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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 电气 > 《电工基础入门》 > 第8章 磁路与铁心线圈

第2节 铁磁性物质的磁化

1.铁磁性物质的磁化

本来不具磁性的物质,由于受磁场的作用而具有磁性的现象称为该物质被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化,而非铁磁性物质是不能被磁化的。

铁磁性物质能够被磁化的原因,是因为铁磁性物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域所组成,每一个磁畴相当于一个小磁铁,在无外磁场作用时,磁畴排列杂乱无章,磁性互相抵消,对外不显磁性。但在外磁场的作用下,磁畴就会沿着磁场的方向做取向排列,形成附加磁场,从而使磁场显著增强。有些铁磁性物质在去掉外磁场以后,磁畴的大部分仍然保持取向一致,对外仍显示磁性,这就成了永久磁铁。

铁磁性物质被磁化的性能,广泛地应用于电子和电气设备中。例如,变压器、继电器、电机等,采用相对磁导率高的铁磁性物质作为绕组的铁心,可使同样容量的变压器、继电器和电机的体积大大缩小,重量大大减轻;半导体收音机的天线线圈绕在铁氧体磁棒上,可以提高收音机的灵敏度。

各种铁磁性物质,由于其内部结构不同,磁化后的磁性各有差异,下面通过分析磁化曲线来了解各种铁磁性物质的特性。

2.磁化曲线

 铁磁物质的BH而变化的曲线称为磁化曲线,又称BH曲线。将待测的铁磁物质制成圆环形,线圈密绕于环上。励磁电流由电流表测得,磁通由磁通表测得。

实验前,待测的铁心是去磁的(即当H=0时B=0)。实验开始,接通电路,使电流I由零逐渐增加,即H由零逐渐增加,B随之变化。以H为横坐标、B为纵坐标,将多组BH对应值逐点描出,就是磁化曲线。

BH曲线分为三段:

1)起始磁化段(曲线的0~1段)  曲线上升缓慢,这是由于磁畴的惯性,当H从零值开始增大时,B增加较慢。

2)直线段(曲线的1~2段) 随着H的增大,B几乎是直线上升,这是由于磁畴在外磁场作用下大部分都趋向H的方向,B增加很快,曲线较陡。

3)饱和段(曲线的2~3段)  随着H的增加,B的上升又比较缓慢了,这是由于大部分磁畴方向已转向H方向,随着H的增加只有少数磁畴继续转向,B的增加变慢。到达3点以后,磁畴几乎全部转到外磁场方向,再增大H值,也几乎没有磁畴可以转向了,曲线变得平坦,这时的磁感应强度叫饱和磁感应强度。不同的铁磁性物质,B的饱和值是不同的,但对每一种材料,B的饱和值却是一定的。对于电机和变压器,通常都是工作在曲线的2~3段(即接近饱和的地方)。

由于磁化曲线表示了媒质中磁感应强度B和磁场强度H的函数关系,所以,若已知H值,就可以通过磁化曲线查出对应的B值。因此,在计算媒质中的磁场问题时,磁化曲线是一个很重要的依据。在相同的磁场强度H下,硅钢片的B值最大,铸铁的B值最小,说明硅钢片比铸铁的导磁性能好得多。

3.磁滞回线

上面讨论的磁化曲线,只是反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强时的磁化过程。但在很多实际应用中,铁磁性物质是工作在交变磁场中的,所以,有必要研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。

(1)剩磁  当BH沿起始磁化曲线达到饱和值以后,逐渐减小H的数值,实验表明,这时B并是沿起始磁化曲线减小,而是沿另一条在它上面的曲线ab下降,如图8.8所示。当H减至零时,B值不等于零,而是保留一定的值称为剩磁,用Br表示,永久磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。

(2)矫顽磁力 为了消除剩磁,必须外加反方向的磁场,随着反方向磁场的增强,铁磁性物质逐渐退磁,当反向磁场增大到一定的值时,B值变为零,剩磁完全消失,bc这一段曲线叫退磁曲线。这时的H值是为克服剩磁所加的磁场强度,称为矫顽磁力,用Hc表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质保存剩磁的能力。

(3)磁滞现象  当反向磁场继续增大时,B值就从零起改变方向,并沿曲线cd变化,铁磁性物质的反向磁化同样能达到饱和点d。此时,若使反向磁场减弱到零,BH曲线将沿de变化,在e点H=0。再逐渐增大正向磁场,BH曲线将沿efa变化而完成一个循环。从整个过程看,B的变化总是落后于H的变化,这种现象称为磁滞现象。经过多次循环,可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线(abcdefa),叫做磁滞回线。

如果在线圈中改变交变电流幅值的大小,那么交变磁场强度H的幅值也将随之改变。在反复交变磁化中,可相应得到一系列大小不一的磁滞回线,连接各条对称的磁滞回线的顶点,得到的一条曲线叫基本磁化曲线。由于大多数铁磁性物质是工作在交变磁场的情况下,所以,基本磁化曲线很重要。一般资料中的磁化曲线都是指基本磁化曲线。

(4)磁滞损耗  铁磁性物质的反复交变磁化,会损耗一定的能量,这是由于在交变磁化时,磁畴要来回翻转,在这个过程中,产生了能量损耗,这种损耗称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大,磁滞损耗就越大。所以,剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质,磁滞损耗就越大。因此,磁滞回线的形状经常被用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。