载流线圈之间通过彼此的
磁场相互联系的
物理现象称为
磁耦合。根据两个线圈的绕向、磁感电流的参考方向和两线圈的
相对位置,按右螺旋法则确定
施感电流产生的
磁通方向和彼此交链的情况,如概述图所示:线圈L中电流穿越自身所产生的
磁通链为Q11,即
自感磁通链;Q11中的一部分或者全部交链线圈K时产生的磁通链为Q21,即
互感磁通链;同样线圈K中的电流产生的自感磁通链为Q22和互感磁通链Q12,这就是彼此的耦合情况。
定义
耦合线圈中的磁通链等于自感磁通链和互感磁通链两部分的代数和,则线圈L和K中的磁通链分别为:
Q1=Q11+/-Q12 Q2=Q22+/-Q21 ....................................................(1)
当周围空间是
各向同性的线性
磁介质时,每一种
磁通链都与产生它的施感电流成正比即自感磁通链
Q11=i1*L Q22=i2*K .....................................................(2)
互感磁通链:
Q12=M12*i2 Q21=M21*i1 .....................................................(3)
上式中M12和M21称为
互感系数,简称互感。互感用符号M表示,单位为H,M一般为正值。可以证明M12=M21,所以当只有两线圈(电感)有耦合时,可以略去M的
下标,即可令M=M12=M21。
所以(1)又可以写成:
Q1=L*i1+/-M*i2 Q2=K*i2+/-M*i1
变压器同名端定义的理解:
电路图中用圆点表示变压器的同名端。若初级和次级绕线方向一致(规定在矩形铁芯的两个
对边分别绕制初级和次级,开始绕线时,两导线皆从
观察者视角穿入铁芯为绕线方向一致),则两线圈绕线的起始端互为同名端,两线圈绕线的终止端也互为同名端。
联系
上式表明,
耦合线圈中的
磁通链与
施感电流成
线性关系,是各施感电流独立产生的磁通链叠加的效果。M前的
正负号说明磁耦合中,互感作用的两种可能性。
正号表示
互感磁通链与自感磁通链方向一致,称为互感的“增助”作用;
负号则相反,表示互感的“削弱”作用。为了便于反映“增助”或“削弱”作用和简化图形表示,采用同名端标记方法。对两个有耦合的线圈名取一个端子,并用相同的符号标记,如小圆点或“*”号等。这一对端子称为“同名端”。若规定:一次线圈首端标为L1,末端为L2。二次线圈首端标为K1,末端为K2。
接线图中,L1和K1、L2和K2均称为同名端。当一对施感电流I1和I2从同名端流进(或流出)各自的线圈时,互感起增助作用。如果电流I1从端子L1进,而电流I2从端子K1出,则互感将起削弱作用。引入同名端的概念后,两个耦合线圈可以用带有同名端标记的电感L和K来表示。两个有耦合的线圈的同名端可以根据它们的绕向和
相对位置判别,也可以通过实验方法来确定。
判别
在变压器、
互感器中,
一次侧与二次侧存在着同名端的关系,预试验收规程严格要求投运前和检修后,一定要进行
极性试验。同样,在三相电机中,如果把同名端一接错,就会产生大问题,
三相电流在电机中形成不了
旋转磁场,电机不但不能正常运转,而且三相电流严重不对称,对电机影响很大,导致
发热甚至烧坏电机。相反,只要同名端不接错,三相电流通入,电机只存在正转与反转的差别(电压为电机的
额定电压和频率),只要把AB(或BC、CA)二线交换一下,电机就会按要求正常运行。因此,
三相电机的同名端测试非常重要。
先用
万用表电阻档测出三相
绕组的A1、A2,B1、B2,C1、C2。再把三个不同绕组的线头(如A1、B1、C1)联在一起,然后把另三个不同绕组的线头(如A2、B2、C2)也联在一起。接着用万用表的毫安档(直流)把 (A1、B1、C1)联在一起的头和(A2、B2、C2)联在一起的头进行搭接 ,同时用手把电机的转子转起来,看
毫安表的指针是否摆动。若有较大摆动,先把A1与A2对换一下,再试一次;若还是有较大摆动,先把A1与A2换回来,再把B1、B2(或C1、C2)对换一下,再试一次; 若还是有较大摆动,先把原来换过的线头换回来,再把未换过的二线头对换一下,直到转子转动时,毫安表只有微小摆动,那是连在一起的头是三个同名端(另三个也是同名端)。
由于三相电机的三个绕组只在绕组位置的布置上相差120°/极对数,所以三个绕组的电气参数基本一致。此外,三相电机的转子有一定的
剩磁,在转子转动时,三个绕组上就会产生
感生电动势,产生感生电动势为:
Ua=Em*sin(εt+φ)
Ub=Em*sin(εt+φ-120)
Uc=Em*sin(εt+φ+120)
如果把X、Y、Z连在一起,把A、B、C也连在一起,再用毫安表测(X、Y、Z)流向(A、B、C)的电流,设三个绕组的
电抗与毫安表的电抗合成为Z,则 I=0,如果有一相同名端接反,设为A相接反,则:
I=2Em*sin(εt+φ)/Z
由于手去推动转子转动,它的比较小,因此毫安表会出现摆动。同样B相或C相同名端接反,流过毫安表的电流为: , 同样会产生指针摆动。
3.主要结论
如果电机的同名端已明确表明,把X、Y、Z与A、B、C连起来,再测其流过毫安表的电流,这时指针摆动越小的电机,其三相电气参数的
对称性越好。
判定
所谓变压器的同名端,就是在两个绕组中分别通以
交流电(或者
直流电产生静止磁场),当
磁通方向迭加(同方向)时,两个绕组的电流流入端就是它们的同名端,两个绕组的电流流出端是它们的另一组同名端.
简单判断方法如下:将变压器的两个绕组并联,再与一个灯泡串接在
交流电源上.这个交流电源的频率要与变压器
磁芯相适应,
铁芯变压器用工频,
开关变压器用开关电源供电.调换其中任一绕组的两个头,并好后与灯泡相串通电.比较两种接法时,会发现亮度不同,亮度较暗的那一种接法,变压器相并的
端子即是同名端.
在变压器中
一次绕组和
二次绕组按照同名端的接法
输出电压较小,反之亦然