看书还得有好教材

cyx112233

学习要跟着好老师，看教材也是，有的编写的好，就是会讲课，或者说会讲明白，设身处地，有教无类。讲的不好的真的会耽误时间。下面分享一个电机学的学习心里路程，稍后推荐几本好教材。

电机学难学，我认为有几个方面的原因：

第一，教材中的论述不能解答教材自己提供的的问答题。电机学教材中问答题通常是这种风格：

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    XX变压器外接电源频率要是从50Hz上升到了60Hz, 那么，漏抗变大/变小？铁耗变大变小？铜耗变大变小？变比变大变小？为什么？XX变压器原边本来是星形，结果错误的接成了三角形，那么漏抗变大/变小？铁耗变大变小？铜耗变大变小？变比变大变小？为什么？XX电机中的XX电阻（也有可能是xx绕组多绕了多少圈）增大了，那么另一个XX阻抗变大变小？XX电流变大变小？XX电压变大变小？XX功率变大变小？XX转矩变大变小？XX损耗变大变小？为什么？XX电动机中有哪些调速方式？哪种调速方式机械特性硬/软？为什么？为什么XX电机启动电流比YY电机启动电流大？……

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    变大变小的问题本身已经够抓狂的了，“为什么”更抓狂，然而最抓狂的事情是：教材中不能直接找到这些问题的答案，而且除非福尔摩斯这样千年难遇的人才，想从教材的论述中“推断”出答案也是不可能的事情……我不知道别人什么看法，反正我读电机学教材的感觉是：彻底的空灵，如同看了一场艺术致死的电影一样。这教材表面上有诗歌的空灵悠远的意境，却没有诗歌的韵律和节奏，回头有机会贴一点原文上来请南方有嘉木河友鉴赏一下。

第二，教材本身引入了若干新概念，但是对于这些概念进行解释的风格不适合初学者。以下通过四种概念来展示教材多么的不“初学者友好”。

1.励磁我很坦诚的供认，我当时学的时候把这两个概念彻底搞混了：励磁和励磁控制系统。以下分别阐述我当时稀里糊涂的可笑的认识：用大白话讲，励磁相当于一块磁铁，但是教材上很有专业精神的把各种磁路栩栩如生的画出来，就是不明讲这是一块磁铁。专业精神、栩栩如生、不打开天窗说亮话的结果是：我找不出图里哪些部分代表励磁？而且我自己也找不到磁铁在哪里：自己看见的不是铁心就是气隙，磁铁呢？当然现在知道了，如果不是永磁电机，励磁都是电磁铁，可是教材里哪张图里把励磁画成《大学物理》里的电磁铁的样子了？我都上了硕士了，才在高景德老师的书上看见非永磁它励直流机的励磁被画成了一个中规中矩的《大学物理》和《高中物理》中的电磁铁，瞬间就顿悟了（这也是为什么我后来对高景德老师敬仰的原因之一）。当然了，任何电机的励磁的实物看起来都不会像《大学物理》里画的电磁铁，但是作为给初学者讲解新的概念，要么明确地把“励磁就是磁铁”这一论断赤裸裸的讲出来，要么就把图画成大二学生很熟悉的样子，难道是一个很高的要求吗？在励磁控制系统方面，我是到了硕士阶段才醒悟过来：励磁控制系统跟励磁本身是两回事情，励磁控制系统的本质就是晨枫老大过去在《自动控制的故事》里提到无数次的框图和传递函数，它的物理实现有无穷多种方式，励磁控制系统相当于控制器（虽然设计这种控制系统的时候很少照搬现代控制理论的结论和工具），励磁（甚至包括电机本身）都只是被控对象而已。虽然说电机学教学大纲和教材都不会把励磁控制系统当作重点来论述，不过这种云山雾绕的论述还是把一根筋的我绕晕了。我当时读电机书的感觉是：为啥励磁一会儿像铁心，一会儿是直流机，一会儿是晶闸管电路，一会儿又是个能产生空载电压但是物理本质很空灵的装置……于是乎，励磁在我心中成了薛定谔的猫，双缝干涉过程中的光子，刘慈欣同志笔下的球状闪电，三体星人眼中的乱纪元……最后打包成为一团浆糊铭刻在了我本科的回忆里。

2.电枢反应用大白话讲，电枢反应指的是转子磁场和定子磁场之间的叠加。事实上，这是一个很新的概念。例如，高中物理或者大学物理当中我们无数次的经历过这么一种场景：一个线圈在恒定磁场中旋转，根据电磁感应，一定有电动势感应出来，如果线圈连接一个电阻而闭合，就会有感应电流产生……我们在对这个场景进行计算的时候忽略了一点：旋转的线圈上要是有电流，那么也会有磁场产生，但是这种磁场在物理课上啥时候考虑过？这种忽略其实也就是对于电枢反应的忽略。然而，电机学在解释电枢反应的时候绝不是采取这种大白话的方式。首先啥叫电枢？标准定义是：“在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用的部件。”（有没有一种很庄严神圣的感觉？要是这个时候配上《人民军队忠于党》这种感觉就更神圣了）我学的时候就晕了，根本意识不到这是定子或者转子的另一种说法。其次，教材为了“直观”，画磁场分布的时候把磁力线画的弯弯曲曲（我猜这是采用了有限元分析的结果），这样对我的影响是：我认为电枢反应是一种比量子隧道效应还要高级的神秘效应，它的物理本质是不可解释的，我就这样堕落到不可知论的深渊去了……其实啊，要是我来写教材就会这样：假定转子磁场和定子磁场都分别是沿某一方向的匀强磁场，那么他们的叠加就只会根据平行四边形法则来确定。哪里来的这么多弯弯绕绕的曲线？

3.助磁和去磁这些概念更扯了，为了确定电机在某种状态下是助磁还是去磁，需要不停的跟以下概念纠缠：功率因素角，功角，各种空间向量……其实我除了功率因素角，其它概念当时都不懂……完整吃透了同步电机数学模型之后才知道，这事儿没那么困难，归根到底就一点：转子磁场和定子磁场叠加之后，如果励磁绕组中的磁链增大了就是助磁，如果减小了就是去磁……

4.保梯电抗首先要说的是：这个概念的理解上我也很二……保梯是一个人的名字otier，可是教材自始至终没有讲这一点，我的理解是：和复变函数中保角变换类似，在电机的什么什么关系中一定要保持一个梯形……于是就悲剧了，我在各种曲线和表格中试图找到一个“梯形关系”，差点成了民科，可是“梯形关系”跟永动机一样虚无缥缈……在保梯电抗的问题上，我承认我很二，不过我也由此恨透了教材的编写者，后来干脆把电机学教材烧了……

数学有啥用

我觉得有两种情况，第一就是教材的编写者对于他所编写的内容一知半解，半桶水，你让他给你解释得明明白白清清楚楚那无异于缘木求鱼，第二种情况就是教材地编写者他懂，但是处于某种神秘的原因(例如教会徒弟饿死师傅)，他根本不愿意读者懂。他的目的就是要读者一团浆糊。
我猜第一种可能性更大些

cyx112233

这篇学习心得是在网上看到的，抄过来。因为发帖字数限制没有全部粘过来，下面接着主题继续：

讨论一下我翻过的几本电机方面的书的优缺点。
(a)  高景德先生的《电机过渡过程的基本理论及分析方法》
优点：这本书对于我个人而言，就像毛主席在秋收暴动失败后发现还有井冈山可以去一样，具有重大的意义。因为过去学电机学的时候，哪怕是读懂其中一个小节（读懂是指：这个小节中每一个论断，每一个公式的来龙去脉都能搞透彻了），都是不可能的，总有些云山雾罩的东西让我感觉在吃木头渣子一样。读这本书的时候呢，因为作者把前因后果都交代清楚了，那么大部分的小节“居然”能读懂，这就给了我强烈的信心：电机的理论本身是能够被人所理解的。这本书的第二个优点是说：数学工具很基本，稍微上点档次的数学工具居然只有拉普拉斯变换，对于我这样自诩为“拉普拉斯变换之王”（当然，这是非常夸张的说法，我只是比较熟练）的人而言，有点如鱼得水的感觉。第三个优点是：细节问题处理得非常仔细。比如说，如果求解过程中需要求解一个四阶非稀疏矩阵的逆，那么在书中一定会把这个逆矩阵的每一个元素都仔细地写出来；比如说需要求解一个五阶系统的特征值的时候，五个特征值的解析表达式全部都写出来了（虽然全是近似的）；比如在讨论一个包含三台发电机的电网的时候，居然把每个发电机的方程、每个变压器的方程，每条线路的方程，每个负荷的动态方程都写在纸上，每个变量的上下标也标得清清楚楚。我过去没有，现在也没有遇到过任何的专著或者论文能够把细节处理到这么仔细的地步的，包括高景德的学生（比如四大弟子之类的）。第四个优点是：讨论问题非常广泛，并不局限于电机本身。比如说，电力系统的小扰动稳定和功角稳定问题，带有电力电子装置的电机运行，居然都在书里被讨论了。跟随高景德先生一起体验整个电力系统建模的过程，这种感觉真是太好了，比参加数学建模竞赛还要爽（竞赛的时候肯定没有时间把每个细节都推敲清楚）。
缺点：第一缺点是：严重的缺乏数值例子。整本书中没有一个完整的数值例子，导致书中断言说参数A远远大于参数B的时候，我总是抱着狐疑的态度，非得在后面要提到的《Power System Stability and Control》去找个算例核对一下，当然，核对的结果总是令人惊讶的准确。第二个缺点是：讨论问题缺乏范式，这一点做得不如后面要提到的《交流电机动态分析》，基本上讲，这本书中不同小节讨论问题采取的步骤是不一样的，非常灵活，很难给读者留下一套固定的解决问题的流程。第三个缺点是：确实有点老了。比如：对于稳定性的分类跟今天主流的分类方式已经大不一样，很多这几年讨论得热火朝天的概念没有提到（例如矢量控制）。总的来说：这本书作为学习电机的入门书是出类拔萃的好（至今有师弟师妹找我辅导电机理论的时候我都毫不犹豫地使用《电机过渡过程的基本理论及分析方法》，就像长征路上中革军委要是遇到麻烦就会毫不犹豫地使用干部团或者红四团一样），但是不能苛求这本出版于上世纪八十年代初的书能跟踪三十年后电机理论最新的发展。
(b)  汤蕴缪先生的《交流电机动态分析》
优点：第一，这本书很多论述是从能量角度出发的，这是一种很别致的方式，比如说要求解电磁转矩是多少，居然是干脆利落的把磁场能量对转子位置角求导。这种做法背后的原理应该是Hamilton力学之类很深刻的理论。第二，这本书形成了自己讨论问题的范式。这本书的范式基本上是这样的：每讨论一种电机，先列出在某种坐标系下的磁链方程，再列出电力方程，再列出转子运动方
程，再标么化，再换一种坐标系把这套流程再走一遍。等到所有的坐标系都被讨论过了，就开始一个一个的讨论各种稀奇古怪的过渡过程，每种过渡过程的讨论流程是：如果描写这种过渡过程的数学模型在某个坐标系下具有线性定常的性质，那么就在这个坐标系中分析问题，并给出解析解；如果描写这种过渡过程的数学模型在任何坐标系下都不具有线性定常的性质，那么给出一组电机的参数，绘制仿真曲线，从曲线中归纳出这种过渡过程的性质。这种范式的好处是：所有的论述都是按照一个统一的框架整理好的，读者一旦熟悉了这种范式，仅读了全书的一半也能猜出剩下的一半要讲什么。第二，坐标变换在这本书中被详细地进行讨论。对于坐标变换，我能想到的和我所想不到问题的都在这本书里得到了充分的、详细的分析，我觉得这是这本书最大的亮点了。本科学非对称短路电流的计算，120变换学得天花乱坠，云里雾里，也搞不清楚任何细节；高景德先生的书在坐标变换的问题上是现上轿现扎耳朵眼，不断地提出一些令人耳目一新的论断，接着不断地去证明，就跟过山车一样。这本书好就好在，在第一章就从容的把坐标变换讨论透彻了，后面的章节放心地去采用第一章的结论就好。第三，异步电机稳态等值电路在这本书里被漂亮的推导了出来。这也是一个很头痛的老问题了，因为异步机转子和定子上电流频率不一样，我从本科的时候就一直搞不清楚为什么在异步电机稳态等值电路里，转子和定子的电流频率是一样的。第四，给了若干个数值例子，配上仿真曲线，很直观。第五，参考文献从上世纪20年代一直延续到本世纪初，把交流电机理论进行了非常全面的梳理；好像提到了一个很有意思的结论就是说：利用张量分析的方法（好高端），证明所有的交流电机模型都很变成派克-格列夫方程。
缺点：只有一个：细节处理的比较粗糙，比如说采用和《电机过渡过程的基本理论及分析方法》一样的模型来算三相短路电流，愣是比高景德少得到了一个时间常数。
(c)  Kundar先生的《Power System Stability and Control》
优点：第一：把如何得到标么值系统的方程讲清楚了。第二，这本书作为一本电力系统中的专著（而且毫无疑问是最牛的专著），而不是电机理论的专著，花了巨大篇幅来讨论电机的数学模型，非常深刻地反映出Kundar作为北美电力系统理论牛人的眼光。当然，这本书主要还是专注于电机模型在电力系统稳定性分析中的应用。第三，给出了无数经典的数值例子，有些现在都成了标准算例了。
缺点：只有一个：受美国人那种实用主义方法论的影响，好多本可以求得近似解析解的问题，居然只给出仿真曲线就算了。

engine

完全赞同楼主说的，明明很简单的事就是不讲清楚了。

Irving

大略看了电机过渡过程的基本理论及分析方法的pdf，感觉这本书全程高能。。
最近在学电机学，赶紧在孔夫子下单了。。嘿嘿。

皮卡丘不会打乒乓球

念过汤的书写的不错，自己手工推导过一遍。电机磁场理论的基础入门必读书。

大连侃爷

建议读一下英文书，可以在完全不借助任何外力下读懂一本书。