电气设计中常见的电磁技术，你了解多少？

你是否曾经想过电机是如何工作的？你是否曾经想过继电器是如何工作的？这些产品都有一个共同之处，就是都采用了电磁技术。

在许多应用中，电磁是电气设计中一个关键因素。本文旨在帮助你认识和理解导体周围磁场形成的基本概念。本文将不涉及计算部分，因为那属于进阶部分，不过以下示例应该对你从头理解并正确使用电磁技术有所帮助。

电磁技术的基本概念

电磁

通过导电材料的电流产生的磁场，垂直于根据“右手法则”确定的电流流动的方向。导线的两种“初级”形状对应着不同的解释，一种是直线导线，另一种是线圈导线。

直线

下图是直线导线的直观示例。

如果你用右手“握住”电线，想象电流朝着拇指方向流动，则磁场会在三维空间中围绕导线形成；磁场的方向和形状与其他四根手指在电线周围卷曲的方式相同。为展示这一效果，我制作了一个简短的动画，可帮助你理解：

磁场不仅在特定方向上围绕在导线周围，还会从中心“扩展”，强度也逐渐降低。如果在灰色平面处放置一个铁磁针，则磁场的“北”极将会被吸引到地球的南极。

注意：只要电流流过整根导线，磁场就会在导线周围蔓延开来。

线圈

线圈是由许多顺时针或逆时针旋转的“环”组成的。环路在制造电磁铁时特别有用，因为电流从一个方向流入并从另一个方向流出，进而产生相反方向旋转的磁场。当磁场相互作用时，由于两个磁场均指向相同的相对方向，因此可以增强中心磁场。为了更好地解释这一现象，请参见以下示意图：

注意，磁场箭头在灰色平面上以相同的相对方向在中心处相交。由于这些磁场非常接近，因此可增加中心合成磁场的强度。这一特性在数个环路中表现得更加强大，例如电感、机械继电器和变压器等技术中使用的线圈。

下图是线圈的直观示例。

绕线通常缠绕在具有高磁导性的铁磁芯或材料上。这一次，假设你握着周围缠绕着电线的固体材料。围绕在“棒”周围的四根手指代表线圈和电流流动的方向。拇指表示北极的位置以及磁场从最接近拇指的一端出来的方向。下图更加详细地展示了顺时针线圈和逆时针线圈。

蓝色线表示线圈弯曲处的较小磁场。注意顺时针方向的磁场都是从上到下指向线圈中心的。反之，逆时针线圈的磁场则从下到上指向中心。再次说明，磁场实际上是360度围绕整个线圈的。它们也向外辐射，但强度会逐渐降低。以下是另一个显示此特性的动画：

当电流方向反转时，磁场的极性就会切换：

电磁技术示例

以下是四种涉及电磁的技术示例。

变压器

变压器会使用不同数量环（匝数比）的组合以及一侧产生的磁场。由于交流电流每秒会在正负极间波动60次（美国）或50次（欧洲），因此一侧产生的磁场的极性会不断变化且强度也在增加/减少。改变的磁场到达另一个线圈时，会“感应”出不同电平的电压（取决于该线圈的匝数）。

机械继电器

机械继电器则以非常直接的方式利用磁场的极化。由于线圈的北极具有确定的方向（根据电流方向和绕组方向），因此这种磁场可用于下拉通常能导通更大电流（比线圈大得多）的铁磁连接头（加载到线圈的电流和跨连接头的电流是隔离的）。这就是为什么几乎总会有图片显示线圈的哪一侧应通电（对于直流继电器），因为电流方向是正确致动的关键因素。

电感

电感的一个关键特性是回冲。电感内部和周围产生的磁场会存储能量，并且在快速断电的情况下，会在连接的电路上以非常高的电压释放能量。如需了解更多详情，请参见此贴文：电感特性：为什么朝向不重要。

电机

电机一般（无论交流或直流）都会基于磁场进而运转。在直流有刷电机中，定子（不移动的部件）具有称为电刷的电连接，可向具有线圈的转子（动的部件）提供电流。由电产生的磁场被内部的永磁体排斥，从而产生转动。交流电机具有若干种方法，但一般的概念是相同的，即，电能产生的磁场被其他磁体排斥。