突发奇想:电感中的能量到底在那里?

elder60 · 发表于 2011-11-18 07:33:49

在空间,所有H*B的体积分?那么,在有铁心的电感中,铁心的H*B的体积分说不定比气隙的小,也就是:能量集中在气隙中.
应该对的吧? 有请大侠们指点.

WUWEWU · 发表于 2011-11-18 07:42:13

磁性材料的充磁储存能量退磁释放能量

waitingconfirm · 发表于 2011-11-18 07:57:02

简单的说就是在所有受变化磁场影响的量子的惯性上——而其绝大部分集中于线圈围绕范围内

52171314 · 发表于 2011-11-18 08:02:57

一楼正解

duzhang · 发表于 2011-11-18 08:49:38

回复【2楼】waitingconfirm
简单的说就是在所有受变化磁场影响的量子的惯性上——而其绝大部分集中于线圈围绕范围内

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这个深奥了，看不懂！！

roseason · 发表于 2011-11-18 09:10:58

回复【2楼】waitingconfirm
简单的说就是在所有受变化磁场影响的量子的惯性上——而其绝大部分集中于线圈围绕范围内

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这还叫“简单的说”？？

没天理啊。。。

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 10:23:05

何为能量？简单的说，能量就是物质的有序排列。
释放能量就是物质从有序到无序的过程，也就是所谓的熵增。

所以，电感中有电流通过时，磁环中的原子被磁化，表现为原子电子的概率分布趋向于同方向旋转，
换种说法，磁化前，原子的电子是无序的环绕原子核，所有电子无序运动等效的总电流为零，磁化后，电子统一朝一个方向运动，环绕原子核的电子就产生了一股电流，这时候，每一个原子都相当于一个小的磁环电感，或者说是小磁针。且，整体的“小磁针”集合是趋向于同一方向的。
这就是所谓的“有序”，即能量。

所以说，磁能就是一种能量，不是储存在某个特定的空间里（什么什么气隙），也不是存在导线里的。它存储在磁环的每个原子当中。

也不晓得我说清楚了没有。

——————————————
改错别字。

gzhuli · 发表于 2011-11-18 10:33:59

回复【6楼】wxwdxx
所以说，磁能就是一种能量，不是储存在某个特定的空间里（什么什么气隙），也不是存在导线里的。它存储在磁环的每个原子当中。
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那照你这么说，一个空心线圈在真空中通电会发生什么事情？

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 10:40:47

回复【7楼】gzhuli 咕唧霖
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这也是困扰我的问题。

但我还是坚持认为磁能的本质是参与磁化的电子的有序运动。
不说真空，一个空心电感通电后有紧缩的趋势（类比于弹簧），
空气被磁化的可能性比较小，
我的猜想是，电感线圈自身充当了磁环的角色。

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 10:46:34

目前看来，磁能的产生，是一定要有电流的流动的，
而从统计学上来看，自然界绝大部分的电子都是围绕一个质心运动的，
所以我们可以下一个不严谨的结论：磁能的存在是要依附于物质的，磁环也好，线圈自身也好，一定要有带有电子的质心存在，磁能才能稳定储存。

在“能量即物质的有序排列”这一大的假设不被推翻或替代之前，我想，说能量依附于物质应该是没啥问题的。

maxwell_lee · 发表于 2011-11-18 11:18:08

回复【7楼】gzhuli 咕唧霖
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嘿嘿，‘真空’不一定是真空...

huatong · 发表于 2011-11-18 11:23:19

回复【10楼】maxwell_lee 宝宝
回复【7楼】gzhuli 咕唧霖
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嘿嘿，‘真空’不一定是真空...
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赞成.

zuceyige · 发表于 2011-11-18 11:32:19

我还想问，磁本身是一个什么样的物质？是不是就是一种波？

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 11:37:05

我平时最大爱好是看科幻，所以说话都不怎么负责任。

我觉得物质和能量联系的如此密切是有原因的：
一定存在一个平行宇宙，在那里，纯能量就如同江河湖海一样看得见摸得到的，就如同我们这里的各种物质一样实在。
我们这里的物质，是他们那里的能量在我们这个宇宙的投影，同理，他们的“能量”，就是我们物质世界在他们宇宙的投影。
物质与能量的投影与耦合，产生的某些看得见看不见的"场"和其他的什么东西，共同构成了两个宇宙的各种参数与定律。

david1234 · 发表于 2011-11-18 11:41:27

磁的东西好奇怪，我在想：永磁体内是否存在超导，因为电子的有序转动才会产生磁场，只有超导才能使电子能一直有序转下去？

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 11:44:19

回复【12楼】zuceyige 金口人匕
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假定你问的是电磁波吧。
我理解的电磁波是感生磁场与感生电场互相耦合的产物。是一种能量形式。
在早期的物理研究中，人们把各种波和实体物质分开来研究的。
但直到德布罗意或者是另外的某个大神，人们发现物质也可以用波动方程来表示的，
后来爱因斯坦又发表了波粒二象性，这就把物质和波统一了起来。
两者似乎不是那么好区分了。
在某种情况下，是可以把电磁波看做是一种粒子束的。

似乎这也算是“能量离不开物质”的一个佐证？

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 11:46:05

回复【13楼】wxwdxx
我平时最大爱好是看科幻，所以说话都不怎么负责任。
我觉得物质和能量联系的如此密切是有原因的：
一定存在一个平行宇宙，在那里，纯能量就如同江河湖海一样看得见摸得到的，就如同我们这里的各种物质一样实在。
我们这里的物质，是他们那里的能量在我们这个宇宙的投影，同理，他们的“能量”，就是我们物质世界在他们宇宙的投影。
物质与能量的投影与耦合，产生的某些看得见看不见的"场"和其他的什么东西，共同构成了两个宇宙的各种参数与定律。
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余最恨民科，但今天说了这么多不负责任的猜想，我担心我又向民科迈了一大步啊。

gzhuli · 发表于 2011-11-18 12:02:32

回复【8楼】wxwdxx
但我还是坚持认为磁能的本质是参与磁化的电子的有序运动。
不说真空，一个空心电感通电后有紧缩的趋势（类比于弹簧），
空气被磁化的可能性比较小，
我的猜想是，电感线圈自身充当了磁环的角色。
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可以肯定的是磁场的能量来自电子有序运动的惯性，这个惯性本质来讲不属于介质所有，而纯粹在于运动电子本身。
在真空中的通电线圈，导线就有电子的有序运动，这个有序运动就是能量的安身之所，所以真空并不影响线圈储能。
磁性物质是内部电子云会吸收外界磁场的能量形成自身有序运动，所以有额外的“储能”作用。当大部分电子云都形成有序排列之后，就出现“饱和”，此时磁性物质无法再吸收更多的能量，于是“导磁率”会剧降回接近真空的μ0。

这个解释也可以同时回答10楼：真空中的磁场和真空是否“真空”没关系。

fsclub · 发表于 2011-11-18 12:11:38

楼上各位说什么原子的，那真空中传播电磁波又是怎么回事？

总的来，要说清这个问题，得理解什么叫“场”！

roseason · 发表于 2011-11-18 12:16:32

回复【18楼】fsclub 绿林好汉
楼上各位说什么原子的，那真空中传播电磁波又是怎么回事？
总的来，要说清这个问题，得理解什么叫“场”！
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顶胡子大叔

gzhuli · 发表于 2011-11-18 12:17:44

回复【18楼】fsclub 绿林好汉
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变化的场才会形成波，波是场能量的传播形式。严格来讲电磁波的传播就是“光子”的运动。

cock · 发表于 2011-11-18 12:19:08

一上来就往物理学的软肋捅刀子。

gzhuli · 发表于 2011-11-18 12:26:52

回复【21楼】cock
一上来就往物理学的软肋捅刀子。
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嘿嘿，咱们就是一堆民科在讨论顶尖物理学家都讲不明白的事儿呗，还说得有模有样的。
再讲下去就该轮到磁单极子出场了吧，呵呵。

roseason · 发表于 2011-11-18 12:32:44

我觉得这种讨论就是那些一知半解的人，在忽悠那些完全不懂的人

我最近买了一本牛津大学的，关于“磁现象”的研究生教材，发现那个深奥啊。。

人家那些物理学家花了大半辈子都没真正搞清楚磁现象，怎么能指望在这里有“高手”能讲清楚呢？

fsclub · 发表于 2011-11-18 12:35:01

回复【20楼】gzhuli 咕唧霖
回复【18楼】fsclub 绿林好汉
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变化的场才会形成波，波是场能量的传播形式。严格来讲电磁波的传播就是“光子”的运动。
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600kHZ的中波在真空中传播，也有类似“光子”这样的东东在传播？

反正至今我仍然理解不了“场”。不光是电场还是磁场。

elder60 · 发表于 2011-11-18 12:44:48

各位大虾,讨论点实在的东西吧.我在0贴中是这么说的:
在空间,所有H*B的体积分?那么,在有铁心的电感中,铁心的H*B的体积分说不定比气隙的小,也就是:能量集中在气隙中.
应该对的吧? 有请大侠们指点.

这样讨论行不行:
开关电源中很多场合是用搬移电感的磁能来进行的.
频率高每秒搬移的次数多,功率大.
同样一个磁心,有气隙比无气隙的能量大(对不对,可另讨论),于是功率大...

再来一点定量的,这样讨论该多好! 一通俗,二有用.

gzhuli · 发表于 2011-11-18 12:45:00

回复【23楼】roseason
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咱不说忽悠这么难听，美其名曰“科普”。 :)
磁场的本质还有太多疑问，越是高手就越说不清楚，例如磁单极子目前就没有一个物理学家能确切证明它存在还是不存在，难道咱们这些打酱油的还能用科普级词汇论出个诺贝尔奖来？

回复【24楼】fsclub 绿林好汉
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理论上讲，0.001Hz的电磁波都是光子……

gzhuli · 发表于 2011-11-18 12:50:04

回复【25楼】elder60 60岁老头
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如果能量主要在气隙中，那还要磁芯来干什么？

roseason · 发表于 2011-11-18 13:09:07

回复【27楼】gzhuli 咕唧霖
回复【25楼】elder60 60岁老头
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如果能量主要在气隙中，那还要磁芯来干什么？
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带气隙的磁芯，只要气隙足够大（这个“足够大”其实也很小，一般不到0.5mm），能量会主要存储在气隙中，这个是没有错的

磁芯在这种场合，主要用来控制磁导率

gzhuli · 发表于 2011-11-18 13:15:05

按我的理解，所谓气隙储存的能量就是线圈中的电流产生的磁场能量，而磁芯储存的能量就是材料原子被磁化的能量。
如果磁芯在储能方面是次要角色，那么磁芯的“控制导磁率”功能是否可以理解为将线圈电流产生的磁场能量压缩在相对较小的“气隙”区域，而不是由它自由在空间发散造成额外浪费？

roseason · 发表于 2011-11-18 13:16:30

回复【26楼】gzhuli 咕唧霖
回复【23楼】roseason
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咱不说忽悠这么难听，美其名曰“科普”。 :)
磁场的本质还有太多疑问，越是高手就越说不清楚，例如磁单极子目前就没有一个物理学家能确切证明它存在还是不存在，难道咱们这些打酱油的还能用科普级词汇论出个诺贝尔奖来？

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也许是我措辞不当，抱歉~

其实我的想法跟25楼 60岁老头接近，只是觉得讨论一些应用层面的东西，在这里会更现实一些

roseason · 发表于 2011-11-18 13:25:32

回复【29楼】gzhuli 咕唧霖
按我的理解，所谓气隙储存的能量就是线圈中的电流产生的磁场能量，而磁芯储存的能量就是材料原子被磁化的能量。
如果磁芯在储能方面是次要角色，那么磁芯的“控制导磁率”功能是否可以理解为将线圈电流产生的磁场能量压缩在相对较小的“气隙”区域，而不是由它自由在空间发散造成额外浪费？
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不仅仅是“浪费”，要知道空心线圈是不会饱和的，相对来说，磁芯非常容易磁饱和，在磁芯的闭合磁路中加入气隙，可以大幅提高饱和磁感应强度，这样可以让电感既有空心电感难以饱和的性质，又获得了远比空气高的磁导率，从而减少线圈匝数，节省铜材

但是也如你所说，磁场会在气隙附近“泄露”，所以实际加了气隙的磁芯大都会气隙周围包裹铜皮，以屏蔽电磁场

shsyf · 发表于 2011-11-18 13:32:33

就事论事,磁性电感的气隙,又叫能量隙.

没有气隙的软磁回路,被有序很容易,一点点能量就给排好了,就饱和了,就储不了多少能.
有气隙的磁路就不易被有序,储能就多.

怎么跟弹簧有点象?

gzhuli · 发表于 2011-11-18 13:33:49

回复【30楼】roseason
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呵呵，从2楼开始歪的。不过讨论下磁场的宏观本质还是有意义的，就好象量子力学也有太多未知范畴，但牛顿力学在日常生活中还是很实用的。
例如气隙是通过什么储的能？这就是6楼提出的问题核心所在，所以才引出了后面的讨论，我觉得这还是有必要先弄清楚的。

gzhuli · 发表于 2011-11-18 13:40:02

回复【31楼】roseason
回复【32楼】shsyf
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还是归结到几个核心问题：
能量主要存在气隙中还是存在磁芯中？
如果主要存在气隙中，那气隙是靠什么来储存能量的？
为什么磁芯的气隙可以储存的能量比无磁芯的真空线圈大得多？

elder60 · 发表于 2011-11-18 13:47:07

好,这个问题如果和开关电源的几种模式一起来研究,就更好.
不过我是外行,大虾们谈.

shsyf · 发表于 2011-11-18 13:58:25

应该是气隙和磁芯组成了相对完美的储能整体. 两者缺一不可.

磁回路可使电感匝数减少,降低铜损. 气隙又能避免被饱和.

线包再包裏气隙,使漏感最小. 就算尽力了.

gzhuli · 发表于 2011-11-18 14:11:53

回复【36楼】shsyf
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结合我之前的一些理解，是不是可以这样解释：
1.线圈通电产生磁场，这是一部分能量
2.线圈产生的磁场使软磁材料磁化，这是另一部分能量
3.线圈电流储存的能量无限，但能量密度很低
4.软磁材料储存的能量有限，能量密度相对比较高，但很容易饱和
5.带气隙的软磁材料能使能量分布平均，实现高密度高容量的磁存储能力

剩下的疑问是：貌似5 > 1 + 2？多余的能量存在哪里？

USACH · 发表于 2011-11-18 14:17:29

饱和是因为储能能力过于强大.

磁场本质上就是能量，咱能理解是能量就行，具体什么是科学家的事情。咱做好自己的事情就行啦。

混乱的磁场是没有能力的，偶磁极抵消了。

gzhuli · 发表于 2011-11-18 14:25:46

回复【38楼】USACH 美丽坚和中国
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储能能力过于强大，以至于一下就满了？
那加气隙的目的就是要控制其储能能力了？
所以能量主要还是存在于磁芯中而不是气隙中？

wxwdxx · 发表于 2011-11-18 14:52:53

回复【37楼】gzhuli 咕唧霖
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我第五点跟你的想法刚好相反，请看图

(原文件名:气隙.JPG)

shsyf · 发表于 2011-11-18 14:56:55

回复【37楼】gzhuli 咕唧霖
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1 空心线圈通电产生磁场,是效率最低的储能方式. 因为磁阻最大,开支也最大.

2 有磁回路以后,磁阻大大降低,开支也大大降低,所以2是1的优化结果. 可以认为是1-磁阻损耗=2

1是最大的. 5不会大于1.

气隙属量身定制.大了不够优化,小了还是会有饱和.
······
其他的,我也说不好.

elder60 · 发表于 2011-11-18 14:58:55

找了三个公式:
Hl=IN
μH=B
W=VμHH/2
请大虾们讲解一下.

gzhuli · 发表于 2011-11-18 15:08:35

哦，看了40、41楼，又有新理解了：
1.空心线圈磁力线回路长且发散，磁阻大，所以能量损耗大，不是存得少，而是存不住？
2.闭合磁回路磁阻低，存得住了，但存得不多（1、2分别是两种极端情况）
3.磁回路上开个小气隙，气隙中的磁力线回路短密度大不发散，所以存得又多又好？

所以结论就是能量主要存在气隙中？

zhanan · 发表于 2011-11-18 15:10:35

运动着的汽车，发动机熄火了，挂空挡。还有动能吧，这点大家都知道。
那么动能在哪里？
和这个电感是不是一样的道理!

生活中的动能和势能对应电子中的电感和电容，这样理解对吗？

shsyf · 发表于 2011-11-18 15:28:29

还是理解成弹簧好.

无气隙的电感相当于软弹簧,一压就下去,但反弹也乏力. 容易触底失效.也就是饱和.
有气隙的电感相当于硬弹簧,虽不易压下去,但真下去后反弹也强劲.

roseason · 发表于 2011-11-18 15:28:34

回复【34楼】gzhuli 咕唧霖
回复【31楼】roseason
回复【32楼】shsyf
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还是归结到几个核心问题：
。。
为什么磁芯的气隙可以储存的能量比无磁芯的真空线圈大得多？
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这个结论你从哪里搞来的？存储能力应该只和电感量有关吧？

E=0.5LII

shsyf · 发表于 2011-11-18 15:41:10

回复【43楼】gzhuli 咕唧霖
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结论应该是“磁路”和“气隙”缺一不可.

“储能隙”说法的前提,应该是在己经先有了磁回路,却发现饱和了不储能,再强调气隙的.

elder60 · 发表于 2011-11-18 16:01:02

回复【46楼】roseason
E=0.5LII
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我也有一个:W=VμHH/2. 只是大家讲的少了.

举个实例来请教:
PN系列高电感纳米晶磁芯 PN-5020 磁芯尺寸(mm) = 32×50×20,磁路长度=12.87cm,有效面积=1.350cm2, AL (μH/N2)=75
初始磁导率=70000, 居里温度=570（℃）, 饱和磁通密度=1.25（T）, 剩磁=0.15（T）
只绕1匝线圈.

要多大电流磁通密度能达到6000高斯? 该怎么算?

gzhuli · 发表于 2011-11-18 16:09:41

回复【46楼】roseason
存储能力应该只和电感量有关吧？
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储存能力这个说法不专业，我的意思是磁芯的饱和磁感应强度指标，为什么空心线圈永远不会饱和，而磁芯加了气隙就可以提高饱和磁场强度。这个我应该在43楼有初步答案了吧？

yearooo · 发表于 2011-11-18 16:56:28

我的理解是：磁芯是一条4车道的环形跑道，有入口出口。
源源不断的车从入口进来，绕场一圈从出口出去。
气隙就是在跑道中间挖沟，让车运动减慢，于是在沟两边的车不断增加。

4车道-磁芯的饱和磁能；
车-能量

USACH · 发表于 2011-11-18 18:35:06

回复【39楼】gzhuli 咕唧霖
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我觉得是速度，磁成环啦。

上面几位几位应该是标准解释。

Anqi90 · 发表于 2011-11-18 19:14:41

光波也是电磁波嘛，所谓“光子”是对光的波粒二象性作出的假设，也就是说光波和光子是一码事...

有种假设说的磁场是由原子的自旋电场产生的，真空中的磁场实际是指的磁力线，这个和电场线一样是不需要介质传播的（或者说需要的介质人类还没探测到，也就是说真空不一定是空的）

说着说着把自己说乱了...也不知说没说清楚....回去再整理一下思路.....

wzda_gundam · 发表于 2011-11-18 19:49:48

谈谈自己的想法.磁电的应用应该有多个层次的.就象古人对金属的应用只停留在粗浅机械特性的应用比如做冷兵器.造钱币
什么的对金属更深层的应用无法实现.近代冶炼技术的发展和电的发明提升了金属更多的应用,做出电子管,三极管,线圈什么
的.使世界进入了电子时代.现在这个时代是就是之前的金属时代基础上的提升,就象造金字塔一样.下一个科技发明是在之前
的发明基础上发展.目前对磁电的应用只停留在表层特性的应用.磁电该还有更深层次的特性应用还没有被人发现.要是这个
特性被发掘出来.相信人类就会进入到下一个时代了.所以我认为人类到现在还只经过了三个时代.石器时代.金属时代.电子
时代...下个时代...还不知道..哈哈.

liguangqang · 发表于 2011-11-18 20:43:26

带电粒子会形成电场，带电粒子变速运动形成磁场。磁性材料无序分布对外不显磁性，当受磁场作用发生偏转叫磁化。这个磁场的作用线叫磁路。由于磁性材料比较容易磁化，磁阻较小。当用磁性材料都磁化后这时出就出磁饱和，加气隙不易磁化，磁路易发散出现漏磁。也就是在磁性材料这个磁路中没有那么大的作用力就不会出现饱和。我是这样理解的不知说得对不。不要拍砖。

liguangqang · 发表于 2011-11-18 20:53:33

我觉得能量存在磁性材料中，和压电陶瓷差不多，当压力作用在压电陶瓷上，电子发生移位这是就显电了。只要有动态的位移就显电。r反之当外部电施加在压电陶瓷上，就产生位移。

1109 · 发表于 2011-11-18 21:50:30

回复【37楼】gzhuli 咕唧霖
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搭车请教一下您：我想请问你反激式开关电源中的变压器的能量是不是储存在气息中？
为什么变压器的气息开大后恒压输出时的输出电流就变大？？？
如果不是的话，那么变压器在MOS导通时的能量是储存在哪里呢？

～～搞了好久的反激式开关电源，硬是没有想通上面的原理～～

gzhuli · 发表于 2011-11-18 23:19:57

回复【53楼】wzda_gundam
人类到现在还只经过了三个时代.石器时代.金属时代.电子时代...下个时代...还不知道..
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目前机会比较大的是量子时代。

回复【56楼】1109
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我回答不了你，没看我是4x楼才开始弄明白气隙的作用的么？

USACH · 发表于 2011-11-18 23:22:23

回复【57楼】gzhuli 咕唧霖
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终于找到你不会的啦。哈哈哈。

特此留念。

shsyf · 发表于 2011-11-19 10:15:41

43楼说对了现象,是这么回事了.
但究其本质,还需要继续深挖.

老头在前面也列了个公式.显然是对的,但无法概全.
其实,不少学电源的人也有抱怨,算出的数据和实际结果相差太远,
公式肯定不会有问题,但具体应用时,表达会有局限,适用对象和场合也会有局限.
这就需要先理顺基本概念.

电感储能是一个过程,就不会是某一二个简单公式可以表达的.
但也不至于涉及量子物理.再一扯就远了,就会不了了之.

在导磁率,电感量等因素上,再添加时间概念和线性要求,就不难理解了.

电感储能需要合适的电感量,不能大也不能小,更重要又容易被忽略的是必须有线性要求.
高导磁材线性都不好. 指标数值代入公式往往都只能代表某一点或一小段. 在功率应用场合,就不可以用减线包匝数来凑电感量的简单办法.
垫磨气隙是会减小电感量, 但更关键的是气隙的存在优化了磁感应变量的线性.

电感储能的关键是: 磁感应变化的线性要好.

······
咱自信大致说明白了. 理论_功底好的把这个意思帮整理一下, 就规范了.

roseason · 发表于 2011-11-19 10:47:34

回复【59楼】shsyf
43楼说对了现象,是这么回事了.
但究其本质,还需要继续深挖.
。。。
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我昨天下午在wikipedia上顺藤摸瓜看资料，看到现在，还没看完，感觉越搞越复杂了。。

很多概念都扯到量子力学上去了，电子绕原子核运动会产生磁距，电子自旋也会产生磁矩，原子核自旋也会产生磁矩，甚至任何基本粒子自旋都会产生磁矩。。

太复杂。继续看。。。

roseason · 发表于 2011-11-19 10:53:05

回复【56楼】1109
回复【37楼】gzhuli 咕唧霖
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。。。。
为什么变压器的气息开大后恒压输出时的输出电流就变大？？？
如果不是的话，那么变压器在mos导通时的能量是储存在哪里呢？

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反激电源变压器的最大输出功率，跟变压器电感量有关

气隙开大了，电感量会减小，每个开关周期变压器存储的能量增大，即输出功率增大了

所以恒压输出时最大电流可以比原来更大

zht9961020 · 发表于 2011-11-19 10:53:40

一直不理解，如果永磁体把另一个物体磁化了，它自己磁场是否减小，怎么从能量守恒角度解释这个问题？

shsyf · 发表于 2011-11-19 10:59:44

回复【60楼】roseason
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可以不扯远,
只注意磁材的非线性就够了.

roseason · 发表于 2011-11-19 11:12:52

回复【63楼】shsyf
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呵呵，那只是个人兴趣，wiki上的很多概念我也没打算搬到这里来

surf_131 · 发表于 2011-11-19 12:04:14

奇怪，各位讨论这么久，怎么没提到磁畴？就是那个铁磁性物质里的微型永动机：电流环。

铁芯线圈里，本质上静磁场的能量应该是扭转磁畴所产生的“回复”力矩扭转角。这从电感量随铁芯导磁率和体积增大而增加就可以证明。如同水桶盛水能力一样，储藏磁能的能力随“容器”体积而增加。

磁芯气隙是为防止静磁场构成一系列微型磁铁的闭合环而设的，虽然外部可测量到的磁场强度在这里最大（类似于C型磁铁），但能量并非存储于此。

roseason · 发表于 2011-11-19 12:24:30

回复【65楼】surf_131
奇怪，各位讨论这么久，怎么没提到磁畴？就是那个铁磁性物质里的微型永动机：电流环。
。。。。
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这个概念在这个贴子已经被提了很多遍，只是你没仔细看帖

haohan007 · 发表于 2011-11-19 12:44:25

呵呵，顶你们，

elder60 · 发表于 2011-11-19 12:52:42

回复【48楼】elder60 60岁老头
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大虾们光顾自己说,我的问题还没有回答呢!

举个实例来请教:
PN系列高电感纳米晶磁芯 PN-5020 磁芯尺寸(mm) = 32×50×20,磁路长度=12.87cm,有效面积=1.350cm2, AL (μH/N2)=75
初始磁导率=70000, 居里温度=570（℃）, 饱和磁通密度=1.25（T）, 剩磁=0.15（T）
只绕1匝线圈.

要多大电流磁通密度能达到6000高斯? 该怎么算?

mitchell · 发表于 2011-11-19 12:57:55

回复【68楼】elder60  60岁老头
回复【48楼】elder60 60岁老头
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大虾们光顾自己说,我的问题还没有回答呢!
举个实例来请教:
pn系列高电感纳米晶磁芯 pn-5020 磁芯尺寸(mm) = 32×50×20,磁路长度=12.87cm,有效面积=1.350cm2,  al (μh/n2)=75
初始磁导率=70000, 居里温度=570（℃）, 饱和磁通密度=1.25（t）, 剩磁=0.15（t）
只绕1匝线圈.
要多大电流磁通密度能达到6000高斯? 该怎么算?
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B = IL / NAe  -->  I = 0.6T * 1 * 1.35 * 0.0001 m^2 / 75 * 0.000001 = 1.08A

surf_131 · 发表于 2011-11-19 13:58:34

回复【66楼】roseason
回复【65楼】surf_131
奇怪，各位讨论这么久，怎么没提到磁畴？就是那个铁磁性物质里的微型永动机：电流环。
。。。。
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这个概念在这个贴子已经被提了很多遍，只是你没仔细看帖
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并非什么原子分子都能构成宏观上的电流环，一定是特定结构才有。于是才有导磁率的差异，才有硬剩磁和软剩磁的区别。

elder60 · 发表于 2011-11-19 14:12:16

回复【69楼】mitchell
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难道跟μ没有关系?

mitchell · 发表于 2011-11-19 15:57:54

回复【72楼】elder60 60岁老头
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Al值都给出了，u是冗余的。当然你也可以自己计算Al值，Al = u * u0 * Ae / l，算出来是92，和你给的75有出入，这个资料不是很准确。一般的磁性材料spec这几个参数是不会相互矛盾的。
另外，Al值是非线性的，还要结合直流偏置特性曲线（Al-AT）才能给准确计算B值

elder60 · 发表于 2011-11-19 18:17:07

估计计算Al值应该取的u和上面给的初始磁导率是会不一样的.
谢谢了.我慢慢学吧!

sdxjgby · 发表于 2011-11-19 21:27:10

晕。。。。。。

durable · 发表于 2011-11-19 22:36:07

mark

1109 · 发表于 2011-11-20 19:13:25

回复【61楼】roseason
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气息开大后，电感量降低，MOS的开关频率降低，导通占空比增加，所以同样一秒内MOS的导通时间增长了，存储的能量也变多了～～
～～这些我都知道。。。

抛开那些复杂的理论_公式，我想知道的是“为什么气息开大后MOS的开关频率降低，导通占空比增加“？，大致给我推到一下吧～

还有就是“反激式开关电源的能量究竟以什么样的形式存储在气息之中”？

roseason · 发表于 2011-11-20 22:09:36

回复【43楼】gzhuli 咕唧霖
哦，看了40、41楼，又有新理解了：
1.空心线圈磁力线回路长且发散，磁阻大，所以能量损耗大，不是存得少，而是存不住？
2.闭合磁回路磁阻低，存得住了，但存得不多（1、2分别是两种极端情况）
3.磁回路上开个小气隙，气隙中的磁力线回路短密度大不发散，所以存得又多又好？
所以结论就是能量主要存在气隙中？
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我这两天一直在琢磨这个问题，如果没推导错的话，应该有如下结论

(原文件名:result.jpg)

其中，
E是电感存储的总能量，
E1是磁芯存储的能量，
E2是气隙存储的能量，
R1是磁芯的磁阻，
R2是气隙的磁阻，

由于R1>>R2，从公式中可以得出，E1>>E2，所以能量主要存储在气隙中

fsclub · 发表于 2011-11-20 22:17:44

回复【26楼】gzhuli 咕唧霖
回复【23楼】roseason
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咱不说忽悠这么难听，美其名曰“科普”。 :)
磁场的本质还有太多疑问，越是高手就越说不清楚，例如磁单极子目前就没有一个物理学家能确切证明它存在还是不存在，难道咱们这些打酱油的还能用科普级词汇论出个诺贝尔奖来？
回复【24楼】fsclub 绿林好汉
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理论上讲，0.001hz的电磁波都是光子……
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理论上貌似讲的是波粒有二象性，低频率的波动性明显还没有什么粒子性，故讨论这种玩意不能说什么都是光子，这只体现了粒子性而没有体现波动性。

roseason · 发表于 2011-11-20 22:29:24

回复【77楼】1109
回复【61楼】roseason
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抛开那些复杂的理论_公式，我想知道的是“为什么气息开大后mos的开关频率降低，导通占空比增加“？，大致给我推到一下吧～

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MOSFET的开关频率和占空比是由PWM发生电路控制的，不会因为气隙改变

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还有就是“反激式开关电源的能量究竟以什么样的形式存储在气息之中”？

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这个可以参考78楼的结论

shsyf · 发表于 2011-11-20 23:08:21

回复【80楼】roseason
MOSFET的开关频率和占空比是由PWM发生电路控制的，不会因为气隙改变
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不同的电路,可以有相反的结论.

如果是自激电路. 电感越小,频率就会越高. 但输出功率大了,频率又会有下降.

shsyf · 发表于 2011-11-23 19:48:28

老头在说u的大小. 咱一时没反应过来,要是直接说导磁率,就不会打隔愣了.

大电流功率电路中,导磁率高的锰锌磁体实际表现和低的差不多.

计算时u选高了,误差就会大.

咱现在说的还不是指开气隙的电感条件下.(开了气隙,导磁率就会低得麻木了).
而是指磁回路不带气隙时,变压器工况时的实测结果.
也就是说,高导的磁体容易饱和,小电流下己经被饱和得“高导只能当低导用了”.

ayumi8 · 发表于 2011-11-23 20:00:37

呵呵这个很难理解么？？

shsyf · 发表于 2011-11-25 11:54:25

这个问题上真正概念清晰的人不会太多, 往往不是本事不够大,而是容易忽略.

咱又想明白了一层, 这能量确实就是存在于气隙中,严格来说应该是磁隙.
这个磁隙可以是空气,也可以是其他不导磁也不会形成涡流的材料.
磁隙可以集中,也可以分散,比如铁硅铝磁材.

磁隙存在的目的是为了加大磁阻.
就为电能做功创造了条件.

磁阻又有别于电阻.
电能对电阻做功时,电能转为热量.很容易散发.也难再高效回原成电能.
电能对磁阻做功时,电能转为磁能.(相当于机械能对弹簧做功). 很容易再回原成电能.
磁材在这儿的作用,是不让磁能散失,(相当于对热源的保温作用). 是建立电和磁高效转换的条件.

磁阻大小要合适.
磁阻大了漏感会大,会有磁能发散损失.也会要求较多的线包匝数,而加大铜损.
磁阻小了磁体会饱和,电能会被转成热量而散失.

根据以上细节, 43楼的说法是确切的.

gzhuli · 发表于 2011-11-25 12:07:25

回复【84楼】shsyf
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是的，细想一下，场就是能量，开放的空心线圈产生的磁场无限延展，能量就发散开了，回收的只有一小部分。而闭合的磁路把磁场围起来，也就锁住了能量。

waitingconfirm · 发表于 2011-11-25 12:21:44

回复【84楼】shsyf
这个问题上真正概念清晰的人不会太多, 往往不是本事不够大,而是容易忽略.
咱又想明白了一层, 这能量确实就是存在于气隙中,严格来说应该是磁隙.
这个磁隙可以是空气,也可以是其他不导磁也不会形成涡流的材料.
磁隙可以集中,也可以分散,比如铁硅铝磁材.
磁隙存在的目的是为了加大磁阻.
就为电能做功创造了条件.
磁阻又有别于电阻.
电能对电阻做功时,电能转为热量.很容易散发.也难再高效回原成电能.
电能对磁阻做功时,电能转为磁能.(相当于机械能对弹簧做功). 很容易再回原成电能.
磁材在这儿的作用,是不让磁能散失,(相当于对热源的保温作用). 是建立电和磁高效转换的条件.
磁阻大小要合适.
磁阻大了漏感会大,会有磁能发散损失.也会要求较多的线包匝数,而加大铜损.
磁阻小了磁体会饱和,电能会被转成热量而散失.
根据以上细节, 43楼的说法是确切的.
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有时候觉得吧，明明最简单的思想实验就能解决的东西，非得扯三扯四扯到最后自己都不知道自己在说什么

一个空心线圈，电感量是多少？加一个铁心进去，电感量又是多少？两边对比一下，怎么还有人会说什么“能量存在于气隙”呢？气隙中肯定有能量，但肯定不是能量的主要部分！

其实我觉得，从根子上讲，我2楼已经说得够明白了

任何能量，最终都是归结于动能或势能，而无论动能还是势能，最终都归结于量子的惯性（这里补充一句，一个物体的所谓惯性，实际上就是该物体受宇宙所有物质所有的四大基本力作用的合力，此即所谓马赫原理）

就电感来说，不考虑真空零点能的情况（实际上也没法考虑，任何值，加上个无穷大的真空零点能，还玩什么？），受电磁场影响的物质质量越大，惯性越大

因此，易受磁场影响的铁心，因为其质量大，于是可存储、并可表现为磁场的能量就多

或者，用初中一点的说法描述，就是：

你们都看过初中物理课上的磁力线示意图吧？都知道是导体切割磁力线产生能量转换吧？那么，你们总不会认为，电感中的铁心，其实根本没有任何一根磁力线的任何一部分经过吧？以为那铁心是超导体么？

roseason · 发表于 2011-11-25 12:26:54

回复【85楼】gzhuli 咕唧霖
回复【84楼】shsyf
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是的，细想一下，场就是能量，开放的空心线圈产生的磁场无限延展，能量就发散开了，回收的只有一小部分。而闭合的磁路把磁场围起来，也就锁住了能量。
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我78楼推出来的公式不知道你理解了没？

你这样理解是有问题的，就算是空心线圈，能量也不会“散开”的

同样体积，同样电感量的电感，可以用带磁芯的电感实现，也可以用空心电感实现

但是为什么不用空心电感实现呢？因为空心电感要做到同样的体积，就不得不用非常细的铜线绕制更多的圈数，这样带来的直接问题就是：铜损太大，无法接受

如果，绕制空心电感的线材是超导体，
那么，同样体积、同样电感量的带磁芯电感和空心电感，除了高频的EMI问题外，将不会有任何区别

gzhuli · 发表于 2011-11-25 12:29:03

回复【86楼】waitingconfirm
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这好像并未提及磁饱和现象，也没讲到气隙的作用和本质。好比一个桶能原本装那么多水，挖个洞就能多装几倍？

edgeyou · 发表于 2011-11-25 12:40:27

看了半天感觉有点类似电容了，磁芯相当于导体，没有气隙相当于直接短路了，有了气隙就像电容的极可以存储更多能量

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改下错别字

waitingconfirm · 发表于 2011-11-25 12:42:16

回复【88楼】gzhuli 咕唧霖
回复【86楼】waitingconfirm
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这好像并未提及磁饱和现象，也没讲到气隙的作用和本质。好比一个桶能原本装那么多水，挖个洞就能多装几倍？
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那么换句话说，

你觉得，是提到10米高的一立方米气球拥有的引力势能大呢？还是提到10米高的一立方米铁球拥有的引力势能大呢？

但是把一立方米气球和一立方米铁球同时从10米高处丢到九长老头上，哪个更容易促进中国改朝换代呢？

或者用电感来描述不容易理解，那么我们换种东西来说吧

一个一法拉的理想电容，连到电源上，打开开关，你说会发生什么事情？

气隙的作用不是增加能量，是增加磁阻，就如同给大电容增加一个串联电阻一样的意义

用你的水桶比喻，就是：

原本水桶很大，但水管几乎跟水桶一样粗，这样，往桶里灌水的时候，大部分水都会泼出来

那么现在，给水桶加个脖子，变成水瓶，容量保持一样，再灌水的时候，还会那么容易泼出来么？

gzhuli · 发表于 2011-11-25 12:49:20

回复【87楼】roseason
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嗯，明白了，85楼的理解是错的，例如MRI的空心超导线圈也能存住极大的能量。
不过依然不理解的是能量以什么形式储存于气隙中？

waitingconfirm · 发表于 2011-11-25 13:00:40

回复【91楼】gzhuli 咕唧霖
回复【87楼】roseason
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嗯，明白了，85楼的理解是错的，例如mri的空心超导线圈也能存住极大的能量。
不过依然不理解的是能量以什么形式储存于气隙中？
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你问的这个问题，就是所谓现代物理学的最大死穴了

实际上，目前只能知道这些能量是势能（其实等于废话），但具体到这些势能是被什么形态的物质以怎样的形式存储的，目前理论很多，确证的没有——否则现在就不用那么辛苦找什么磁单极子了……

elder60 · 发表于 2011-11-25 13:05:09

请各位关照"想用TL431来给一块铁锂电池作"正常"指示灯,发现还不太容易"一贴.谢谢.

gzhuli · 发表于 2011-11-25 13:06:26

回复【90楼】waitingconfirm
原本水桶很大，但水管几乎跟水桶一样粗，这样，往桶里灌水的时候，大部分水都会泼出来
那么现在，给水桶加个脖子，变成水瓶，容量保持一样，再灌水的时候，还会那么容易泼出来么？
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1. 按照前面的说法，磁性物质储存能量是内部无序排列的小磁极被外部磁场有序化的过程，而饱和则是所有内部小磁极都一致化了。
这么说，水桶确实是满了，而不是泼出来了，加气隙并不能增加小磁极的数量，何以让储存的能量增加？

2. 再按roseason的说法可以理解成气隙使小磁极的距离增加，变得更难有序化了，相当于增加两个物体的距离可以增加两者之间的引力势能一样，所以气隙确实能增加磁芯存的能量？

假设2理解正确，那是气隙平均加在小磁极中间的情况，引申到集中气隙又如何描述？集中的零点几mm气隙里面和磁性材料两端面是什么状况？

roseason · 发表于 2011-11-25 13:31:09

回复【91楼】gzhuli 咕唧霖
回复【87楼】roseason
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嗯，明白了，85楼的理解是错的，例如mri的空心超导线圈也能存住极大的能量。
不过依然不理解的是能量以什么形式储存于气隙中？
-----------------------------------------------------------------------

我花了两天，就是为了解释这个问题，才把公式都化简到这个地步的。。。

看来你对这个公式的一些地方还不够理解

(原文件名:result.jpg)

首先，你得理解，在气隙中的磁通量Φ是怎么来的。

跟磁铁不同，空气中没有磁畴，无法维持磁场，空气中磁通量的唯一来源是“电流”！也就是说，只要撤销电流，并且“附近没有闭合线圈”，磁通量就会立即变为零

搞清楚了这点，剩下的就好办了

其实我们要做的，就是根据法拉第定律，用一个闭合线圈去收集Φmax减小到Φ=0时，所释放的能量E = U2/R = (NdΦ/dt)2/R

其中，R是负载电阻，dΦ/dt是一个跟负载电阻以及线圈电感量有关的参数

如果R=0，那么dΦ/dt也将等于0，

此时Φ将一直维持在最大值Φmax，线圈中的电流也将一直维持在最大值，但是该电流无法被利用

那么对于另一个极端：R=∞的时候呢？

此时d回复【91楼】gzhuli 咕唧霖
回复【87楼】roseason
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嗯，明白了，85楼的理解是错的，例如mri的空心超导线圈也能存住极大的能量。
不过依然不理解的是能量以什么形式储存于气隙中？
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我花了两天，就是为了解释这个问题，才把公式都化简到这个地步的。。。

看来你对这个公式的一些地方还不够理解

(原文件名:result.jpg)

首先，你得理解，在气隙中的磁通量Φ是怎么来的。

跟磁铁不同，空气中没有磁畴，无法维持磁场，空气中磁通量的唯一来源是“电流”！也就是说，只要撤销电流，并且“附近没有闭合线圈”，磁通量就会立即变为零

搞清楚了这点，剩下的就好办了

其实我们要做的，就是根据法拉第定律，用一个闭合线圈去收集Φmax减小到Φ=0时，所释放的能量E = U2/R = (NdΦ/dt)2/R

其中，R是负载电阻，dΦ/dt是一个跟负载电阻以及线圈电感量有关的参数

如果R=0，那么dΦ/dt也将等于0，

此时Φ将一直维持在最大值Φmax，线圈中的电流也将一直维持在最大值，但是该电流无法被利用

那么，对于另一个极端：R=∞的时候呢？

此时dΦ/dt也将无穷大，能量将以电磁波的形式辐射出去

waitingconfirm · 发表于 2011-11-25 13:32:56

回复【94楼】gzhuli 咕唧霖
回复【90楼】waitingconfirm
原本水桶很大，但水管几乎跟水桶一样粗，这样，往桶里灌水的时候，大部分水都会泼出来
那么现在，给水桶加个脖子，变成水瓶，容量保持一样，再灌水的时候，还会那么容易泼出来么？
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1. 按照前面的说法，磁性物质储存能量是内部无序排列的小磁极被外部磁场有序化的过程，而饱和则是所有内部小磁极都一致化了。
这么说，水桶确实是满了，而不是泼出来了，加气隙并不能增加小磁极的数量，何以让储存的能量增加？
2. 再按roseason的说法可以理解成气隙使小磁极的距离增加，变得更难有序化了，相当于增加两个物体的距离可以增加两者之间的引力势能一样，所以气隙确实能增加磁芯存的能量？
假设2理解正确，那是气隙平均加在小磁极中间的情况......
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如果磁心本身有效尺寸不变，那么增加气隙确实能增加储能，但增加的只是相当于气隙大小的空心线圈的储能，这个数量，对于铁心来说，是很小的

然而，气隙能够有效的减慢磁畴（就是你所谓的小磁极）的极化速度，因为气隙的磁阻相对于铁心来说，是非常高的

增加气隙，并不真的是增加磁能存储，而是减慢了铁心磁饱和的速度，这样，对于变化电场来说，就可以做到在铁心没有磁饱和时候，电场方向已经改变了，得到的结果，就是避免了过多的电能浪费在热能散佚上

说水泼出来，只是举个例子，实际上水不是泼出来，而是过大的水流把水管或者水桶冲破——就是磁饱和时候的线圈大量发热

说到底，空心线圈和铁心线圈的能量储存方式，实际上是有很大程度上的不同的，铁磁性材料的磁能存储只是理论，而真空磁能存储甚至连严格意义上的理论都还没确定（虽然有很多猜想可以实现同等的计算结果，但从根本上讲，真空磁场，仍然是几乎所有大统一理论的重要研究对象，而且很可能要等到磁单极子找到或者确定找不到的时候才能确定），估计也就是因此，导致了很多认知上的混乱

不过，对于我等电子工程师来说，这些其实已经不重要了，不是么？

roseason · 发表于 2011-11-25 13:34:37

注意：图片公式中的R1、R2是磁阻，别跟下面的电阻R搞混了

编辑原因：回95楼

hjzelec · 发表于 2011-11-25 13:39:29

存在于周围磁场中，电磁也是种能量

waitingconfirm · 发表于 2011-11-25 13:47:26

回复【95楼】roseason
回复【91楼】gzhuli 咕唧霖
回复【87楼】roseason
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嗯，明白了，85楼的理解是错的，例如mri的空心超导线圈也能存住极大的能量。
不过依然不理解的是能量以什么形式储存于气隙中？
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我花了两天，就是为了解释这个问题，才把公式都化简到这个地步的。。。
看来你对这个公式的一些地方还不够理解

(原文件名:result.jpg)
首先，你得理解，在气隙中的磁通量φ是怎么来的。
跟磁铁不同，空气中没有磁畴，无......
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算法是肯定没错，不过，个人看来，你的理解上并不完全正确

实际上，有没有磁畴，对于电感中的磁电转换过程本质，是没有影响的

磁畴只是一种易于受外加磁场影响，且质量远大于光子的物质罢了

因为质量足够大，所以惯性也足够大，所以受外界变化磁场影响时，其储能效果也就足够好

同样，因为磁畴有极化效应，因此对于“磁通量”这个概念，也就会带来更大的贡献

当然，无论如何，最终都能证明，有心电感中的能量，实际上大部分或者说绝大部分是以电磁势能方式存储在铁心中的

最后，实际上气隙和真空中也能储存电磁势能，并非你所说的“立即变为零”，只不过因为能量散佚效率等于电磁波的辐射效率，所以体现不出来罢了

gzhuli · 发表于 2011-11-25 13:58:13

到目前为止，roseason和waitingconfirm各自持矛盾的观点（能量主要在气隙中和磁芯中），但未见二位直接PK？

物理意义上的本质不是电子工程师的关注点，但是讨论现象的成因还是有必要的，搞清楚这些问题有助于拓展磁储能系统的设计思路，例如多段分布式气隙、不规则气隙、异种磁材复合、磁饱和稳压等等。

突发奇想:电感中的能量到底在那里?

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