磁路与变压器.docVIP

磁路与变压器

1磁路

在工程实际中，很多电工设备与电路和磁路都有关系，如变压器、电动机、电磁铁以及继电器等。实际电路中有大量电感元件，电感线圈中有铁心，线圈通电后铁心就构成磁路，磁路受电路影响，同时磁路又影响电路。因此在电工技术中不仅要讨论电路问题，还要讨论磁路问题。

我们知道，通电导体周围存在磁场。在变压器、电动机、电磁铁以及继电器等电气设备中，为了用较小的电流产生较大的磁场，一般把采用磁性能良好的铁磁材料做成一定形状的铁心。当有电流通过线圈时，电流产生的磁通绝大部分通过铁心而形成一个闭合的通路，通过铁心的磁通称为主磁通（mainflux）；还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，这部分磁通称为漏磁通（leakflux），由于漏磁通很小，常省略。

(a)电磁铁的磁路(b)变压器的磁路(c)直流电机的磁路

图1.1常见的几种电气设备的磁路

主磁通通过的闭合路径称为磁路，用以产生磁场的电流称为励磁电流。常见的几种电气设备的磁路如图1.1所示。

1.1磁路的基本物理量

1.磁感应强度B（magneticinductionintensity）

磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小可以用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线的数目表示，也可以用通电直导体在该处所受的力的大小来衡量。B是一个矢量，它的方向与励磁电流的方向之间符合右手螺旋定则。

在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉（T），简称特。

1T=1Wb/m2

2.磁通Φ（magneticflux）

均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，

或

所以磁感应强度B又称为磁通密度。

在国际单位制中，磁通的单位是韦伯（Wb）。

3.磁场强度H（magneticfielintensity）

磁场强度H是计算磁场时引入的一个物理量，也是矢量。磁场中任意一点的磁感应强度B与该点的磁导率的比值定义为该点的磁场强度H，即

在国际单位制中，磁场强度的单位是安培/每米（A/m）。

4.磁导率

磁导率是表示物质的导磁性能的物理量，

在国际单位制中，磁导率的单位是亨/米（H/m）。

的单位

实验证明：真空中的磁导率为

为了便于比较各种物质的导磁能力，通常把任一物质的磁导率与真空磁导率的比值，称为该物质的相对磁导率，即

上式说明，在同样电流的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关。

1.2磁路基本定律

磁路和电路一样它的分析与计算，也需要通过一些基本定律来进行。

1.安培环路定律（Ampere’scircuitallaw）

安培环路定律，又称为全电流定律，是对磁路进行分析与计算的基本定律。安培环路定律指出：在磁场中，沿任一个闭合路径，磁场强度的线积分等于该闭合路经所包围面的电流的代数和，即

式中电流的正负是这样规定的：电流参考方向与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。

在均匀磁场中，常常遇到闭合回路上各点的磁场强度相等并且其方向与闭合回路的切线方向一致的情况，这时安培环路定律可简化为：

其中，l为磁路的平均长度。由于电流和闭合回路绕行方向符合右手螺旋定则，线圈有N匝，电流就穿过回路N次，因此

则

称为磁动势，单位是安（A）。

2.磁路欧姆定律（Ohm’slawofmagneticcircuit）

磁路的欧姆定律是分析与计算磁场的基本定律。设磁路由单一铁磁材料构成，其横截面为S，磁路的平均长度为l，因此通过截面的磁通为：

对于均匀磁路，

或

代入可得：

该式在形式上与电路的欧姆定律相似，称为磁路欧姆定律。其中称为磁阻（magneticresistance），表示对磁通的阻碍作用，单位是亨-1（H-1）。

磁路与电路有很多相似之处，为便于比较，列表如下：

表1磁路与电路的比较

项目

磁路

电路

基本结构

基本物理量

磁动势F

磁通

磁感应强度B

磁阻

电动势E

电流I

电流密度

电阻

欧姆定律形式

3.电磁感应定律

当通过线圈的电流发生变化时，线圈中的磁通也随之变化，并在线圈中出现感应电流，这表明线圈中感应了电动势。即

当，即穿过线圈的磁通增加时，e0，这时感应电动势的方向与参考方向相反，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的增加；当，即穿过线圈的磁通减少时，e0，这时感应电动势的方向与参考方向相同，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的减少。

1.3物质的磁性能

自然界的所有物质可根据磁导率的大小分为磁性材料和非磁性材料两大类，一类是磁性材料，如铁、钴等，磁性材料的相对磁导率，导磁性能远比真空好，常用来做成铁心；另一类是非磁性材料，如各种气体、非金属材料等，非磁性材料的相对磁导率，导磁