MFCG种类繁多,工作方式多样,使用领域广泛。然而,人们对其概念和具体方案的认识仍然模糊,也还没有统一的名称,影响了其技术进步和军事应用。本文从空间电磁场模型和电路模型两个角度给出了MFCG规范的定义;探讨其基本的工作原理,总结了它区别于普通发电机的根本特征;对现有的和可能的19类MFCG方案进行了系统分类并分别讨论了各类型的技术特征。空间电磁场参量的MFCG定义从空间电磁场出发,如果外力F(t)作用于导体使闭合回路所围磁力线的截面积迅速减小,则由于良导体的瞬时抗磁性,导体包围磁场的磁力线密度B(t)相应增大,空间磁场能量EB(t)也相应增加,如果所增EB(t)以电能形式带动负载即为MFCG.简单的说,MFCG就是通过压缩磁场所占空间体积来获得更大的磁力线密度和磁场能量的过程。
举例来说,对于截面积为S(t)=R2(t)的理想,内有磁感应强度为B(t)的匀强磁场,则磁能密度=B2(t)/2、磁力线间的横向压强力(斥力)密度<16>f=B2(t)/2.这样当外力迫使螺线管迅速变细时,一方面由于良导体的瞬时抗磁性,磁感应强度将变大,磁能也相应变大;另一方面,外力克服磁力线间的斥力运动而做功。具体地,理想螺线管变细包括两种情况,分别对应于磁通和磁通匝链数守恒这2种典型的MFCG工作原理。在电阻可以忽略的理想条件下,电流表达式变为L(t)I(t)=L(0)I(0)即磁通(匝链数)守恒。或者说,欧姆损耗为零的理想条件下有磁通(匝链数)守恒,即电感减小则电流放大、磁能增多。MFCG的电路模型精确、严谨,有助于模拟计算其详细的工作过程。
两种MFCG定义的一致性电磁场模型的MFCG定义较直观,为磁场所占体积减小、磁感应强度变大的过程。回路模型的MFCG定义较严谨,为电感减少、电流放大的过程,二者是一个事物的两个方面,必然存在一致性。磁力线的存在和包围(或环绕)这些磁力线的导体电流之间有必然的对应关系,即毕奥萨伐尔定律B=(0/4)%IdI&r^/r2,回路模型的自感系数L(t)本身就是空间参量的函数。对于理想螺线管,B=nI,自感系数L=n2V,磁场能量的空间参量表达式EB=B2V/2和电路模型表达式EB=LI2/2也是一致的。
MFCG的根本特征从上述两种定义出发,得到MFCG区别于其它类型发电机的根本特征:1)从应用角度出发,负载电阻、电感等特性参数相对于绕组参数均较小,甚至相差一个以上数量级;2)不论种子磁通采用何种方式(永磁铁的磁场、超导磁体的磁场、恒定电流磁场、缓变磁场、脉冲电流的磁场),MFCG工作过程中磁场主要由励磁电流引起;3)回路电流充当励磁电流,且呈现指数上升;4)回路电阻较小,其欧姆损耗远小于回路磁能的存储;5)MFCG只能以脉冲方式工作;6)从直观角度,MFCG过程伴随着磁场所占据空间体积和电感的减少。这样,MFCG与连续工作方式的普通发电机相比,有明显的区别:1)MFCG负载参数与绕组参数极不匹配,绕组参数远大于负载参数,而普通发电机负载与绕组参数相匹配;2)MFCG励磁电流即负载电流近指数上升,而普通发电机的励磁电流一般近恒流,且与负载电流相隔离;3)MFCG只能以脉冲方式工作,普通发电机则无此限制;4)MFCG功率极高,而同样体积和重量的普通发电机功率较低。
空间电磁场角度的MFCG是通过压缩磁场空间体积使磁力线密度变大的过程;电路模型的MFCG是通过减少电感以获得放大电流的过程。