基本概念 [磁感应强度][磁场强度][磁导率][损耗角][额定电流比][比差][角差][返回微型互感器天地]
根据我国的计量法,物理量单位采用国际单位制,即SI。由于历史的原因,直到现在,在电磁学中的单位使用还是比较混乱。包括一些废弃的单位目前还出现在许多地方。为方便读者理解,因此这里列出一些常用量的换算。
磁感应强度B可以这样定义,足够小的电流元Idl(I为导线回路中的恒定电流,dl为导线回路中沿电流方向所取的失量线元)在磁场中所受的力最大方向时,所受到的最大力dFmax与Idl的比值。
B=dFmax/Idl
恒定磁场中各点的磁感应强度B都具有确定值,它由磁场本身决定,与电流元Idl大小无关。
电流会在其周围产生磁场。一个线圈绕得很紧密的载流螺绕环,总匝数N匝,电流I,利用安培环路定律可以求出螺绕环内离环心O半径r处P点的磁场的磁感应强度B0
B0=μ0NI/2πr
式中:μ0真空磁导率μ0=4πe-7 (N/A^2);N总匝数;I电流,安A。
在SI中,磁感应强度B单位特[斯拉]T,1T=1N/A·m=1Wb/m^2。磁感应强度B的概念比较复杂,有各种定义方法,感兴趣的话可参阅相关参考书 1T=10000Gs(高斯)
磁场强度H:[页首]
磁场强度H与电场中的电位移矢量D相似。
真空中原来的磁场的磁感应强度B0,由于引入磁介质而产生附加磁场,其磁感应强度B’,则磁介质总的磁感应强度B是B0和B’的矢量和,即
B=B0+B’
B与B0的大小比称相对磁导率 μr= B/B0 。对于铁磁质磁性很强的材料 μr远远大于1。不同的物质对磁场的影响非常大,因此引出了一个辅助矢量——磁场强度H。磁介质内磁场强度H沿闭合路径的环流等于闭合路径包围的所有传导电流的代数和(存在磁介质时的环路安培定理)。
∮LH·dl=∑LI0i
象电流互感器之类的螺绕环磁场强度H
H=NI/2πr
r 为到磁环中心的半径。
磁感应强度矢量B与磁场强度矢量H的关系:
B=μ0H+μ0M
μ0真空磁导率;M磁化强度表示磁介质的磁化程度。试验表明,在各向同性均匀磁介质中,M与H成正比,即
M=χmH
真空中没有介质时,M=0,得出:
B0=μ0H
M磁化强度表示磁介质的磁化程度,μ0真空磁导率
试验表明,在各向同性均匀磁介质中,B与H成正比,即
B=μ0(1+χm)H=μH
设μr=(1+χm),为相对磁导率
螺绕环中有磁介质的载流螺绕环,磁介质内的磁感应强度B
B=μH=μ0μrNI/2πr
μr磁介质相对磁导率,μ0真空磁导率。
磁场强度H单位是安/米(A/m)。在磁路设计中H矢量有广泛的应用。在互感器中就是励磁安匝与平均磁路长度的比值 H=I·n /L ,一般使用安匝每厘米(A/cm)单位。磁性材料刚开始时O点随着电流nI变大,磁感应强度B也开始缓慢变大,当到a点时电时,B开始急剧变大,当到b点,B增加开始变慢,当到c点H再变大时,B几乎不再变大,我们说材料被磁化到了饱和。达到饱和之后,无论H怎样增大,材料的磁感应强度也不再增大。此时的磁感应强度称为饱和磁感应强度,用Bs来表示。B-H关系画成曲线,就是材料B-H磁化曲线。饱和磁感应强度是磁性材料的一个重要指标。
在SI中,磁场强度H单位是安[培]每米(A/m)。在磁路设计中H矢量有广泛的应用。
磁导率μ:[页首]
在各向同性的均匀磁介质中,B与H成正比关系:
B=μH
μ称为磁介质的磁导率 μ=B/H,
磁介质的磁导率μ=μ0(1+χm)
磁介质的相对磁导率μr =(1+χm)
是磁化曲线上任意一点上B和H的比值。磁导率实际上代表了磁性材料被磁化的容易程度。在磁化的不同阶段,材料的磁导率也不同,磁导率在最高点称为最大磁导率。在磁化起始点的磁导率称为初始磁导率,简称初导。磁导率是软磁材料的另一个非常重要的指标。相对初始磁导率μi定义为
在SI中,磁导率的单位亨[利]每米(H/m),常用T/(A/m),T/(A/cm),但一般用相对磁导率μr来表示。1(H/m)=T/(A/m)=100T/(A/cm),在有些资料上用特/奥(斯特)(T/Oe)或高斯/奥(斯特)(Gs/Oe),高斯与奥斯特都是以前的物理量。1T=10000Gs,1A/m=4πe-3 Oe ,磁导率为1Gs/Oe 的磁介质的相对磁导率为1。相对磁导率μr是无量纲量。
铁芯损耗角Ψ:[页首]
要使磁性材料有磁感应强度B时,必须要有磁场强度H。对于交流电,磁感应强度B与磁场强度H并不同步,磁感应强度B总是落后于磁场强度H,落后的角度就是铁芯损耗角。磁导率和损耗角不是一个常量可以通过铁芯磁化特性曲线查到。在电流互感器正常工作范围内,磁感应强度B越大,铁芯损耗角越大。
电流互感器额定电流,额定电流比:[页首]
额定电流本意为在此电流下可以长期工作而不会损坏,额定的输入输出电流分别称额定一次电流、额定二次电流,额定一次电流与额定二次电流比值称额定电流比,用Kn表示。对用户而言通常关心的是额定电流,在微型电流互感器额定电流标称为如:5A/2.5mA 表示额定一次电流5A、额定二次电流2.5mA ,额定电流比为2000 。额定电流是设计微型电流互感器的主要依据。
电流互感器比差:[页首]
比差也称比值差:比差就是二次电流与实际一次电流按额定电流比折算成的理论二次电流的差值,并用与后者的百分数表示,对于未经过补偿的微型电流互感器的比差均为负值。
f=(I2-I1/Kn)/(I1/Kn) ×100%
f—比差%
I2—二次电流A
I1—一次电流A
Kn—额定电流比
电流互感器角差:[页首]
角差也称相位差:角差就是二次电流反相后与一次电流的相位差,通常用分(′)表示,超前于一次电流相位差为正值,反之为负值。对于未经过补偿的微型电流互感器的角差均为正值。
[返回首页]