实验C磁化曲线和磁滞回线测量-大字-讲

实验C 磁化曲线和磁滞回线测量

磁性材料应用广泛，扬声器永久磁铁、变压器铁芯、计算机磁盘等都采用磁性材料。铁磁材料分为硬磁和软磁两大类。硬磁材料的剩磁B r和矫顽力H c大（102 2104 A/m），可做永久磁铁。软磁材料的剩磁B r和矫顽力H c小（102 A/m以下），容易磁化和去磁，广泛用于电机和仪表制造业。磁化曲线和磁滞回线是磁材料的重要特性，是变压器等设备设计的重要依据。

磁滞回线测量可分静态法和动态法。静态法是用直流来磁化材料，得到的B—H曲线称为静态磁滞回线。动态法是用交变来磁化材料，得到的B—H 曲线称为动态磁滞回线。静态磁滞回线只与磁化磁场的大小有关，磁样品中只有磁滞损耗；而动态磁滞回线不仅与磁化磁场的大小有关，还与磁化场的频率有关，磁样品中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗。因此，同一磁材料在相同大小磁化场下，动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大。

本实验采用动态法测量软磁样品的动态磁滞回线和磁化曲线，测量曲线可连续或逐点显示在LCD（液晶）屏上，直观、简便、物理过程清晰。

【实验目的】

1.了解磁滞回线和磁化曲线概念，加深对磁材料矫顽力、剩磁等参数的理解。

2.掌握磁材料磁化曲线和磁滞回线的测量方法，确定B s、B r和H c等参数。

3.探讨励磁电流频率对动态磁滞回线的影响。

【预备问题】

1.为什么测磁化曲线先要退磁？

2.为什么测量磁化曲线要进行磁锻炼？

3.为什么动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大？

补充资料：P2页由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须对铁磁材料预先进行退磁，以保证外加磁场H＝0时，B＝0；其次，磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减小，不可时增时减。

退磁方法，从理论上分析，要消除剩磁Bｒ，只要通一反向电流，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽磁力就行了，实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因此无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示，如果使铁磁材料磁化达到饱和，然后不断改变磁化电流的方向，与此同时逐渐减小磁化电流，以至于零。那么该材料磁化过程是一连串逐渐缩小而最终趋向原点的环状曲线，如图1所示，当H减小到零时，B亦同时降到零，达到完全退磁。可见，在进行测量时，一般要先退磁，再进行“磁锻炼”，然后进行正式测量。

P2页为了稳定闭合的磁滞回线，磁材料的每个磁化状态都要反复磁化，这种反复磁化的过程称为磁锻炼。由于动态法测量磁化曲线采用交变电流，每个磁化状态都经过充分反复磁化的过程的磁锻炼，才可得到稳定闭合的磁滞回线。

P1页静态的磁滞回线所包围的面积大小与磁滞损耗成正比，而实验中用交流磁化所得的回线包围的面积，不仅包括磁滞损

耗，而且还包括涡流损耗，因此，动态的回线一般比

静态的要大一些。

【实验仪器】

FC10-II型智能磁滞回线实验仪。

图1初始磁化曲线【实验原理】

1.铁磁材料的磁化规律

(1) 初始磁化曲线

在强度为H的磁场中放入铁磁物质，则铁磁物质被磁化，其磁感应强度B 与H的关系为：B = H，为磁导率。对于铁磁物质，μ不是常数，而是H的函数。如图1所示，当铁磁材料从H=0开始磁化

时，B随H逐步增大，当H增加到H s时，B趋于饱和

值B s，H s称为饱和磁场强度。从未磁化到饱和磁化的

这段磁化曲线OS，称为初始磁化曲线。

(2) 磁滞回线

如图2所示，当磁材料达到饱和磁化B s后，如果将H减小，B也减小，但沿与OS不同的路径ab 返回。当H=0时，B=B r，到达b点，B r称为剩磁。欲使B=0，必须加反向磁场，当H=-H c，B=0（完全退磁），到达c点，bc段曲线称为退磁曲线，H c称为矫顽力。如果反向磁场继续增大，磁性材料将反向磁化。当H=-H S时，磁化达到反向饱和，B=-B s，到达d点。此后若减小反向磁场使H=0，则B= -B r，到达e点；当H=H c时，B=0，到达f点；再次当H=H s 时，B=B s，回到正向饱和状态a点。经历这样一个循环后形成的闭合曲线abcdefa称为磁滞回线。

H S、B S、B r、H c是磁滞回线的特征参数。剩磁Ｂr反

映介质记忆能力的大小，矫顽力H c反映铁磁材料是硬磁

还是软磁。磁性材料的磁化特性不仅与材料自身的性质

有关，还与材料形状、磁化场频率及波形有关。

由于磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特

图3 磁滞回线簇

点，在实验过程中磁化电流只允许单调地增加或减少，

不能时增时减。当从初始状态H =0、B =0开始周期性地改变H的大小和方向时，可以得到面积由大到小的磁滞回线簇，如图3所示。图3的原点0和各磁滞回线的顶点a1,a2,a3,…，a所连成的曲线,就是初始

磁化曲线。

在测定初始磁化曲线时，首先必须将磁材料充分退

磁，以保证每次都是从原始状态（H =0，B =0）开始。

图4 退磁过程

退磁方法为：先用大磁化电流让铁磁材料饱和磁化，然后缓慢减小交变电流，利用逐渐衰减的交变电流对磁材料反复磁化，最后将电流调为零，重复2~3次即可完全退磁。退磁回线是一串面积逐渐缩小而最终趋于原点0的环状曲线，如图4所示。

为了得到稳定闭合的磁滞回线，磁材料的每个磁化状态都要反复磁化，这种反复磁化的过程称为磁锻炼。由于动态法测量磁化曲线采用交变电流，每个状态都经过充分的磁锻炼，所以可随时测得稳定闭合的磁滞回线。

2.实验原理

如图5所示，待测样品为磁环，磁环的励磁线圈匝数为N 1，测量磁环磁感应强度B 的测量线圈匝数为N 2。R 1为励磁电流的取样电阻，R 2为积分电阻，

C 为积分电容。在线圈N 1中通入磁化电流I 1，根据安培环路定律，磁环中产

生的磁场H 为：

L I N H 1

1= （1）

式中L 为磁环样品的平均磁路长度。取样电阻R 1的输出电压为：

11R I U H = （2）

由式（1）和式（2）得：

（3） 在式（3）中，N 1、L 、R 1为已知常数，只要测出U H ，就得到磁场强度H 。 设磁场H 在磁环样品中产生的磁感应强度为B ，由电磁感应原理可知，有效横截面积为S 2的测量线圈的磁通量Φ=BN 2S 2，测量线圈产生的感生电势

电

源

）

图5 测量原理