混淆CGS和MKS磁学单位吗?理清它们的转换关系

提示:认识规则磁场:由于电源中的电感和变压器的磁芯或磁介质是规则的几何形状,因此用于描述磁场的磁力线经过的磁路固定,即磁场路径限制在规则的几何形状中,且磁力线在磁芯截面上均匀分布,磁路和磁力线重合,磁力线和磁芯截面垂直,因此我们涉及的变压器和电感等磁性元器件的计算是简单的代数关系,规则磁场大大简化了我们对磁场的理解和运算的复杂性。

引言:

电源中,我们涉及到的磁,如磁场或磁场强度H、磁通φ、磁通密度B等;而在有关计算磁性元器件相关的磁芯尺寸方面,如等效磁路le以及等效磁芯截面积Ae等,它们都有量纲或单位,有些书籍尤其是英美作者的书籍,会沿用它们的CGS体系单位制,对我们在学习过程中造成有关单位换算方面的不同程度的混乱,因此有必要进行梳理,当你碰到后这样的情况后,做一个简单的转化就可以了。

我们总是习惯于以国际单位制为基础的单位体系,如,质量用“千克-kg”计量、长度用“米-m”计量,时间用“秒-s”计量,这是我们从小养成的习惯,因为只有这样,我们计算的参数才是符合我们记忆标准的

1、一个例子引出两种CGS和MKS单位制的转化

如上次我们讲到的安培环路定律计算磁场强度H的内容,在英美CGS单位体系下,表达式分母多了个系数—0.4π

首先,再次说明MKS和CGS分别代表什么?

①、“MKS”是m、kg和s三个量的缩写词,是以国际单位制为基础的,也称为合理化单位制

②、“CGS”是cm、g和s三个量的缩写词,是英美单位制,也称为非合理化单位制

我们一般推荐使用国际单位制为基础的单位,但有些时候,在某些资料上需要转化。

注解:

(1)磁场强度H的单位或量纲,在以国际单位为基础的单位制下,是“安培/米”,由于式子中包含匝数N,则也可以用“安.匝/米”表示;

(2)我们电源的规则磁场中,磁通或磁通量是磁芯截面积S与穿过磁芯截面积的磁力线密度(也称为磁通密度)或称为磁感应强度—B之积,这里由于磁场是规则的,磁力线垂直于磁芯截面积,而且磁密B是均匀的,所以,磁通量就是简单的代数式。

(3)从上表中可以看出,在MKS单位体系下,磁通密度或磁感应强度B选用“Wb/m2”是一种导出单位,磁通φ的单位是韦伯Wb,磁芯截面积S单位是没,那么单位是磁通和面积的商—Wb/m2,而特斯拉T是一种我们工程实际计算中常见的使用单位,是一种规定的单位计量;那么在CGS单位体系下,长度单位采用cm,则磁通密度单位为Wb/cm2由于m和cm是100的关系,则平方后成为10000=10的4次方,1Wb/m2=10的4次方Wb/cm2;

(4)除了磁通φ是基本单位—它在CGS体系下是麦克斯韦Mx或者是MKS体系下的韦伯Wb,其它参数的单位均可使用以此为基础的导出单位,导出单位和常用习惯规定单位等同,如磁通密度或磁感应强度单位T等同于Wb/m2

(5)由于实际中,真空磁导率

所以在CGS单位体系下4π相关的系数会存在在某些以CGS单位制下的公式中,看到4π相关的公式,应马上联想到是CGS单位制

建议:使用MKS单位体系计算,保持国际单位制,以免计算出错,不刻意将MKS转化为CGS,碰到CGS单位制,将其转化为MKS进行计算。

2、CGS和MKS单位体系下的磁场强度转化

在选用磁粉芯之类的磁环时,直流偏置磁化曲线你也会碰到,往往需要进行单位的辨认和转化,下面是天通“TDG”的铁硅磁环磁导率随着直流偏置的磁化曲线变化,横坐标磁场强度是用奥斯特Oe表示的。

根据安培环路定理H=NI/le-m,那么将长度转化为CGS的cm

则H=NI/le-m→100*NI/le-cm(A/m)

由于,1A/m=4π/1000 (Oe)

则CGS下的磁场强度H=(100*NI/le-cm)*4π/1000=0.4πNI/le-cm (Oe),4π/1000就是二者之间的转换系数

注:Le-cm表示以cm为单位,Le-m表示以m为单位。

3、磁芯尺寸常见单位

一般表达磁芯的常用尺寸参数,无非就是有效磁芯截面积Ae,磁路有效长度le等规格参数,我们都可以通过CGS到MKS的转化,如下是KDM和TDG的一种磁环的规格,对尺寸的定义,包含磁环内径(ID)、外径(OD)、厚度(Ht),以及有效磁路长路(le)、磁芯有效截面积(Ae)、体积(V)等,计算时注意尺寸单位。

明确单位和单位换算是我们正确设计和计算磁性元器件的基础。

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  • dy-RagqE2u2 2020-12-30 12:14
    谢谢分享!
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  • dy-RagqE2u2 2020-12-30 11:56
    老是把单位转换搞错,看了这篇文章茅塞顿开。????
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  • Porterer 2020-12-19 10:51
    干货满满,内容超赞????
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  • 星球居民-VTxvNctV 2020-12-19 09:11
    看过开关电源设计,就是用CGS单位制,不习惯,书内容倒是可以
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