永磁电机反电势与转子磁链位置关系

yayay2010

这个问题和我纠结过的一个问题貌似出自同一个地方：在不同的电机学教材里，变压器那一节有一个公式是讲电压和反电势（U=E+Z*I，特别注释这几个量都是向量形式）。多翻看几本书你会发现有些书不是这样写的而是（U=-E+Z*I)。为什么会出现这种情况：反电势方向定义和电压定义方向是不一样的。电压是从电势高的方向指向电势低的方向，而反电势正好相反。所以上面的不同就涉及的（E=4.44Nf*磁通，还是E=-4.44Nf*磁通）。电机学教材若严谨一点就会加上负号，这更符合物理定义，若通俗一点就不加负号，这样学生好理解一点，计算也方便。由于这一点的不同，在变压器的简化电路里边，e的方向是不一样的，大家可以多番几本书就可以知道，如此一正一负就会差出去180度的相位差。就这点来讲，你不能讲谁是对的谁是错的。

yayay2010

你对比一下是不是两个e的方向是不一样的。

标准答案

yayay2010 发表于 2013-12-14 09:15
这个问题和我纠结过的一个问题貌似出自同一个地方：在不同的电机学教材里，变压器那一节有一个公式是讲电压 ...

“电机学教材若严谨一点就会加上负号，这更符合物理定义，若通俗一点就不加负号，这样学生好理解一点，计算也方便”。

你见过哪一本严谨的电机学教材里加那个负号了？？？

yayay2010

标准答案 发表于 2013-12-15 20:54
“电机学教材若严谨一点就会加上负号，这更符合物理定义，若通俗一点就不加负号，这样学生好理解一点，计 ...

标准答案

我看了半天也没有看见E=-4.44Nf*磁通呀？？？

标准答案

yayay2010 发表于 2013-12-14 09:15
这个问题和我纠结过的一个问题貌似出自同一个地方：在不同的电机学教材里，变压器那一节有一个公式是讲电压 ...

所以上面的不同就涉及的（E=4.44Nf*磁通，还是E=-4.44Nf*磁通）。电机学教材若严谨一点就会加上负号，这更符合物理定义，若通俗一点就不加负号，这样学生好理解一点，计算也方便。

——————————————————
从你这个回帖中可以看出在这个问题上你仍然还需要纠结，还需要再多看几本书！但无论你看多少本电机学，估计也找不到一本你所谓“严谨”的、“加上负号”的电机学！即书上写有E=-4.44Nf*磁通这个公式的电机学，如果真有一本电机学书上这个公式中出现了负号，那我告诉你，这本书不仅不“严谨”！不仅不“更符合物理定义”！而且是完全错误的！

yayay2010

是E=-j4.44Nf*磁通，

yayay2010

被揪着不放的感觉这是忐忑啊

标准答案

yayay2010 发表于 2013-12-24 10:14
是E=-j4.44Nf*磁通，

哪本电机学里有E=-j4.44Nf*磁通？？？

标准答案

yayay2010 发表于 2013-12-24 10:15
被揪着不放的感觉这是忐忑啊

只有被揪着不放你才能真正理解其物理意义

yayay2010

标准答案 发表于 2013-12-24 22:18
只有被揪着不放你才能真正理解其物理意义

yayay2010

标准答案 发表于 2013-12-24 22:18
只有被揪着不放你才能真正理解其物理意义

这是许实章的


这下终于搞对了，正确理解这个公式的关键在于以下三点：
1 电势是指某线圈的有效值时间相量；
2 磁通是指匝链该线圈的最大值时间相量；
3 电势和磁通的正方向规定符合右手螺旋法则。

只有上述三点全部满足时这个公式才是正确的。这就是概念！必须要“揪着不放”！呵呵！得罪了！

lucky_cheng

因事情忙回复晚了。。。apologize for it

今天有空，回答一下这个问题：。。。

前几天看了2楼标准答案的回复，回答得非常专业，“正方向规定很重要！”触及到了问题的核心点。
关于正方向的问题实际我在问题提出的时候已经注意到了，如2楼所述“永磁电机的e0正方向是朝上，而异步电机的各电势及电流、磁链等各物理量的正方向规定一致且都朝下。”，我当时注意到了，只是没有理解其原因。通过查找一些资料和思考，现在基本明白了。其实，一直都没搞清楚电机正方向规定、相量图及电压方程相关的问题。
我的问题2楼基本已经给解答了，但我想就我的理解做一些解释和补充：
第一，电机分析时两种正方向规定通常有电动机惯例和发电机惯例，两种惯例基本都是规定了电压和电流的正方向，其中电动机惯例规定电流正方向流入等效电路，而发电机惯例规定电流正方向流出等效电路。对于反电动式的正方向是可以任意的，所以就有了我所提的问题。可以看到，国内一些教材上异步电机等效电路上反电动式正方向规定都是朝下，而永磁电机则规定朝上，书上并没有将原因，但我想估计是习惯的传承。国外的一本书《electric motor drives modeling analysis and control》by Ramu Krishnan,2001年，异步电机反电动势正方向就是朝上的，如下图：

另一本参考书：《Electrical Machines and Drive Systems》, Third Edition; John Hindmarsh, Alisdair Renfrew，1996，有提到反电动势正方向选择朝上是避免分析时需要将反电动势进行反向的麻烦，如下图：

第二，在电动机惯例或发电机惯例规定的前提下，即电流正方向规定的情况下，反电动势正方向的选择会决定电磁感应定律有没有正负号，即e=-dψ/t还是e=dψ/t。原因是上述两公式分别对应e=-Ldi/t和e=Ldi/t，i即上述电流，L为电感常数。所以谈及2楼提到的“也就是说，当电势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋定则的时候，这个公式才是正确的。。。”，与其讨论电势与磁链之间的关系，不如讨论电势与电流的关系，因为电机等效电路中并没有磁链。可以说，电流通过磁链与电势建立关系，电流与磁链的关系在右手法则下为ψ=Li(因为右手法则符合实际物理现象),如果不是右手法则，则ψ=-Li。所以，右手法则与否会影响e=-Ldi/t或e=Ldi/t有无正负号。以本人问题贴中附件面装式PMSM相量（矢量）图为例，可以看到该正方向规定为电动机惯例，电流正方向流向等效电路，反电动势的方向朝上。因电磁感应定律是一个实验定律，即线圈电流变化引起磁链变化产生的反电动势总是会阻碍电流的变化，假设某一刻瞬时电流i为正向增大，则反电动势的方向应与电流方向相反，即e瞬时值的方向为正，而此时di/t为也为正，电磁感应定律为e=Ldi/t，即反电势超前电流（即磁链）90度。
第三，就我理解，磁链与电压、电流等不是一个范畴，但磁链和电流是相互联系的，且瞬时值的频率和相位相等，所以从这点看，两者可以在相位图和等效电路中同时出现，实际上很多书上也是这么做的，在相位图上将电流和磁链画在一起。同样，磁链也可以作为空间矢量，因为磁链是由磁动势矢量产生，和磁动势矢量有确定关系。
第四，关于磁链说法的问题，王老师书中确实有定子磁链、转子磁链和气隙磁链的说法，同样在克里斯南的《electric motor drives modeling analysis and control》中也是类似的说法，stator flux linkage,rotor flux linkage,airgap flux linkage(或mutual flux linkage)。见下图：

我的理解是，首先，定子磁动势、转子磁动势和气隙磁动势的说法应该是没有问题的，由于电机磁路是确定的，在不考虑饱和的情况下，电机磁路中磁密，也就是磁链与磁动势是常数关系，从这点意义上看，说定子磁链、转子磁链和气隙磁链应该也是说得通的。
个人认识，不对之处请多指教！

lucky_cheng

严谨的说法应该叫“气隙磁场匝链定子（或转子）绕组的磁链”

2楼提到的“匝链”一词我确实不大理解，该词有什么意义，出自哪里？请标准哥指教！

标准答案

lucky_cheng 发表于 2013-12-27 00:22
2楼提到的“匝链”一词我确实不大理解，该词有什么意义，出自哪里？请标准哥指教！

关于磁通与磁链的概念问题我以前回答过，现重新粘贴过来：

磁通是针对某一截面而言的，磁通是穿过某一截面所通过的磁力线的多少，叫做磁通量或磁通，因此 磁通是磁密在某一截面上的积分。说磁通时一定要说穿过那个截面的磁通。
磁链是针对某一线圈的，因此说磁链时一定要说匝链某个线圈的磁链。磁链是指穿过线圈各匝的磁通量之和，当穿过某一线圈各匝的磁通量不相等时（如穿过线圈第一匝的磁通量和第二匝的磁通量可能不同），那么磁通就是匝的函数，此时，磁链等于穿过线圈各匝的磁通的积分，从首匝积分到末匝。当穿过某一线圈各匝的磁通量相等时，则匝链该线圈的磁链就等于磁通乘以匝数。
其原帖链接如下：
https://bbs.simol.cn/forum.php?m ... 7&fromuid=10257
希望对你理解有些帮助！

关于”匝链“一词，我没有查过是否有标准术语，但许多文献和教科书中经常看到这个术语，但的确不记得有什么地方解释它的含义，个人理解，磁通与线匝之间的空间相对关系就像魔术师玩的”连环套“一样，即他们是相互连环的套在一起，磁通是一个封闭的环，一匝线圈也是一个封闭的环，他们相互”穿越“套在一起就称改磁通”匝链“了改线匝。有时一束磁通可能匝链许多匝或全部线圈匝（如主磁通），有时一束磁通可能只匝链一匝或少数几匝线圈（如漏磁通）。
以上是我的理解，不妥之处请指正。

lucky_cheng

谢谢加分！{:soso_e183:}{:soso_e100:}

stsaga

标准答案 发表于 2013-12-11 00:00
今天有空，回答一下这个问题：
1 你说的没错，电势和磁链之间的相位关系是由法拉利电磁感应定律确定的，反 ...

分析精到，对电机磁场理解比较到位……

suwenbin_hit

各位的论述非常精辟，建议申请精华帖。

oio12321

楼主 好啊谢谢，正好学习下；新人 多关注；

dddjjjyyy888

理解问题抓住关键点很重要，要不后面全部错了，受益匪浅啊，这种就是学术自由，敢于与勇于否定问题和肯定问题。真的受益了。