对于确定磁路结构、尺寸、励磁电流的大小,选择适用的材料是必要的。
磁路是磁通(设在磁感应强度为的匀强磁场中,有一个面积为
且与磁场方向垂直的平面,
与
的乘积为磁通,符号为
)经过的闭合路径。磁力线(形象地描绘磁场分布的一些曲线)或磁通总是闭合的,磁通和电路中的电流一样,总是在低磁阻的磁路中流通,高磁阻磁路中的磁通较少。磁势为某些物质或者现象能够给予磁场应力的一种属性,基本单位为AT(ampere-turn,安培匝数)。
磁系磁路计算可分为两类:①已知磁系磁路中选别空间要求的磁感应强度和各部分的几何尺寸,求所需要磁势。②已知磁系磁路中磁势的安匝数和各部分的几何尺寸,求选别空间所产生的磁感应强度。
磁路计算遵循两个基本定律:
①磁路第一定律。在磁路(等效磁路)的每一个结点处,穿入与穿出任意闭合面磁通的代数和等于零,即:
式中为磁通,单位为韦伯。
②磁路第二定律(磁路欧姆定律)。沿任一闭合回路所有各段磁位降的代数和等于该回路上磁势的代数和,即:
式中为磁通,单位为韦伯;
为磁路的磁阻,单位为安/韦伯(或1/安);
为磁场强度,单位为安/米;
为磁路各部分的长度,单位为米;
为产生磁势线圈的电流,单位为安;
为线圈的匝数。
磁导为磁阻的倒数。在计算各种磁系磁路时,正确计算磁导是磁路计算的关键。由于磁极形状不同,磁极面磁通分布不均匀和存在边缘磁通,通常使磁导的计算不易得到准确结果。为简化磁路计算,常做某些假设,如忽略空气中的漏磁通,或以某种近似方法计入;磁路中的磁场强度在分区或分段内是均匀的等。计算气隙磁导通常用分析法和作图法。
根据磁路定律可以进行以直流励磁(向发电机或者同步电动机定子提供定子电源,为利用电磁感应原理工作的电气设备提供工作磁场的机器)、交流励磁方式下的电磁磁路计算,也可以进行永磁磁路计算。多数磁选机磁系是直流电磁磁路或永磁磁路。对于电磁闭合磁系的磁路计算,一般假设磁路每段中的磁导率和磁通不变,同一截面的磁通均匀分布,而漏磁通集中在各段的交界处通过,基于磁路与电路之间存在的相似性,利用电路网络模拟和利用等效磁路(类似于电路),进行近似的磁系磁路计算。
由于自然界中没有理想的磁绝缘体和理想的导磁体,所以在磁系磁路计算中得到的结果与实际情况会存在不同程度的差别。随着计算机应用的发展,在磁路计算中可以使用现代数值计算软件,求出磁路各点的磁场强度、磁位等物理量数值,并满足工程设计计算要求的精度。