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【分享】教你怎么去看磁材料的磁化曲線
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【分享】教你怎么去看磁材料的磁化曲線

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【摘要】:
1磁性物質磁化過程如將完全無磁狀態的鐵磁物質放在磁場中,磁場強度從零逐漸增加,測量鐵磁物質的磁通密度B,得到磁通密度和磁場強度H之間關系,并用B-H曲線表示,該曲線稱為磁化曲線.如圖4-2(e)曲線C所示。沒有磁化的磁介質中的磁疇完全是雜亂無章的,所以對外界不表現磁性(圖4-2(a))??當磁介質置于磁場中,外磁場較弱時,隨著磁場強度的增加,與外磁場方向相差不大的那部分磁疇逐漸轉向外磁場方向(圖4-2(b)),磁感應B隨外磁場增加而增加(圖4-2(e)中oa段)。

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                    1 磁性物質磁化過程

如將完全無磁狀態的鐵磁物質放在磁場中, 磁場強度從零逐漸增加, 測量鐵磁物質的磁 通密度B,得到磁通密度和磁場強度H之間關系,并用B-H曲線表示,該曲線稱為磁化曲線.

如圖4-2(e)曲線C所示。沒有磁化的磁介質中的磁疇完全是雜亂無章的,所以對外界不表現磁性(圖4-2(a))

 

 

當磁介質置于磁場中,外磁場較弱時,隨著磁場強度的增加,與外磁場方向相差不大的那部分磁疇逐漸轉向外磁場方向(圖4-2(b)),磁感應B隨外磁場增加而增加(圖4-2(e)中oa段)。如果將外磁場H逐漸減少到零時,B仍能沿ao回到零,即磁疇發了“彈性”轉動,故這一段磁化是可逆的。 

 

當從磁場繼續增大時,與外磁場方向相近的磁疇已經趨向于外磁場方向,那些與磁場方向相差較大的磁疇克服“摩擦” ,也開始轉向外磁場方向(圖4-2(c)) ,因此磁感應B隨H增大急劇上升,如磁化曲線ab段。如果把ab段放大了看,曲線呈現階梯狀,說明磁化過程是跳躍式進行的。如果這時減少外磁場,B將不再沿ba段回到零,過程是不可逆的。 

磁化曲線到達b點后,大部分磁疇已趨向了外磁場,從此再增加磁場強度,可轉動的磁疇越來越少了,故B值增加的速度變緩。這段磁化曲線附近稱為磁化曲線膝部。從b進一步增大磁場強度,只有很少的磁疇可以轉向(圖4-2(d)),因此磁化曲線緩慢上升,直至-基本上停止上升(c點),材料磁性能進入所謂飽和狀態,隨磁場強度增加B增加很少,該段磁化曲線稱為飽和段。這段磁化過程也是不可逆的

 

   鐵磁材料的B和H的關系可表示為

 

 

式中μ0—真空磁導率;J—磁化強度。

上式表示磁芯中磁通密度是磁性介質的磁感應強度J(也稱磁化強度)和介質所占據的空間磁感應強度之和。當磁場強度很大時,磁化強度達到最大值,即飽和(圖4-2(e)曲線B),而空間的磁感應強度不會飽和,仍繼續增大(圖4-2(e)中曲線A)。合成磁化曲線隨著磁場強度H增大,B仍稍有增加(圖4-2(e)曲線C)。 

 

從材料的零磁化狀態磁化到飽和的磁化曲線通常稱為初始磁化曲線。

                               

               2 飽和磁滯回線基本參數      

 

如果將鐵磁物質沿磁化曲線 OS由完全去磁狀態磁化到飽和 Bs(如圖4-3所示) ,此時如將外磁場 H 減小,B 值將不再按照原來的初始磁化曲線(OS)減小,而是更加緩慢地沿較高的 B 減小,這是因為發生剛性轉動的磁疇保留了外磁場方向。即使外磁場 H=0 時,B≠0,即尚有剩余的磁感應強度Br 存在。這種磁化曲線與退磁曲線不重合特性稱為磁化的不可逆性。磁感應強度 B 的改變滯后于磁場強度 H的現象稱為磁滯現象。 

如要使 B 減少,必須加一個與原磁場方向相反的磁場強度-H,當這個反向磁場強度增加到-Hc 時,才能使磁介質中 B=0。這并不意味著磁介質恢復了雜亂無章狀態,而是一部分磁疇仍保留原磁化磁場方向,而另一部分在反向磁場作用下改變為外磁場方向,兩部分相等時,合成磁感應強度為零。 如果再繼續增大反向磁場強度,鐵磁物質中反轉的磁疇增多,反向磁感應強度增加,隨著-H 值的增加,反向的 B 也增加。

 

 

 

當反向磁場強度增加到-Hs 時,則 B=-Bs 達到反向飽和。如果使-H=0,B= -Br,要使-Br 為 零,必須加正向 HC。如 H 再增大到 Hs時,B 達到最大值 Bs,磁介質又達到正向飽和。這樣磁場強度由Hs→0→- HC→- Hs→0→HC→Hs,  相應地,  磁感應強度由Bs→Br→0→- BS→-  Br→0→Bs,形成了一個對原點 O對稱的回線(圖 4-3),稱為飽和磁滯回線,或最大磁滯回線。

 

 在飽和磁滯回線上可確定的特征參數(圖 4-3)為:

 

1.飽和磁感應強度 BS

 

是在指定溫度(25℃或 100℃)下,用足夠大的磁場強度磁化磁性物質時,磁化曲線達到接近水平時,不再隨外磁場增大而明顯增大(對于高磁導率的軟磁材料,在μr=100 處)對應的 B 值。

 

2.  剩余磁感應強度 Br

 

鐵磁物質磁化到飽和后,又將磁場強度下降到零時,鐵磁物質中殘留的磁感應強度,即為 Br。稱為剩余磁感應強度,簡稱剩磁。 

 

3. 矯頑力 Hc

 

鐵磁物質磁化到飽和后,由于磁滯現象,要使磁介質中 B為零,需有一定的反向磁場強度-H,此磁場強度稱為矯頑磁力 H.c。 如果用小于 Hs 的不同的磁場強度磁化鐵磁材料時,此時 B 與 H 的關系在飽和磁滯回線以內的一族磁滯回線。各磁滯回線上的剩磁感應和矯頑磁力將小于飽和時的 Br和 Hc。如果要使具有磁性的材料恢復到去磁狀態,用一個高頻磁場對材料磁化,并逐漸減少磁場強度 H 到 0,或將材料加到居里溫度以上即可去磁。  應當指出的是材料的磁化曲線是環形等截面試樣特性, 各種磁芯型號盡管磁芯材質與試樣相同,但磁化特性因結構形狀不同而不相同。 如果磁滯回線很寬,即 Hc很高,需要很大的磁場強度才能將磁材料磁化到飽和,同時需要很大的反向磁場強度才能將材料中磁感應強度下降到零,也就是說這類材料磁化困難,去磁也困難,我們稱這類材料為硬磁材料。如鋁鎳鈷,釤鈷,釹鐵硼合金等永久磁鐵,常用于電機激磁和儀表產生恒定磁場。這類材料磁化曲線寬,矯頑磁力高。在開關電源中,為減少直流濾波電感的體積,有時用永磁-硬磁材料產生恒定磁場抵消直流偏置。 另一類材料在較弱外磁場作用下,磁感應強度達到很高的數值,同時很低的矯頑磁力,即既容易磁化,又很容易退磁。我們稱這類材料為軟磁材料??氐繚粗饕τ萌澩挪牧?。屬于這類材料的有電工純鐵、電工硅鋼、鐵鎳軟磁合金、鐵鈷釩軟磁合金和軟磁鐵氧體等。某些特殊磁性材料,如恒導磁合金和非晶態合金也是軟磁材料??杉?,所謂“軟磁” ,不是材料的質地柔軟,而是容易磁化而已。實際上,軟磁材料都是既硬又難加工的材料。如鐵氧體,既硬又脆,是開關電源中主要應用的軟磁材料。

 

本文轉自微信公眾號: 鐵氧體磁芯與變壓器 鐵氧體磁芯與變壓器

 

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