铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线试验讲义铁磁材料按特性分硬磁

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

实验讲义

铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性，也是设计选用材料的重要依据。

一：实验目的：

1．．．认识铁磁材料的磁化规律，比较两种典型铁磁物质的动态磁特性。

2．．．测定样品的基本磁化特性曲线(B m-H m曲线)，并作μ—H曲线。

3．．．测绘样品在给定条件下的磁滞回线，以及相关的H c，B r，B m，和[H B ]等参数。

二：实验原理：

铁磁物质是一种性能特异，在现代科技和国防上用途广泛的材料。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。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，磁导率μ 很高。另一特性是磁滞，即磁场作用停止后，铁磁材料仍保留磁化状态。图一为铁磁物质的磁感应强度Β与磁场强

度H

H

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B s和H s，通常又称本次磁滞回线的B m和H m。曲线oabs段称为起始磁化曲线。

当磁场从H s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B r。

当磁场反向从o逐渐变为-H c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，H c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rc称为退磁曲线。

图一还表明，当外磁场按H s →0→-H c→-H s→0 → H c→ H s次序变化时，相应的磁感应强度则按闭合曲线srcs’r’c’s变化时，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=O的铁磁材料，在峰值磁场强度H由弱到强的交变磁场作用下磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一组磁滞回线，如图二所示。

这些磁滞回线顶点的连线称为该铁磁材料的基本磁化曲线。由此，可近似确定其磁导率 μ＝B/H 因B 与H 是非线性关系，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。铁磁材料的磁导率可高达数千至数万，这一特点使它广泛地用于各个方面。

μ-H

图三 铁磁材料基本磁化曲线和μ--H 关系曲线

磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类的主要依据，图四为常见的几种典型的磁滞回线。其中，磁滞回线宽者，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 技行业。 H

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U H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•d l=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==n dφ/d t

根据磁感应强度定义：

B=φ/S

∴B=(1/nS)∫ε2 dt 。。。。。。。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+U2

U2=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B m，剩磁B r，矫顽力H c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，U H和U B分别连接到示波器的通道1（CH1 X）和通道2（CH2 Y）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