谈谈知物性

谈谈知物性
——说说电感的属性

物性一词，在物理学上，称为物理性质；从字义上理解，可认为是物质或某物体的本质或属性，或特性；用老百姓的俗话说，是人有人的脾性，物有物的脾性，人、物不同，而脾性各异。
如水的物性：即无色、无味，有流动性和消溶性，饮之能解渴，并可溶解糖，做成糖浆等。知道了物的脾性，才能更好地使用、驾御和利用之。一个用马儿拉车和犁地的人，如果深通马的脾性，他用的马就成了有福的马了，不用鞭挞，也能很好地干活。而在外人眼里看来，这个人很会使马，或者他的马真听话。而这仅仅是，这个人知马性或者说通马性而已。
无生命的，不会动的物体或称元件，器件，也各有各的脾性，知道了它们的脾性（准确一点说是“属性”），也即是知物性，就能准确掌握其工作状态，会用，会修。
这不，有一个小朋友打电话来了，问我：“测量一个2.2kW三相交流电机的两相绕组之间的电阻值为600Ω，这个电机是不是坏了？怎样确定这个电机是好的啊？”不待我回答，他接着问（看来也是个急脾性噢）：“这个电机的电阻这么大，怎么一上电就跳闸了？我测量另一台电机接线端子上的电阻，其本上是0Ω，应该是短路了呀，怎么反而上电能正常运行呢？”
小朋友问得太多，第一问，是说出了现象，第二问，其实已答出了原因，找到了结果，但因小朋友不明白电机的脾性，故有疑惑，若明白电机的属性，这种疑惑就会烟消云散了。
我只得先告诉他判断电机好坏的办法：
1、是用万用表测量三个接线端子的电阻，都在0Ω附近，kW级以上的电机，测得有电阻值，即使为几个欧姆值，说明电机已经坏掉了。
2、或者将电机的接线柱拆开，拆分为6个头，3个独立绕组。每相绕组的电阻值应该是0Ω附近；每两相绕组之间的电阻值应该为无穷大；每相绕组与电机的机壳之间的电阻应为无穷大，否则，电机就是坏的；
3、想确切测得线圈的电阻值是多少，万用表无能为力，须用直流电桥，测得准确电阻值。另外，测试电机绕组的绝缘性能，须用DC500V绝缘摇表测试，万用表测量是靠不住的。有时用万用表测量是好的，用摇表测量则成了坏的。
电机绕组的电阻为何是0Ω偏偏是好的，成了600Ω，反而是坏掉的呢？这得从电机的物性说起，电机绕线，也即是电感或称为线圈，弄懂了电感线圈的脾性，就容易判断电机的好坏了。听我喝完这杯热茶后，再慢慢道来。
电感元件的基本属性为通直（流电）隔交（流电），因为通电导体周围产生磁场，磁场的产生会反过来会阻碍电流的变化，即在线圈两端产生感应电动势，来消解电流的变化，这符合能量守恒，能量不能突变的原理。电感元件对电流的变化很敏感，要“本能”地去反抗这种变化，其反抗的手段即产生感生电压，与原供电电压相加或相减，“试图”使流过电感的电流稳定不变。这种现象也称为“自感”作用，如果两个独立电感之间产生磁场的联系，则会产生“互感”作用。这些都一说而过。
运转中的电机停机瞬间，在开关器件内部产生电弧，即是当电源的电源消失后，电机绕组的感应电势极高——电源电压为0了再想维持电流是困难的哟——以致击穿空气引发电弧，这是电机绕组（电感线圈）试图维持原运行电流不消失的“努力结果”。
电感元件对直流电——加在元件两端的电压方向和大小固定不变，就会变得懒惰起来，不产生自感作用，大开门户，任直流电任意流过，此时对直流电起到阻碍作用的，仅仅是绕制电感线圈的铜线电阻。
电感元件一遇到交流电，便会兴奋得两眼放光，准备大战一场了。电感的单位称为电感量，对交流电的阻碍作用称为电抗。电感两端的电源电压升高时，电感的自感电势与电源电压的方向相反，试图降低供电电压，使电流降低；电感两端的电流减小时，电感的自感电势方向与电源电压一致并相叠加，试图使电流上升；供电电压的方向变化时，自感电势也随之改变方向，总之电感所做出的一切努力，即想维持原状态（原先的电流值）不变，因而电感对交流电呈现较大的感抗，或认为电感的直流电阻较小，而交流电阻很大。
当交流电的变化速度加快时，电感产生的自感电势也变高，即电源频率越高，电感的感抗也越大，感抗与频率有关。电源的频率为0，感抗也为0。同样一个电感元件，在不同频率的供电条件下，其感抗差异是巨大的。这就是开关电源、电焊机等为何要向高频发展的原因，（同样功率下）电感线圈的匝然可以变少（体积随之减小），可节约铜材。
对一个理想电感元件而言——想拿这个元件当电感使，不是当电阻使，仅想利用其电感性能，是直流电阻越小越好，直流电阻为0时，说明该元件不会产生有功损耗。但实际器件因为铜线绕制，总有存在一定的电阻值，电感线圈所具有的电阻值，会在导电过程中，形成附加损耗，或称可变损耗，与外加供电电压的高低有关系。

对于电机绕组来说，1）其直流电阻越小，附加损耗越低，电机的效率越高。减小直流电阻的措施，是加大铜线的线径，但会带来成本的上升，或受电机线槽的限制；2）kW级功率电机，如额定电流100A的电机，如果绕组直流电阻是10Ω，就可以想见其结果了，一是电机必然成了烫手的山芋，二是电机的运行电流（出力）哪里还有达到100A的可能啊？！
所以功率越大的电感元件，其直流电阻越小，像中、大功率电机的绕组电阻，仅在mΩ级别，变大了是受不了的。万用表电阻挡的测量结果，还不就是形同短路嘛。
但有两个例外（其实仍在知物性的范围）：
1、小功率电感元件的直流电阻
在小功率电感元件的制作过程中，如其流通电流为mA级，则允许有一定的直流电阻，如100A交流接触器的380V线圈，其直流电阻约为几十欧姆至100Ω以内。因其流通电流很小，其附加损耗在容许范围之内，没必要采用25斤粗铜线，绕制一个如簸箕大小的接触器线圈吧？此时的主要矛盾已经不是功率损耗，只是满足电感线圈的安装体积和能产生相应的电磁力就行了。
了解了交流接触器线圈的物性，就知道，虽然做为电感元件，但存在一定的直流电阻，也就不足为奇了。
2、用于直流场合的电感元件，如直流继电器和直流电磁铁等，虽然也为电感元件，但偏偏工作于直流供电条件下，其直流电阻（决定工作电流）的大小，就成为一个必须要考虑的首要指标了。对于直流继电器，从用途考虑，用于产生磁场，其属性仍为电感元件；从工作电流值考虑，也许更应该将当作电阻看——采用直流供电，无感抗，其工作电流的大小，取决于线圈的直流电阻值。
了解了直流继电器、直流电磁铁的工作特性，就明白这类电感线圈，必须要有直流电阻，其直流电阻的大小和器件的功率大小相关，若直流电阻真的为0，恰恰说明器件已经坏掉了。

我们稍微歇一会儿，再回到本文开头，小朋友提的问题。
1、电机绕组的电阻为何是0Ω偏偏是好的，成了600Ω，反而是坏掉的呢？
2、测量电阻大的，接入供电，短路跳闸。测量是0Ω的，反而能正常运行。
对于第一个问题，以上已经说得够明白了，对于第二个问题，牵扯到万用表的电源属性和3相380V电源属性的不同。若知此特性，则于当下即能心开意解，比喝了杯热茶还痛快，听我说。
测量绕组电阻为600Ω，说明绕组已经烧断，并伴随产生了绝缘击穿，600Ω电阻值是在万用表测试条件下（表内电池电压仅为12V、9V、1.5V）测得的反映漏电电流大小的电阻值。因为万用表表内电池所提供的电压级别低，不足以引发绝缘击穿，故测得较大的电阻值。
但接于3相380V时（其峰值电压为500V），因已经烧损的绕组绝缘能力降低，发生电压击穿，形成短路电流，导致电源开关跳闸。3相380V时供电条件下，哪里还会有600Ω电阻值的存在，电机绕组直接就是短路啊！

对于中华工控网论坛的朋友们而言，我是属于大家的旷野之雪，属性为咸工，对变频器的修理和相关电子电路较为熟悉，今年已经50岁了，发过一些技术帖子，《变频器维修-工控》是我的原创博客，如此而已。哈哈。
顺便问候大家，并祝中华工控网越办越红火！

旷野之雪
2012年11月7日，家中

您好，不用客气，有了新东西就会发上来的。