铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

实验名称：软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量

铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类.软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ，常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯.磁化曲线和磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线.矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r .磁滞损耗P 等参数均可以从磁滞回线和磁化曲线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据.

铁磁材料磁化时，其磁感强度随磁场强度的变化非常复杂.有如下特点：

1．一块从未被磁化的软磁材料磁化时，当H 由0开始逐渐增加至某最大值H m ，B 也由0开始逐渐增加，由此画出的B -H 曲线o -a 称起始磁化曲线，如图1所示. 起始磁化曲线大致分为三个阶段，第一阶段曲线平缓，第二阶段曲线很陡，第三阶段曲线又变得平缓.最后B 趋于不变，这种现象称为饱和.饱和时的磁感强度称为饱和磁感强度，记做B s .

2．磁化过程中材料内部发生的过程是不可逆的，当磁场由饱和时的H m 减小至0，B 并非沿原来的磁化曲线返回，而是滞后于H 的变化.当H =0时，B =B r ，称为剩余磁感应强度.要想使B 为0，就必须施加一反向磁场-H c .H c 称为矫顽力. 继续加大反向磁场至-H m ，曲线到达a '，磁感应强度变为-B s .磁场再由-H m 变至H m ，曲线又回到a ，形成一条闭合曲线，叫磁滞回线.

3．如果初始磁化磁场由0开始增加至一小于H m 的值H 1，然后磁场在- H 1与H 1之间变化，也可以得到一条磁滞回线.但这条曲线不是饱

和的.逐渐增加磁场至H 2，H 3，H 4，…(H 2

H

图2 磁滞回线和基本磁化曲线

图1 起始磁化曲线和磁滞回线

i 1 i 2

U x

U y N 2 N 1 R 2 隔离变压器

示波器

R 1

220V

【实验目的】

1．了解有关铁磁性材料性质的知识；

2．了解用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的原理； 3．学习并体会物理实验方法中的转换测量法；

4．掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的方法. 【实验器材】

(1) GY-4隔离变压器； (2) CZ-2磁滞回线装置；

(3) COS5020示波器.

【实验原理】

软磁材料的样品可做成闭合回路状（如图所示），在样品上绕N 1匝初级线圈和N 2匝次级线圈，初级线圈里通过电流i 1，在样品中产生磁场，其磁场强度为

111

1x N i N H u l R l

=

= （1） 式中l 是初级线圈所绕样品的平均长度，R 1是与初级线圈串联的电阻，u x 是R 1两端的电压.

采用动态测量法，初级线圈里需通过交流电（由隔离变压器提供）.

样品被磁化后产生变化的磁通量，进而在次级线圈中产生感应电动势：

22d d d d d d B

N N S t t t

ψφε=-

=-=- S 是样品的截面积.次级线圈的电压正比于磁感强度B 随时间的变化率，必须积分后才能得到B .积分可由RC 电路来完成，电路中满足条件21

2R fC

π，忽略次级线圈的内阻后，可得：

22y R C

B u N S

=

（2） u y 是电容器两端的电压.

由此可见u x 正比于H ，u y 正比于B ，将两信号分分别输入到双通道示波器的x 端和y 端，选择x -y 方式，就可以在示波器上得到间接的磁滞回线.

定量测量时，记录每一步磁滞回线的定点坐标，由电压参数得到相应的电压值，再根据(1)、(2)计算对应的B 、H 值，从而可做出基本磁化曲线.在饱和磁滞回线上记录H c 、B s 、B r 的坐标，可算出相应的实验值.

【实验内容及步骤】 实验内容：

1．在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁滞回线. 2．给出H c 、B s 、B r 的实验结果. 步骤：

1．正确连接线路，调节示波器，观察磁滞回线的形状.

2．将隔离变压器电压调至80V 左右，调整磁滞回线至理想的大小和形状，确定实验所需的两通道电压参数.

3．将电压缓慢调至零，实现对样品的退磁，并在示波器上调整坐标原点.

4．将磁场由0(电压为0)开始，逐步(电压每10V 变化一步)增加至B 达到饱和，记下每一步磁滞回线定点的坐标.

5．在饱和磁滞回线上记录H c 、B s 、B r 的坐标，测量时应在>0、<0两点进行测量，取平均值.

【数据记录】

表1 软磁材料基本磁化曲线绘制的测量数据

两通道电压参数： X_____________ Y_____________

表2 H c 、B s 、B r 的测量数据

注意事项：

1．测量前检查示波器两通道的垂直微调旋钮是否在校准位置.

2．确定软磁材料饱和时对应隔离变压器的电压，饱和时示波器上类磁滞回线的尖端连接处的两条曲线变得重合. 思考题：

1．如果测量前没有将材料退磁，会出现什么情况？ 2．用磁路不闭合的样品进行测量会导致什么结果？

3．测量时磁场H 是正弦变化的，磁感强度B 是否按正弦规律变化？反之，若磁感强度B 是正弦变化的，磁场H 是否也按正弦规律变化？ 附录：

磁滞回线装置参数

20001=N 匝 1212=N 匝 Ω=121R 216k R =Ω

0.132m L = 320.20810m S -=⨯ (100.05)F C μ=±