磁路的欧姆定律用来确定
磁路的磁通Φ、磁动势F和磁阻Rm之间的关系。三者之间的定量关系可以表示为:Φ=F/Rm
为了使较小的励磁电流产生较大的磁通,在电机、变压器以及各种铁磁元件中常用
磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或者其他物质的磁导率高很多,因此磁通的绝大部分经过铁心形成闭合回路,这种人为造成的磁通路径被称为磁路。图3.1-3是最为简单的磁路。
以图5-6所示环形
铁心磁路为例,设环形铁心上的线圈是密绕的而且绕得很均匀,从而使得沿铁心中心线产生的磁场各处大小相等,并且磁场强度的方向和铁心中心线的方向一致。
磁阻Rm与磁路的平均长度z成正比,与磁路的截面积S及构成磁路材料的磁导率口成反比,所以磁路磁阻的大小取决于磁路的几何尺寸和所采用材料的磁导率。磁路长度越长,截面积越小,磁阻就越大;材料的磁导率越大,磁阻越小。所以
铁磁材料组成的磁路磁阻很小,即使是很小的气隙,由于其磁导率很小,其磁阻也很大。在电机的磁路中,电机气隙很小,但却是电机磁路磁阻最大的部分。值得注意的是铁磁材料的磁导率岸不是常数,所以由铁磁材料构成的磁路,其磁阻也不是常数,而是随磁路中磁通密度的大小而变化,即铁磁材料的磁路具有非线性。
根据磁路欧姆定律,我们可以发现,磁路中的磁通相当于电路中的电流,磁压降(或磁势)相当于电路中的电压降(或电势),而磁阻则相当于电路中的电阻,这样,就可把磁路的问题仿照电路的问题来解决。
在运用时应注意磁路有其自身的特点。在
机电设备中,不导磁的铜、不锈钢等
金属材料和绝缘材料及空气隙在磁路中均描述成空气隙,它与气隙的大小δ成正比,与磁路的截面积 Sδ及其导磁率μ0成反比,它的导磁率为常数。铁磁物质的磁阻用 RFe表示,它与磁路的长度成正比,与导磁体的截面积及其导磁率成反比,它的导磁率与导磁体的物理性质及饱和程度有关,不是常数。这和电阻不完全一样。
直流电机的主磁场是电机实现机电能量转换的关键。为了清楚知道电机的工作情况,必须具体分析空载时直流电机的磁场和气隙磁密的分布情况。这个问题如果用陈述性语言去分析,是非常困难的。应用磁路欧姆定律,把电机的磁场关系进行量化,便可以用数学方法去进行有关的计算和分析。
首先,根据磁路按材料和截面分段的原则,对闭合的主磁路可分为五段,即空气隙、电枢齿、电枢轭部、主磁极和定子磁轭。其中除空气隙是空气介质外,其余各段均是铁磁物质。这样,可把磁路中的磁阻分解为铁磁阻 RFe和空气隙的磁阻Rδ,且按各段磁路的连接情况,认为铁磁阻和空气隙的磁阻是串联关系,可画出其等效磁路图,如图1中(a)所示。由于气隙中的空气导磁系数比铁磁物质的导磁系数小得多,所以气隙磁阻在磁路总磁阻中占相当大的比例。为了简化计算,通常忽略铁磁物质的磁阻,等效磁路可见图1中的(b)。这样,主磁通Φ的大小决定于励磁磁势FL跟气隙磁阻Rδ的比值。
当励磁磁势恒定时,气隙各处的磁密与该处的气隙长度δ成反比。若主磁极下的气隙是均匀的,则主磁极下的气隙磁密大小相等。据此得出气隙磁密沿电枢表面气隙空间的分布波形为一平顶波。可用同样的方法求取负载时电枢磁密的分布波形。