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静态磁滞回线实验报告
篇一:用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线_实验报告
用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线
【摘要】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。软磁材料的矫顽力Hc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Bs、剩磁Br 、生产、应用是的重要依据。
【关键词】磁滞回线示波器电容电阻 Bm Hm Br H
【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X输入端和Y输入端在屏幕上显示的图形以及相关
数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据
数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。
【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HD、Br、BS和(Hm·Bm)等参
数。
3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。
【实验仪器】
电阻箱(两个),电容(3-5微法),数字万用表,示波器,交流电源,互感器。【实验原理】
图1 起始磁化曲线和磁滞回线铁磁物质是一种性能特异,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,故磁导率μ很高。另一特征是磁滞,即磁化场作用停止后,铁磁质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。
图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O,当磁场H从零开始增加时,磁感应强度B随之缓慢上升,如线段oa所示,继之B随H迅速增长,如ab所示,其后B的增长又趋缓慢,并当H增至HS时,B到达饱和值BS,oabs称为起始磁化曲线。图1表明,当磁场从HS逐渐减小至零,磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,比较线段OS和SR可知,H减小B相应也减小,但B的变化滞后于H的变化,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是当H=O时,B不为零,而保留剩磁Br。
当磁场反向从O逐渐变至-HD时,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,HD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RD称为退磁曲线。
图1还表明,当磁场按HS→O→HD→-HS→O→HD′→HS次序变化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS?R?D?S变化,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(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁材料中释放,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。
图 3 铁磁材料μ与H
并系曲
应该说明,当初始态为H=B=O的铁磁材料,在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化,可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线,如图2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μ?B,因B与H非线性,故
H
铁磁材料的μ不是常数而是随H而变化(如图3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。
可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据,图4为常见的两种典型的磁滞回线,其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小,是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽。矫顽力大,剩磁强,可用来制造永磁体。
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为励磁电流取样电阻,设通过N的交流励磁电流为i,根据安培环路定律,样品的磁化场强
Ni
H?1L为样品的平均磁路
L ∵ i?
U1R1
?H?
N1
?UH(1) LR1
(1)式中的N1、L、R1均为已知常数,所以由UH可确定H。
在交变磁场下,样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组n和R2C电路给定的,根据法拉第电磁感应定律,由于样品中的磁通φ的变化,在测量线圈中产生的感生电动势的大小为
?2?n
??
d?dt
1
?2dt?n?1B???
2dt?SnS(2)
ε2?i2R2?UB
S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
式中i2为感生电流,UB为积分电容C两端电压,设在Δt时间内,i2向电容C2的充电电量为Q,则
U