有关磁路计算的一些概念

有关磁路计算的一些概念
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有关磁路计算的一些概念
1、磁路的长度
在磁路计算中，磁路的长度一般都取其平均长度，即中心线长度。

如图8-11所示：
2、铁磁物质截面积
磁路中铁磁物质部分的截面积用磁路的几何尺寸直接计算。

磁路中有空气隙时，气隙边缘的磁感应线将有向外扩张的趋势，称为边缘效应，如图8-12所示。

空气隙截面积S0
工程上一般认为，当气隙较小时候，可用下面两式计算气隙的有效面积：
若铁心是涂有绝缘漆的电工硅钢片叠成的,则：S=K*S0其中：
S—有效面积； S0—视在面积； K—填充系数。

磁路计算是用于计算磁场中磁路参数的过程，它是磁场分析和电磁设备设计中的重要步骤之一。

磁路计算可以帮助确定磁路的磁通量、磁势、磁阻和磁感应强度等参数。

下面是进行磁路计算的一般步骤：
⚫确定磁路几何形状：首先需要确定磁路的几何形状，包括磁心、线圈和气隙等部分。

这些部分的形状和尺寸对磁路参数的计算有重要影响。

⚫材料特性和参数：确定各个磁路部分的材料特性和参数，包括磁性材料的磁导率、导磁率以及其他相关参数。

这些参数是进行磁路计算的基础。

⚫磁路分析方程：根据磁路的几何形状和材料特性，建立磁路分析方程。

这些方程可以是基于法拉第电磁感应定律或安培环路定理等。

⚫边界条件和约束：根据具体情况，确定磁路中的边界条件和约束。

这些条件可以是给定的电流、磁通量或磁势值等。

⚫解方程和计算：使用数值方法或解析方法，求解磁路分析方程，
得到磁路中各个部分的磁通量、磁势和磁感应强度等参数。

⚫结果分析和优化：分析计算结果，评估磁路的性能，并根据需要进行优化调整。

这可以包括改变磁路的几何形状、材料选型或改变线圈的绕组方式等。

需要注意的是，磁路计算是一个复杂的过程，涉及到电磁学、数学和工程等知识领域。

在实际应用中，通常会借助电磁场仿真软件或计算工具来辅助进行磁路计算，以提高计算的准确性和效率。

磁路设计的基本概念第一章磁路电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。

在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。

磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量；所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。

由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中．常把磁场问题简化成磁路问题来处理。

从工程观点来说，准确度已经足够。

本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。

1-1 磁路的基本定律一、磁路的概念磁通所通过的路径称为磁路。

图1—1表示两种常见的磁路，其中图a为变压器的磁路，图b为两极直流电机的磁路。

在电机和变压器里，常把线圈套装在铁心上。

当线圈内通有电流时、在线圈周围的空间(包括铁心内、外)就会形成磁场。

由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过，并在能量传递或转换过程中起耦合场的作用，这部分磁通称为主磁通。

围绕裁流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。

主磁通和漏磁通所通过的路径分别构成主磁路和漏磁路，图1—l中示意地表出了这两种磁路。

用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈(或称励磁绕组)，励磁线圈中的电流称为励磁电流(或激磁电流)。

若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间而变化，这种磁路称为直流磁路；直流电机的磁路就属于这一类。

若励磁电流为交流(为把交、直流激励区分开，本书中对文流情况以后称为激磁电流)，磁路中的磁通随时间交变变化，这种磁路称为交流磁路；交流铁心线圈、变压器和感应电机的磁路都属于这一类。

二、磁路的基本定律进行磁路分析和计算时，往往要用到以下几条定律。

安培环路定律沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i，(代数和)．这就是安培环路定律(图l—2)。

磁路的基本概念和基本定律在很多电工设备（象变压器、电机、电磁铁等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题，这一章，我们就学习磁的相关知识。

一、磁铁及其性质：人们把物体能够吸引铁、钴等金属及其合金的性质叫做磁性，把具有磁性的物体叫做磁体（磁铁）。

磁体两端磁性最强的区域叫磁极。

任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极，也就是说，N极和S极总是成对出现的。

与电荷间的相互作用力相似，磁极间也存在相互的作用力，且同极性相互排斥，异极性相互吸引。

1．1磁场与磁感应线磁铁周围和电流周围都存在磁场。

磁场具有力和能的特征。

磁感应线能形象地描述磁场。

它们是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部有N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，磁感应线上某点的切线方向表示该点的磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。

1．2描述磁场的物理量：磁感应强度B：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受电磁力F与电流I和导线有效长度L的乘积IL的比值即为该处的磁感应强度，即B＝F/IL，单位：特斯拉。

磁感应强度是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量，它与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。

磁通∮：磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积，称为通过该面积的磁通，即∮＝BS，由上式可知，磁感应强度在数值上可以看作与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称为磁通密度，单位是伏.秒，通常称为“韦”。

磁通∮是描述磁场在空间分布的物理量。

磁导率u是说明媒体介质导磁性能的物理量。

1．3定则电流与其产生磁场的方向可用安培定则（又称右手螺旋法则）来判断。

安培定则既适用于判断电流产生的磁场方向，也可用于在已知磁场方向时判断电流的方向。

1.直线电流产生的磁场，以右手拇指的指向表示电流方向，弯曲四指的指向即为磁场方向。

2.环形电流产生的磁场：以右手弯曲的四指表示电流方向，拇指所指的方向即为磁场方向。

3．通电导体在磁场内的受力方向，用左手定则来判断。

磁路平均长度和有效磁路长度磁路平均长度和有效磁路长度是在电磁学中常用的两个概念，用于描述磁场在闭合磁路中的传播情况。

磁路平均长度指的是磁场传播的平均路径长度，而有效磁路长度则指的是磁场传播的有效路径长度。

本文将详细介绍这两个概念，并探讨它们在电磁学中的应用。

一、磁路平均长度磁路平均长度是指磁场传播的平均路径长度，它是通过对磁路中不同部分的长度进行加权平均得到的。

在闭合磁路中，磁场的传播路径是由磁场强度和磁导率共同决定的。

当磁导率不均匀或磁场强度分布不均匀时，磁场会在磁路中发生偏转或集中，导致磁场传播路径变长或变短。

因此，为了描述磁场在磁路中的传播情况，引入了磁路平均长度这个概念。

磁路平均长度可以用下面的公式来计算：磁路平均长度= ∑(li*mi)/∑mi其中，li是磁路中第i段的长度，mi是磁路中第i段的磁导率。

通过对磁路中每一段的长度进行加权平均，可以得到整个磁路平均长度。

磁路平均长度是磁路中磁场传播路径的一个重要参数，它可以用来评估磁路中磁场传播的效果。

二、有效磁路长度有效磁路长度是指磁场传播的有效路径长度，它是通过对磁路中不同部分的磁导率进行加权平均得到的。

在闭合磁路中，磁场的传播路径是由磁场强度和磁导率共同决定的。

当磁导率不均匀或磁场强度分布不均匀时，磁场会在磁路中发生偏转或集中，导致磁场传播路径变长或变短。

为了描述磁场在磁路中的传播情况，引入了有效磁路长度这个概念。

有效磁路长度可以用下面的公式来计算：有效磁路长度= ∑(li*Hi)/∑Hi其中，li是磁路中第i段的长度，Hi是磁路中第i段的磁场强度。

通过对磁路中每一段的磁场强度进行加权平均，可以得到整个有效磁路长度。

有效磁路长度是磁路中磁场传播路径的一个重要参数，它可以用来评估磁路中磁场传播的效果。

三、磁路平均长度和有效磁路长度的应用磁路平均长度和有效磁路长度是磁路设计和分析中常用的参数。

它们可以用来评估磁路中磁场传播的效果，指导磁路的设计和优化。

磁路与电感计算一个空心螺管线圈，或是带气隙的磁芯线圈，通电流后磁力线分布在它周围的整个空间。

对于静止或低频电磁场问题，可以根据电磁理论应用有限元分析软件进行求解，获得精确的结果，但是不能提供简单的、指导性的和直观的物理概念。

在开关电源中，为了用较小的磁化电流产生足够大的磁通(或磁通密度)，或在较小的体积中存储较多的能量，经常采用一定形状规格的软磁材料磁芯作为磁通的通路。

因磁芯的磁导率比周围空气或其他非磁性物质磁导率大得多，把磁场限制在结构磁系统之内，即磁结构内磁场很强，外面很弱，磁通的绝大部分经过磁芯而形成一个固定的通路。

在这种情况下，工程上常常忽略次要因素，只考虑导磁体内磁场或同时考虑较强的外部磁场，使得分析计算简化。

通常引入磁路的概念，就可以将复杂的场的分析简化为我们熟知的路的计算。

3.1 磁路的概念从磁场基本原理知道，磁力线或磁通总是闭合的。

磁通和电路中电流一样，总是在低磁阻的通路流通，高磁阻通路磁通较少。

所谓磁路指凡是磁通(或磁力线)经过的闭合路径称为磁路。

3.2 磁路的欧姆定律以图3.1(a)为例，在一环形磁芯磁导率为μ的磁芯上，环的截面积A ，平均磁路长度为l ，绕有N 匝线圈。

在线圈中通入电流I ，在磁芯建立磁通，同时假定环的内径与外径相差很小，环的截面上磁通是均匀的。

根据式(1.7)，考虑到式(1.1)和(1.3)有 F NI Hl BlAl R m =====μφμφ (3.1) 或φ=F /R m (3.2) 式中F =NI 是磁动势；而R m =lA μ (3.3)R m —称为磁路的磁阻，与电阻的表达式相似，正比于路的长度l ，反比于截面积A 和材料的磁导率μ；其倒数称为磁导G m m R A l==1μ (3.3a) 式(3.1)即为磁路的欧姆定律。

在形式上与电路欧姆定律相似，两者对应关系如表3.1所示。

磁阻的单位在SI 制中为安/韦，或1/亨；在CGS 制中为安/麦。