物理学的历史负担————变压器的漏磁场与能流

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这本书对于变压器的漏磁场有独到的见解：





其实变压器的能量传输根本就不是通过铁心，而是通过线圈之间的漏磁场！


其中关于变压器漏磁场的论述如下：

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磁力线喜欢走铁心，因为铁心导磁。

电流喜欢走导体，因为导体电阻小。

电磁波喜欢走真空，因为真空中电磁波速最大，而且无损。

在导体，或者导磁体中，电磁波是很难传播的，因为波速实在太慢了，甚至根本就不能传播。

因此，坡印廷矢量到达铁心边缘时会贴着表面走，很难进入铁心（对应磁力线垂直铁心表面）

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静态来看，有主磁通、漏磁通，问题是变压器必须动态才能工作，此时所谓的主磁通和漏磁通是互相转化的，而且转化得还相当快，又因为漏磁通在“空气”区域，而电磁场的能量传输转化只有在“空气”区域才最高效最容易，所以，是漏磁通承担了能量的载体和桥梁。

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我们知道在变压器理论中，有个“理想变压器”的说法，概括来说就是铁心磁导率无穷大，磁通全部在铁心中而没有漏磁，所以变比严格等于原副边匝数比，这是“理想变压器”的强条件，而“理想变压器”的弱条件是铁心没有损耗以及导线没有电阻。

从一系列分析中，很清楚地可以看出，“理想变压器”无论在理论上还是实践上都是矛盾重重的，应予以放弃！从理论上来说，没有漏磁既违反斯托克斯定理，也违反安培环路定律，还违反坡印廷定理，这样的“三违反”在数理上根本就无法自洽。而实践上呢，无穷大磁导率显然是偏离实际太远太远......

鉴于上述理由，我特提出“理想耦合变压器”的概念，既无需铁心磁导率无穷大，也允许任意的铁心外漏磁，其强条件是原副边完全等效地“切割磁力线”，因此变比就严格等于匝数比；弱条件是铁心没有损耗以及导线没有电阻。

“理想耦合变压器”的典型实例是1：1的自耦变压器，至于不是自耦变压器的情形，也容易实现近乎满足条件的“理想耦合变压器”，那就是原副边线圈混合绕制，使得线圈电流不扎堆————尽量使得原副边电流在空间均匀分布。

例如，假设原副边电流密度如下图这样分布，图中空心和实心方框分别代表原副边电流密度区域，这将近乎能完全实现“理想耦合变压器”的强条件！

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在此提出一个“磁通的转化与守恒定律”，这是斯托克斯定理的必然推论。

线圈交链的磁通，既不会凭空产生也不会无故消失，磁通量的增加或者减少一定是通过线圈边切割磁力线而实现的，且线圈内磁通的变化量一定等于线圈边切割磁力线的量。

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从这个三相变压器负载场H云图+磁力线动画中可以很清晰地看出：

1、除了铁心以外，其余区域的H都是明显更高（相差上亿倍）；

2、原副边邻近的区域，其H尤其大；

3、其实H大的地方，恰恰就是能量密度大的地方，也就是坡印廷矢量大的区域。

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12槽8极永磁电机，槽内坡印廷矢量动画
电动、发电

快乐的鸟

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