基于磁感的变压器和感应电机等效矢量磁路分析

电机学等传统电机理论对变压器和感应电机的工作机理分析多采用等效电路的方法,将实际磁量等效为电量来表示,在一定程度上让二者的分析变得复杂化。可是,传统磁路理论中仅有磁阻元件,难以定量表征磁通与磁动势之间存在的相位差和铁心中的损耗等,进而成为分析的瓶颈。为此,该文引入新的磁路参数——磁感,并利用磁阻和磁感双元件构成的矢量磁路理论,建立适用于变压器和感应电机分析的等效矢量磁路,推导了不同工况下的磁路方程,并以变压器为例,从磁路角度绘制了相量图。对变压器和感应电机在不同工况下的主要特性进行定量计算,通过实验结果验证了分析方法的有效性。相较于等效电路分析方法,该文所提的等效矢量磁路分析方法省去了匝数归算、频率归算等过程,因而概念清晰、计算简洁。该文研究不仅为电机等电磁装备的分析设计提供了全新的方法,而且有望推动《电机学》教材的改革,降低电机学相关内容的学习难度。

矢量磁路及应用初探

磁路理论是电机、变压器等电磁设备的关键理论,为解决复杂电磁问题和优化电磁设备性能提供重要分析工具。该文首先追溯磁路理论的发展历程,介绍前人为完善磁路理论作出的有益探索,剖析其局限性和实际应用中所面临挑战。在此基础上,该文从磁路的基本物理属性出发,定义物理量磁感和虚拟磁容,建立包括磁阻、磁感和虚拟磁容3个核心磁路元件/参数的矢量磁路理论,表征磁路中磁化、涡流和磁滞3个基本属性,揭示虚拟磁功率与电功率间的内在联系,提出磁电功率定律,并与其他磁路理论、建模方法进行比较和分析,总结它们的联系和区别。为展示矢量磁路理论在科学与工程领域的价值,呈现4个实际应用案例。最后,对矢量磁路理论的特点进行总结,并对未来研究方向进行展望。