安培定律和磁通密度的增加

安培定律指出，在一个闭合路径中电磁场由其中穿过闭合路径的电流决定。事实上，在任何时间，磁场强度沿任一闭合路径的线积分等于该路径所包含的电流之和

式中 μ——材料磁导率；

H——磁场强度；

B——以特斯拉为单位的磁通；

μ_r——相对磁导率。

空气或自由空间的相对磁导率是1，不同材料的相对磁导率的变化范围很大。

如果电流I流过线圈，则产生了磁动势（mmf），磁动势与流过的电流和线圈匝数有关。F=NI是磁动势表达式。磁通量Φ由磁动势F产生。这类似于电路中电流由电压产生。磁动势与磁通量的关系为

F=ΦR

式中 R——磁路阻抗。

磁通密度B和磁场强度H的曲线如图3-5所示。

从饱和曲线中可以看出，磁场强度在ZT点之前大体与磁场强度线性相关。过了这一点，磁场强度的增加只会导致磁通量强度的小幅度增加，此后电磁场的任何增加也不会导致磁通密度的任何增加，因为材料已经饱和。

图3-6和图3-7所示是非磁性材料和磁化材料的磁力线分布。(www.xing528.com)

图3-5 饱和曲线

图3-8描述了磁性材料的磁滞特性。当交流电流施加于芯棒的线圈时，随着电流的增加，磁通密度从a增加到b，如图3-8所示。当电流减小时，磁通强度会沿着b-c-d的路径相应减小。事实上，当磁动势施加于线圈然后再撤去，磁通密度不会沿着其初始增加的路径减小，因为一些磁性材料即使在移去磁动势后依然存在磁场，这个电磁场通常称为剩磁。为了使磁通密度为零，则与剩磁相反向的磁动势需施加于线棒；这个磁动势常称为矫顽磁力H_c，作用是将磁通从c点降到a点。

图3-6 非磁性材料，净磁场为零

图3-7 磁化材料

图3-8 磁滞特性

磁滞特性是磁性材料中电力损耗的一个原因。除了磁滞损耗，涡流是另一个主要的能量损耗，如图3-9所示。在材料内产生的涡流导致磁性材料内部发热。涡流所产生的热量与电流流过的路径有关。为了降低根除涡流引起的损耗，铁心采用重叠的磁性材料构建，这种结构称为叠片。采用叠片结构在不影响效率的情况下降低了铁心中的热量。

图3-9 涡流