬磁(永磁)材料

2.4铁心损耗

2.4.1磁滞损耗

2.4.2涡流损耗

2.4.3铁心损耗

3.磁路的计算

3.1直流磁路的计算

3.2直流电机的空载磁路和磁化曲线

3.3永磁磁路的计算特点

3.4交流磁路的特点

4.电抗与磁导的关系

4.1电抗与磁导的关系

4.2磁阻串联、并联和π形联接时线圈的等效电抗


看提纲能回忆起来内容不?

内容这么多,为什么还说讲得稍微简单?


1.没讲磁感应强度B和磁场强度H,以及二者是咋个勾连起来的。

可能有人说不对,B是磁通密度。也可能有人说B就是磁场强度。

突然想到一个故事:主持人问词的作者是谁,选手回答苏轼,主持人笑着说不对,是苏东坡。

这个故事放这里有点不合适。

可磁场强度、磁通密度、磁感应强度就是这么混乱。连物理圈自己都吐槽呢。David J.Griffiths在《Introduction to Electrodynamics》中提到:

他甚至在小标题里称:

一定要把B和H的关系掰扯清楚。

试着回答一下,为什么说电机里的磁场能量主要存储在气隙里?

2.没有讲磁通为什么被约束在铁心里。像变压器铁心甚至有直角拐角,磁通咋就没冲出去。
会有不少读者有类似疑问的。
讲明白这些需要不少知识扩展。对一本电机学基础教材要求太多。
作者往往也会照顾这些人的需求,往往会列出参考文献。要有读参考文献的习惯,书读厚了才能读薄。
上面提到的《电动力学入门》,或者汤蕴璆的《电机内的电磁场》,都能解疑答惑。

3.永磁体部分,对退磁曲线和工作点或者负载线的讲解不容易理解。
磁性材料的磁场强度H和B的非线性,是电机学里第一次遇到非线性。相信我,非线性是一个很难理解的概念。不理解非线性,就不容易理解线性化,不理解线性化,就不容易理解电机的动态控制。

要想把磁场基础打好,还要强调一下数学。
高等教育接触到的专业课,没有不用到微积分的。虽然用到的都是微积分中非常基础的内容,但对一些人仍有难度。
比如计算磁滞损耗,要用积分。有些人甚至分不清该是HdB和BdH。涡流损耗也得积分。

磁路一章里也提到了电抗。这涉及交流稳态电路。用到的数学是相量,复数,直角坐标系下的复数,极坐标系下的复数,复数的指数表达,都要弄清楚。后面的稳态分析,相量图都要用到。

π形磁路和对应的T形电路的转换,用到的也是数学。等效,是一个非常重要的概念,理解它的逻辑很重要,但最终还都是落脚到数学表达。想一想戴维南和诺顿的等效关系,数学上能推导出来恒等关系,你说是不是等效?

没讲具体内容,有机会讲一讲。可参考阅读一下早期发布的《B和H谁才是磁场强度》。









范泛谈电机
尝试浅入浅出地谈谈被众多人视为玄学的电机学,以及与电机有关的知识:电机制造,电机控制,电机维修等。
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