电感负载与能量不守恒（二）
电感是储能元件并不消耗能量，通过电感的电流落后加在其上的电压90°，电感“消耗”的功率是无功功率。在直流供电系统中，如果负载是电感（理想状况，实际状况是电感+电阻），由于电感的储能作用，通电以后就会在电感中储存有磁场能量，为使电感能持续地工作下去，就必须将电感储存的磁能转移出去，于是，就在电路里设置了让储存在电感里的磁场能量返回“电源”的回馈路径，或者是在电感上反并联一只二极管构成电感的自身续流通道，同时还要有转移能量的时间。
以上所述是众所周知的，这就引出一个问题：这个“电感储存的能量”算什么呢？电源供出的能量又回馈给电源，“能量守恒定律”还成立吗？
能量守恒定律是经典物理学的“铁律”，不遵循“能量守恒定律”，许多物理推断都推不下去。因此也是经典物理学的“高压线”，谁碰这根高压线谁就有制造“永动机”的嫌疑。但是用“能量守恒定律”是解释不了“电感储存的能量”算什么这个问题的，也就使得许多问题找不到答案变成荒谬的悖论。下面进一步分别论述。
一、单相全桥电压源逆变电路：以上见前文。
二、家用电磁炉
家用电磁炉是单管并联谐振型变流器，通过它的电磁线圈的电磁感应将能量传给副边的负载（电阻负载）。
据资料介绍，家用电磁炉的电磁线圈的电阻为0.6欧姆，如果家用电磁炉工作在谐振状态，负载特性是电阻性的，按220V计算，2000瓦时的平均电流为9.09A，线圈电阻上的热消耗（有功消耗）为50瓦（2.5%），副边反射到原边的阻抗为约23.6欧姆消耗97.5%的有功功率。将副边的阻抗反射到原边去消耗有功功率的本质是电磁线圈通过电磁感应将无功功率传递到副边变成有功功率，这是用“能量守恒定律” 牵强附会的解释。
翻开JJF 1261.3——2010，“家用电磁灶能源效率标识计量检测规则”，能源效率等级1级热效率达到90%，有些文章介绍按照这个标准的测试程序测定的热效率，在2000 W功率时测得的热效率达到大于93.4%。笔者按照上述标准程序，粗略地测了，热效率达到大于83%，高于能源效率等级5级。这应该说是符合“能量守恒定律”的，而且热效率很高。
电磁炉是一个整体是毫无疑问的，但是被分成电和磁两个部分进行研究，各说各的话，各唱各的调，并不统一。电磁炉的磁系统是一个开放的磁路，磁路是通过空气然后闭合的。在约翰.戴维斯所著的《感应加热手册》1985 版中，p54页说到：“感应圈和在非磁性状态下线圈与负载的固有功率因数是0.6~0.7，完全是空气隙使它减小到0.13。”反过来看，前述及的大于83%的热效率简直就是天文数字。
用电磁仿真计算软件ANSYS，对电磁炉的磁路简化建模进行有限元数字计算，未计及电磁线圈盘下面的磁条，其静态磁场如下图。
[电磁炉——静磁分析]
线圈盘内径20mm，外径230mm，厚度3mm，截面积s=115*3=345mm2=3.45E-04，匝数N=25，
铁锅厚度0.5mm，直径280mm，间隙1mm。
激励电流20A，NI=500AT，J=1449275A/m2
Hmax=5812 A/m Bmax=0.203961 T
在包含空气、电磁线圈和铁锅的系统中，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 )
空气 1. 1559. 0.71814E-02 90.5% Linear Isotrp. . .
线圈 2. 866. 0.58066E-03 7.3% Linear Isotrp.
铁锅 3. 187. 0.17141E-03 2.16% Nonlin. Isotrp.
_____________________________________________________________________
T O T A L 2612. 0.79335E-02
其中，空气中包含的能量占到了90.5%，而铁锅里的能量只有2.16%。
虽然有线圈盘下面的磁条的集流作用提高了电磁炉的实际效率，但也不至于就从2.16%提高到83%，甚至是93%以上。
从家用电磁炉的电路工作原理看，结构是“单管并联谐振”，如下图。
当IGBT导通时，电感和电容同时通过电流，电源供给能量。而当IGBT关断时电源停止供给能量，电感和电容进行谐振，电场和磁场能量互相交换，由于有电流在电感中流动，通过磁场就有能量传递给铁锅。姑且暂将这部分由电磁作用产生的能量称之为“电磁能”，正是由于电磁能使电磁炉的电部分的效率超出了100%，弥补了磁部分的低效率，使整个电磁系统的总效率达到那么高的水平。这更进一步说明，能量守恒定律在电磁学范畴是不成立的。
附图未能粘贴上，欲看图请下载题头word文件。未完待续。
