下面用安培環(huán)路經(jīng)理來分析幾種常見的磁路的磁場強(qiáng)度。
首先是環(huán)形磁場的磁場強(qiáng)度,如圖所示,環(huán)形磁芯繞有N條線圈,通過的電流為I,環(huán)形磁芯的截面積為A,平均周長為l,半徑為r。所以根據(jù)閉合曲線的積分,∮Hdl=Hl=2πr*H,而所包圍的閉合曲線所包圍的電流∑I=I*N,于是 H*2πr=Hl=In,可以得到H=IN/2πr=IN/l,這就是環(huán)形磁芯的磁場強(qiáng)度的表達(dá)式。
第二種,單導(dǎo)線的磁場,單跟載流導(dǎo)體輸入電流為I,那么導(dǎo)線的中心為原點(diǎn),沿半徑方向為x軸方向。在導(dǎo)線內(nèi)部可以推導(dǎo)的出內(nèi)部的磁場強(qiáng)度
,r是導(dǎo)線的半徑。那么在導(dǎo)線外也可以推導(dǎo)得出Hx=I/2πx,可以得到當(dāng)x=r的時候Hx會最大值。也就是說磁場強(qiáng)度在導(dǎo)線的邊界處是最大點(diǎn),也在那一點(diǎn)發(fā)生了突變。
第三種情況是兩根同一相反方向電流的導(dǎo)體間的磁場,可以用右手定則來判斷。在導(dǎo)線的中間,他們磁場互相疊加,磁場強(qiáng)度最強(qiáng),在導(dǎo)線的外側(cè)磁場強(qiáng)度越來越弱。
第四種情況是變壓器線圈間的磁場。那么高頻變壓器的話,通常有原邊繞組,原副邊繞組的填充物和副邊繞組等組成。那么原邊繞組的磁式和原副邊繞組磁式應(yīng)該是平衡鐵相等的。我們以原邊繞組的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),也就是x等于零點(diǎn)。那么就可以得到如下圖所示的磁場強(qiáng)度的H分布情況,在原邊繞組的區(qū)域,磁場強(qiáng)度線性增長,到達(dá)了原副邊繞組的填充物之間,由于不包圍電流,磁場強(qiáng)度 H不再變化。而當(dāng)x進(jìn)入了副邊繞組的區(qū)域,由于原副邊繞組磁場是抵消的,磁場強(qiáng)度 H線性下降。到了副邊繞組接觸的時候,所包圍的磁式又是代數(shù)和等于0,所以磁場強(qiáng)度H又回到了零點(diǎn)。
下面我們來研究一下磁場強(qiáng)度的單位,國際單位制,磁場強(qiáng)度單位是安培/每米,A/m,實用單位也就CGS制,他是奧斯特,即安培/厘米,簡稱Oe。那么
,
所以我們根據(jù)
,那么μ0的定義是1Gs/1Oe,經(jīng)過運(yùn)算以后就等于
。從μ0的定義我們可以看出來,μ0就是1Gs/1Oe,可以看出來奧斯特的意義是什么。
下面我們對磁導(dǎo)率單位進(jìn)行推導(dǎo)。
根據(jù)定義,μ=B/H那么B的單位是
,H的單位是
。 經(jīng)過計算以后,分子上是Wb,分母上是A*m。
我們看下面的公式,根據(jù)電磁感應(yīng)定理
,那么這是磁路當(dāng)中的表達(dá)式。那么等于
這是電路當(dāng)中的感應(yīng)電動勢的表達(dá)式。經(jīng)過變換以后,我們可以看到-edt=NdФ=Ldi,edt我們稱為伏秒或者叫磁通的伏秒面積。所以磁通實際上就是伏秒面積,這樣一來我們再回到μ的推導(dǎo)式里面去,所以
,我們把V/A就等于電阻的歐姆,那么也是分子上就是Ωs除以分母上的m,Ωs就是電感的單位亨利,所以μ的話最終的單位是H/m。
上面是三種典型波形的伏秒面積。那么第一種是直流,第二種是正弦波,第三種是鋸齒波??梢缘玫降谝环N和第三種,隨著時間的積分,它是永遠(yuǎn)大于0的,而只有第二種是會歸0的,所以只有正弦波面積才能歸零的這樣的積分才能在磁性元件當(dāng)中才能可以應(yīng)用,否則的話都會引起磁性的飽和。