今天介紹磁的基礎理論和磁元件。今天主要講解的內容是磁元件的磁路分析。
所謂磁路指凡是磁通(或磁力線)經過的閉合路徑稱為磁路。有磁場基本原理知道,磁力線或磁通總是閉合的,磁通和電路中電流一樣,總是在低磁阻的通路流通,高磁阻的通路磁通較少。
下面我們來討論磁路的歐姆定律。
在討論以前我們先研究磁路中磁阻的模型。請看圖,一塊磁導率為μ的磁芯,它的截面積為Ac,磁路的長度為lc,那么這塊磁心上的磁壓降用Um表示,流入磁性的磁通為Φ,我們知道,其中磁場強度H等于磁感應強度B除上磁導率μ,B等于磁通除上截面積Ac,把H和B代入Um的公式可以得到
。我們用
來表示磁阻,這樣子
。那么可以把一塊磁芯的磁路用一個電阻模型來表示,如圖的右邊所示,其中磁阻用Rmc表示,流露的磁通φ,那么磁阻上的壓降就是Umc。
下面我們來討論繞有線圈的磁路分析。如圖所示在一個方形磁導率為μ的磁芯上繞有N匝線圈,磁芯的截面積為Ac,磁路的平均長度為lc。那么從線圈中通入電流為I,假定出入截面積上磁通是均勻的,只有磁動勢,經過整理以后我們得到
,其中磁阻
,而磁通
,那么我們把磁阻的導數稱為磁導,磁導
。
前面我們建立了磁芯的磁阻模型,并進行了磁阻的分析,那么我們把磁路和電路的模擬對應關系列入表中,磁路的參數磁動勢F相當于電路中的電動勢E,磁通Φ相當于電路中的電流I,磁感應強度B相當于電路中的電流密度j,那么磁阻Rmc相當于電阻的參數電R,磁導Gmc相當于電導G,磁路的磁壓降Um相當于電路的電壓降U,那么它們之間有一定的對應關系,有利于我們對磁路的分析。
那么磁阻的話在國際單位之中,它的單位是安培每韋伯或者亨利分之一,那么在cgs中它的單位安培每賣,磁導的單位是磁阻的單位的倒數。
下面我們來介紹磁路的歐姆定理。磁阻兩端的磁壓降Um等于留過磁芯的磁通Φ乘上磁芯的磁阻Rmc,就等于,磁路的基爾霍夫第一定律是慈路中任意節點的 磁通和等于0,也就是
。磁路的基爾霍夫第二定律是沿任意閉合回路的磁動勢的代數和等于磁壓降的代數和。那么我們可以得到磁動勢
,
,這就是磁路歐姆定律。
下面我們來分析多繞組變壓器中的磁勢。類似于電路中定于點間的電壓,磁場中兩點間的磁壓定義為,如圖所示是三繞組變壓器,根據磁動勢總和等于磁壓降總和,也就是
,那么我們規定通過電流i1的方向的電流產生的磁通為正,那么我們可以發現通路電流i2的產生的磁通方向與i1相同也為正,而通路的電流i3產生磁通正好與i1相反,所以為負,所以我們得到了下面的表達式,
。
需要指出的是磁路僅在形式上將場的問題等效成電路來考慮,但是它與電路有下列不同點:
第一,電路中確實存在著電荷在流動,而磁路中并沒有物質和能量在流動,因此不會在此導體中產生損耗。
第二,因為沒有磁的絕緣材料,周圍介質磁導率只比組成磁路材料的磁導率低幾個數量級而已。
第三,在電路中,電導率與導體流過的電流無關。磁導率是與磁路中磁通密度有關的非線性參數。隙磁場與結構有關,很難精確計算。
第四,由于散磁通的存在,一般很難用分析的方法求得,通常采用經驗公式來進行計算。
第五,如果是交流激勵的磁場,但是周圍有導體,在導體中會產生渦流效應,物流產生的磁通對主磁通會產生影響,磁場的分布更加復雜。