磁滞回线实验-实验说明.pdf

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1、研究铁磁材料的磁滞回线和基本的磁化曲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、计算机存贮用的磁带、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H的大小不同。硬磁材料C4的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力大（达120~2×10A/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H一般小于120A/m，C但其

2、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。磁化曲线和磁滞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。【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、B、B（H•B）等参数。Crmmm4．测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。【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

3、，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1中的原点0表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=0，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时，B到达饱和值B，oabs称为起始磁化曲SS线。图1表明，当磁场从H逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”S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=0时，B不为零，而保留剩

4、磁B。r当磁场反向从0逐渐变至−H时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反D向磁场，H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D曲线。图1还表明，当磁场按H→0→−H→−H→0→H→H次序变化，相应的磁SCSCS感应强度B则沿闭合曲线SRCS′R′C′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。应该说明，当初始态为H=

5、B=0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B为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率µ=，因B与H非线性，故铁H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，非常

6、适合于用来制造永磁体。观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图5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：NiH=L为样品的平均磁路LU1i=R1N∴H=•U（1）1L•R1（1）式中的N、L、R均为已知常数，所以可以根据U来确定H的数值。11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RC电路给定的，根据法2拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通dϕϕ的变化，在测量线圈中产生的感生电ε=n2dt动势的大小为：1ϕ=∫εdt2nϕ1B

7、==∫εdt（2）2SnSS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：ε=i•R+U2222式中i为感生电流，U为积分电容C两端电压设在∆t时间内，i向电容C的充电电222QQ量为Q，则：U=∴ε=iR+2222C2CQ如果选取足够大的R和C，使iR>>，则：ε=i•R222222CdQdU2dU2∵i2==C•∴ε2=C•R2•（3）dtdtdt由（2）、（3）两式可得：C•R2B=•U2（4）n•S上式中C,R,n和S均为已知常数。所以可以根据U来确定B。22综上所述，将图5中的U和U分别加到FB310C微机型磁滞回线实验仪的信号输入端12