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2电磁器件分析方法—磁网络法

2.1磁路基础

磁场作为电磁器件实现机电能量转换的耦合介质，其强弱程度和分布状况不仅关系到电

磁器件的参数和性能，还决定其体积和重量。然而大多数电磁器件的结构和形状比较复杂，

并有铁磁材料和气隙并存，很难用麦克斯韦尔方程直接求解。因此，在实际工程中，常采用

将求解域内的各个部分分别等效为一个磁导或者磁导和磁动势的支路，把抽象的磁场问题等

效为磁路问题来求解的方法。依据电路磁路的相似性，解出各部分磁位，求得器件参数和性

能。从工程观点来说，这种将复杂的磁场问题简化为磁路计算的方法，其准确度是足够的。

2.1.1磁场的几个常用物理量

1.磁感应强度B

磁场是电流通入导体后产生的，表征磁场强弱及方向的物理量是磁感应强度B，它是一

个矢量。磁场中各点的磁感应可以用闭合的磁感应矢量线来表示，它与产生它的电流方向可

以用右手螺旋定则来确定，如图1-1所示。国际单位制中，B的单位为T（特斯拉），

1T1Wbm2。

磁感应矢量线

电流

图2-1磁感应矢量线回转方向与电流方向的关系

2.磁通Φ

在均匀磁场中，磁感应强度B的大小与垂直于磁场方向面积A的乘积，为通过该面积

的通量，简称磁通Φ（一般情况下，磁通量的定义为）。由于B=A，B也称

BdA

为磁通量密度，简称磁通密度。若用磁感应矢量线来描述磁场，通过单位面积磁感应矢量线

的疏密反映了磁感应强度（磁通密度）的大小以及磁通量的多少。国际单位制中，Φ的单位

为Wb（韦[伯]）。

3.磁场强度H

磁场强度H是计算磁场时所引用的一个物理量，它也是一个矢量。它与磁感应强度B

的商等于磁导率μ，μ是用来表示物质磁导能力大小的量，即

B

=H(2.1)

−7

真空的磁导率为μ，国际单位制中4=10Hm，铁磁材料的磁导率。

00Fe0

2.1.2磁路的概念

如同把电流流过的路径称为电路一样，磁通所通过的路径称为磁路。不同的是磁通的路

径可以是磁体，也可以是非磁体。图2-2所示为常见的磁路。

主磁通

漏磁通

漏磁通

图2-2变压器磁路

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，这部分磁通称为主磁通，用来进行能量转换或传递。围绕载流线圈，

在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，漏磁通不

参与能量转换或传递。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2-2中

示意地表示出了这两种磁路。

2.1.3磁路的基本定律

进行磁路分析和计算时，常用到以下几条定律。

1.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LHdl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，如图2-3所示。用公式表示，即

LH