第四節 簡單磁路的概念

在電器、電機中采用鐵磁材料，不但可以用較小的勵磁電流獲得較多的磁通，而且還可使磁通集中地通過一定的閉合路徑。所謂磁路，是指主要由鐵磁材料構成而為磁通集中通過的閉合回路。磁路中的鐵磁材料就稱為鐵心。

一、磁路歐姆定律

磁路中除鐵心外往往還有一些小段的非鐵磁性物質，例如空氣隙等。由于磁力線是連續的，所以通過無分支磁路各處橫截面的磁通是相等的。在如圖3-10所示的無分支磁路中，穿過鐵心和空氣隙的磁通相等。

我們可將磁路與電路進行對比。磁路中的磁動勢IN好比是電路中的電動勢；磁通Φ好比是電流。在無分支電路中，電動勢與電流的比值是全電路的電阻；類似地，我們把無分支磁路中磁動勢IN與磁通Φ的比值稱為全磁路的磁阻，記作R_m：

或寫成

這就是無分支磁路的歐姆定律。就是說，無分支磁路中的磁通Φ跟磁動勢IN成正比，而跟磁阻R_m成反比。

假設磁路由均勻的鐵磁材料構成，它的平均長度為l，橫截面積為A，磁導率為μ,可以證明，該磁路的磁阻為

因μ不是常數，所以鐵磁材料構成的磁路的磁阻也不是常數。

如果磁路中有一小段長l₀的空氣隙，其橫截面積也是A，那么這段空氣隙的磁阻為

于是，圖3-11所示無分支磁路的總磁阻為

這時磁路的歐姆定律具有下列形式：

利用磁阻的概念來分析磁路是比較方便的。因為μ＞＞μ₀，所以R_mμ＜＜R_mμ0?？梢姶怕分杏锌諝庀毒蜁蟠笤黾哟抛?，若仍要求有足夠的磁通，就必須增加勵磁電流I或線圈的匝數N。

二、電磁力的應用

【專業指導】 磁鋼在高溫150℃以上，或特別振動作用下會發生消磁現象。

1．電磁力在工業生產中的應用

電磁鐵由線圈、鐵心和銜鐵三部分構成。它的應用很廣，如用于起重、機床上的電磁吸盤電路的控制與保護等。圖3-11所示為用于起重的直流電磁鐵結構原理圖，當線圈通電時，磁力線通過鐵心、空氣隙和銜鐵構成的閉合磁路，由于銜鐵和鐵心都沿著同一方向被磁化，銜鐵與鐵心互相靠近的部分具有相異的極性（或者說，磁力線具有力圖縮短的趨勢，以減小磁阻，增加磁通Φ），因此，鐵心將把銜鐵緊緊地吸合到一起。

當電磁鐵已將銜鐵吸合或接近于吸合（即氣隙很小）時，作用于銜鐵上的吸力為

式中，F為電磁吸力，單位為牛頓（N）；B₀為氣隙出的磁感應強度，單位是特拉斯（T）；A為鐵心于銜鐵吸合處的橫截面積，單位是平方米（m²），在圖3-11中，A=2A′。

理論分析證明，交流電磁鐵吸合時，作用于電磁吸力在一平均值F_av的上下波動，波動的頻率是電源頻率的二倍，振幅恰好等于平均F_av；也就是說，在外加交流電壓的一個周期內，電磁吸力兩次達到最大值F_m=2F_av，兩次為零值。

交流電磁鐵吸合時的平均電磁吸力為

式中，B_m、Φ_m分別為磁感應強度、磁通的最大值。

交流電磁鐵是一個具有鐵心線圈的交流電路，磁路中的某些變化將對電路的電抗產生明顯的影響：一方面，由于磁飽和，使電抗減??；另一方面，磁路中空氣隙的增大，也會使電抗減小。電抗減小的結果就使得勵磁電流增大，這些現象是直流電磁鐵所沒有的。

交流電磁鐵起動時，銜鐵與鐵心之間的氣隙最大，電抗最小，這時線圈中的電流I_st稱為起動電流；電磁鐵吸合時，銜鐵與鐵心之間的氣隙最?。ń茷榱悖娍棺畲螅@時線圈中的電流I_w稱為工作電流。

2．電磁力在汽車上的應用

【專業指導】 汽車上采用線圈通電生磁的應用非常多，比如電磁閥、繼電器等。

繼電器是用較小的電流去控制較大電流的一種“可控開關”，不通電時開關狀態由彈簧決定，通電時繼電器利用線圈通電產生電磁吸力，克服彈簧控制開關動作。

如圖3-12a所示，繼電器的85、86端子之間為線圈，有兩種情況：一是未通電時開關端子30、87之間的開關處于斷開狀態時，稱為“常開觸點”繼電器；二是線圈未通電時開關處于接通時稱為“常閉觸點”繼電器。

繼電器分為普通型和電子型，圖3-12a和b分別為普通型繼電器和電子型繼電器。普通型是指繼電器線圈只受外部的一個或兩個開關控制，繼電器內無控制用的電子電路，但常有一個給線圈續流的二極管或續流電阻。

電子型繼電器是在電路板上使用電子元件做成電子電路（通常在殼體上標出），接收的開關信號經邏輯運算（信號間經“與”“或”），運算結果的輸出進行控制線圈通電，或繼電器內部有振蕩電路或延時電路。例如刮水器間歇繼電器和后風窗加熱繼電器等延時電路，轉向閃光繼電器內部的振蕩電路等，振蕩電路和延時電路網上有很多，因為繼電器不值得修理，更換即可。

有的幾個普通繼電器控制一個元件工作，例如發動機散熱器風扇，通常要用兩個或三個繼電器組合在一起，才能控制，如圖3-13所示的捷達空調風扇采用雙繼電器控制。

近幾年流行直接把微型繼電器或微型開關放在所在開關的內部，也有幾個開關都集成在一個印制電路板上，電路板上集成多個微動開關和多個繼電器，對于電流大的可用兩個微型繼電器并聯。例如，圖3-14為捷達儀表板上的空調開關、內循環開關、雙閃開關、后風窗加熱開關和行李箱開啟開關（出租車型，本圖中無）。

對于電子型繼電器，一般不做測量，多用換件法判斷。無件可換時也可測量斷路器上母插頭的工作條件是否達到，有時需要兩人協作，一人根據電路圖，操作有故障電路相應開關，另一人測量母插頭的電壓信號是否正常，開關電路是否有供電。不正常時更換開關，正常時，同時利用已經測出的有電壓的母插頭與負極線為回路測量是否構成回路。這兩步測量萬用表用電壓檔。

【專業指導】 很多線路板中的微型繼電器損壞后是可以更換的，這樣幾元錢可維修解決幾十或幾百元的故障部件。