田1-13阿路间的互感 所示。该避链与电流I:的比例系数为 (1-28) 式中：M:称为同路1对回路2的互感。同理，回路2对回路1的互感为 Ma= (1-29) 其中中，和Ψ，均是互感磁链，下标中第一个数字表示磁通所穿过的回路的代号，第二个数 字表示产生磁通的电流回路。和式(1-刀)相似，可以写出互感的表达式 M=心9L4L=NN t 4::心g4NN (1-3) 由图可见A1,等于A,所以互感M1,与M是相等的。 参香图1-13,1，所产生的磁通可看成由两部分组成。一部分为互磁通中4，它既匝链N, 亦匝链N+另一部分为中，它只匝链N,。称D1为回路1的漏磁通。令，为11产生的 总磁通，即有 ①E口Φ，+中。 与其相应的磁链关系有 (1-31) Ψu=Ψ1+Ψe1 与漏磁通相应的电惑称为漏电感，为 (1-32) 1 (1-33) 同理，回路2的湘电忠为 号 (1-34) 当线图流过正弦交流电时，线围电感的作用常用相应的电抗来表示，图1-2中的电压、 电流由有效值表示，不计线圈的电阻时，则存在下列关系 马=oL=K (1-35) 17
:中：、，队为线圈的电抗。在分析电机、建立电机的数学模型时，电机的电抗是一个非常 不要的参数 电机的电抗非常复杂。因为电感（电抗）与磁场的介质的磁导成正比，而电 领为宁破材料的特性为非线性，饱和程度不同时、相应的胜导亦不同，所以电机的电抗与 过规磁路的他和有关。另一方面，参君图1-12和图1-13，磁通中、中。1和0，：实际上并不 一节链全部N,:小，：和：，亦不一定匝链全部N。普遍说来磁链表示式应为 (1-36) 中：、，：是同路1的某一部分匝数，中，则为与N,相匝链的那一部分磁通，可见电机的 电票电抗)与电机的电、磁结构有关还有，在分析电机时，为了方便，常将电机中随时 印家间而变化的做通，看作为多个磁通所合成，于是对应不同的磁通又将引出多种不同 电梵总之，电抗是各种电机的一个重要参数，要章捐电机，必需对电机的各种电抗有充 ÷的认识.在今后的学习中必高加以重视。 十，电磁感应定律 设有-一线图位磁场中，别该线图的总共避链数如下式所示 IN., 当该线腰中的磁链Ψ发生变化时，线圈中将有感应电动势（简称电势）产生，感应电势的 数信与线图所匝链的胜链的变化率成正比。感应电势的方向。将倾向于产生一电流，如电 流能流通.该电流的磁化作用将阻止线图的磁链发生变化。若电势、电流和磁通的正方向 取得一致。如用11所示，即电流的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋定则，正电势倾 以「在生「电流，刚感应定律用数学式表示时为 。 (1-37) 必通指出，在建立上式时，各电磁量的正方向概念十分重要。其基本物理概念是：线 图中的感应电势将倾向于阻北线圈中磁链的变化。 设所有的磁通部匝链线图的全部匝数N,则式(1-37)便化为 e=-Ndo (1-38) 中：的单位是Wb,的单位是V, 线西中磁链的变化。可能有以下两种不同的方式。 :1)脸通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身随时间在变化着，这样产 牛的电势称为变压器电势。 (?)磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈中磁链的 变化，这样产生的电势称为运动电势成速度电势。速度电势的大小可用另一种形式来表示， 形象的说法是：当导体在磁场中运动而切割磁力线时，该导体中将产生速度电势，且为 e云B1B (1-39) 式中：/为导体在磁场中的长度、m:B为导体切制到的蓝通密度，T:D为导体运动线 速度，ms:e的单位为V,式中B、1、。三个物理量需互相垂直，其间方向关系可用 右手定则确定
7。> 图1~电流、电势和猫通的正方向 因1-15右手定则 十一、电磁力、电磁转矩 设有一导体位于磁场中，用外力F加于导体使其以速度·运动、外力对导体作功。导 体在磁场中戴切胜力线，导体中便产生感应电势=Bl0。若导体外接至适当负载电阻构 成闭合回路，则将有一电流t顺着感应电势方向流向负载，输出电功率p=1。如略去各种 损耗.，根据能量守恒定律，加于导体上的机械功率输入与电功率输出应相等，即 Fo=ei =Bloi (1-40) 由于导体以恒速·运动、那么在导体上除外施机械力F外.必然有另一与之相平衡的 力作用普，这就是载流导体位子磁场中时，导体上所受到的电磁力F,它的表达式为 F。=F=B1i (1-41) 在上式中，如B的单位为T,1的单位为m、1的单位为A,则F的单位为N。以上现象 说明了发电机基本作用原理。 位于碰场中的载流导体所受电磁力的方向可以很形象地按左手定则确定，参看图116， 将左手伸开，使磁力线指向手心.大拇指在手掌平面中与其它四指形成9°角，如其它四 指指向导体中电流的方向，则大拇指指向导体所 受电磁力的方向 若从外电源向位于磁场中的一导体送入电流， 则该导体上也将受一电磁力F。=Bi,在电磁力作 用下，导体将沿着电蓝力的方向运动，这说明了电 动机的基本作用原理。 各种电机的运动都系旋转运动、设所研究的导 体位于电机的转子上，如把导体上所受到的电磁 力，乘以从导体至旋转轴之间的距离，便得电磁转 矩T,即 T=Blir (1-42) 式中：T为电磁转矩，Nm:?为转子的半径，m: 其它量的单位如前。 图.1-16左手定则 19
十二、电机的可逆性原理 从上述的位于磁场中一根导体的发电机基本作用原理和电动机基本作用原理，可以进 一步理解：如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中作用产生悠应电势可输出 电功率：如在电机电路中从电源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转而输 出机械功率。也就是说。任何电机既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行，这一 性质称为电机的可逆性原理。 必须指出。虽然功串转换的可逆性是一切电机的普遍原理，但在实用上是有所偏重 的。例如：女用的交流发电机椰是同步发电机，实用的交演电动机以异步机为最多。同一 品种的电机，也将根据它在正常情况下用作发电机或者电动机，而在设计上和制造上有不 同的妥求。 已经知道：只要导体截切磁力线，在导体中便有惑应电势产生：只要位于磁场中的导 体有电流流通，在导体上便会有电磁力作用。这样，不论该导体采用作发电机或电动机， 感应电势和电磁力都同时作用于导体。 当导体中的惑应电势e大于外接电路的端电压“时，电流1顺电势e的方向流出、电 功率便从导体物出。同时、截流导体上也受到电磁力F。作用，根据左手定则可知，这一电 磁力的方向与导休运动方向相反、具有阻力性质，为外施机械力所克服。星然。在这种情 况下，机械功率由外界输入给导体，导体作发电机运行。也就是，发电机作用表现在外 电动机作用隐蔽在内，被掩盖了的电磁力称为发电机的电磁阻力。 反之，若外电路端电压“大于感应电势，则电流1逆电势e的方向流入、电功率自 外电源向导体潮入。载流导体受作用在其上的电磁力F,的驱使，顺电磁力方向运动，这时。 导体作电动机运行。电动机作用表现在外，而发电机作用隐蔽在内，被掩盖的电动势称 为电动机的反电势 换言之，就是我们不应忘记在发电机中也有电磁力。在电动机中也有感应电势。发电 机和电动机不应视为两种截然不同的电机，而只是同一电机的两种不同运行方式。 第五节电机的制造材料 电机的技术经济指标在很大程度上与其制造材料有关。材料的改进使电机不但有较好 的性能，而且有较小的尺寸。正确地选择磁性材料和绝缘材料、在设计和制造电机时极为 重要。同时，在选择林科时，又必须保证电机的各部分部有足够的机械强度，即使在按技 术条件所允许的不正常运行状态下，也能承受较大的电磁力而不致损坏。 一台电机所用的各种材料的功用，不外平下列五种：导电、导磁、绝缘、热和机 支撑。 铜是最通用的导电材料，电机中的绕组一般都用铜战绕成。电工业上用的标准铜， 在温度为20℃时的电阻率为17.24×10-2·m,即长度为1m、截面积为1mm2的铜线、其 电阻为17,24×10~'2、相对密度为8,9.含纯铜量99.9%以上。电机绕组用的导体是硬拉后 再经过退火处理的。换向片的铜片则是硬拉或轧制的。 名
铝的电阻率为282×1092·m,相对密度为2.7，作为寻电金属铝的重要性仅次于制 铝线在输电线路上应用很广，但由于容积较大，在电机中尚不能普遍使用，而鼠笼式异步 电动机的转子绕组则常用铝浇铸而成。 黄铜、膏铜和钢都可以作为樂电环的材料。 碳也是应用于电机的一种导电材料。电刷可用碳一石墨、石塑或电化石坠制成。为了 降低电剧与金属乎体之间的接触电阻，某些神号的电刷还要镀上一层厚度约为0.05mm的 。碳酬的接触电阻并不是常数，随普电流密度的增大而减小。每对电刷的接触电压降随 着电刷的牌号而略有不同。 钢铁是良好的寻磁材料。铸铁因导磁性能较差，应用较少、仅用干截面积较大，形状 较复杂的结构部件。各种成分的铸钢的导磁性能较好、应用也较广。特性较好的铸钢为合 金钢，如镍钢、镶铬钢，但价格较费。整块的钢材，仅能用以传导不随时间变化的磁通。 如所导础通是交变的，为了减小铁芯中的阀流损耗，导磁材料应当用薄片铜，称为电 工钢片。电工钢片的成分中含有少量的硅，使它有较高的电阻，同时又有良好的磁性能 因此，电工钢片又称为硅钢片。随着牌号的不同，各种电工钢片的含硅量也不相同，最低 的为08%，最高的可达4,8%，含硅量愈高则电阻愈大，但导磁性能也略差。在近代的电 机制造工业中，变压器的铁芯愈来愈多地应用冷轧钢片，冷乳钢片有较小的比枫耗，且有 较高的登导率。 电工钢片的标准厚度为0.35、0,5、1mm等。变压器用较薄的钢片，旋转电机用较厚 的钢片。高频电机需用更蒋的锅片，其厚度可为0.2、0.15、0.1mm。钢片与钢片之间常涂 有一层很得的绝缘漆。一叠钢片中铁的净长和包含有片间绝缘的叠片毛长之比称为叠片因 :,对于表面涂有绝缘漆，厚度为0.5mm的硅钢片来说，叠片因数的数值约为0.93~0,95。 导体与导体间、导体和机壳或铁芯间，都必须用绝缘材料隔开。绝缘材料的种类很多， 可分为天然的和人工的、有机的和无机的、有时也用不向绝缘材料的组合。绝缘材料的寿 命和它的工作温度有很大关系。随着时间在热的作用下，绝缘材料会逐渐老化，也就是说， 会逐渐丧失其机城强度和绝缘性能。为了保证电机能在足够长的合理的年限内可载地运行， 对绝像材料都规定了极限容许温度。绝缘材料可分为下列七级，见表1-1。 表1-1 绝缘材料的薄级 E BF 15180 表中绝缘级别的符号及其极限容许温度是由国际电工技术协会所规定的。 O级绝缘为未用油或漆处理过的纤维材料及其制品，如棉纱、棉布、天然丝、纸及其 它类似的材科。此种绝缘耐热能力较低，在电机上现已不用。 A级绝嫌为经过油或树脂处理过的棉纱、棉布、天然丝、纸及其它类似的有机物质。 整个绕组可先用袖或树脂浸透，再在电烘箱中烘干，此种手续称为漫渍。纤维所含的气