磁滞回线的测量实验报告

磁磁磁滞滞滞回回回线线线的的的测测测量量量 许康麟 1100011364 10 May 12 2013 一一一 实实实验验验目目目的的的 1 用示波器观测软磁材料的交流磁滞回线 2 学习标定磁场强度 磁感应强度 测定样品的磁参数 二二二 仪仪仪器器器用用用具具具 磁滞回线实验仪器台 两个带测样品 一个软铁 一个硅钢片 其他部分见 实验原理 市电低压交流源 电感 示波器 直流电压源 数字万用表 导 线若干 三三三 实实实验验验原原原理理理 1 铁磁材料的磁化规律 Bs 当材料磁化的时候 磁感应强度B和磁场强度H之间的关系因为磁滞 的原因 B和H并不是一一对应的关系 但是当H足够大的时候 H继续增 大 B几乎不变了 这时饱和的磁感应强度用Bs表示 Br 当磁化饱和之后 若去掉磁场 材料仍保留一定的磁性 此时的B称 为剩余磁感应强度 用Br表示 Hc 这时加足够的反向磁场 材料才完全退磁 使材料完全退磁所需的 反向磁场称为铁磁材料的矫顽力 用Hc表示 磁滞回线 即铁磁材料的磁感应强度B和磁场强度H之间的关系 大致如 图1所示 2 测量的原理和方法 采用如图2所示的电路图来进行测量 磁场强度和磁感应强度分别由 H uR1N1 R1l B R2Cuc N2S 给出 这里可以这么做是因为再探测线圈N2中如果有磁通量4 的变化 则会产生感生电动势 其值为 ei d dt 1 图 1 磁滞回线图 2 原理电路图 而又有 4 Z eidt N2BS 测量中用一个积分电路来计算ei 得到 最后得到 B RC 2N2S U0 四四四 实实实验验验内内内容容容 1 观测铁氧体 样品1 的饱和磁滞回线 1 取R1 2 0 R2 50k C 10 0 F f 100Hz 在示波器磁滞 回线的上半支取9个点测量其H和B 画出磁滞回线 并给出Bs Br Hc 2 测量比较f 50Hz和f 150Hz时的Br和Hc 3 取R1 2 0 f 50Hz励磁电流幅值Im 0 2A 积分常数R2C分别 为0 01秒 0 05秒和0 5秒时 观察并画出其李萨如图形的示意图 2 观测铁氧体的基本磁化曲线 1 取R1 2 0 R2 50k C 10 0 F f 100Hz 让H从0到Hs单 调变化 画出基本磁化曲线 2 根据测量数据计算并画出 H曲线 3 测量铁氧体的起始磁导率和不同直流偏置下的可逆磁导率 参数设 置 R1 2 0 R2 20k C 2 0 F f 100Hz 1 不加直流偏置磁场 测起始磁导率 2 让直流偏置磁场H从0到Hs单调增加 测量对于每个H的可逆磁导率 r 画出 r H曲线 4 测量硅钢 样品2 在给定交变磁化场 幅度Hm 400mA m 下的磁 滞回线 参数设置 R1 2 0 R2 50k C 10 0 F 观测f 10Hz 40Hz 60Hz时磁滞回线的变化规律 测量f 10Hz 40Hz 60Hz时 的Bm Br Hc 2 五五五 数数数据据据处处处理理理及及及结结结果果果 1 观测铁氧体 样品1 的饱和磁滞回线 1 在给定的参数条件下得到如下的B H数据 如下所示的公式可以 由uR1和uC求出H和B H uR1N1 R1l B R2Cuc N2S 而对于实验中的带测样品1 铁氧体有 l 0 130m N1 N2 N3 150 S 1 24 10 4m2 R1 2 0 R2 50 103 C 10 0 10 6F 于是有 H 0 5769uR1 B 0 02688uc A m为H和B的单位 得到数据表如表一所示 于是将得到的H和B的 数据对原点进行中心对称后就可以画出磁滞回线如图3所示 表一铁氧体磁滞回线数据表 uR1 mV uC mV H V m B V m 188 013 55108 50 3642 129 012 7574 40 3427 52 010 2030 00 2742 9 05 105 20 1371 0 03 500 00 0941 18 50 00 10 70 0000 47 0 5 10 27 1 0 1371 90 5 10 15 52 2 0 2728 148 5 12 65 85 7 0 3400 188 0 13 25 108 5 0 3562 于是有 Bs 0 3642A m Br 0 0941A m Hc 10 7A m 2 50Hz时 测得uR1 18 5mV uC 3 4mV 因此可以得到 Br 0 0914A m Hc 10 7A m 150Hz时 测得uR1 19 8mV uC 3 6mV 因此可以得到 Br 0 0968A m Hc 11 4A m 3 示意图如图4 5 6所示 2 观测铁氧体的基本磁化曲线 和实验内容1一样的 将两个电压转换为磁 场强度和磁感应强度B H 同时可以由公式 B 0H可以求出 再作图 即可 数据如表二所示 作出的基本磁化曲线如图7所示 H曲线如 图8所示 1 和2 的结果都在这些数据里面 3 图 3 磁滞回线曲线图 图 4 R2C 0 01s图 5 R2C 0 05s图 6 R2C 0 5s 4 表二基本磁化数据和 数据表 uR1 mV uC mV Hs V m Bs V m 5 00 462 90 01243411 10 00 905 80 02423337 15 01 488 70 03983658 20 02 0611 50 05543819 25 02 6614 40 07153945 30 03 2817 30 08824054 35 03 9220 20 10544153 40 04 5023 10 12104171 45 05 2426 00 14094318 50 05 9028 80 15864375 55 06 4831 70 17424369 60 07 2534 60 19494480 65 07 8037 50 20974450 70 08 3540 40 22444423 75 08 8043 30 23654351 100 010 8057 70 29034005 150 012 6586 50 34003127 200 013 50115 40 36292503 250 013 95144 20 37502069 300 014 90173 10 40051842 图 7 Bs Hs图 8 Hs 3 测起始磁导率和不同直流偏置下的可逆磁导率 1 不加直流偏置场的时候 有uR1 5 00mV uC 4 72mV 又有 实验参数设置如下 l 0 130m N1 N2 N3 150 S 1 24 10 4m2 R1 2 0 R2 20k C 2 0 F f 100Hz 而 H uR1N1 R1l B R2Cuc N2S B 0H 所以 R1R2CluC 0N1N2SuR1 2966 uC uR1 5 因此初始磁导率2800 2 加了直流偏置后的公式也就是将H和B都改为了4H和4B 此时 的H的计算需要用到直流偏置的电流来计算 计算公式如下 H I N3 l 1154I 具体的数据如表三所示 表三可逆磁导率 r H数据表 uC mV uR1 mV I A H V m 4 725 00002800 6 609 100 01517 32151 6 6011 900 02528 91645 6 4413 740 03338 11390 6 1416 760 04046 21087 5 6819 200 04855 4877 4 6821 500 05968 1646 3 6822 500 07181 9485 2 6822 500 088101 6353 2 2822 500 098113 1301 1 6222 000 123141 9218 图 9 r Hs 4 测量硅钢在交变磁化场下的磁滞回线 有l 0 075m N1 N2 N3 150 S 1 20 10 4m2 R1 2 0 R2 50 103 C 10 0 6 10 6F 幅度Hm 100A m 又有 H uR1N1 R1l B R2Cuc N2S 所以得到 H uR1A m B 0 02778uCA m 实验数据和结果如表四所示 表四 硅钢磁化曲线数据 频率 Hz uC1 mV uC2 mV uR1 mV Bm A m Br A m Hc A m 2034 021 4 0 1020 9450 594 102 4034 022 5 0 1200 9450 625 120 6033 923 3 0 1390 9420 647 139 六六六 思思思考考考与与与讨讨讨论论论 1 动态磁滞回线和静态磁滞回线的区别在于 测量动态磁滞回线的时候 铁磁材料中不仅有磁滞损耗还有电流和磁场的变化造成的涡流电流产生 的损耗 而进行静态测量的时候只有磁滞损耗 所以静态测量的损耗较 动态测量来得小 所以测得图像要显得 瘦一点 概念上 动态测量 的H的频率很快 近乎于连续测