论电磁轭铁心磁导率对磁通和励磁电流的影响

    由于电磁轭携带方便,适应性强,因此在现场磁粉探伤中得到了广泛应用。如何设计或选用性能好的磁轭式磁粉探伤设备,是人们关心的问题。电磁轭是该种设备的重要部件,主要由励磁线圈和铁心组成。磁通Φ和励磁电流I是其重要的参量,磁导率μ又是影响这两个参量的主要因素之一。下面对如何适当选择μ值进行讨论。

1　电磁轭的磁路^[1~4]

    磁通经过的路径称为磁路。一般情况下,磁通漫布于空间中,但当空间中有用磁导率高的材料制成的导磁体(如铁心)时,磁通则主要集中于导磁体内,形成主磁通,泄漏在导磁体外的则形成漏磁通。若与电路相比,在电路中导电材料的电导系数一般比电路周围绝缘材料的电导系数大几千万万倍以上,而磁路中导磁材料的磁导系数一般仅比周围非磁性材料的磁导系数大几千倍。因此,磁路中的漏磁现象比电路中的漏电现象大为显著。虽然这样,一般漏磁通还是远小于主磁通。于是,在实际应用中,一般将漏磁通忽略不计,而只考虑主磁通。因此,常常又特指主磁通经过的闭合回路为磁路。也就是说,在应用电磁轭探伤时,一般其主磁通经过电磁轭铁心,被探伤工件及接触间的气隙形成回路,组成了串联磁路。

2　磁路理论分析

    对磁路的分析,常常要用到磁路欧姆定律和基尔霍夫定律。

    在磁路中也有形式上与电路欧姆定律相似的磁路欧姆定律,即

式中　U_m———导磁体两端的磁压

            R_m———导磁体的磁阻

    与电路中的欧姆定律相似,磁路欧姆定律也只适用于线性元件和不含磁通势的磁路。

    在磁路中,还有形式上与电阻定律相似的磁阻定律

式中　H———导磁体内的磁场强度

            B———导磁体内的磁感应强度

            S———导磁体截面积

            L———导磁体的长度

    磁导率μ表征了材料的导磁能力,它实际上就是指在一定的外磁场作用下,材料可能被磁化的程度。μ值大则磁化程度高,其附加磁化场则大,就认为该材料的导磁能力强。由式(2)可知,μ,L和S只与导磁体本身有关,因此,在这种意义上说,磁阻R_m与电阻R一样,是导磁体本身的属性,它在磁路欧姆定律中被认为是常量。但一般常用的导磁体是铁磁体,它的磁导率μ不但随材料的不同而不同,并且还随H和B的变化而在较大范围内变化。由式(2)可知,它将导致磁阻R_m不是常量,也是随H和B在较大范围内变化,即铁磁体是非线性元件。因此,在计算磁路时,一般都要考虑其非线性,故不能直接应用磁路欧姆定律进行磁路计算,而仅作为定性分析。实际可利用材料的基本磁化曲线,即B-H曲线,和磁路的几何尺寸,得到ΦU_m特性曲线来确定Φ与U_m的关系。

    在用电磁轭探伤时,通常是由电磁轭、气隙、工件组成串联磁路,即由磁通势和各磁阻串联的磁路。因此下面主要讨论串联磁路,对并联磁路暂不作讨论。如前所述,磁路欧姆定律只适用于不含磁通势的磁路。对于含磁通势的闭合磁路,通常采用基尔霍夫第二定律,即沿磁路的任意闭合回路磁压降的代数和,等于与该回路磁通相交链的线圈磁通势的代数和,即