磁路及其基本定律

工程中常见的电气设备如变压器、电动机、低压电器等，不仅含电路部分，而且还有磁路部分。

1.磁路

在物理学中曾经学习过，电流通入线圈，在线圈内部及周边就会产生磁场，磁场在空间的分布况可以用磁力线形象描述。在变压器、电动机和各种铁磁元件等电气设备和测量仪表中，为了使较小的励磁电流产生较大的磁感应强度（磁场），常采用磁导率高的磁性材料做成一定形状的铁芯。由于铁磁材料是导磁性能良好的物质，其磁导率比其他物质的磁导率大得多，能把分散的磁场集中起来，使磁力线绝大部分通过铁芯形成闭合磁路。

所谓磁路就是经过这些磁材料构成的磁通路径，它是一个闭合的通路，图3.6所示是变压器的磁路，磁通经过铁芯闭合，铁芯中磁场均匀分布，这种磁路也称为均匀磁路；图3.7所示的交流发电机和接触器的磁路中，磁通都经过铁芯和空气隙闭合，磁场分布不均，所以又称为不均匀磁路。

图3.6　变压器的磁路

图3.7　交流电机和接触器的磁路

当线圈中通电流后，沿铁芯、衔铁和工作气隙构成回路的这部分磁通称为主磁通，占总磁通的绝大部分，指没有经过工作气隙和衔铁，而经空气自成回路的这部分磁通称为漏磁通。磁通经过的闭合路径称为磁路。磁路也像电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。

2.磁路的欧姆定律

磁路中也有类似电路欧姆定律的磁路欧姆定律，她是分析磁路的基本定律。以图3.8为例，在一环形、磁导率为μ的磁芯上，在线圈中通入电流I，环上绕有N匝线圈。假设环的横截面积为S，平均磁路长度为L，同时假定环的内径和外径相差很小，磁场达到动态平衡，忽略漏磁通，环的横截面上磁通是均匀的，根据式（3.1.4）得

或

式中，Φ为磁通（对应与电流）；F=NI的磁通势（对应于电动势）；Rm为磁阻（对应于电阻）。

而磁阻在计算时也有类似电阻计算的关系式为

图3.8　环形磁铁

从以上的分析可知，磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，同时磁路中某些物理量之间与电路中的某些物理量也有相似的关系。磁路与电路的对照情况如表3.1所示。(www.xing528.com)

表3.1　磁路与电路的对照表

3.磁路的全电流定律（安培环路定律）

磁路的全电流定律又称为安培环路定律，是磁场计算中的一个重要定律。具体内容为：沿空间任意闭合回路，磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和，即

式中　H——磁场强度，单位是安培/米，符号为A/m；

∑I——穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。

全电流定律电流正负的规定：任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右手螺旋定则的电流作为正，反之为负，其中大拇指所指为I的方向，四指为H的方向。

例3.1　一闭合的均匀铁芯线圈，匝数为600匝，铁芯中的磁感应强度为0.8 T，磁路的平均长度为55 cm，试求：

（1）铁芯材料为铸铁时线圈中的电流；

（2）铁芯材料为铸钢时线圈中的电流。

解：（1）查图3.5所示铸铁材料的磁化曲线，当B=0.8T 时，磁场强度H=5700A/m，则

（2）查图3.5所示铸钢材料的磁化曲线，当B=0.8T 时，磁场强度H=400A/m，则

由例3-1可见，如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁芯材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。