芻議交流電與磁的關(guān)系

杜鴻博，陳 健

(佳木斯水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江佳木斯154002)

提起交流電，大家都不陌生，他就在我們身邊。說到磁人們也都很熟悉，在《電機(jī)學(xué)》中，涉及到這樣一個(gè)基本關(guān)系式:

式中:V為電壓;E為感應(yīng)電勢(shì);f為交流電頻率;N為線圈匝數(shù);Φ為磁路磁通。

由此，我們還可以寫出磁路中的歐姆定律:

式中:I為線圈匝數(shù);Rm為磁路磁阻。

U≈4.44fΦN雖然是一個(gè)近似關(guān)系式，但它是一個(gè)非常重要的關(guān)系，在理論和實(shí)踐中卻沒有得到應(yīng)有的重視。

1 修電視和變壓器時(shí)不能減少繞組匝數(shù)的原因

變壓器油變比U1/U2=I1/I2，有人認(rèn)為只要核算好電流密度，就可以在增加繞組線徑的條件下減少繞組匝數(shù)。根據(jù)U≈4.44fΦN，f不變，N減少，Φ將增加，Φ增加運(yùn)行時(shí)鐵損將增加，若鐵芯中磁通密度由于Φ的增加而進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出將達(dá)到不定額值。電機(jī)與變壓器原理相同。

2 電流互感器副邊不能開路的原因

電流互感器副邊不能開路。大家都知道，原因還得用U≈4.44fΦN解釋。副邊電壓U2≈4.44fΦN2，其中Φ是由原邊安匝I1N1和副邊安匝I2N2共同產(chǎn)生的。而I2N2是去磁磁勢(shì)。所以電流互感器副邊一旦開路，由于去磁磁勢(shì)不存在，根據(jù)磁路中的歐姆定律，Φ比劇增，又據(jù)U≈4.44fΦN，U2也劇增，其結(jié)果是感應(yīng)出高電壓。所以電流互感器使用時(shí)二次線圈一端及外殼均要可靠接地。

3 繼電器、交流接觸器的線圈會(huì)燒壞的原因

有人認(rèn)為，若電源電壓正常，繼電器、接觸器的線圈不易被燒壞?？蓪?shí)際中此電器的線圈卻常被燒壞，單純認(rèn)為是其質(zhì)量不好卻也過分。其實(shí)如果繼電器、接觸器的觸頭變形、脫出，觸頭或動(dòng)鐵蕊與靜鐵蕊間有異物等都會(huì)使線圈通電后鐵蕊不能吸合，時(shí)間稍長(zhǎng)，線圈將被燒壞。

由關(guān)系式知，若電源電壓不變，磁路中Φ也不變，由于磁路中長(zhǎng)期存在一空隙，通電后若動(dòng)鐵蕊不能吸合，就使磁路磁阻較正常通電后大許多;再根據(jù)磁路歐姆定律:Φ不變，Rm增大，I也將增大，當(dāng)超過線圈額定電流時(shí)間稍長(zhǎng)，線圈將燒壞。

若電源電壓高于繼電器，接觸器線圈的額定電壓，將導(dǎo)致線圈激磁電流增加，據(jù)關(guān)系式，又將導(dǎo)致磁路磁通Φ的增加，其結(jié)果是銅損鐵損都增加，線圈會(huì)因過熱而燒毀。

若電源電壓低于線圈的定額電壓，即導(dǎo)致Φ也低，有可能使電磁力小于彈簧的機(jī)械彈力而使鐵蕊不能吸合，線圈也會(huì)被燒壞。

本人曾有過親身體驗(yàn)，一電動(dòng)機(jī)用CJ10—20型接觸器控制，線圈電壓380 V，因主觸頭間有異物而使線圈燒壞。手頭有一線圈(當(dāng)時(shí)沒有注意其額定電壓)，于是清除異物用其換掉被燒壞的線圈，工作正常電動(dòng)機(jī)可以起動(dòng)，可用了不久線圈又被燒壞，經(jīng)查動(dòng)鐵蕊及觸頭間無異物，動(dòng)鐵蕊活動(dòng)自如，細(xì)看線圈上的銘牌，原來其額定電壓為220 V，因而導(dǎo)致線圈再次被燒壞。換一額定電壓380 V的線圈，接觸器恢復(fù)正常工作，一直至今，沒有發(fā)生線圈燒壞的現(xiàn)象。

4 關(guān)系式在電機(jī)維修及繞組重繞絕緣漆烘干中的應(yīng)用

電機(jī)在受潮或更換了繞組等都要進(jìn)行干燥處理。若無適當(dāng)?shù)暮娓稍O(shè)備，則可直接給定子線圈通電來干燥。即取出轉(zhuǎn)子，給定子繞組通以低壓流電，使繞組發(fā)熱而達(dá)到烘干目的。原理是:轉(zhuǎn)子抽出磁路磁阻劇增。由U≈4.44fΦN要維持Φ有適當(dāng)?shù)臄?shù)值，則必須用低壓交流電。操作是最好用電流表監(jiān)視繞組電流，使之不超過1.0～1.2倍的額定電流。烘干時(shí)用單相調(diào)壓器調(diào)壓，三相繞組并聯(lián)后再加額定電壓的10%左右。三相繞組也可串聯(lián)，但適當(dāng)提高電壓，也可采用三相繞組串連接220 V電源，斷續(xù)供電法烘干。

另外，還可用另一方法烘干:將轉(zhuǎn)子取出，在定子鐵蕊上繞以激磁線圈。線圈通入單相交流電，定子鐵蕊中將產(chǎn)生感應(yīng)磁通而使鐵蕊發(fā)熱達(dá)到目的。使用該方法時(shí)，一般設(shè)定鐵蕊中磁通密度B=0.9 T左右，則鐵蕊磁通Φ=BS=0.9S(S－鐵蕊截面面積m2)。根據(jù)U≈4.44fΦN關(guān)系式可計(jì)算激磁繞組所需匝數(shù)。

若使用時(shí)覺得電流過大，可適當(dāng)增加激磁繞組匝數(shù)。

以上使用交流電與磁的基本關(guān)系式U≈E=4.44fΦN解釋一些在電工中遇到的現(xiàn)象，及對(duì)其應(yīng)用。當(dāng)然，他的“功勞”還很多，我們還要加深對(duì)其的理解和使用，以便更好地使其為人類做貢獻(xiàn)。可見一個(gè)基本的電學(xué)關(guān)系式就會(huì)給我們帶來無限的方便，從而更激發(fā)我們學(xué)習(xí)與實(shí)踐結(jié)合的興趣，以便更好地為我們的明天喝彩。

[1]陳正岳.電工基礎(chǔ)[M].北京:水利電力出版社，1987.

[2]張喜玲.繼電器與繼電器保護(hù)裝置的實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[S].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.