老張談電機:NO.12 磁場完結篇——基本概念與結論

2021-01-10 老張談電機

本篇文章,老張決定結束磁場的部分。雖然磁場方面,對於一個電機工程師來說,還需要學習的地方有很多,例如磁路的分析與計算等。不過老張,本著「用外行的角度看內行」的想法,其實對於絕大多數人來說,能了解和吸收我上兩篇文章的普及與結論,足矣。那麼本篇文章,老張會進行一個高度性的概括和總結,大家也只需要對其有基礎的概念即可,如有興趣,可以自行了解。

【寫在前面】

在微型電機的工程分析和設計中,通常我們會將比較複雜的電磁問題進行簡化。同時,採用等效磁路與等效電路的方法進行分析計算。

【什麼是磁路】

磁路一般分為直流磁路和交流磁路。用來激勵磁通的載流線圈被稱之為勵磁線圈(繞組),勵磁線圈中的電流被稱之為勵磁電流。若為直流,磁路中的磁通為恆定,不隨時間而變化,也被稱之為直流磁路。反之,則是交流磁路。一般直流電機的磁路都是直流磁路。

對於永磁電機,勵磁為永磁體,永磁體可以等效為具有恆定電流的勵磁線圈,因此永磁電機的主磁路通常也被認為是直流磁路。

【關於磁路的計算】

這裡老張覺得沒有必要再把全電流定律、磁路的歐姆定律、磁路的基爾霍夫第一/第二定律拿出來再「說教」大家一回,有興趣的同學也可以查找相關資料。在這裡,老張給大家展示一張電路和磁路的類比關係,方便大家理解。

【性質上的不同】

l 導體的電阻率在一定溫度下為常數,一般可認為電阻為常數,可以應用疊加原理。鐵磁材料的導磁率不是常數,所以磁阻也不是常數,故不能採用疊加原理,只有當磁路不飽和時才可以使用。

l 在電路中,可以有電動勢但無電流。在磁路中,只要有磁動勢,就必須有磁通存在。同理,在電場中可以有單獨的正負電荷存在,在磁場中,沒有磁荷,有磁場就必有N、S極。

l 電路中,只要有電流,電阻就有損耗。磁路中,有磁通卻不一定有損耗。

【重點結論:永磁體的最佳工作點】

在設計永磁電機的時候,要充分利用永磁材料,縮小永磁體體積以便縮小電機尺寸,所以應該力求最小的永磁體體積在氣隙中建立具有最大磁能的磁場。

最大磁能的永磁體最佳工作點需要被考慮,同樣最大有效磁能的永磁體最佳工作點也需要被考慮,因為永磁電機中存在有漏磁通。

當然,特殊情況特殊分析。老張還是那句話,沒有最好的電機,只有最適合你的電機。電機科技改變生活方式,我是老張,咱們下期再見。

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