软磁材料静态磁参数的测量.doc

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1、软磁材料静态磁参数的测量1．实验目的⑴学习磁滞回线的测量方法。⑵了解磁性材料的基本特性。2．实验内容(1)测静态磁化曲线及磁滞回线。(2)根据磁滞回线确定材料的等参数。3．实验原理⑴磁滞特性磁性材料大体上可以分为永磁材料和软磁材料。永磁材料包含稀土永磁(钕铁硼、钐钴等)，金属永磁（AlNiCo）和铁氧体永磁；软磁材料包含金属软磁（硅钢Fe-Si，坡莫合金Fe-Ni、金属铁粉芯FeNiAl等），铁氧体软磁（锰锌、镍锌、镁锌、锂锌）和其它软磁材料。本实验主要讨论软磁材料磁参数的测量。铁磁性材料除了具有高的磁导率以外，还有一个磁滞特性。当

2、一个材料磁化时磁感应强度不仅与当时的磁场强度H有关，而且与该材料以前的磁化状态有关。如图1所示，曲线OA表示铁磁性材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B随磁场强度H增加而增加，称为磁化曲线。当H增加到HS时，磁感应强度B达到BS，基本上不再随H的增加而增加，即达到磁饱和。称BS为饱和磁感应强度，HS为饱和磁场强度。当磁性材料磁化以后，如果使H减小，B将不沿着原路返回，而是沿着另一条曲线AR下降。如果H从HS变到－HS，再从－HS变到HS，B将随着H的变化而形成一条如图1所示的磁滞回线ARC’A’R’CA。其中，当时，，称为剩余磁

3、感应强度。要使磁感应强度下降到零，就必须加一反向磁场，称为矫顽力。一般来说，矫顽力小的磁性材料称为软磁材料，矫顽力大的磁性材料称为硬磁材料。必须指出的是：在反复磁化（）的开始几个循环内，每一次循环的B-H曲线不一定沿着相同的路径进行，只有经过十几次反复磁化以后，每次循环的路径才趋于相同，形成一个稳定的磁化曲线，把这一过程称为“磁锻炼”。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线才能代表该材料的磁滞性质。　　在主要磁化曲线的各点上求出B与μ０H之比，即可得到μ和H之间的关系曲线（图１上没有画出）。⑵磁滞回线的测量为了使大家深入了解软磁测量的

4、物理过程，在介绍软磁自动测量软件之前，我们首先介绍手动测量磁滞回线的方法。由于软磁材料在较低的磁场下就能达到饱和磁化，所以在研究软磁材料的磁性时，往往将样品做成如图2所示的具有闭合磁路的环形，在样品磁环上均匀地绕以磁化线圈，把这种磁化线圈称为螺绕环。螺绕环产生的磁场不强，最多为几千安培/米，但是对软磁材料来说完全可以使其达到饱和。一个均匀绕制的螺绕环等效于一个首尾相接的螺线管，因此，沿着轴线方向的磁场是均匀的。如果样品的内半径为R1，外半径为R2，磁环的平均半径为R，螺绕环的匝数为N1，通过的电流为I，则螺绕环内的磁场为上式中N1和

5、R在实验过程中均为已知的结构参数，因此可以通过对磁化电流I的测量来得到磁场强度H。磁化曲线和磁滞回线的测量可以归结为各磁化电流下磁感应强度B的测量。图3（a）给出了冲击法测量磁参数的电路图。用冲击法测量磁感应强度B就是在被测磁环样品C上再绕上匝数为N2的探测线圈(也称为“次级线圈”)，探测线圈N2与冲击电流计G串联，当磁化线圈N1（亦称“初级线圈”）中的磁化电流突然改变时，磁场强度改变为，样品的磁感应强度也相应地改变，在探测线圈中的磁通量变化为，S是样品的横截面积。通过测量冲击电流计最大偏转量，就可以用下式求出：式中CΦ是磁性测量中

6、常用的冲击常数，它表示冲击电流计单位最大偏转量所对应的探测线圈中磁通量的改变量。图3（a）中M是标准互感，R1、R2、R3是可变电阻器，R4是电阻箱，E是直流电源，K，K1…K5是转换开关。①饱和磁感应强度的测量：由于磁滞回线的对称性，+BS与－BS大小是相等的，所以外磁场突然由+HS变到－HS（通过K使电流反向）时，磁感强度B由+BS变到－BS，由ΔB可以求出BS的绝对值：，软磁材料在饱和以后磁感强度B基本不再变化并趋于BS，利用这一事实可以判断材料是否已经饱和，从而确定饱和磁化电流IS及对应的磁场强度HS。②剩磁感应强度Br的测

7、量：以BS为起点，K突然断开，磁场由HS突然降为零。令ΔBAr表示该过程中磁感应强度的变化，则③磁滞回线上其它各点B的测量：根据磁滞回线的特点，测量过程必须沿着磁滞回线的路径，即图３（b）中A-d1-r-d2-A’-d3-r’-d4-A的顺序进行。整个操作过程就在于合理地利用开关K，K2和变阻器R1、R2、R3来达此目的。其中，K2的作用是关键。合上K2时，R2、R3不起作用。如果先合上K2，调节R1使磁场达到HS，然后突然打开K2，使R2、R3起作用，磁化电流减小，H由HS下降到H1，即从A点到d1点，这样就可以测出，由图可得：。

8、记下这时的磁化电流数值，可求得对应的H1。将开关K反向，H由H1变到－H1，即从曲线上的d1点到d2点，与之对应的电流计的偏转可以不记。再以d2为起点，突然合上开关K2，使磁场从－H1下降到－HS（磁场强度实际上向负的方向增强），即从