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2017 - 07 - 28
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2017 - 07 - 28
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磁的基本知识


磁的基本知识

磁的范围比较广,讨论起来太泛!而磁场是电机实现能量交换的媒介(磁场和电流是电机工作两个基本条件),所以在下面我们以讨论磁场开始,首先介绍必要的一些概念。为了易懂,我们采用了较为狭义的表述方法(所谓狭义是指在大多数情况下是对的或者说有条件的正确),请大家注意!
1、磁通及磁感应强度
一条通电导体或一块永久磁铁,它的周围是充满磁场的,在每一点它既有大小也有方向,通常形象地用磁力线表磁场的分布(如图1),借助磁力线,我们介绍两个物理量。
a.磁通:用磁力线的数量来表示。如通电导体周围磁力线的总和,我们就叫总磁通,其单位不是我们想象用“根数、条数”表示,而是用麦克斯韦尔Mx或韦伯(Wb)作为其单位,且有
1Wb=108 Mx
b.磁感应强度B:也称磁通密度即单位面积的磁力线数量。如图1中通过阴影面积S′的磁力线(磁通)为Φ,则B=Φ/S    单位是高斯(GS)或特斯拉(T),且有

磁的基本知识

1T=104 GS
2、 磁场及磁场强度
图2是一个类似于我们常用的充磁实验装置。环形均质永磁体的上端被切下一段,形成一个长为Lδ的气隙,下端装匝数为W的一个线圈,当线圈通以电流时,便会在圆环磁体内部以及空气隙Lδ中产生磁通。我们定义“I•W”为磁动势F,简称磁势,单位是吉伯(Gb)或安(A),且有
1A=0.4π Gb
我们知道安培环频定律可表示为:
F=∮H•dL=∑(Hi•△Li)=H1△L1+ H2△L2+•••+Hn △Ln+•••
H即为磁场强度,其物理意义可在以下分析中体现。如在图2磁路中将切割的小截磁体放回,则
可视为一个特制磁路并设总长为L1,在均质磁路中可认为H处处相等,
则  F=∑(Hi•△Li)=H•L   即H=F/L(安/ 米)
因此,可以狭义地理解为:磁场强度H是磁路中单位长度上的磁动势。
3、 剩磁、矫顽力、磁化曲线及磁导率
如图2,我们将切割下来的小截磁体放回即变成一个均匀的磁路,然后将电流从“0”开始,不断加大,
这时候磁路的磁通中不断上升见图3”og”段。在达到膝点g之前,磁通Φ随着磁势F(W•I)的增长而线性同步增长,“o-g”基本是一条直线;过g点后磁路渐饱和,Φ的增加速度减缓至a点几乎不再增加;此时若减少流即减小F,Φ不沿“a-g-o”返回,而是沿“a-b”下降;当F=0时,磁通中不为0 (如b点),对应b点的磁通,我们记为Φr并称为“剩磁通”;当线圈改变电流方向即F为负值时,Φ值逐步下降,达到C点,此时磁通Φ为“零”值,对应此时的F值记为Fc我们称为“矫顽力”,余类推,曲线由“c→d→e→f→a”返回。
磁的基本知识          磁的基本知识
图3曲线,我们称为磁化曲线,用函数Φ=f(x)表示;由于Φ,F与几何尺寸有关,不便于工程学中对磁性材料的认识和比较,为此将图3中的纵坐标磁通Φ除以磁路的截面积S即变为磁通密度B,将横座标磁势F除以磁路的长度L即变为磁场强度H,经过这种方式的坐标变换后图3磁化曲线Φ=f(x)即变换为图4所示的B=f(H)磁化曲线。它的物理意义在于对于均质磁路,它反映了单位磁势产生单位磁通的能力,也就是这种材料的磁化能力,与尺寸无关。故磁化曲线B=f(H)在工程学上获得了广泛的应用。通常在手册中见到剩磁Br及矫顽力Hc就出自B=f(H)曲线。这里还要引入一个参数μ我们称为磁导率,
即 μ=B/H  ,  B=μ•H 
这是一个很重要的公式,在铁磁物质中,由于存在饱和现象,μ是一个变化值;在真空(空气可近似)中,μ是个常数,记为μ0,真空磁导率它的值为:μ0 =4π•10-7(享/米)
4、 磁滞现象,硬磁材料和软磁材料
上面所述的磁化曲线中,当H=0时,B=Br≠0,也就是说磁通密度B落后于磁场强度H的变化,这种“B滞后H”的现象我们称为“磁滞现象”,在图3、图4中,a→b→c→d→e→f这条磁化曲线也称为磁滞曲线。
当一种材料的磁滞曲线很宽很肥时,即Br、Hc值较大时,对应的这种材料我们称为硬磁材料。通常我们使用的永磁材料属于这一类。
当一种材料的磁滞曲线很窄很瘦时,即Br、Hc值较小时,对应这种材料我们称为软磁材料。通常我们使用的导磁材料如硅钢片,电解板,冷扎板都归这一类。


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