铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

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1、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、钻、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p -H曲线。3、测定样品的Hc、Br、Hm、Bm和（HB）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p很高。另一特征是磁滞，就是磁 化场作用停

2、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。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（Hm、Bm）， 即当H增大到Hm时、B达到饱和值Bm。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Hc，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心（

3、一Hm、 -B ）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 m按Hm一O一Hc-Hm一O一 Hc 一Hm次序变化时，相应的磁感应强度 B则沿闭合曲线 MRCMRC 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

4、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（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|J =

5、B，因为BH与H非线性，故铁磁材料的p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。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p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0.5A设通过N的交流励磁电流为七，根据安培环路定律K0 AC220V励磁电流取样电阻H = *样品的磁化场强L为样品的平均磁路长度H =N ULR ii式中的N、L、均为已知常数，所以由U1可确定H。所以(3.3-1)

6、又因为(3.3-1)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 d = n dt1f i? =一 J dt n(3.3-2)1 rB=J dtS nSS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 = i2 R2 + U 2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At时间内i2向电容C 的充电量为Q，3 C则 e = i2 R2如果选取足够大的R2和C，使i2R2Q，则近似有 = i2 R2, dQ 八 dU又因为广;=C-7 dt dtdU(3.

7、3-3)所以 = CR 22 dt由(3.3-2)、(3.3-3)两式可得B=竺. UnS 2上式中C、R2、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“乂输入”和“丫输入”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Bm、剩磁Br、矫顽力Hc、磁滞损耗BH以及磁导率p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R2.5Q，“U选择” 置于0位置。UH和UB （即U1和U2

8、）分别接示波器的“乂输入”和“丫输入”，插孔“上” 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

9、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p -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、12T.0V时十组Hm和Bm值，作p H曲线。m m7、令U=3.0V，R2.5Q，测定样品的Bm，B，HC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BH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、思考题：1、如何利用测试仪比较样品1和样品2的磁化性能？2、将U1接至示波器的X输入端，将U2接至示波器的Y输入端，为什么能用电学量U 来测量H和B?3、用本实验装置，如何测量交流基本磁化曲线？4、磁滞回线包围面积的大小有何意义？5、分别说明Hm、Bm、Hc、Br的物理意义。