实验5-软磁材料静态磁参数的测量-张路

分数：

评卷人：

研究生《电子技术综合实验》

课程报告

题目：软磁材料静态磁参数的测量

学号M*********

姓名张路

专业软件工程

指导教师王保存

院（系、所）光电学院

2014年12月29日

实验5 软磁材料静态磁参数的测量

1 实验目的

(1) 了解磁滞回线的测量方法及磁性材料的基本特性；

(2) 测量静态磁化曲线及磁滞回线并确定材料的有关磁参数。

2 实验内容

(1) 测静态磁化曲线及磁滞回线；

(2) 根据磁滞回线确定材料的c r s H B B ,,,max 等参数。

3 实验原理

3.1 磁滞特性

磁性材料大体上可以分为永磁材料和软磁材料。永磁材料包含稀土永磁(钕铁硼、钐钴等)，金属永磁（AlNiCo ）和铁氧体永磁；软磁材料包含金属软磁（硅钢Fe-Si ，坡莫合金Fe-Ni 、金属铁粉芯FeNiAl 等），铁氧体软磁（锰锌、镍锌、镁锌、锂锌）和其它软磁材料。本实验主要讨论软磁材料磁参数的测量。铁磁性材料除了具有高的磁导率以外，还有一个磁滞特性。当一个材料磁化时磁感应强度不仅与当时的磁场强度H 有关，而且与该材料以前的磁化状态有关。如图1所示，曲线OA 表示铁磁性材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B 随磁场强度H 增加而增加，称为磁化曲线。当H 增加到H S 时，磁感应强度B 达到B S ，基本上不再随H 的增加而增加，即达到磁饱和。称B S 为饱和磁感应强度，H S 为饱和磁场强度。当磁性材料磁化以后，如果使H 减小，B 将不沿着原路返回，而是沿着另一条曲线AR

下降。如果H 从H S 变到－H S ，再从－H S 变到H S ，B 将随着H 的变化而形成

一条如图1所示的磁滞回线ARC ’A ’R ’CA 。其中，当0=H 时，r B B =，r B 称为剩余磁感应强度。要使磁感应强度下降到零，就必须加一反向磁场C H -，C H 称为矫顽力。一般来说，矫顽力小的磁性材料称为软磁材料，矫顽力大的磁性材料称为硬磁材料。必须指出的是：在反复磁化（S S S H H H →-→）的开始几个循环内，每一次循环的B-H 曲线不一定沿着相同的路径进行，只有经过十几次反复磁化以后，每次循环的路径才趋于相同，形成一个稳定的磁化曲线，把这一过程称为“磁锻炼” 。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线才能代表该材料的磁滞性质。

在主要磁化曲线的各点上求出B 与μ０H 之比，即可得到μ和H 之间的关系

曲线（图１上没有画出）。

3.2 磁滞回线的测量

为了使大家深入了解软磁测量的物理过程，在介绍软磁自动测量软件之前，我们首先介绍手动测量磁滞回线的方法。由于软磁材料在较低的磁场下就能达到饱和磁化，所以在研究软磁材料的磁性时，往往将样品做成如图2所示的具有闭合磁路的环形，在样品磁环上均匀地绕以磁化线圈，把这种磁化线圈称为螺绕环。螺绕环产生的磁场不强，最多为几千安培/米，但是对软磁材料来说完全可以使其达到饱和。一个均匀绕制的螺绕环等效于一个首尾相接的螺线管，因此，沿着轴线方向的磁场是均匀的。如果样品的内半径为R 1，外半径为R 2，磁环的平均半径为R ，螺绕环的匝

数为N 1，通过的电流为I ，则螺绕环内的磁场为

()112N H I R π=

上式中N 1和R 在实验过程中均为已知的结构参数，因此可以通过对磁化电流I 的测量来得到磁场强度H 。

磁化曲线和磁滞回线的测量可以归结为各磁化电流下磁感应强度B 的测量。图3（a ）给出了冲击法测量磁参数的电路图。用冲击法测量磁感应强度B 就是在被测磁环样品C 上再绕上匝数为N 2的探测线圈(也称为“次级线圈”)，探测线圈N 2与冲击电流计G 串联，当磁化线圈N 1（亦称“初级线圈”）中的磁化电流突然改变I ∆时，磁场强度改变为H ∆，样品的磁感应强度也相应地改变B ∆，在探测线圈中的磁通量变化为B S N ∆=∆Φ2，S 是样品的横截面积。通过测量冲击电流计最大偏转量m ax n ，就可以用下式求出B ∆：

()2max 2n S N C B Φ=∆

式中C Φ是磁性测量中常用的冲击常数，它表示冲击电流计单位最大偏转量所

对应的探测线圈中磁通量的改变量。图3（a ）中M 是标准互感，R 1、R 2、R 3是可变电阻器，R 4是电阻箱，E 是直流电源，K ，K 1…K 5是转换开关。

① 饱和磁感应强度的测量：由于磁滞回线的对称性，+B S 与－B S 大小是相等的，所以外磁场突然由+H S 变到－H S （通过K 使电流反向）时，磁感强度B 由+B S 变到－B S ，由ΔB 可以求出B S 的绝对值：

()S S S B B B B 2=--=∆，

()32

B B S ∆=

软磁材料在饱和以后磁感强度B 基本不再变化并趋于B S ，利用这一事实可以

判断材料是否已经饱和，从而确定饱和磁化电流I S 及对应的磁场强度H S 。

② 剩磁感应强度B r 的测量：以B S 为起点，K 突然断开，磁场由H S 突然降为零。令ΔB Ar 表示该过程中磁感应强度的变化，则

Ar S r B B B ∆-=

③ 磁滞回线上其它各点B 的测量：根据磁滞回线的特点，测量过程必须沿着磁滞回线的路径，即图３（b ）中A-d 1-r-d 2-A ’-d 3-r ’-d 4-A 的顺序进行。整个操作过程就在于合理地利用开关K ，K 2和变阻器R 1、R 2、R 3来达此目的。其中，K 2的作用是关键。合上K 2时，R 2、R 3不起作用。如果先合上K 2，调节R 1使磁场达到H S ，然后突然打开K 2，使R 2、R 3起作用，磁化电流减小，H 由H S 下降到H 1，即从A 点到d 1点，这样就可以测出1Ad B ∆，由图可得：

11Ad S d B B B ∆-=。记下这时的磁化电流数值，可求得对应的H 1。将开关K 反

向，H 由H 1变到－H 1，即从曲线上的d 1点到d 2点，与之对应的电流计的偏转可以不记。再以d 2为起点，突然合上开关K 2，使磁场从－H 1下降到－H S （磁场强度实际上向负的方向增强），即从曲线上的d 2点到A ’点。由此可以测量得到'2A d B ∆，所以S A d d B B B -∆='2

2。同理，以A ’为起点，打开K 2，可以测得3

'd A B ∆，将K 反向，不计电流计的偏转，再以d 4为起点，合上K 2，可以得到A d B 4∆。可以看出：对应于H 的一个绝对值H 1，就可以测出曲线上4321,,,d d d d B B B B 四个点，改变变阻器R 2、R 3又可以得到另外一个励磁电流I 2，

即得到另外一个磁场强度的绝对值H 2，又可以用同样的方法测得曲线上另外四个点，如此继续下去，就可以测出整个磁滞回线了。注意：在磁滞回线的陡直部分（即H C 附近），磁化电流取值的间隔要小，以增加测量点的数目；实验操作必须按照磁滞回线的路径进行，一旦操作顺序发生错误，必须重新进行“磁锻炼”才能继续进行测量（错误操作前的数据仍然有效）。在进行“磁锻炼”时一定要把K 4断开，只有在准备测量B ∆时才将K 4合上。

④ 冲击常数ΦC 的测量：将图3（a ）中的K 3合向标准互感器M 一侧，利用反向开关K 使互感M 的初级线圈电流有一个瞬时的变化量002I I =∆，于是在互感器次级内就得到磁通的改变量002MI I M =∆=∆Φ。互感器次级线圈与冲击电流计、电阻R 4及N 2组成一个回路，假如磁通量的变化∆Φ在冲击电流计中引起的最大偏转量是0n ，则0n C Φ=∆Φ，因此，002n I M C =Φ。因为M 是已知参量，所以，只要读出I 0和n 0就可以得出冲击常数ΦC 。由于