电机电磁转矩产生原理的一点疑惑！

zengxiaodong

Green2049 发表于 2019-10-23 17:31
磁路的路径就是磁力线，磁力线主要经过定子齿，没经过槽内导体；这是事实！
当转子旋转时，磁力线会从一个 ...

这位先生的回答很靠谱，如果有视频慢放一下就完美无缺了！

zengxiaodong

对于绝大多数电机而言，广义来说，可以参照异步电机鼠笼转子来考虑，那就是以单个槽来考虑，比较理想的电机应该是有几个槽就有几相，这就能够达到相数的最大化，相数最大化的好处是什么呢？那就是槽内电流相位数最大化，这样能够产生最好的磁势波形，带来的不仅是电机转矩最大化，还实现转矩脉动最小化！

实际的三相电机，虽然没有实现相数的最大化，但是其实也是尽可能接近了理想的情形的。
以上述8极电机为例来说明，如果相数达到最大理想情况：只要槽口正对磁极，槽内电流一定是幅值；只要槽口正对极间，槽内电流一定是零！
问题是，实际与理想有偏离，那就是3相电机，还有短距、分布系数等，导致的结果是槽内电流在对应位置不是幅值，或者也不是零，但是无论如何，这种偏离不可能太大，否则电机性能会大幅度降低。

zengxiaodong

既然三相电机与相数最大化的电机偏离有限，我们不妨就以理想的相数最大化模型来考虑，也不会丢失电机的本质特征。

以电动机为例，考察单个槽，当这个槽口正对磁极时，槽内总电流应该是幅值，槽内切割磁力线也是最迅速，这样槽内导线将辐射出最强烈的电磁波：电磁波能量大部分将通过槽口传导给转子，而少部分能量辐射到齿部，然后又在齿部靠近槽口的单侧外圆处传导给转子，这两部分电磁能量叠加，构成了该槽贡献给转子机械总功率的一部分。

随着转子的转动，槽内电流逐渐减少，同时槽内切割磁力线的速度也减小，这样的话，导线辐射的电磁能量也是逐渐减少的。当转动到槽口正对极间时，槽内电流降低到零，同时槽内励磁磁场也几乎减小到最小，总之此时该槽对外辐射电磁能量可以认为停止了！
在槽口转到极间附近时，由于槽内磁密降得很低，此时就产生了“磁力黑洞”，槽内残存的电磁能量逐步向“磁力黑洞”内湮灭，直到槽内磁场能量达到极小值。在槽内电磁能量已达极小值以后，转子继续旋转，此时“磁力黑洞”又处于生长期，在逐步增加的槽内电流以及励磁磁场的双重激励下，磁力“气泡”迅速长大，导线辐射的电磁能量也逐步增加，直到槽口正对磁极时，又达到槽内辐射电磁能量的极大值......如此往复循环，而且各个槽均是依次重复上述过程，各个槽的效应叠加，合力驱动转子带负载连续不停地运转。

zengxiaodong

无论从气隙磁密的动画，还是楼上电磁波辐射的分析，我们都可以看出槽口的重要作用：槽口是电磁波能量的主要通道！

zengxiaodong

为了加深理解，下面给出加密磁力线的3相电机动画，注意观察“磁力黑洞”的演变过程。

十二飞帝

zengxiaodong 发表于 2019-11-27 13:44
你说的这个是磁阻力矩，并不完全是“对齐效应”产生的对齐力！

我还以为磁阻力矩完全包含在对齐力里边呢！

十二飞帝

曾老师提出好多个新观点，我还需好好的理解梳理一下，再进行探讨。
我又想到一个更好玩的问题，和大家讨论！
如果把电机的铜绕组换成铁绕组，电机的性能会发生什么影响？转矩和反电势会变大还是变小？原因是什么？
最好先不要仿真，就凭想象说一下！

tupengtao100

应该是带电导体，不带电的导体切割，产生的是感应电流。

蛰伏三年

欧阳庆 发表于 2019-11-10 20:51
楼上的朋友，你这样的解释是完全概念错误。首先有电的导体不一定会有电流，无电流存在的导体在磁场中也就 ...

多谢提醒！疏忽了。

不是带电导体与运动电荷，是载流导体与运动电荷，强调的是要有电流 ，而非带电。

zengxiaodong

zengxiaodong 发表于 2019-11-27 16:29
为了加深理解，下面给出加密磁力线的3相电机动画，注意观察“磁力黑洞”的演变过程。

这个3槽3相电机，其实已经是相数最大化了，唯一的缺陷是槽内电流峰值时并不是对应相电流峰值时，这会有些性能上的损失（大概损失15%）。


关于电磁波能量的流向，牵涉到坡印廷矢量的概念，可以参考如下论文：

坡印亭矢量在电机电磁转矩计算中的应用_祝后权.pdf (127.04 KB, 下载次数: 16)

2019-11-28 13:15 上传

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异步电机中的坡印亭矢量场线_张春镐.pdf (538.53 KB, 下载次数: 13)

2019-11-28 13:14 上传

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用坡印廷矢量统一推导交直流电机电磁转矩公式.pdf (129.18 KB, 下载次数: 11)

2019-11-28 13:14 上传

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用坡印亭矢量对电机中能量流的分析_张春镐.pdf (671.7 KB, 下载次数: 9)

2019-11-28 13:14 上传

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zengxiaodong

上面的论文，多数是以气隙圆周为分析对象，用坡印廷矢量分析定子电磁波能量传输到转子的原理。这一分析方法在电机电磁场的教科书中是属于经典常规内容，无疑是十分正确的！

但是，仅分析气隙的界面远远不够，更何况还是假定正弦电流片呢！实际的电机绝大多数是有铁心且开槽的结构，在这种情形下，电磁波能量又是如何传输到气隙界面的呢？这都是进一步思考就会发生的问题。



其实，电磁波能量的传输，主要通道既不是通过导线也不是通过铁心，而是通过“空气”等媒介，导线和铁心仅仅是起引导作用————波导！


要理解上述结论，可以思考如下的简单模型：假设从一个干电池引出两根导线，导线延伸到10米开外接到一个灯泡上点亮灯泡，请问被灯泡消耗的能量是如何从干电池流向灯泡的？能量是从导线传导到灯泡的吗？

十二飞帝

zengxiaodong 发表于 2019-11-28 13:15
这个3槽3相电机，其实已经是相数最大化了，唯一的缺陷是槽内电流峰值时并不是对应相电流峰值时，这会有 ...

坡印廷，说的还是电磁能量，电能即磁能，两者如影相随，同生共死。
在电机中，分析能量的流动，必然涉及到气隙这部分，这部分的能量就是电磁能，即是磁能也是电能，坡印廷说他是EH，即磁强和电强耦合，我却觉的把电磁能给狭隘了。


个人观点，有些民科了！

zengxiaodong

十二飞帝 发表于 2019-11-29 11:10
坡印廷，说的还是电磁能量，电能即磁能，两者如影相随，同生共死。
在电机中，分析能量的流动，必然涉 ...

这可不是民科，看看MIT的电磁场公开课

ht-tp://open.163.com/newview/movie/free?pid=M72UIB0K0&mid=M72UNKVLD

十二飞帝

zengxiaodong 发表于 2019-11-29 11:35
这可不是民科，看看MIT的电磁场公开课

ht-tp://open.163.com/newview/movie/free?pid=M72UIB0K0&mid=M ...

误会，我说我的理解有些民科了，我把电能和磁能看成是完全的一种能好像有些不太正确。
我还是知识的缺乏，老是凭空想象，因为我现在实在想不通电磁波是如何传递的了？好像过程中没有电能什么事啊？

十二飞帝

zengxiaodong 发表于 2019-11-29 09:13
上面的论文，多数是以气隙圆周为分析对象，用坡印廷矢量分析定子电磁波能量传输到转子的原理。这一分析方法 ...

我理解这个问题，能量还是从导线过去的。
说说我的理解，手推一个物体在绝对光滑表面到另外一端压缩了弹簧，这个过程是如何将手的能量传递给弹簧的，我们知道物体移动的过程中，是有一个动能的，也就是通过动能转化和传递的。
再回到导线传递能量的过程，我们知道电能是UI，但如果截取一极小段导线，发现里面只有I没有电势差U，那么就会疑惑导线是怎么传递能量的？
其实是这样的，电流是电荷的移动，把每一个电荷看成一个物体，则这个过程是通过移动电荷传递能量的，电荷的本质是电场E，这个E的量相当于机械能领域的质量m的量。如果非要用UI来理解，也是说的通的，设定干电池处为电势0点，那么一个电荷移动的能量变化过程就是dUI。所以说能量传递的路径就是导线。

十二飞帝

十二飞帝 发表于 2019-11-29 12:17
我理解这个问题，能量还是从导线过去的。
说说我的理解，手推一个物体在绝对光滑表面到另外一端压缩了弹 ...

导线传递电能这个过程，磁能是怎样的呢？
磁能是蕴含在电能里的，并非独立出来的，磁能就是运动电荷携带的能量，甚至这个围绕在电荷一圈的BH，可以直接等效成动能里的质量。

zengxiaodong

十二飞帝 发表于 2019-11-29 12:17
我理解这个问题，能量还是从导线过去的。
说说我的理解，手推一个物体在绝对光滑表面到另外一端压缩了弹 ...

能量真的不是从导线传输过去的！

先来两个同轴电缆高频电磁能量传输动画，因为同轴电缆有理论解，可以完美证明上述结论。

磁通密度模



电场模




补充内容 (2019-11-30 08:49):
磁密：一边径向涨缩，一边左右扭转
电场：只是径向涨缩。

zengxiaodong

百度百科对于“坡印廷矢量”的解释，请注意红色下划线的论述

zengxiaodong

最常见的波导是光纤，光纤中起作用的仅仅是光纤的外表面而已，光线（电磁波）在该表面不断反射，强迫电磁波前行！

微波炉里面的烹调腔虽然不是“谐振腔”，但也是让微波在里面不断反射，迅速加热能够吸收微波能量的物体。

下面是同轴电缆的直流理论解（坡印廷矢量即使在静态时也是成立的）：

zengxiaodong

不是同轴电缆的情形，例如两根单独的导线或者三相高压输电线，其实原理也是一样一样的，也就是都是由导线周围的“空气”来传输电磁能量！导线仅仅起了引导的作用而已而已。





车间的自动导引小车AGV，沿着地面的磁条（或者反光条）把一吨重的货物运送到工位上，难道我们会认为是磁条（或者反光条）运送了货物吗？


同轴电缆直流坡印廷矢量理论解.pdf (442.59 KB, 下载次数: 3)

2019-11-29 14:20 上传

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