铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线实验报告.doc

1 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【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. 测定样品的基本磁化曲线,作μ-H 曲线。 3. 测定样品的 H D、B r、B S 和( H m·B m )等参数。 4. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。【实验仪器】 DH4516 型磁滞回线实验仪,数字万用表,示波器。【实验原理】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 H S 时, B 到达饱和值 B S, oabs 称为起始磁化曲线。图 1 表明,当磁场从 H S 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- H D 时,磁感应强度 B 消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场, H D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 H S→O→H D→-H S→O→H D′→H S 次序变化,相应的磁感应强度 B 则沿闭合曲线 S SRD ?SDR ??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。 2 图2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线图1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图3 铁磁材料μ与H 并系曲线应该说明,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 H Bμ?,因 B与H 非线性,故铁磁材料的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。图4 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。R 1 为励磁电流取样电阻, 设通过