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什么是磁滯回線有什么應(yīng)用技巧

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什么是磁滯回線有什么應(yīng)用技巧

  磁滯回線表示磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化時(shí),強(qiáng)磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線,那么你對(duì)磁滯回線了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是磁滯回線,希望大家喜歡!

  磁滯回線的基本概念

  物理過(guò)程

  將強(qiáng)磁性材料(包括鐵磁性和亞鐵磁性材料)樣品從剩余磁化強(qiáng)度M=0開(kāi)始,逐漸增大磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H,磁化強(qiáng)度M將隨之沿圖1中OAB曲線增加,直至到達(dá)磁飽和狀態(tài)B?,F(xiàn)增大H,樣品的磁化狀態(tài)將基本保持不變,因此直線段BC幾乎與H軸平行。當(dāng)磁化強(qiáng)度到達(dá)飽和值Ms時(shí),對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H用Hs表示。OAB曲線稱為起始磁化曲線。

  此后若減小磁化場(chǎng),磁化曲線從B點(diǎn)開(kāi)始并不沿原來(lái)的起始磁化曲線返回,這表明磁化強(qiáng)度M的變化滯后于H的變化,這種現(xiàn)象稱為磁滯。當(dāng)H減小為零時(shí),M并不為零,而等于剩余磁化強(qiáng)度Mr。要使M減到零,必須加一反向磁化場(chǎng),而當(dāng)反向磁化場(chǎng)加強(qiáng)到-Hcm時(shí),M才為零,Hcm稱為矯頑力。

  如果反向磁化場(chǎng)的大小繼續(xù)增大到-Hs時(shí),樣品將沿反方向磁化到達(dá)飽和狀態(tài)E,相應(yīng)的磁化強(qiáng)度飽和值為-Ms。E點(diǎn)和B點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)對(duì)稱。

  此后若使反向磁化場(chǎng)減小到零,然后又沿正方向增加。樣品磁化狀態(tài)將沿曲線EGKB回到正向飽和磁化狀態(tài)B。EGKB曲線與BNDE曲線也相對(duì)于原點(diǎn)O對(duì)稱。由此看出,當(dāng)磁化場(chǎng)由Hs變到-Hs,再?gòu)?Hs變到Hs反復(fù)變化時(shí),樣品的磁化狀態(tài)變化經(jīng)歷著由BNDEGKB閉合回線描述的循環(huán)過(guò)程。曲線BNDEGKB稱為磁滯回線。

  BC及EF兩段相應(yīng)于可逆磁化過(guò)程,M為H的單值函數(shù)。由于磁滯現(xiàn)象,磁滯回線上任一給定的H,對(duì)應(yīng)有兩個(gè)M值。樣品處于哪個(gè)磁狀態(tài),決定于樣品的磁化歷史??梢宰C明,B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗。

  正常磁化曲線

  若磁化場(chǎng)的最大|H|值在小于|Hs|的范圍內(nèi)反復(fù)磁化,將得到小一些的磁滯回線(見(jiàn)圖2)。所有磁滯回線中上述BNDEGKB為最大的一個(gè),常稱為極限磁滯回線。各磁滯回線兩端頂點(diǎn)的連線稱為正常磁化曲線,如圖2中虛線所示,它和起始磁化曲線基本重合。

  用B-H表示的強(qiáng)磁性材料的磁滯回線其走向和形狀與M-H磁滯回線大致相同。在電工技術(shù)中更多使用B-H表示的磁滯回線。

  上述磁滯回線是在磁場(chǎng)作緩慢變化時(shí)得到的,也稱為準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線。在交變磁場(chǎng)作用時(shí),仍然有磁滯現(xiàn)象,磁滯回線也是一閉合回線,稱為動(dòng)態(tài)磁滯回線。由于渦流效應(yīng)等影響,動(dòng)態(tài)磁滯曲線的形狀和面積大小等都與準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線的不同。

  可以證明,B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗。對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線,此損耗僅為磁滯損耗,對(duì)于動(dòng)態(tài)磁滯回線,此能量損耗包括磁滯損耗和渦流損耗等。

  矯頑力

  當(dāng)H=-Hc時(shí), B=0(B≈μ0(H+M) ,所以此時(shí)M≈0),這說(shuō)明使鐵磁質(zhì)完全消除剩磁需加反向磁場(chǎng)Hc,Hc稱為矯頑力。因?yàn)镠=B/μ0-M,嚴(yán)格地說(shuō)使B=0與使M=0所需的矯頑力不一樣,應(yīng)當(dāng)區(qū)分使M=0與使B=0的矯頑力。

  在矯頑力不大時(shí)(即在H≪M時(shí),B=μ0(H+M)≃μ0M)認(rèn)為二者矯頑力一致(即B=0時(shí)M=0)。矯頑力的大小反映了鐵磁材料保存剩磁狀態(tài)的能力。正是按矯頑力的大小把鐵磁質(zhì)分成硬磁材料和軟磁材料。

  磁滯回線的分類

  磁滯回線一般可分為下面幾種類型:

  (1)正常磁滯回線。 這是絕大多數(shù)磁性材料所具有的回線形狀與原點(diǎn)是對(duì)稱的,或稱S型回線。

  (2)矩形磁滯回線,指Br/Bm>0.8的磁滯回線,這一般可以用熱處理或脅強(qiáng)處理材料的方法來(lái)得到。

  (3)退化磁滯回線。 若某種材料經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)熱處理或脅強(qiáng)處理后在一定方向獲得了矩形磁滯回線,若當(dāng)在其垂直方向進(jìn)行磁化的,常常會(huì)得到近于直線的磁滯回線,Br/Bs<0.2。

  (4)蜂腰磁滯回線。在少數(shù)磁性材料中,例如某些含鈷的鐵氧體和叵明伐(perminvar)合金,在中等磁場(chǎng)強(qiáng)度下的磁滯回線呈現(xiàn)特殊的形狀,即在Br附近的B值顯著降低形如蜂腰。

  (5)不對(duì)稱磁滯回線。前面4種都稱為對(duì)稱回線(Hc=Hc)。而對(duì)同時(shí)含有鐵磁性和反鐵磁性成分的材料(例如粉末狀鈷表面有氧化鈷層),或者在恒定磁場(chǎng)中經(jīng)過(guò)熱處理的鐵氧體,其磁滯回線常出現(xiàn)不對(duì)稱,即Hc≠Hc。

  (6)飽和磁滯回線。當(dāng)磁化場(chǎng)足夠大,使磁化達(dá)到飽和狀態(tài),這樣得到的正常磁滯回線即為飽和磁滯回線。通常在這一狀態(tài)下定義Hc和Br的大小。

  磁滯回線的應(yīng)用

  磁滯回線具有結(jié)構(gòu)靈敏的性質(zhì),很容易受各種因素的影響。 磁滯回線的產(chǎn)生則是由于技術(shù)磁化中的不可逆過(guò)程引起的,這種不可逆過(guò)程在疇壁移動(dòng)和磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中都可能發(fā)生。磁滯回線所包圍的面積,表示鐵磁物質(zhì)磁化循環(huán)一周所需消耗的能量,這部分能量往往轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉。

  磁滯回線反映了鐵磁質(zhì)的磁化性能。它說(shuō)明鐵磁質(zhì)的磁化是比較復(fù)雜的,鐵磁質(zhì)的M、B和H之間的關(guān)系不僅不是線性的,而且不是單值的。亦即對(duì)于一個(gè)確定的H,M、B的值不能唯一確定,同時(shí)還與磁化歷史有關(guān)。

  不同的鐵磁質(zhì)有不同形狀的磁滯回線,不同形狀的磁滯回線有不同的應(yīng)用。例如永磁材料要求矯頑力大,剩磁大;軟磁材料要求矯頑力小;記憶元件中的鐵心則要求適當(dāng)?shù)偷某C頑力。為了滿足生產(chǎn)、科研中新技術(shù)的需要就要研制新的鐵磁材料使它們的磁滯回線符合應(yīng)用的要求。磁滯回線為選材提供了依據(jù)。由于B—H磁滯回線所圍面積與磁滯損耗成正比,在交流電器中磁滯損耗是有害的,它的存在既浪費(fèi)了電能又使鐵心發(fā)熱,對(duì)設(shè)備不利,所以軟磁材料的磁滯回線所圍面積要盡量減小,以減少損耗。

  磁滯回線的用途

  在外加磁場(chǎng)中,處于退磁狀態(tài)的磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度,將隨外加磁場(chǎng)沿O→①變化,直到達(dá)到飽和狀態(tài)三如將這時(shí)的外加磁場(chǎng)減小為0,磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線①→②達(dá)到②點(diǎn),在②點(diǎn),材料仍將保留一部分磁感應(yīng)強(qiáng)度,稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩磁。這時(shí)如施加反向磁化場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線②→③→④變化,④為反向飽和狀態(tài)。

  在③點(diǎn),材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,所對(duì)應(yīng)的外加磁化場(chǎng)強(qiáng)度稱為材料的矯頑力。減小反向磁化場(chǎng)并進(jìn)一步施加正向磁化場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線④→⑤→⑥→①變化,形成閉合的磁滯回線①→②→③→④→⑤→⑥→①。當(dāng)外加磁化場(chǎng)小于飽和磁化場(chǎng)(如圖所示的H′)時(shí),根據(jù)外加磁化場(chǎng)的大小和方向的不同,材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線O→⑦或O→⑨變化,外加磁化場(chǎng)減小為零時(shí)得到的剩磁將分別為O→⑧和O→⑩,描述剩磁隨外加磁化場(chǎng)之間關(guān)系的曲線稱為剩磁曲線。


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