(1)直流磁路。
如图 1.4 所示磁路,在匝数为 N 的励磁线圈中通入直流电流 I,磁路中就会
产生一个恒定磁通Φ,这种具有恒定磁通的磁路称为直流磁路。显然,Φ的大小与NI乘积的大小有关。根据物理学中的全电流定律(安培环路定律)可知
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即,在闭合曲线上磁场强度矢量H沿整个回路l的线积分等于穿过该闭合曲线所围曲面内电流的代数和。电流方向与设定的积分绕行方向符合右手螺旋定则的电流为正,反之为负。
[图片]图1.4 直流磁路
对于如图 1.4 所示具有铁心和空气隙的直流磁路,励磁线圈中通入电流
后,磁路中所产生的磁通,大部分集中在由铁磁材料所限定的空间范围内,称为主磁通。此外,还有很少一部分磁通通过铁心以外的空间闭合(图1.4中的Φ'),称为漏磁通。为分析方便,将漏磁通忽略,只考虑主磁通。根据磁通连续性原理,通过铁心中的磁通必定等于通过空气隙中的磁通。一般认为空气隙和铁心具有相同的截面积 A,所以铁心和空气隙中的磁感应强度 B=Φ/A 也必然相同。但因为空气的μ远小于铁心的μ,故空气隙中的磁场强度H=B/μ将远大于铁心中的磁场强度Hμ=B/μ。
根据式(1.1),取一条磁场线作为闭合路径并作为环循方向,则
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故
式,lµ中是铁心的平均长;l度为空气隙长度A;为铁心和空气隙的截面积μ;和μ为它们的磁导率Rmμ。=lµ/μA称为铁心的磁阻Rm,0,=l/μA称为空气隙的磁阻N,I是产生磁通的磁化力,称为磁通势。如果磁路由几段串接而成,则
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式中,Rm∑为各段磁路磁阻之和。式(1.4)在形式上与电路的欧姆定律相似,称为磁路的欧姆定律。但应注意,由于铁心的磁导率μ不是常数,所以它的磁阻Rmμ也不是常数,要随B的变化而改变,故磁阻是非线性的。还应注意,虽然空气隙长度通常很小,但μ<<μ,Rm,0仍较大,故空气隙的磁阻压降Rm,0Φ也比较大。
(2)交流磁路。
[图片]图1.5 交流磁路
如在图1.5所示的铁心线圈上外加正弦交流电压u,绕组中将流过交流电流 i,从而产生交变磁通,交变磁通包括集中在铁心中的主磁通Φ和很少的一部分漏磁通Φ'。主磁通Φ在线圈中产生感应电动势e,漏磁通Φ′在线圈中产生感应电动势e′(图中未画出,其参考方向与e的方向相同),另外再考虑到电流i在线圈电阻R上会产生压降Ri,由基尔霍夫电压定律,可写出电压方程式
设主磁通为正弦交变磁通
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根据电磁感应定律,主磁通在励磁线圈中产生感应电动势e,如果规定e和Φ的参考方向符合右手螺旋定则,则
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式(1.7)中,N是励磁线圈的匝数,Em是e的最大值。e的有效值
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式(1.8)中,f和Φmax分别为交变磁通的频率和最大值。E的单位为
伏[特](V),f的单位为赫[兹](Hz),Φmax的单位为韦[伯](Wb)。
由于Ri和e′均很小,因此式(1.5)可近似表达为
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即近似认为外加电压u仍和主磁通产生的感应电动势e相平衡,且其有效值
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式(1.10)表明,当电源频率f和线圈匝数N不变时,主磁通Φ基本上与外加电压U成正比关系,U不变则Φmax基本不变。当U一定时,若磁路磁阻发生变化,例如磁路中出现空气隙而使磁阻增大时,为了保持Φmax基本不变,根据磁路欧姆定律Φ=NI/∑Rm,磁通势NI和线圈中的电流必然增大。因此在交流磁路中,当U、f、N不变时,磁路中空气隙的大小发生变化会引起线圈中电流的变化。