铁芯磁化曲线

1、铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。如航天、通信、自动化仪表及控制等 都无不用到铁磁材料 （铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质 ） 。因此，研究铁磁 材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有重大的意义。本实验使用单片机采集数据，测量在交变磁场的作用下，两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞 回线。1） 铁磁材料的磁化及磁导率铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁滞的特性。一般都是通过测量 磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的。图 20 1 起始磁化曲线和磁滞回线图 20 2 基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时

2、，H和B均为零，即图20 1中BH曲线的坐标原点 0。随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。当 H增加到一定值 时，B不再增加（或增加十分缓慢），这说明该物质的磁化已达到饱和状态。Hm和Bm分别 为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中a点）。如果再使H逐渐退到零，则与此 同时B也逐渐减少。然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹 a0返回，而是沿另一 曲线ab下降到Br，这说明当H下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称 为磁滞，Br称为剩磁。将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到 H=-Hc,磁感应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁场He。Hc称为矫顽

3、力。它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。图 20 1表明，当磁场按 Hnf 0f-Hef -Hmf 0f Hcf Hm次序变化 时，B所经历的相应变化为 BmnBrf 0-Bm -Br f 0 Bm于是得到一条闭合的BH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 ），它将沿 磁滞回线反复被磁化T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。应该说明，对于初始态为H=0, B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向

4、外扩张的一簇磁滞回线，如图202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卩二B/H。因B与H非线性，故铁磁材料的卩不是常数，而是随H而变化,如图20 3所示。在实际应用中，常使用相对磁导率a r= a / a 0。卩0为真空中的磁导率，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。图20 3铁磁材料a与H关系曲线2) BH曲线的测量方法实验线路如图20 4所示。待测样品为E1型矽钢片，励磁线圈匝数N1=50;用来测量 磁感应强度B而设置的探测线圈匝数 N2=150;R1为励磁电流取样电阻，R1为QQ。设通过励磁线圈的交流励磁

5、电流为11，根据安培环路定律，样品的磁化场强。(20 1)式中:L为样品的平均磁路，本实验 L=。设R1的端电压为U1,则可得因此,(20 2)式(20 2)中的N1, L，R1均为已知常数，所以由U1可确定Ho图20 4磁滞回线测量线路样品的磁感应强度B的测量是通过探测线圈和 R2C2组成的电路来实现的。根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下由于样品中的磁通量的变化，在探测线圈中产生的 感生电动势的大小(20 3)由式(20 3)可推导出(20 4)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E=I2R2+U2式中：I2为感生电流;U2为积分电容C2两端电压。设在 t时间内，I

6、2向电容C2 的充电电量为Q,贝UU2=Q/C2因此 E=I2R2+Q/C2如果选取足够大的R2和 C2,使 I2R2Q/C2,贝U E=I2R2所以(20 5)由式(20 4)和式(20 5)可得(20 6)式中：C2, R2, N2和S均为已知常量(本实验中C2=20卩F, R2=10kQ, S=80mm2)所以测量U2可确定B。(1)电路连接：选样品1,按实验仪上所给的电路图连接线路，并令R1=Q ； “ U选择” 置于0位。UH和UB(即 U1和U2)分别接示波器的“ x输入”和“ y输入”,插孔丄为公共 端。 样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即按顺时针方向转动“U选择” 旋

7、钮，使U从0V增加至3V,然后逆时针方向转动旋扭使 U从最大值降为0V,其目的是消除剩磁，即退磁过程，确保样品处于磁中性状态，即H=B=0如图20 5所示。图 20 5 退磁过程(3)观察磁滞回线：开启示波器电源，令光点位于坐标网格中心，令U=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(若图的顶部出现编织 状的小环，可适当降低励磁电压 U予以消除)。 观察基本磁化曲线：按实验要求 对样品进行退磁，从U=0开始，逐步提高励磁电压，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，借助长余辉示波 器，可观察到该曲线的轨迹。(5) 观察比较样品 1 和样品 2 的磁化性能。(6)测卩H曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，连接实验仪和测试仪之间的连线。开启电源，对样品进行退磁后，按测