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1、磁路

在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁芯。铁芯的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高得多，磁通的大部分经过铁芯形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。下图24-1为四极直流电机的磁路和交流接触器的磁路。如直流电机的磁路，通电导线绕制在定子铁芯上，根据右手螺旋定则，四极电机的N极与S极两两构成磁路。交流接触器的通电线圈产生的磁通也是沿着磁性材料构成通路。

▲图24-1

其实磁路很好理解，就好比电路，电路是指电流流过的回路，而磁路是指磁通的闭合路径，磁路中的磁通其实就类似于电路中的电流。还有，导体的电导率比绝缘体的电导率高得多，所以电流几乎全部沿着导体流通；类似的，磁性材料的磁导率比非磁性材料的磁导率高得多，显然，磁通的大部分也是沿着磁性材料流通。

在这里要强调的一点是，导电体和非导电体的导电率之比，数量级可达1016之大，所以电流一般沿着导体流通，其漏电流微乎其微，一般忽略不计；但是铁磁材料与非铁磁材料的磁导率之比，数量级一般在102～106倍之间，所以在磁路里面，漏磁通往往不能忽略不计。

举一反三，电路中有电流的前提是要有电动势，那么类似的，磁路中有磁通的前提又是什么呢？没错，是磁动势！但是，磁动势到底指的是什么？还有，电路中有电阻，且与导线相比，电压基本是加在电阻两端，那磁路中是否有磁阻使得磁压基本加在其两端呢？别急，这些问题接下来就让我给大家一一揭晓。现在我们要先把磁路的基本概念给掌握哟！

▲图24-2

如图24-2所示的两个磁路，它们之间的区别在哪？其实很显然，单相变压器的磁路只有一个通路，而四极电机的磁路有四个，像变压器这种只有一个路径的磁路称为无分支磁路，而电机的这种由几个磁路组成的磁路称为有分支磁路。这个也是有点类似于电路里的支路的。反之，关于磁路的概念，如果大家有哪里是难以明白的，都可以在电路里找到相似的物理量加以理解。

上文提到了一个概念：漏磁通，其实它就是指在线圈周围的空气及其他非铁磁材料中穿过的磁通，如上图24-2的单相变压器磁路中的φL。相对的，还有一个主磁通的概念，它是指在磁路中穿过的磁通，又称为工作磁通。漏磁通相对于主磁通很小，为了便于计算，一般不予考虑。但是在实际中，漏磁通很多时候是不能被忽略不计的。

磁阻，是指一段磁路的磁位差和磁通量的比值。磁阻由该磁路的几何形状、尺寸、材料的磁特性等因素决定，用符号Rm表示，在国际单位制中，磁阻的单位是每亨[利](1/H)。 磁阻是截面为S、长度为l、材料相同的均匀磁路段引进的类似于电阻的量。

▲图24-3

如图24-3所示为一段长方形均匀磁路段，该磁路有均匀长方形截面，磁感应线和截面垂直。此时磁阻的定义Rm为：截取一段长度为l、截面积为S、磁导率为μ的磁路，其磁阻为Rm=l/μS。或截面上的磁通量是φ，磁路两端的磁位差是Um，则这段磁路的磁阻Rm定义为Rm=Um/φ。把磁阻和电阻相比较，如图24-3所示，我们可以发现，它们两者很相似。

在电路中有直流电路和交流电路之分，类似的，在磁路中，也有直流磁路和交流磁路之分。直流磁路：由直流电流励磁的磁路中，磁通的方向不变，这样的磁路称为直流磁路，又称为恒定磁通的磁路。

▲图24-4

如图24-4所示为某无分支直流磁路，磁通沿磁性材料形成闭合路径，此时有无分支磁路的欧姆定律如图所示。其中磁动势F为电流I与线圈匝数N的乘积，单位为安培（A）或安培匝数（AT）。∑Rm为磁路的总磁阻，单位为每亨利(1/H)。磁动势类似于电路中的电动势，是磁通源（励磁电流）。由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，即磁性材料的磁阻不是常数，所以图24-4中的磁路欧姆定律只能对磁路进行定性分析。

直流磁路中的磁通不变，励磁线圈中没有感应电动势，励磁电流I仅由励磁线圈的外加电压U和线圈电阻R决定（I=U/R）。励磁线圈的电阻是不变的，外加电压一定时，若磁路状况（中心长度、截面、材料）不同，则总磁阻和磁通也不同。

交流磁路：在由交流电流励磁的磁路中，磁通随时间不断交变，这样的磁路称为交流磁路。其中交流磁路的励磁线圈称为交流铁芯线圈。交流磁路中由于磁场方向的不断改变，导致磁通不断变化，这会导致铁磁材料产生磁滞损耗和涡流损耗。关于磁滞损耗和涡流损耗，其实在之前的学习中我有提到过，就是不知道大家是否还记得。

涡流：当磁路中的磁通交变时，会在铁芯中感应出涡旋状的电流，称为涡流。涡流使铁芯发热并消耗能量，称为涡流损失（涡流损耗）。在交流磁路中，铁芯中产生磁滞损失和涡流损失的总和称为铁芯损失，简称铁损。

▲图24-5

如图24-5所示，我们以硅钢片制成的铁芯为例，硅钢叠片处于交变磁通中，根据电磁感应定律与右手螺旋定则，每一片硅钢片中都会产生感应电动势，该电动势会形成一圈一圈的涡流，又由于硅钢片有电阻的存在，所以有能量的损失，这就是涡流损失。

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