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楼主: 十二飞帝

[求助] 电机电磁转矩产生原理的一点疑惑!

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 楼主| 发表于 2019-11-25 23:05 | 显示全部楼层
zengxiaodong 发表于 2019-11-24 22:12
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 ...

利用虚功原理推理出了广义的BLI,虽然切入点是能量,但其实就是本质,物理世界很复杂也很简单。这个广义的BLI可以作为电磁力的本源。
广义的来说电和磁本是一家,I是广义的I,他的另一个身份就是磁势HL,可以是狭义电流也可以是永磁磁势。B也是广义的,它也可以是E(这也解释了这个E为何无处不在)。如此一来,什么铁芯而或是气隙中的H其实都是I,只不过是交通工具不同而已,走铜线的时候是电流,(上岸以后)走磁介时是H。这样一来,电磁力的两种主要型式,BLI和HB/u,其实就是一回事了。
所以计算电磁力其实和求一个拉伸棒的内力
一样,截面选哪都行。可以将在导体处算力(BLI),也可以在齿尖算力(帖子一开始讲的齿侧受力),还可以在气隙处算力(Maxwell应力),以上林林总总,其实是“殊途同归”!
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 13:17 | 显示全部楼层
十二飞帝 发表于 2019-11-23 16:17
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 ...

你提出来“对齐力”这个概念,我认可一下就可以了,何须什么官方命名?

只要命名准确,词必达意,又时间优先,叫的人多了,自然就成了官方命名!

反正这个力不是洛伦茨力,只要能够凸显这两者的区别,就已经从概念上取得了重大的突破了。
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 13:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2019-11-27 13:27 编辑
zengxiaodong 发表于 2019-11-21 08:01
8极电机当转子不动时,假设三相电流从零增加到额定电流(保持三相电流相位关系正确)时,气隙磁密变化情况 ...

从气隙磁密分布动画可以看出:


1、切向磁密主要集中在槽口部分;

2、在负载运行时,稍微离开槽口的铁心外圆处(单侧)也出现切向磁密;

3、相对于8极电机而言,16极电机的切向磁密分布范围更宽广,因此能够产生更大的转矩输出能力!


这就说明,闭口槽有严重的缺点,千万要慎重使用。

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 13:44 | 显示全部楼层
zwr610 发表于 2019-11-5 16:47
新手一枚,也不是搞电机的,我的笼统理解就是磁力线沿着系统最小磁阻路径走动,产生的力或者力矩的方向永远 ...

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
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 13:52 | 显示全部楼层
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!
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 14:39 | 显示全部楼层
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。
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 16:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2019-11-27 22:37 编辑

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。
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-27 16:26 | 显示全部楼层
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!
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发表于 2019-11-27 16:29 | 显示全部楼层
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。

ooo.gif

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 楼主| 发表于 2019-11-27 21:57 | 显示全部楼层
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!
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 楼主| 发表于 2019-11-27 22:05 | 显示全部楼层
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!
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-28 08:52 | 显示全部楼层
应该是带电导体,不带电的导体切割,产生的是感应电流。
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[LV.3]偶尔看看II

发表于 2019-11-28 10:41 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2019-11-28 13:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2019-11-28 21:27 编辑
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)

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)

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)

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)





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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2019-11-29 09:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2019-11-29 13:11 编辑

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?
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 楼主| 发表于 2019-11-29 11:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 十二飞帝 于 2019-11-29 11:14 编辑
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!
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发表于 2019-11-29 11:35 | 显示全部楼层
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
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 楼主| 发表于 2019-11-29 11:53 来自手机 | 显示全部楼层
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?
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 楼主| 发表于 2019-11-29 12:17 来自手机 | 显示全部楼层
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。
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 楼主| 发表于 2019-11-29 12:31 来自手机 | 显示全部楼层
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。
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