鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線

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1、鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線鐵磁物質(zhì)是一種性能特異，用途廣泛的材料。鐵、鈷、鎳及其眾多合金以及含鐵的氧化物（鐵氧體）均屬鐵磁物質(zhì)。鐵磁材料的性能需通過相關曲線及有關參數(shù)進行了解，以便根據(jù)不同的需要合理地選取鐵磁材料。本實驗主要學習鐵磁材料有關曲線的描繪方法及材料參數(shù)的測量方法。一、實驗目的1、認識鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，比較兩種典型的鐵磁物質(zhì)的動態(tài)磁化特性。2、測定樣品的基本磁化曲線，作μ—H曲線。3、測定樣品的Hc、Br、Hm、Bm和（H·B）等參數(shù)。4、測繪樣品的磁滯回線，估算磁損耗。二、實驗

2、原理鐵磁材料在外磁化場作用下可被強烈磁化，故磁導率μ很高。另一特征是磁滯，就是磁化場作用停止后，鐵磁物質(zhì)仍保留磁化狀態(tài)。用圖形表示鐵磁物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的曲線稱為磁滯回線，它可以通過實驗測得，如圖3.3-1所示。圖3.3-1鐵磁材料磁滯回線圖當磁化場H逐漸增加時，磁感應強度B將沿OM增加，M點對應坐標為（Hm、Bm），即當H增大到Hm時、B達到飽和值Bm。OM稱為起始磁化曲線，如果將磁化場H減小，B并不沿原來的曲線原路返回，而是沿MR曲線下降，即使磁化場H減小到零時，B仍保留一定的數(shù)值Br，OR表示磁化

3、場為零時的磁感應強度，稱為剩余磁感應強度（Br）。當反向磁化場達到某一數(shù)值時，磁感應強度才降到零。強制磁感應強度B降為零的外加磁化場的大小Hc，稱為矯頑力。當反向繼續(xù)增加磁化場，反向磁感應強度很快達到飽和(－Hm、－Bm)點，再逐漸減小反向磁化場時，磁感應強度又逐漸增大。圖3.3-1還表明，當磁化場按Hm→O→Hc→-Hm→O→→Hm次序變化時，相應的磁感應強度B則沿閉合曲線MRCM變化，這閉合曲線稱為磁滯回線。由于鐵磁物質(zhì)處在周期性交變磁場中，鐵磁物質(zhì)周期性地被磁化，相應的磁滯回線稱為交流磁滯回

4、線，它最能反映在交變磁場作用下樣品內(nèi)部的磁狀態(tài)變化過程，磁滯回線所包圍的面積表示在鐵磁物質(zhì)通過一磁化循環(huán)中所消耗的能量，叫做磁滯損耗，在交流電器中應盡量減小磁滯損耗。從鐵磁物質(zhì)的性質(zhì)和使用方面來說，它主要按矯頑力的大小分為軟磁材料和硬磁材料兩大類。軟磁材料矯頑力小，磁滯回線狹長，它所包圍的“面積”小，在交變磁場中磁滯損耗小，因此適用于電子設備中的各種電感元件、變壓器、鎮(zhèn)流器中的鐵芯等。硬磁材料的特點是矯頑力大，剩磁Br也大，這種材料的磁滯回線“肥胖”，磁滯特性非常顯著，制成永久磁鐵用于各種電表、揚

5、聲器中等，軟磁與硬磁材料的磁滯回線如圖3.3-2所示。應該說明，當初始狀態(tài)為H=B=0的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依（a）軟磁材料磁滯回線（b）硬磁材料的磁滯回線圖3.3-2軟、硬鐵磁材料磁滯回線比較次進行磁化時，可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線，如圖3.3-3所示，這些磁滯回線頂點的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線，由此可近似確定其磁導率μ=，因為B與H非線性，故鐵磁材料的μ不是常數(shù)而要隨磁化場H而變化，如圖3.3-4所示，鐵磁材料的相對磁導率可高達數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點是它用途廣

6、泛的主要原因之一。圖3.3-3同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖3.3-4鐵磁材料μ與H關系曲線觀察和測量磁滯回線和基本磁化曲線的線路如圖3.3-5所示。待測樣品為EI型矽鋼片，N為勵磁繞組，n為用來測量磁感應強度B而設置的繞組。R1為圖3.3-5實驗線路圖勵磁電流取樣電阻，設通過N的交流勵磁電流為i1，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強L為樣品的平均磁路長度又因為i1=所以（3.3-1）（3.3-1）式中的N、L、R1均為已知常數(shù)，所以由U1可確定H。在交變磁場下，樣品的磁感應強度瞬時值B可由測量繞阻n

7、和R2C電路求出，根據(jù)法拉第電磁感應定律，由于樣品中的磁通φ的變化，在測量線圈中產(chǎn)生的感應電動勢的大小為φ=B=（3.3-2）S為樣品的截面積。如果忽略自感電動勢和電路損耗，則回路方程為式中i2為次級線圈中的電流，U2為積分電容C兩端電壓，設在△t時間內(nèi)i2向電容C的充電量為Q，則U2=則如果選取足夠大的R2和C，使i2R2>>，則近似有又因為i2=所以（3.3-3）由（3.3-2）、（3.3-3）兩式可得B=上式中C、R2、n、S均為已知常數(shù)，所以由U2可確定B。綜上所述，將圖3.3-5中的U1

8、和U2分別加到示波器的“X輸入”和“Y輸入”端便可觀察到樣品的B—H曲線，如將U1和U2加到測試儀的信號輸入端可測定樣品的飽和磁感應強度Bm、剩磁Br、矯頑力Hc、磁滯損耗[BH]以及磁導率μ等參數(shù)。三、實驗儀器TH—MHC型智能磁滯回線測試儀（包括實驗儀、測試儀）。雙蹤示波器。四、實驗內(nèi)容及要求1、連接電路：選擇樣品1按實驗儀上所給的電路圖連接線路，并令R1=2.5Ω，“U選擇”置于0位置。UH和UB（即U1和U2）分別接示波器的“X輸入”和“Y輸入”，插孔“⊥”為公共端。2、樣