铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线Word格式.docx
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(Bm)BS
-HS-HC
B
(Hm)
Rˊ-Br
-Bm
图一铁磁物质的起始磁化曲线和磁滞回线
图中的原点。
表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O。
当外磁场H从零开始增加时,磁感应强度B随之缓慢上升,如线段落0a所示;
继之B随H迅速增长,如ab段所示;
其后,B的增长又趋缓慢;
当H值增至Hs时,B的值达到Bs,在S点的Bs和Hs,通常又称本次磁滞回线的Bm和Hm。
曲线oabs段称为起始磁化曲线。
当磁场从Hs逐渐减少至零时,磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到o点,而是沿一条新的曲线sr下降,比较线段os和sr,我们看到:
H减小,B也相应减小,但B的变化滞后于H的变化,这个现象称为磁滞,磁滞的明显特征就是当H=0时,B不为0,而保留剩磁Br。
当磁场反向从o逐渐变为-Hc时,磁感应强度B=O,这就说明要想消除剩磁,必须施加反向磁场,
rc称为退磁曲线。
Hc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
图一还表明,当外磁场按Hs→0→-Hc→-Hs→0→Hc→Hs次序变化时,相应的磁感应强度则按闭合曲线srcs'
r'
变c'
化s时,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(如变压器铁心)将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁,由于磁畴的存在,此过程要消耗能量,以热的
形式从铁磁材料中释出。
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。
当初始态为H=B=
积由小到大向外扩张这些磁滞回线顶点因B与H是非线料的磁导率可高达数
称
组
关系
千
铁磁材料,在峰值磁场强度H由弱到磁滞回线,如图二所示。
为该铁磁材料的基本磁化曲线。
由此,可近所以铁磁材料的磁导率μ不是常数,而是随H而变化,如图三所示。
铁磁材特点使它广泛地用于各个方面。
强的交变磁场作用下磁化,可以得到面
似确定其磁导率
μ=B/H
图二同一铁磁材料的一组磁滞回线
曲线和μ--H关系曲线
图三铁磁材料
型的磁滞回线。
其中,磁滞
磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类的主要依据,图四为常见的
回线宽者,为硬磁材料,适用制造永磁体,其矫顽力大。
剩磁强,如钕铁硼合金。
磁滞回线细而窄者,为软磁材料,矫顽力,剩磁和磁滞损耗均较小,是制造变压器、电机和交流电磁铁的主要材料。
磁滞回线如矩形者,矫顽力小,剩磁大,B
适于做记忆材料。
如磁环、磁膜,广泛地应用于高科技行业。
图四不同铁磁材料的磁滞回线
观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。
待测样品有两种,为E型的钢片形式。
N为励磁绕组匝数,n为测量磁感应强度B所用的测量绕组匝数。
R1为励磁电流限流电阻,同时也是输出UH的取样电阻。
设通过励磁线圈的励磁电流为I1,则根
据安培环路定律,样品的磁化场强为,(在任意时刻)
∮H?
dl=ΣI
∴H=i1N/L
∵i1=U1/R1
L为样品的平均磁路长度
∴H=(N/LR1)U1。
。
⑴
所以,我们可以通过测量U1,计算出场强H。
在交变磁场作用下,样品的磁感应强度值B瞬时值是由测量绕组n和R2、C2电路来给定。
根据法拉第电磁感应定律,由于测量绕组中磁通变化,在测量线圈中产生的感生电动势的大小为:
ε2==ndφ/dt
根据磁感应强度定义:
B=φ/S
∴B=(1/nS)∫2εdt。
⑵其中S为样品的横截面积。
在测试回路中;
根据基尔霍夫定律有
ε2=i2R2+U2+i2r-L2di2/dt式中R为测试线圈内阻,L2为测试线圈自感。
测试线圈的自感和内阻都很小,我们把它们忽略,则回路方程为:
ε2=i2R2+U2U2=Q/C2
由于我们选用的R2和C2都比较大,
而i2R2和Q/C2相比较,i2R2>
>
Q/C2
所以又把回路方程近似为:
ε2=i2R2
而i2=C2dU2/dt
所以ε2=R2C2dU2/dt。
⑶
由⑵,⑶得出
B=(R2C2/nS)U2。
⑷
所以,测得U2,便可计算出B。
综上所述,我们将U1、U2加到示波器的x、y输入端上,便可看到样品的磁滞回线(B-H线)加到测试仪上,可对样品的磁滞回线多点采样测定,并计算出此测试条件下的饱和磁感应强度Bm,剩磁Br,
矫顽力Hc和磁滞损耗[BH]。
及磁导率。
三、实验内容1.电路连接:
在实验仪上选定一个样品,按实验仪机箱上所给定的电路图连接线路,把R1选择调
到2.5Ω,U选择调节到0,UH和UB分别连接到示波器的通道1(CH1X)和通道2(CH2Y)端子。
插孔⊥为公共。
将示波器的TIME/DIV旋钮反时针旋到底(X-Y)档。
2.样品退磁:
开启实验仪电源,对试样进行退磁。
即顺时针转动“U选择”旋钮,令U从0增加到
3V,然后再反时针方向转动,将U从最大值3V减到0,目的是消除剩磁,使测试样品处于磁中性状态。
即B=H=0,如图六所示。
3、观察磁滞回线:
打开示波器电源,适当调节光点的亮度(INTEN)和聚焦(FOCUS),使光点
清晰,同时调节光点的水平位置和CH2的垂直位置,使光点位于坐标网格的中心。
令U=2.2V,分别适当调节CH1和CH2的灵敏度(VOLTS/DIV)使显示屏上出现大小适当的磁滞回线,若滞回线顶部出现编织状小环(如图上所示),可以适当降低励磁电压予以消除。
4观察、比较样品1和样品2的磁滞回线。
请注意,在将测试线路从一个样品移向另一个样品时,请关闭测试电源。
接入样品后,首先应退磁。
5测绘样品的曲线,关闭示波器和实验仪电源,撤去示波器,输入探笔,将实验仪的Y
(UB),和X(UH)同测试仪的三个相应端子用给定的粗线连接起来,开启电源,对样品退磁,依次测定U=0.5V、1.0v⋯⋯、3.0V的10组Hm和Bm值(使用测试议的功能7做测试,使用功能11显示)填入表一,计算出μ值,用坐标纸画出基本磁化曲线B-H曲线和μ–H线。
6、令U=3.0V、R=2.5,先退磁,使用测试仪的功能7做一次给定条件下的磁滞回线测试,用功能8,读出本次测试中近300个点的B,H值,记入表一,并用功能11读出Bm,用功能9读出本次磁滞回线的Hc和Br,用功能10读出本次磁滞回线的磁滞损耗[HB],填入表二,填表时请注意所使用的倍数。
记下所用倍数代号和倍数值。
7、根据步骤6中所测得的B、H值用坐标纸绘制出磁滞回线(B-H曲线),如何取数,取多少个数,请自行考虑。
四、实验记录
表一、基本磁化曲线(Bm-Hm曲线)和μ-H曲线。
测试条件:
样品号:
仪器号:
单位:
H:
B:
μ:
U
Hm
Bm
μ
表二测试条件:
U=测试样品号:
所用倍数代码:
磁滞回线
R1=
仪器编号:
倍数及单位:
H:
Hc=
Br=
Bm=
[HB]
No
H
附录
磁滞回线实验仪分为两部分,实验仪和测试仪,我们分两部分作介绍。
壹、实验仪、
配合示波器,可以观察铁磁材料的磁滞回线和测定基本磁化曲线。
它由励磁电源,试样,电路板及实验接线,接线图等部分组成。
1、励磁电源
由220V、50H市电,经变压器隔离,降压后,供磁化试样。
励磁电源输出电压共分11档,即:
0、0.5、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8和3.0V通过电路板上的波段开关“U选择”实现切换。
2.试样试样有两个,样品1和样品2,它们的平均磁路长度L横截面积S相同而磁特性不同,两者的磁励绕组匝数N和测试绕组匝数n也相同,均制作为E型铁心型式。
2
N=50n=150L=60mmS=80mm23.电路板
该印刷电路板上装有电源开关,样品1和样品2,励磁电压选择(U选择),和调节磁电流兼作H测量的取样电阻的R1选择开关。
还有测量磁感应强度B所用的积分电路元件R2、C2。
以上各元件(除电源开关)通过电路板与对应的连接用锁紧插孔相连接,只须采用专用插线,即可实现电路连接。
电路板上还设有正比于磁感应强度B的电压VB和正比于磁场强度H的电压VH输出插孔,
用于连接示波器,观察磁滞回线及连接测试仪作定量测试用。
4.实验接线示意图
试样
二、测试仪测试仪和实验仪配合使用,能定量,快速测量铁磁材料,在反复磁化过程中的B和H的瞬时
值,并能测出剩磁Br,矫顽力HC,饱和磁感应强度Bm,计算出磁滞损耗[HB]等各种相关参数。
1.测试仪面板图:
2.测试仪使用参数
L、测试样品平均磁路长度
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- 材料 磁滞回线 基本 磁化 曲线
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