磁路

2011-08-08 18:58阅读：

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电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量；所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中．常把磁场问题简化成磁路问题来处理。从工程观点来说，准确度已经足够。
本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。

1-1 磁路的基本定律
一、磁路的概念

磁通所通过的路径称为磁路。图1—1表示两种常见的磁路，其中图a为变压器的磁路，图b为两极直流电机的磁路。

在电机和变压器里，常把线圈套装在铁心上。当线圈内通有电流时、在线圈周围的空间(包括铁心内、外)就会形成磁场。由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过，并在能量传递或转换过程中起耦合场的作用，这部分磁通称为主磁通。围绕裁流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。主磁通和漏磁通所通过的路径分别构成主磁路和漏磁路，图1—l中示意地表出了这两种磁路。
用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈(或称励磁绕组)，励磁线圈中的电流称为励磁电流(或激磁电流)。若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间而变化，这种磁路称为直流磁路；直流电机的磁路就属于这一类。若励磁电流为交流(为把交、直流激励区分开，本书中对文流情况以后称为激磁电流)，磁路中的磁通随时间交变变化，这种磁路称为交流磁路；交流铁心线圈、变压器和感应电机的磁路都属于这一类。

二、磁路的基本定律
进行磁路分析和计算时，往往要用到以下几条定律。

安培环路定律 沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i，(代数和)．这就是安培环路定律(图l—2)。用公式表示，有
(1—1)
式中，若电流的正方向与闭合回线L的环行方向符合右手螺旋关系时，i取正号，否则取负号。例如在图1—2中，i₂的正方向向上，取正号；i₁和i₃的正方向向下，取负号；故有 .
若沿着回线L，磁场强度H的方向总在切线方向、其大小处处相等，且闭合回线所包围的总电流是由通有电流i的N匝线圈所提供，则式(1—1)可简写成
HL=Ni (1—2)

磁路的欧姆定律 图l—3a是一个无分支铁心磁路，铁心上绕有N匝线圈，线圈中通有电流i；铁心截面积为A，磁路的干均长度为l，材料的磁导率为μ。若不计漏磁通，并认为各截面上的磁通密度为均匀，并且垂直于各截面，则磁通量Ф将等于磁通密度乘以面
积，即
(1—3)

考虑到磁场强度等于磁通密度除以磁导率，即H＝B／μ，于是式(1—2)可改写成如下形式
(1—4)或 (1—5)式中，F＝Ni为作用在铁心磁路上的安匝数，称为磁路的磁动势，单位为A; 为磁路的磁阻，单位为A／Wb；为磁路的磁导，单位为Wb／A。
式(l—5)表明，作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Ф乘以磁阻Rm,此关系与电路中的欧姆定律在形式上十分相似，因此式(l—5)亦称为磁路的欧姆定律。这里，我们把磁路中的磁动势F比拟于电路中的电动势E，磁通量Ф比拟于电流I，磁阻Rm和磁导Λ分别比拟于电阻R和电导G。图1—3b表示相应的模拟电路图。
磁阻Rm与磁路的平均长度l成正比，与磁路的截面积

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