张朝阳解读三相电动机工作原理

物理基础理论怎么走向尖端科技？为什么说一切电磁现象背后都是麦克斯韦方程组？近日，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳在沃尔沃新能源车内讲了一堂物理课，从电磁场理论到三相电动机工作原理，硬核解读新能源汽车背后的电动力学原理。

“真正精彩创新都来自于对本质的把握“，张朝阳强调从第一性原理出发理解万事万物。在卡尔·本茨利用燃油发动机首次发动汽车近150年后的今天，新能源汽车正取代传统燃油车，成为新的出行主力。为了新能源汽车能够成为风尚？对此，张朝阳表示要寻根究底，从新能源汽车运动电能和电机的核心特征出发，回归电动力学来理解电与磁在其中发挥的作用。

张朝阳首先介绍了发表于19世纪的麦克斯韦方程组，这一方程组总结了人类在电磁现象中习得的一切规律。张朝阳对麦克斯韦方程组进行变形，重新推导了一遍法拉第电磁感应定律，而这正是新能源汽车“心脏”三相电动机的工作原理。

三相电动机是利用高压交流电驱动转子输出动力的装置。根据 “电磁感应”定律，交流电在精心设计的电路中流转，将在定子腔体中感应出旋转磁场，这就是“电生磁”现象。作为永磁铁的转子会倾向于与磁场方向保持平行，会追逐着旋转磁场跑动，进而带动了车轮同步转动，汽车就开起来了。

当汽车转动起来后，电磁感应中的“磁生电”便开始发挥作用。转子在旋转时，自身的磁场会产生反向的电压，把动力转换回电能。电动机倾向于把电能转换为动力，但转子又倾向于把动力“还回去”。二者是此消彼长、互相“拔河”的过程，当转子越转越快，它反向转换的能力越来越强，所以最终给到车轮的动力会变得越来越小。

张朝阳解释，这就是开车时感觉“低速有劲，高速乏力”的原因所在，混动新能源车的出发点正是为了解决电动机这一缺陷。他从基础理论出发，通过仔细分析三相电动机线圈上的电压平衡方程，从中解出了三相电动机输出扭矩与转速之间的关系，用数学定量地描述了三相电动机的工作状态。

这堂“车里的物理课”拆解了日常出行场景背后的物理学原理，直播间网友们点赞称这种别致的授课模式能够更好地理解物理。《张朝阳的物理课》自2021年至今直播讲课220余期，近日还发布了同名物理科普书籍第三卷（量子力学），在社会上掀起了科学学习的热潮。近三年时间，除了理论物理水平得以提高，张朝阳感触比较深的是自己用物理知识研究了很多企业工程上的产品问题。

正如他多次强调基础科学是非常重要的，在象牙塔里很多演算不只是满足人们对于未知世界好奇心，而是距离创造美好生活、解决人类实际生活中存在的问题如此之近。在张朝阳看来，一个企业或者产品部门需要有懂物理的科学家，比如面对燃油机、电动机或者混动专用发动机，不同于根据业界经验套用公式，物理学家知道公式是怎么来的，去调参数可以设计出新的东西。

责任编辑：孙妍(EN083)

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