电机电磁转矩产生原理的一点疑惑！

十二飞帝

Tsaohuan 发表于 2019-11-22 17:17
Misconception: Magnets are infi nite sources of energy that could provide electric or mechanical
po ...

把永磁体的能量变成电能，估计现在的科学技术还没这水平。
比如加反向电流去永磁的过程，过程中即消耗了电能，永磁体的磁能也没了，这能量无缘无故就无影无踪了，能量不守恒了？

zengxiaodong

十二飞帝 发表于 2019-11-22 21:43
把永磁体的能量变成电能，估计现在的科学技术还没这水平。
比如加反向电流去永磁的过程，过程中即消耗了 ...

这个问题想歪了，肯定是能量守恒的，但具体如何转化的？恐怕没有那么容易搞清楚。

举一个例子：一根弹簧，压缩变短后塞入一个槽里，此时弹簧储存了变形能吧，再把卡住的弹簧放入熔铅中，或者用火焰加热弹簧，导致弹簧应力松弛，那不也是消耗了热能且又消除了弹簧变形能？

Tsaohuan

十二飞帝 发表于 2019-11-22 21:43
把永磁体的能量变成电能，估计现在的科学技术还没这水平。
比如加反向电流去永磁的过程，过程中即消耗了 ...

你理解的没错，永磁体退磁确实消耗了电能，这个永磁体是变成磁阻抗了。永磁体的能力也并非难以利用，其实是很容易利用。因为有用磁铁制作的电机或者发电机，本身节省了能源，使得我们减少（取消）励磁绕组，效率提高。所以永磁同步电机大量取代异步电动机，这些都是现实的运用。只能说这种运用的原理相对复杂些。我们的变压器也有个效率。电转磁然后磁转电后有些损失。

Tsaohuan

zengxiaodong 发表于 2019-11-23 10:14
这个问题想歪了，肯定是能量守恒的，但具体如何转化的？恐怕没有那么容易搞清楚。

举一个例子：一根弹 ...

这个压缩弹簧放进卡槽中加热，弹簧的变形能的消散也是消耗了能量的。相当于去应力退火。这个确实和反向充磁，让永磁体失去磁性是一样的道理，都消耗了能量。没有做有用功。
不过如果你需要工件的磁性去除，或者你需要这个弹簧失去弹性，做其他用途。你们这种工艺是有价值的。

十二飞帝

Tsaohuan 发表于 2019-11-23 14:54
你理解的没错，永磁体退磁确实消耗了电能，这个永磁体是变成磁阻抗了。永磁体的能力也并非难以利用，其实 ...

我还要说的就是，不论是永磁体还是励磁线圈，都不是在利用他们的磁能，只是利用了他们的磁性，他们的磁能在电机工作过程中都没有增加和减小，励磁线圈也只是电阻耗能而已。磁能的转换都是发生在电枢部分。

十二飞帝

目前来看，安培力BLI和对齐力是两种完全不同的力了，难道他们之间只有“能量”的一致性，而没有原理的一致性？
想要找寻原理的一致性，看来还需更进一步的理论！

十二飞帝

十二飞帝 发表于 2019-11-23 15:31
目前来看，安培力BLI和对其力是两种完全不同的力了，难道他们之间只有“能量”的一致性，而没有原理的一致 ...

从能量的角度来说，他们极有可能是两种完全不同的力，因为我认为对齐力的过程是电能—磁能—机械能；而安培力的过程是电能—机械能！

zengxiaodong

十二飞帝 发表于 2019-11-23 15:24
我还要说的就是，不论是永磁体还是励磁线圈，都不是在利用他们的磁能，只是利用了他们的磁性，他们的磁能 ...

我基本上同意你的这个观点，有时候铁心磁能仅仅是作为一种中介作用，并不实际参与能量的转换，例如永磁体和变压器铁心。

就像化学反应中的催化剂一样，说不清道不明，没有它不发生反应，有它发生反应但是反应后催化剂不多也不少！


我为什么认为线圈所处空间的磁场是电机和变压器正常工作所必须————不可或缺！原因正在于此。

Tsaohuan

十二飞帝 发表于 2019-11-23 15:44
从能量的角度来说，他们极有可能是两种完全不同的力，因为我认为对齐力的过程是电能—磁能—机械能；而安 ...

扯什么对齐力？法拉利电动机就是电流-电场-磁场-机械转动

十二飞帝

Tsaohuan 发表于 2019-11-23 16:10
扯什么对齐力？法拉利电动机就是电流-电场-磁场-机械转动

对齐力就是电枢齿上所受的切向电磁力，目前还没有官方命名，所以我们命名其为对齐力也没什么问题。
如果不扯对齐力，那用“电流—电场—磁场—机械转动”如何理解磁阻转矩？

zengxiaodong

十二飞帝 发表于 2019-11-23 15:44
从能量的角度来说，他们极有可能是两种完全不同的力，因为我认为对齐力的过程是电能—磁能—机械能；而安 ...

我前面在253楼搞了一个动画，是强行固定住转子，施加逐步增加的交轴电流，看看磁力线的变化情况，也可以大体上展示能量的变化情况。

当交轴电流达到最大值以后，假设我们保持线圈电流不变，缓慢释放转子，看看转子逐步转动时磁力线变化情况，目的也是大体上看看能量的变化。




很显然，由于铁心储存的能量实在太少，在转子转动的过程当中，对外输出的机械功主要还是靠线圈馈入的电能来补充！

补充内容 (2019-11-24 23:21):
动画从最大转矩位置，滑动到转矩为零位置，也就是一共90度电角度

十二飞帝

zengxiaodong 发表于 2019-11-23 16:22
我前面在253楼搞了一个动画，是强行固定住转子，施加逐步增加的交轴电流，看看磁力线的变化情况，也可以 ...

当把转子固定好以后，交轴的空间位置不随时间变化，通入交轴电流，随着电流的增加磁密增加，即电能转换成磁能的过程。当电流达到一个定值的时候（这个时候相当于直流电），磁能不再变化，而电能也不再消耗，忽略铜耗。
在这个时候释放转子，能量是怎样流动的呢？
释放转子以后，交轴所处的空间位置会变化，那么电枢产生的磁场就得跟着转，磁场做空间旋转，电流就得做时间“旋转”，即交变，这个过程电能需要让磁场旋转起来，旋转的过程实际就是电能转化成磁能的过程。这个过程就是不断的拉高交轴所到位置的磁势。这个能量的大小就是EI，或者BH。

十二飞帝

电能—磁能—机械能的过程中，还有一个小插曲，那就是一部分磁能又变回了电能！

补充内容 (2019-11-24 23:27):
这个小插曲就是电枢电感那部分能量。

zengxiaodong

说说变压器吧



能量是如何传递的呢？

我认为，变压器中铁心就是相当于“催化剂”的作用，并不直接参与能量的传递和转换。

怎么说呢？

假设初级线圈的电能转化成铁心中的磁能，然后铁心中的磁能又转化成次级线圈的电能，那么我们就可以说铁心直接参与能量的传递和转换。

假设初级线圈的电能转化为电磁波能量，直接通过窗口空间被次级线圈吸收并转换成电能，那么就是说铁心没有直接参与能量的传递和转换，铁心仅仅起了“催化剂”的作用！

zengxiaodong

十二飞帝 发表于 2019-11-23 17:26
当把转子固定好以后，交轴的空间位置不随时间变化，通入交轴电流，随着电流的增加磁密增加，即电能转换成 ...

我在43楼已经从宏观上论证了BIL的正确性，我想了一下，即使从微观上也是可以证明的，用的是虚位移原理（虚功原理）

考察交轴电流达到某一数值时，保持线圈电流不变的动画模型，不管多少相对称电机，都可以经Clark和Park变换变成直流电机模型，给转子一个虚位移dΘ，时间dt，则：


T*dΘ=I*U*dt=I*B*R*(dΘ/dt)*L*dt=BILR*dΘ

所以

T=BIL*R

上述微观证明，其实还是在于B的定义，只不过是这个B现在无需是一个等效数值，可以是瞬时定义的数值！

而且，更加重要的是，无需以动态转动为桥梁和基础，即使在静态时也是完全成立的。

zengxiaodong

zengxiaodong  2019-11-23 16:22
253й仯 ...

这个线圈电流保持不变，让转子微转动的动画其实是有很奇妙作用的。可以深刻理解电机转矩产生的原理，而且有物理的普遍性，也就是说电流可以为任意组合的任意值！

有没有转矩？转矩大小和方向是怎样的？都可以从槽内磁力线情况判断和计算出来，假设虚转动后，槽内切割磁力线（考虑各槽切割磁力线数量与各槽对应电流的乘积之和），则一定有转矩，反之，就没有转矩。

为此，也可以根据这个原理编制计算电机转矩的程序，假设采用“中心差分”的算法，则保持线圈电流不变，让转子左右各转动一微小的角度，计算两种状态下的矢量磁位分布，每种状态取各槽所有单元的矢量磁位之和（除以单元数得到平均值），两次平均值相减，这个差值乘以槽内电流，就是对应该槽能量变化的物理量（还有电机长度等系数，暂不讨论），每个槽都计算出能量变化数值，最终即可得到总的能量变化值，进而根据虚功原理求出转矩。

上述计算方法，原理肯定正确的，但是精度如何还需实际检验，当然，即使精度可以该计算方法也未必有实用价值，因为有限元软件中的“虚位移”原理计算转矩本身已足够精确了，且物理上其实是一回事。

讨论这个计算方法的目的，就在于深刻理解电机转矩产生的根源，尤其是与槽内切割磁力线的本质联系！

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2019-11-23 16:22
我前面在253楼搞了一个动画，是强行固定住转子，施加逐步增加的交轴电流，看看磁力线的变化情况，也可 ...

287楼的动画，在保持线圈电流不变时只是从最大转矩滑动到零转矩（滑动90度电角度），为了进一步探明零转矩的状态，我们以更慢的速度从80度电角度滑动到100度电角度，同时磁力线数目增加到最大允许值。生成动画如下：

zengxiaodong

正好在90度电角度时的磁力线分布如下：



很显然，各槽切割磁力线的情况处于对称状态，也就是切割磁力线的综合效应为零，因此此位置电机转矩为零！


金风玉露一相逢，便胜却人间无数！
两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮？

zengxiaodong

哈哈，在电机槽里面也发现了“磁力黑洞”，我注意到了，不管槽内电流大小和方向，当槽中心线靠近极间中线时，在一定的范围内，槽内就会出现“磁力黑洞”，而且也会出现磁力线“气泡”的长大和湮灭现象，就与变压器中发现的情况一样一样的，这是为什么呢？




简单解释一下，槽口处于极间位置时，外面磁场（例如励磁磁场）对于槽内影响较小，而且对于正常的电机而言，此时该槽内总电流应该也是接近极小值，这就为“磁力黑洞”的形成创造了充分的条件，前面我们已经说过，“磁力黑洞”是磁力线的本初源泉，无论磁力线从无到有的生成还是从有到无的湮灭，当然都应该在该区域磁密很低的情况下才会发生！

十二飞帝

zengxiaodong 发表于 2019-11-25 17:45
哈哈，在电机槽里面也发现了“磁力黑洞”，我注意到了，不管槽内电流大小和方向，当槽中心线靠近极间中线时 ...

天下万物生于有，有生于无，正所谓无中生有！
科学的尽头是哲学，诚不欺我！