关于扁线电机讨论

zengxiaodong

楼上动画让人大跌眼镜！

为什么这样说呢？因为它完全颠覆了大家想当然的认识！槽口漏磁磁密较大，但是其“切割磁力线”的效果反而更小，这岂不是匪夷所思？！
其实，仔细想想又是理所当然：我们知道感应电势是阻碍电流变化的，正因为槽口处感应电势小，所以槽口处的导体产生的阻碍也小，也就是此处的导体电流会更大，从而单位面积的损耗更高！这在逻辑上显然是自洽的。

下面进一步给出路径起点和终点的矢量磁位Az随时间变化的情况

zengxiaodong

矢量磁位还不是很说明问题，因为“切割磁力线”代表的应该是矢量磁位Az的时间变化率，因此求导数即可。

zengxiaodong

根据楼上波形的反对称特性，我们可以只观察零线以上的波形，得到结论：

1、大部分时间，是靠槽口侧感应电势小，靠槽底侧感应电势大；

2、也存在一小部分时间，情况相反，也就是靠槽口侧感应电势大，而靠槽底侧感应电势小

这就较好地解释了10楼槽内扁线导体涡流损耗的彩色图谱。

zengxiaodong

路径均分四段（模拟4层扁线电机），则有5个点，这5个点的Az变化率如下


从这个图形得到有用的结论，那就是槽底的导线相对而言，电流分布更均匀，也就是涡流效应更小些！

summer024

请教一下 无轭双转子的盘式电机，为绕线方便采用扁线立绕 但是尺寸过大的扁线会带来附加损耗，若用多股线又很难绕制，有没有人用过膜包线的 这个效果怎么样

zengxiaodong

summer024 发表于 2020-12-10 21:35
请教一下 无轭双转子的盘式电机，为绕线方便采用扁线立绕 但是尺寸过大的扁线会带来附加损耗，若用多股线又 ...

膜包线具体是什么结构？请描述解释一下。

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2020-10-28 09:13
仔细思考一个问题。

10楼的图片请注意最左侧的槽内导体，以及最右侧槽内的导体。这两个槽内导体的电流分 ...

13楼的图是我添加注释编辑出来的，其原始蓝本就是10楼的图。
很显然，这个图极为典型，也有足够的范例性，因此，被慧眼识图的人毫不犹豫选用了，下面这篇PDF文件中的图1.4就是。





https://bbs.simol.cn/thread-191627-1-1.html


补充内容 (2021-6-7 20:11):
https://bbs.simol.cn/forum.php?m ... hlight=%B1%E2%CF%DF

wx_CDtA91br

交流损耗确实很复杂啊，现在设计只是根据电机设计里面的公式参考的，但是没有试验可以验证，很头疼的问题

zengxiaodong

Speed也能算扁线损耗了

zengxiaodong

tjulix

zengxiaodong 发表于 2020-10-28 08:00
我认为扁线绕组既没有集肤效应，也没有临近效应，只有“切割磁力线”引起的涡流效应！

经典的电磁场理 ...

又见神论，集肤效应和邻近效应 （不是“临近”）就这么被您除名了。

转一个Wiki的解释

Proximity effect (electromagnetism)

A changing magnetic field will influence the distribution of an electric current flowing within an electrical conductor, by electromagnetic induction. When an alternating current (AC) flows through a conductor, it creates an associated alternating magnetic field around it. The alternating magnetic field induces eddy currents in adjacent conductors, altering the overall distribution of current flowing through them. The result is that the current is concentrated in the areas of the conductor farthest away from nearby conductors carrying current in the same direction.

The proximity effect can significantly increase the AC resistance of adjacent conductors when compared to its resistance to a DC current. The effect increases with frequency. At higher frequencies, the AC resistance of a conductor can easily exceed ten times its DC resistance.

zengxiaodong

The result is that the current is concentrated in the areas of the conductor  farthest away from nearby conductors carrying current in the same direction.


这句话清楚地表明，维基百科并非是金科玉律。


在经典的《电磁场》教科书中，同向的电流引起的叫做集肤效应，反向的电流引起的叫做临近效应（邻近效应，下同）。当然，也可以强行把两者均统称为临近效应，因为两者本身就并没有本质上的差异，都是因为导体切割磁力线而产生的一种附加效应，这种效应在导体互相靠近时尤其明显，在电流频率升高时也愈加显著。

为啥《电磁场》教科书中不讨论同向电流互相靠近的导体之间的临近效应呢？答案很简单，就是因为这种情况与集肤效应完全相同！几根完全贴紧的导体通同向电流，岂不正是等同于一根导体通同向电流吗？

总之，集肤效应、临近效应这种约定俗成的叫法和区分，是由历史原因造成的，不一定很符合逻辑。我们可以质疑这种叫法和区分，但是一般来说也并无必要不遵守这种叫法和区分。


在旋转电机中，槽内导体通过的电流一定是同向的，即使异相导体，其中的电流也只是相差60度电角度（而不是外文文献所说的120度电角度），所以，可以认为旋转电机中不存在临近效应而只有集肤效应；

反之，在变压器中，槽内不同线圈的导体通过的电流一定是反向的（理论上槽内净电流应为零，实际上要有激磁电流），因此，变压器中临近效应非常显著，当然同相导体之间也有集肤效应。

zengxiaodong

其实，电机和变压器的显著区别，从槽内波印廷矢量就可见一斑。


电机中，波印廷矢量都必须从槽口喷涌而出（或者喷涌而入）；反之，变压器中的波印廷矢量则是在槽内自生自灭。

也就是说，电机槽是外向型，而变压器槽是内卷型。这个帖子有很多关于波印廷矢量的动画深刻揭示了两者之间的区别。

https://bbs.simol.cn/forum.php?m ... mp;page=22#lastpost

zengxiaodong

今天看了一眼我的百度网盘，就是我制作的大量电机电磁场动画，居然下载量超过300了，当时我的理想和目标是下载量超过100就谢天谢地谢人了。


链接：pan.baidu.com/s/1Or6BjPK9azuc4YvJIjEWwQ
提取码：8bf6

白中桂

感谢楼主分享，学习学习！！！

tjulix

zengxiaodong 发表于 2021-10-26 08:10
The result is that the current is concentrated in the areas of the conductor  farthest away from nea ...

“在经典的《电磁场》教科书中，同向的电流引起的叫做集肤效应，反向的电流引起的叫做临近效应（邻近效应，下同）。”

-- 恕我孤陋寡闻，请问这本“经典的《电磁场》教科书”著者是哪位？引文出自哪章哪节？就是“邻近效应”，没有同不同的，是白字就请修改。


“zengxiaodong 发表于 2020-10-28 08:00 ……我认为扁线绕组既没有集肤效应，也没有临近效应，只有“切割磁力线”引起的涡流效应！”
“zengxiaodong 发表于 2021-10-26 08:10 ……所以，可以认为旋转电机中不存在临近效应而只有集肤效应”

-- 信口雌黄的典故可以用一用了。


集肤效应和邻近效应本质都是由涡流效应引起，Eddy Current Effect，但是又有不同。因为涡流效应是Maxwell方程所得到的直接结论，涡流可以出现任何导电体内，比如电磁炉的原理，而集肤效应和邻近效应一般专指在交变电流导体上的现象。

zengxiaodong

zengxiaodong

相反电流

zengxiaodong

请参见本帖12楼，维基百科里面提到的临近（临远）分布，我说得很清楚了。




立此存照

965485037

zengxiaodong 发表于 2020-10-28 09:13
仔细思考一个问题。

10楼的图片请注意最左侧的槽内导体，以及最右侧槽内的导体。这两个槽内导体的电流分 ...

上面那个曾老师是认真的嘛。。。有很多错误啊。。。
首先扁铜线的交流损耗肯定是集肤效应和邻近效应造成的，所谓“切割磁力线引起的涡流效应”就是集肤效应和邻近效应，“切割磁力线引起的涡流效应”这种不专业的叫法还是第一次见。。。还有那个什么集肤效应邻近效应引起的磁力线不一定是同心椭圆啊，别因为这个就否定哈，扁铜绕组槽内磁场之所以呈现出这种平行状态是由于齿槽形状的影响啊。。。这个很基础的东西就不详细赘述，建议把单个齿槽拿出来仿一下，你要是想仿真出同心椭圆你可以把铁心去掉换成空气。。。
还有一个就是扁线单根导体本来就会存在相位不同的情况，而且当频率比较高的时候同根导体的上下侧电流密度是会产生较大相位差的，这个是正常现象。。。

还有有点离谱的就是13楼14楼那个。。。“越靠近槽口，槽漏磁越大，电流分布越不均，越靠近槽口电流密度越大“ 这个也是没错的，只不过这里这个电流密度指的是电流密度有效值（或者峰值也可以）而不是你这个图上的瞬时电流密度。。。同一根导体厚度方向的电流密度相位都不一样，你拿个瞬时时刻的电流密度云图能说明啥问题？这玩意就不是看瞬时电流的，你得看电流有效值才行，下面那个就是电流密度有效值云图。。。
最后我得到的结论：知识一旦学死就容易成为民间科学家。。。