電感負載與能量不守恒（二）
電感是儲能元件并不消耗能量，通過電感的電流落后加在其上的電壓90°，電感“消耗”的功率是無功功率。在直流供電系統中，如果負載是電感（理想狀況，實際狀況是電感+電阻），由于電感的儲能作用，通電以后就會在電感中儲存有磁場能量，為使電感能持續地工作下去，就必須將電感儲存的磁能轉移出去，于是，就在電路里設置了讓儲存在電感里的磁場能量返回“電源”的回饋路徑，或者是在電感上反并聯一只二極管構成電感的自身續流通道，同時還要有轉移能量的時間。
以上所述是眾所周知的，這就引出一個問題：這個“電感儲存的能量”算什么呢？電源供出的能量又回饋給電源，“能量守恒定律”還成立嗎？
能量守恒定律是經典物理學的“鐵律”，不遵循“能量守恒定律”，許多物理推斷都推不下去。因此也是經典物理學的“高壓線”，誰碰這根高壓線誰就有制造“永動機”的嫌疑。但是用“能量守恒定律”是解釋不了“電感儲存的能量”算什么這個問題的，也就使得許多問題找不到答案變成荒謬的悖論。下面進一步分別論述。
一、單相全橋電壓源逆變電路：以上見前文。
二、家用電磁爐
家用電磁爐是單管并聯諧振型變流器，通過它的電磁線圈的電磁感應將能量傳給副邊的負載（電阻負載）。
據資料介紹，家用電磁爐的電磁線圈的電阻為0.6歐姆，如果家用電磁爐工作在諧振狀態，負載特性是電阻性的，按220V計算，2000瓦時的平均電流為9.09A，線圈電阻上的熱消耗（有功消耗）為50瓦（2.5%），副邊反射到原邊的阻抗為約23.6歐姆消耗97.5%的有功功率。將副邊的阻抗反射到原邊去消耗有功功率的本質是電磁線圈通過電磁感應將無功功率傳遞到副邊變成有功功率，這是用“能量守恒定律” 牽強附會的解釋。
翻開JJF 1261.3——2010，“家用電磁灶能源效率標識計量檢測規則”，能源效率等級1級熱效率達到90%，有些文章介紹按照這個標準的測試程序測定的熱效率，在2000 W功率時測得的熱效率達到大于93.4%。筆者按照上述標準程序，粗略地測了，熱效率達到大于83%，高于能源效率等級5級。這應該說是符合“能量守恒定律”的，而且熱效率很高。
電磁爐是一個整體是毫無疑問的，但是被分成電和磁兩個部分進行研究，各說各的話，各唱各的調，并不統一。電磁爐的磁系統是一個開放的磁路，磁路是通過空氣然后閉合的。在約翰.戴維斯所著的《感應加熱手冊》1985 版中，p54頁說到：“感應圈和在非磁性狀態下線圈與負載的固有功率因數是0.6~0.7，完全是空氣隙使它減小到0.13。”反過來看，前述及的大于83%的熱效率簡直就是天文數字。
用電磁仿真計算軟件ANSYS，對電磁爐的磁路簡化建模進行有限元數字計算，未計及電磁線圈盤下面的磁條，其靜態磁場如下圖。
[電磁爐——靜磁分析]
線圈盤內徑20mm，外徑230mm，厚度3mm，截面積s=115*3=345mm2=3.45E-04，匝數N=25，
鐵鍋厚度0.5mm，直徑280mm，間隙1mm。
激勵電流20A，NI=500AT，J=1449275A/m2
Hmax=5812 A/m Bmax=0.203961 T
在包含空氣、電磁線圈和鐵鍋的系統中，各部分的能量如下：
SUMMARY OF STORED ENERGY CALCULATION
Load Step Number: 2.
Substep Number: 1.
Time: 0.2000E+01
Material Number of Stored Energy Material Description
Number Elements ( J )
空氣 1. 1559. 0.71814E-02 90.5% Linear Isotrp. . .
線圈 2. 866. 0.58066E-03 7.3% Linear Isotrp.
鐵鍋 3. 187. 0.17141E-03 2.16% Nonlin. Isotrp.
_____________________________________________________________________
T O T A L 2612. 0.79335E-02
其中，空氣中包含的能量占到了90.5%，而鐵鍋里的能量只有2.16%。
雖然有線圈盤下面的磁條的集流作用提高了電磁爐的實際效率，但也不至于就從2.16%提高到83%，甚至是93%以上。
從家用電磁爐的電路工作原理看，結構是“單管并聯諧振”，如下圖。
當IGBT導通時，電感和電容同時通過電流，電源供給能量。而當IGBT關斷時電源停止供給能量，電感和電容進行諧振，電場和磁場能量互相交換，由于有電流在電感中流動，通過磁場就有能量傳遞給鐵鍋。姑且暫將這部分由電磁作用產生的能量稱之為“電磁能”，正是由于電磁能使電磁爐的電部分的效率超出了100%，彌補了磁部分的低效率，使整個電磁系統的總效率達到那么高的水平。這更進一步說明，能量守恒定律在電磁學范疇是不成立的。
附圖未能粘貼上，欲看圖請下載題頭word文件。未完待續。
