主题：胡侃电机（一：序） -- 崇山彩云

各位河友：

很抱歉有日子没来写文章了。

言归正传，这片贴子想胡侃的是：为什么初学者没能从线性定常电路理论出发，理解电机模型？这些都是我个人的胡思乱想与自我吹捧，对于他人的指责（不一定无端），大家轻拍……

话说大二第一学期的时候，我意气风发，把电路基础这门课学得如同好钢淬火，自以为天下无双，到了大二第二学期开始学电机学的时候，觉得以自己的电路基础，吃掉电机学不成问题。电机嘛，不就是稍微复杂些的电阻和电感组成的网络嘛，结果真学了才知道，这种想法类似于东北民主联军拿着日本军队的火力来想象新一、新六军的火力（参见张正隆同志的《雪白雪红》），以及十三兵团拿着廖耀湘的火力想象美国陆军的火力（参见双石叔叔的《开国第一战》），结局呢就像金门一样吃了一闷棍（参见伪战略学家刘政委的《金门战役检讨》）。我曾经不服气，通宵仔细研读《电机学》教材，发现这门课实在是太空灵了，想研究其中任何一个问题都像是拳头砸在了棉花上……

我现在认为，作为一个初学者，不可能从线性定常电路理论出发，理解电机模型原因有以下三个方面（可能还不止）：

（一）交流-直流问题

线性电路理论中，如果研究的是直流电路，那么稳态情形下，各元件中的电压电流量都是直流量；如果研究的是交流电路，那么稳态情形下，各元件中的电压电流量都是同频率的交流量（如果电源是同频率的）。

这一结论如此的直观，数学上的证明又如此的显然，如此深刻地在我的心里扎根发芽，奉为金科玉律。

但是考察交流电机的稳态情况，“荒谬”的事情出现了：一台同步发电机在稳态同步运行的时候，转子上各种量都是直流量，定子上各种量都是同步频率的交流量。遗憾的是，教材从来没有明确指出这种跟线性定常电路截然不同的现象，也没有解释清楚过。当然现在知道，这是由于电机的原始数学模型不是“定常”的，比如说，某些电感的数值随着转子位置的变化而变化，原来基于定常假设的结论就不成立了。

（二）机械-电磁耦合

这也是原来在《电路基础》里没有涉及的一个现象，比如说，要是转子转得快一些，可能发电机某些量的频率就要高一些，要是转子转得慢一些，频率就要低一些；再比如说，要是发电机连接的负载减小了但是原动机供给的功率不变，发电机转子一定会加速，要是负荷增大了，转子就会减速，等等。

其实这是一个很简单的问题，根据牛顿第二定律可以写出发电机的运动方程，和发电机原来就有的电压、磁链方程放在一起就行了。可是呢，当时学的时候这就是一个非常困惑的问题，因为这牵扯了以下几个量：

电磁功率、输入功率、输出功率、铜耗铁耗、机械损耗、杂散损耗

以及它们之间的相互关系。很遗憾的是，教材没讨论清楚……

（三）非线性-线性

电机中当然存在非线性因素，但是对初学者而言，教材中对于非线性的处理方式是有害的。

设想一下，给一个从来没有听过童话的纯朴小孩儿讲童话，如果在这个过程中有一个人反复的在打岔：

王子会被公主勒令洗碗（向史文恭同学致敬），公主会遭遇更年期……那小孩儿还能理解为啥王子和公主的结合是最完美的吗？

电机学教材里，总是不合时宜的跳出云山雾罩的论述，警告读者那些非线性因素会把电机的特性曲线畸变成多么可怕的样子，可是：1.读者连线性假设是啥，能被如何用来建模都不能完全搞清楚。2.教材从来不讲如何定量的、精确的处理非线性因素，总是很固执的纠缠于啥因素会让啥量变大/变小（以及为什么会变大/变小）这种定性问题上。