一 磁路的基本概念

一、磁路系统简介

1.磁场的基本物理量

1）磁感应强度

磁感应强度是一个矢量，用来描述空间某点磁场的强弱和方向。它的强弱（大小）可用该点磁场作用于1 m长，通有1 A电流的导体上的作用力F来衡量。

2）磁通

磁通是磁场中垂直穿过某面积的磁感应强度的总和，用Φ来表示。垂直穿过单位面积的磁感线数反映了此处的磁感应强度B的大小，所以磁感应强度B又称为磁通密度。

3）磁导率

自然界中的物质分为磁性材料（铁、钴、镍及其合金）和非磁性材料（铜、铝、空气等）。磁性材料的导磁能力很强，而非磁性材料的导磁能力很差。

4）磁场强度

磁场强度是一个矢量，通过它可以表达磁场与产生该磁场的电流之间的关系。一般通电线圈内的磁场强弱不仅与所通电流的大小有关，而且与线圈内磁场介质的导磁性能有关。

2.磁路的基本定律

磁场的强弱与线圈的匝数和励磁电流成正比，即F=NI，式中，F为磁通势；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流。

磁路在实际分析与计算的过程中，经常用到磁路欧姆定律，即

Φ=F（μS/l）=F/(l/μS)=F/Rm

式中，Rm为磁阻，是磁路中的负载，其大小与磁路中磁性材料的材质及几何尺寸有关。磁阻不像电阻那样数值比较稳定，不同的导磁材料和结构尺寸，都可能使磁阻大小不同。磁路欧姆定律只适用于对磁路进行定性分析，不进行定量计算。

〖补充知识〗

1.高导磁性

2.磁饱和性

在图4-4中，磁化曲线中的三个点a、b、c分别代表了外加磁场H的增加致使铁磁材料磁感应强度B的增加所呈现的非线性关系。a点处由于磁畴在外磁场作用下的取向作用，使B随H近似成正比地增加，曲线近似于线性关系。b点处由于大多数磁畴已与外磁场取向一致了，所以随H增加，B的增加变得缓慢，曲线呈非线性关系。c点处由于所有的磁畴都已与外磁场取向一致了，磁化磁场不再增加，使B随H增加得很少，达到了磁饱和。

                    图4-4 磁化曲线

3.磁滞性

随着外加磁场H的增加或减小，铁磁材料的磁感应强度也会相应的增加或减小，但增加或减小时的关系会呈现一定的磁滞现象。

4.铁磁材料的种类和用途

用于做变压器、电动机、电器的铁心的铁磁材料常用纯铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等材料，它的磁滞回线较狭窄，剩磁感应强度Br小，矫顽磁力Hc也小。

用于制造永久磁铁的铁磁材料常用钨钢、铝镍钴合金、稀土钴和硬磁铁氧体等，它们的磁滞回线较宽。

还有一种矩磁性材料，是一种具有矩形磁滞回线的铁磁性物质，它的特点是当很小的外磁场作用时，就能使它磁化并达到饱和。

二、交流铁心线圈电路

1.电磁特性

主磁通Φ是流经铁心的并与线圈交链，铁心的磁导率μ是随磁场强度H而变化的，所以铁心线圈的励磁电流i和主磁通Φ不呈线性关系；而漏磁通Φσ不流经铁心，其漏磁电感Lσ可近似为一个定值，所以励磁电流i和漏磁通Φσ呈线性关系。

2.电压电流关系

交流铁心线圈电路中的电压电流关系较为复杂，经过化简推导可得出关系式为

U≈E=4.44fNΦm=4.44fNBmS

上式表明，若电源频率f和线圈匝数N一定，主磁通的大小近似等于电源电压。

3.功率损耗

1）磁滞损耗

磁滞现象使铁磁材料在交变磁化过程中产生磁滞损耗，它是铁磁材料内部小磁畴在交变磁化过程中来回转向、相互牵连摩擦引起发热所损耗的能量。

2）涡流损耗

铁磁材料在交变磁化的过程中还有另一种损耗——涡流损耗。铁磁材料不仅是导磁材料，同时又是导电材料。当铁心中的磁通发生变化时，在铁心中会产生感应电动势和感应电流（铁心可近似看成是由若干线圈嵌套而成）。这种感应电流在垂直于磁力线的平面内，呈涡旋状分布，因而称为涡流。涡流在铁心的电阻上引起的功率损耗称为涡流损耗。