铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线铁磁物质是一种性能特异 用 途广泛的材料 铁 钴 镍及其众多合金以及含铁的氧化物 铁氧体 均属铁磁物 质 铁磁材料的性能需通过相关曲线及有关参数进行了解 以便根据不 同的需要合理地选取铁磁材料 本实验主要学习铁磁材料有关曲线的描绘方法及材料参数的测量方 法 一 实验目的 1 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 2 测定样品的基本磁化曲线 作 H曲线 3 测定样品的H c B r H m B m和 H B 等参数 4 测绘样品的磁滞回线 估算磁损耗 二 实验原理铁磁材料在外磁化场作用下可被强烈磁化 故磁导率 很高 另一特征是磁滞 就是磁化场作用停止后 铁磁物质仍保留磁化状 态 用图形表示铁磁物质磁滞现象的曲线称为磁滞回线 它可以通过实 验测得 如图3 3 1所示 HB Bm BrRM H c Hm C O C Hc m m 图3 3 1铁磁材料磁滞回线图当磁化场H逐渐增加时 磁感应强度B将沿OM增 加 M点对应坐标为 H m B m 即当H增大到H m时 B达到饱和值B m OM称为起始磁化曲线 如果将磁化场H减小 B并不沿原来的曲线原 路返回 而是沿MR曲线下降 即使磁化场H减小到零时 B仍保留一 定的数值Br OR表示磁化场为零时的磁感应强度 称为剩余磁感应 强度 Br 当反向磁化场达到某一数值时 磁感应强度才降到零 强制磁感应强度B降为零的外加磁化场的大小H c 称为矫顽力 当反向继续增加磁化场 反向磁感应强度很快达到饱和M H m B m 点 再逐渐减小反向磁化场时 磁感应强度又逐渐增大 图3 3 1还表明 当磁化场按H m O H c H m O cH H m次序变化时 相应的磁感应强度B则沿闭合曲线MRC CR M M变化 这闭合曲线称为磁滞回线 由于铁磁物质处在周期性交变磁场中 铁磁物质周期性地被磁化 相应的磁滞回线称为交流磁滞回线 它最能反映在交变磁场作用下 样品内部的磁状态变化过程 磁滞回线所包围的面积表示在铁磁物 质通过一磁化循环中所消耗的能量 叫做磁滞损耗 在交流电器中 应尽量减小磁滞损耗 从铁磁物质的性质和使用方面来说 它主要按矫顽力的大小分为软 磁材料和硬磁材料两大类 软磁材料矫顽力小 磁滞回线狭长 它所包围的 面积 小 在交 变磁场中磁滞损耗小 因此适用于电子设备中的各种电感元件 变 压器 镇流器中的铁芯等 硬磁材料的特点是矫顽力大 剩磁Br也大 这种材料的磁滞回线 肥胖 磁滞特性非常显著 制成永久磁铁用于各种电表 扬声器 中等 软磁与硬磁材料的磁滞回线如图3 3 2所示 应该说明 当初始状态为H B 0的铁磁材料 在交变磁场强度由弱到 强依BHHB a 软磁材料磁滞回线 b 硬磁材料的磁滞回线图3 3 2软 硬铁磁材料磁滞回线比较次进行磁化时 可以得到面积由小到 大向外扩张的一簇磁滞回线 如图3 3 3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 HB 因为B与H非线性 故铁磁材料的 不 是常数而要随磁化场H而变化 如图3 3 4所示 铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万 这一特点是它 用途广泛的主要原因之一 BHOBH图3 3 3同一铁磁材料的一簇磁滞回线图3 3 4铁磁材料 与H关系曲线观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线 路如图3 3 5所示 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 R1为UzY B C10 R2n150N50GNDU1X H K2R10 50 50 50 50 50 50 50 50 50 53V2 5V2V1 5V1V0 5V0V0 5AK0AC220V图3 3 5实验线路图励磁电流取样电阻 设通过N的交流励磁电流为i1 根 据安培环路定律 样品的磁化场强LNiH1 L为样品的平均磁路长度又 因为i1 11RU所以11ULRNH 3 3 1 3 3 1 式中的N L R1均为已知常数 所以由U1可确定H 在交变磁场下 样品的磁感应强度瞬时值B可由测量绕阻n和R2C电路 求出 根据法拉第电磁感应定律 由于样品中的磁通 的变化 在 测量线圈中产生的感应电动势的大小为dtdn dtn 1B dtnS S 1 3 3 2 S为样品的截面积 如果忽略自感电动势和电路损耗 则回路方程为222U Ri 式中i2为次级线圈中的电流 U2为积分电容C两端电压 设在 t时间内i2向电容C的充电量为Q 则U2 CQ则CQR i 22 如果选取足够大的R2和C 使i2R2 CQ 则近似有22Ri 又因 为i2 dtdUCdtdQ2 所以dtdUCR22 3 3 3 由 3 3 2 3 3 3 两式可得B 22UnSCR 上式中C R 2 n S均为已知常数 所以由U2可确定B 综上所述 将图3 3 5中的U1和U2分别加到示波器的 X输入 和 Y输入 端便可观察到 样品的B H曲线 如将U1和U2加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感 应强度B m 剩磁B r 矫顽力H c 磁滞损耗 BH 以及磁导率 等参数 三 实验仪器TH MHC型智能磁滞回线测试仪 包括实验仪 测试仪 双踪示波器 四 实验内容及要求 1 连接电路选择样品1按实验仪上所给的电路图连接线路 并令R1 2 5 U选择 置于0位置 U H和U B 即U1和U2 分别接示波器的 X输入 和 Y输入 插孔 为公共端 2 样品退磁开启实验仪电源 对试样进行退磁 即顺时针方向转动 U选择 旋钮 令U从0增到3V 然后逆时针方向转动旋钮 将U从 最大值降为0V 其目的是消除剩磁 确保样品处于磁中性状态 即B H 0 3 观察磁滞回线开启示波器电源 令光点位于坐标原点 0 0 令U 2 2V 并分别调节示波器X和Y轴的灵敏度 使显示屏上出现图 形大小合适的磁滞回线 若图形顶部出现编织状的小环 这是因为U2和B的相位差等因素引起 的畸变 可降低励磁电压U予以消除 4 观察基本磁化曲线 按步骤2对样品进行退磁 从U 0开始 逐档 提高励磁电压 将在显示屏上得到面积由小到大一个套一个的一簇 磁滞回线 这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线 借助长余辉示 波器便可观察到该曲线的轨迹 5 观察和比较样品1和样品2的磁化性能 6 测绘 H曲线仔细阅读测试仪的使用说明 接通实验仪和测试仪之间的连线 开启电源 对样品进行退磁后 依次测定U 0 5 1 0 1 2 3 0V时十组H m和B m值 作 H曲线 7 令U 3 0V R1 2 5 测定样品的B m B r H C和 BH 等参数 8 取步骤7中的H和其相应的B值 用坐标纸绘制B H曲线 如何取数 取多少组数据 自行考虑 并估算曲线所围面 积 五