铁磁材料的磁滞回线.docx

实验 19 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 铁磁物质（铁、钴、钢、镍、铁镍合金等）的磁性有两个特点：其一是在外磁场作 用下能被强烈磁化，故磁导率μ 很高，而且磁导率随磁化场强度变化；另一特征是磁滞， 即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态。因而它的磁化规律很复杂。要具体了解某 种铁磁材料的磁性，就必须测出它的磁化曲线和磁滞回线。 实验目的和学习要求 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性； 测定样品的基本磁化曲线，作μ －H 曲线； 测定样品的HC、Br、Bm 和（Hm·Bm）等参数； 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。 实验原理 起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线 图 19-1 为铁磁物质的磁感应强度B 与磁化场强度H 之间的关系曲线。图中的原点O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O。当磁场H 从零开始增加时，磁感应强度B 随之缓慢上升，如线段oa 所示，继之B 随H 迅速增长，如ab 所示，其后B 的增长 又趋缓慢，并当H 增至H 时，B 到达饱和值B ，oabs 称为起始磁化曲线。图19-1 表明， S S SD当磁场从H 逐渐减小至零，磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR 下降，比较线段OS 和SR 可知，H 减小B 相应也减小，但B 的变化滞后于H 的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝O 时，B 不为零，而保留剩磁Br。当磁场反向从O 逐渐变至－H 时，磁感应强度B 消失，说明要消除剩磁，必须施加 S D D反向磁场，H 称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD 称为退磁曲线。 D 图 19-1 还表明，当磁场按H →O→H →-H →O→H ′→H 次序变化，相应的磁感应 S D S D S 强度 B 则沿闭合曲线SRDS? R ?D?S 变化，这闭合曲线称为磁滞回线。所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。 图 19-1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞 图 19-2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线 应该说明，当初始态为 H＝B＝O 的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁 化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，要注意的是：反复磁化H（→-H → S S H ）的开始几个循环内，每一个循环B 和 H 不一定沿相同的路径进行，只有经过十几次反 S 复磁化（称为“磁锻炼”）以后，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。只 有经“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质。 图 19- 3 铁磁材料μ 与 H 关系曲线 图 19-4 不同铁磁材料的磁滞回线 由于铁磁材料磁化过程的不可逆性具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时， 首先必须将铁磁材料预先退磁，以保证外加磁场H＝0 时，B＝O；其次，磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减小，不可时增时减。 如图 19-2 所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似 确定其磁导率 μ B ，因B 与 H 非线性，故铁磁材料的μ不是常数而是随H 而变化（如 H 图 19-3 所示）。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点使它用途广泛。可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图19-4 为常见的两种 典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。 测量磁滞回线和基本磁化曲线 观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图19-5 所示。 图 19-5 实验线路 待测样品为EI 型矽钢片，N 为励磁绕组，n 为用来测量磁感应强度B 而设置的绕组。 R 为励磁电流取样电阻，设通过N 的交流励磁电流为i，根据安培环路定律，样品的磁化 1 场强 H ? Ni U L 为样品的平均磁路 ∵ i ???1 L R 1 ? H ? N LR 1 U （19-1） ?1 ? （19-1） 式中的N、L、R 均为已知常数，所以由U 可确定H。 1 1 在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B 是测量绕组n 和R C 电路给定的，根据 2 2 法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通φ 的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为 ? ? n d? 2 dt ? ? 1 n ? ? dt 2 B ? ? S ? 1 ? ? dt nS 2  (19-2) S 为样品的截面积。 如果忽