磁悬浮的模糊控制系统设计+数学建模+仿真(5)
下面主要关心其磁导率的频率特性、饱和特性以及温度特性等。
饱和特性是选择EMI 吸收磁性材料的一项重要参数。图 2.2 中，B-H 曲线随H增大而趋向平缓，其微分磁导率减小，从而使电感减小，这种效应就称为磁性材料的饱和。而磁场强度H 是由电流通过线圈引起的，它满足以下关系：
H ∝NI （2.1）
其中N 为线圈匝数；I 为电流。
所以在选择EMI 抑制器件磁芯或磁环时，要注意考虑材料的磁饱和问题；尤其对于工作电流较大的设备，须综合考虑电感量、线圈匝数及材料特性的选择，电感量一般不宜太大。
频率特性反映了磁性材料的磁导率随频率的变化情况。磁性材料的磁导率并非恒定不变，而是随频率的升高而变化的。定义初始磁导率µI为直流磁导率。图 2.3 为两种典型软铁磁性材料的磁导率-频率特性曲线。MnZn 材料的初始磁导率很高，约为1200~8000 左右，但随着频率的升高，磁导率下降很快；NiZn 材料的初始磁导率较低，约为80~800，但随着频率的升高，磁导率缓慢增大。因此，在选用材料时，若干扰电流的频率 f 大于临界频率 f 0 （见图 2.3）时，宜采用NiZn 材料；反之应选用MnZn 材料。具体选用时，由于各种材料的具体特性不同，因此临界频率 f 0 不容易准确给出，但应根据干扰频率的主要分布频段，低频干扰采用MnZn 材料，高频干扰采用 NiZn 材料。
图 2.3 铁磁性材料磁导率~频率特性
温度特性反映磁性材料的初始磁导率随温度的变化关系。军用电子设备的环境温度范围为-55℃~+85℃，为了满足在此温度范围内正常工作，必须考虑磁性材料的温度特性。衡量材料温度特性的关键指标称为居里温度。图 2.4 为某种材料的温度特性：当温度超越居里温度后，磁导率会急剧下降，磁性材料转变为非磁性材料，导致该磁芯的电感量急剧减小，直至失去电感特性。
图 2.4 磁性材料的温度特性
本实验装置中电磁铁选用了整块的软铁加工成铁芯，防止由于剩磁过大而使使铁芯无法释放，铁芯的截面定为圆型，半径取经验值 r =22mm，保证足够大的吸力。
2.2 毕奥—萨伐尔定律
毕奥.萨伐尔 (Felix Savart, 1791-1841，法国物理学家.)，分析了许多电流回路产生磁场的实验数据，总结出一条说明两者之间关系的普遍定律，称为毕奥-萨伐尔定律，即：电流元 Idl 在真空中给定场点 P 所激发的磁感强度 dB 的大小，与电流元的大小 Idl 成正比，与电流元的方向和由电流元到场点 P 的位矢 r 间的夹角(dl，r)之正弦成正比，并与电流元到点 P 的距离 r 之平方成反比[11]。亦即：
dB∝Idl∝sin〖(dl,r)∝1/r^2 〗
dB∝(Idl sinᵠ)/r^2 (2.3)
毕奥-萨伐尔定律给出了一段电流元 Idl 与它所激发的磁感强度 dB 之间的大小关系：
dB=μ/4π (Idl sin〖(dl,r)〗)/r^2 (2.4)
这里提到的位矢 r，标示磁场中点 P 相对于电流元 Idl 的位置，它的方向从电流元所在处指向点 P，它的大小就是电流元到点 P 的距离，(dl，r)是指电流元 Idl 与 r 之间小于180°的夹角，也可表示为 θ=(dl，r)。
考虑到电流元 Idl、位矢 r 和磁场 dB 三者的方向，电流元的磁场可写成矢量形式：