许多电气装置的部件由铁磁材料构成(有的包含小段空气隙),其周围绕着通有电流的线圈或其中装着永磁铁,使铁磁部件中建立磁通。由于铁磁材料的磁导率比非铁磁材料的磁导率高很多,磁通几乎全部约束在铁磁材料所限定的空间和空气隙中,磁通的路径区域形成磁路。变压器的铁心、继电器的衔铁和空气隙、电机的铁心部分和空气隙等,都是磁路的实例(图1)。
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约束磁通的区域。
许多电气装置的部件由铁磁材料构成(有的包含小段空气隙),其周围绕着通有电流的线圈或其中装着永磁铁,使铁磁部件中建立磁通。由于铁磁材料的磁导率比非铁磁材料的磁导率高很多,磁通几乎全部约束在铁磁材料所限定的空间和空气隙中,磁通的路径区域形成磁路。变压器的铁心、继电器的衔铁和空气隙、电机的铁心部分和空气隙等,都是磁路的实例(图1)。
磁路计算的任务,是确定各段磁路中的磁通量、磁位差和磁动势之间的定量关系。线圈中的电流是恒定电流,或者是频率较低的交流,因而可以忽略铁磁材料中的涡流作用,磁路计算成为直流磁路计算。直流磁路计算主要依据的规律是磁通连续性原理和安培环路定律。
对于磁路中任一封闭面,穿过该封闭面的、各分支磁路中的磁通量代数和等于零。这个定理也称作磁路的基尔霍夫第一定律。
磁路中任一闭合路径上各段的磁位差的代数和,等于作用于该闭合路径上的磁动势。这个定理也称为磁路的基尔霍夫第二定律。
铁磁材料的磁特性,由材料的磁化曲线表示(图2);非铁磁材料的磁导率可认为等于真空磁导率。
忽略由铁心侧面进入非铁磁材料中的磁通;认为磁通在铁心截面上均匀分布;忽略铁心截面积急剧变化处的磁场变化,例如不考虑图1(a)中铁心四个角上截面积的不均匀性。
以图1(a)中磁路为例。设磁通量全部集中在铁心内,而且在截面上均匀分布,有:
(1)
式中为铁心截面积;
为铁心中的磁通密度。由安培环路定律得:
(2)
式中为铁心中的磁场强度;
为磁路的平均长度;
、
分别为两个线圈匝数;
、
分别为线圈中的电流;
即作用于闭合磁路上的磁动势。
①若已知磁通量,由式(1)求磁通密度,由材料的磁化曲线查出对应的磁场强度
,由式(2)计算磁动势。
②若已知磁动势,由式(2)求出磁场强度,由磁化曲线查出对应的磁通密度
,由式(1)计算磁通量
。
若磁路形状复杂,不论是第一种情况或第二种情况,一般要反复试算才能得到满意的解答,或者用数值计算方法计算求解。