DH4516C磁滞回线实验讲义.doc

用示波器观测铁磁材料的
磁化曲线和磁滞回线
DH4516C型磁滞回线测量仪
实
验
讲
义
杭州大华科教仪器研究所
杭州大华仪器制造有限公司
用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
磁性材料应用广泛,从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存存储用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。磁滞回线和基本磁化曲线反映了磁性材料的主要特征。通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的基本测绘方法,而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。
铁磁材料分为硬磁和软磁两大类,其根本区别在于矫顽磁力Hc的大小不同。硬磁材料的磁滞回线宽,剩磁和矫顽磁力大(达120-20000A/m以上),因而磁化后,其磁感应强度可长久保持,适宜做永久磁铁。软磁材料的磁滞回线窄,矫顽磁力Hc一般小于120A/m,但其磁导率和饱和磁感强度大,容易磁化和去磁,故广泛用于电机、电器和仪表制造等工业部门。磁化曲线和磁带回线是铁磁材料的重要特性,也是设计电磁机构作仪表的重要依据之一。
本实验采用动态法测量磁滞回线。需要说明的是用动态法测量的磁滞回线与静态磁滞回线是不同的,动态测量时除了磁滞损耗还有涡流损耗,因此动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积要大一些。另外涡流损耗还与交变磁场的频率有关,所以测量的电源频率不同,得到的B-H曲线是不同的,这可以在实验中清楚地从示波器上观察到。
【实验目的】
1、掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念,加深对铁磁材料的主要物理量:矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。
3、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc的数值。
4、研究不同频率下动态磁滞回线的区别,并确定某一频率下的磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc数值。
5、改变不同的磁性材料,比较磁滞回线形状的变化。
【实验原理】
1、磁化曲线
如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质,则磁场将明显增强,此时铁磁物质中的磁感应强度比单纯由电流产生的磁感应强度增大百倍,甚至在千倍以上。铁磁物质内部的磁场强度H与磁感应强度B有如下的关系:
B=μH
对于铁磁物质而言,磁导率μ并非常数,而是随H的变化而改变的物理量,即μ=ƒ(H),为非线性函数。所以如图1所示,B与H也是非线性关系。
铁磁材料的磁化过程为:其未被磁化时的状态称为去磁状态,这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场,则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变大,其B-H变化曲线如图1所示。但当H增加到一定值(Hs)后,B几乎不再随H的增加而增加,说明磁化已达饱和,从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线。如图1中的OS端曲线所示。
图1 磁化曲线和μ~H曲线图2 起始磁化曲线与磁滞回线
2、磁滞回线
当铁磁材料的磁化达到饱和之后,如果将磁化场减少,则铁磁材料内部的B和H也随之减少,但其减少的过程并不沿着磁化时的OS段退回。从图2可知当磁化场撤消,H=0时,磁感应强度仍然保持一定数值B=Br称为剩磁(剩余磁感应强度)。
若要使被磁化的铁磁材料的磁感应强度B减少到0,必须加上一个反向磁场并逐步增大。当铁磁材料内部反向磁场强度增加到H=Hc时(图2上的c点),磁感应强度B才是0,达到退磁。图2中的的bc段曲线为退磁曲线,Hc为矫顽磁力。如图2所示,当H按O→Hs→O→Hc→Hs→O→Hc→Hs→的顺序变化时,B相应沿O→Bs→O→Br→O→Bs→Br→O→Bs顺序变化。图中的Oa段曲线称起始磁化曲线,所形成的封闭曲线abcdefa称为磁滞回线。bc曲线段称为退磁曲线。由图2可知:
(1)当H=0时,B≠0,这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br,通常称Br为铁磁物质的剩余感应强度(剩磁)。
(2)若要使铁磁物质完全退磁,即B=0,必须加一个反方向磁场Hc。这个反向磁场强度Hc,称为该铁磁材料的矫顽磁力。
(3)B的变化始终落后于H的变化,这种现象称为磁滞现象。
(4)H上升与下降到同一数值时,铁磁材料内的B值并不相同,退磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关。
(5)当从初始状态H=0,B=0开始周期性地改变磁场强度的幅值时,在磁场由弱到强地单调增加过程中,可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线,如图3所示。其中最大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线。
(6)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,首先必须将铁磁材料预先退磁,以保证外加磁场H=0,B=0;其次,磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减少,不能时增时减。在理论上,要消除剩磁Br,只需通一反向磁化电流,使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽磁力即可。实际上,矫顽磁力的大小通常