铁磁材料的基本磁化曲线.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划铁磁材料的基本磁化曲线　　铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线　　实验讲义　　铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性，也是设计选用材料的重要依据　　一：实验目的：　　1．认识铁磁材料的磁化规律，比较两种典型铁磁物质的动态磁特性．．　　2．测定样品的基本磁化特性曲线(Bm-Hm曲线)，并作μ—H曲线．．3．测绘样品在给定条件下的磁滞回线，以及相关的Hc，Br，Bm，和[HB]等参数．．　　二：实验原理：　　铁磁物质是一种性能特异，在现代科技和国防上用途广泛的材料铁，钴，镍及其众多合金以及含铁的氧化物均属铁磁物质其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，磁导率μ很高另一特性是磁滞，即磁场作用停止后，铁磁材料仍保留磁化状态图一为铁磁物质的磁感应强度Β与磁场强度H　　H　　图一铁磁物质的起始磁化曲线和磁滞回线　　图中的原点表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=O当外磁场H从零开始增加时，　　磁感应强度B随之缓慢上升，如线段落0a所示；继之B随H迅速增长，如ab段所示；其后，B的增长又趋缓慢；当H值增至Hs时，B的值达到Bs，在S点的Bs和Hs，通常又称本次磁滞回线的Bm和Hm。

曲线oabs段称为起始磁化曲线　　当磁场从Hs逐渐减少至零时，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到o点，而是沿一条新的曲线sr下降，比较线段os和sr，我们看到：H减小，B也相应减小，但B的变化滞后于H的变化，这个现象称为磁滞，磁滞的明显特征就是当H=0时，B不为0，而保留剩磁Br　　当磁场反向从o逐渐变为-Hc时，磁感应强度B=O，这就说明要想消除剩磁，必须施加反向磁场，Hc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rc称为退磁曲线　　图一还表明，当外磁场按Hs→0→-Hc→-Hs→0→Hc→Hs次序变化时，相应的磁感应强度则按闭合曲线srcs’r’c’s变化时，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，将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁，由于磁畴的存在，此过程要消耗能量，以热的形式从铁磁材料中释出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当初始态为H=B=O的铁磁材料，在峰值磁场强度H由弱到强的交变磁场作用下磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一组磁滞回线，如图二所示　　这些磁滞回线顶点的连线称为该铁磁材料的基本磁化曲线。

由此，可近似确定其磁导率μ＝B/H因B与H是非线性关系，所以铁磁材料的磁导率μ不是常数，而是随H而变化，如图三所示铁磁材料的磁导率可高达数千至数万，这一特点使它广泛地用于各个方面　　图三铁磁材料基本磁化曲线和μ--H关系曲线　　μ-H　　磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类的主要依据，图四为常见的几种典型的磁滞回线其中，磁滞回线宽者，为硬磁材料，适用制造永磁体，其矫顽力大剩磁强，如钕铁硼合金磁滞回线细而窄者，为软磁材料，矫顽力，剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机和交流电磁铁的主要材料磁滞回线如矩形者，矫顽力小，剩磁大，B技行业　　图四不同铁磁材料的磁滞回线　　H　　观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示　　待测样品有两种，为E型的钢片形式N为励磁绕组匝数，n为测量磁感应强度B所用的测量绕组匝数R1为励磁电流限流电阻，同时也是输出UH的取样电阻设通过励磁线圈的励磁电流为I1，则根据安培环路定律，样品的磁化场强为，　　∮H?dl=ΣI　　∴H=i1N/L　　∵i1=U1/R1　　L为样品的平均磁路长度　　∴H=(N/LR1)U1⑴　　所以，我们可以通过测量U1，计算出场强H　　在交变磁场作用下，样品的磁感应强度值B瞬时值是由测量绕组n和R2、C2电路来给定。

根据法拉第电磁感应定律，由于测量绕组中磁通变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为：　　ε　　2=　　=ndφ/dt　　根据磁感应强度定义：　　B=φ/S∴B=(1/nS)∫ε2dt⑵其中S为样品的横截面积　　在测试回路中；根据基尔霍夫定律有　　ε2=i2R2+U2+i2r-L2di2/dt　　式中R为测试线圈内阻，L2为测试线圈自感　　测试线圈的自感和内阻都很小，我们把它们忽略，则回路方程为：ε2=i2R2+U2U2=Q/C2　　由于我们选用的R2和C2都比较大，而i2R2和Q/C2相比较,i2R2>>Q/C2所以又把回路方程近似为：　　ε2=i2R2　　而i2=C2dU2/dt　　所以ε2=R2C2dU2/dt⑶由⑵，⑶得出　　B=U2⑷　　所以，测得U2，便可计算出B　　综上所述，我们将U1、U2加到示波器的x、y输入端上，便可看到样品的磁滞回线加到测试仪上，可对样品的磁滞回线多点采样测定，并计算出此测试条件下的饱和磁感应强度Bm，剩磁Br，矫顽力Hc和磁滞损耗［BH］及磁导率　　三、实验内容　　1．电路连接：在实验仪上选定一个样品，按实验仪机箱上所给定的电路图连接线路，把R1选择调到Ω，U选择调节到0，UH和UB分别连接到示波器的通道1和通道2端子。

插孔⊥为公共将示波器的TIME/DIV旋钮反时针旋到底档　　2．样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁即顺时针转动―U选择‖旋钮，令U从0增加到　　3V，然后再反时针方向转动，将U从最大值3V减到0，目的是消除剩磁，使测试样品处于磁中性状态即B=H=0，如图六所示　　3、观察磁滞回线：打开示波器电源，适当调节光点的亮度和聚焦，使光点清晰，同时调节光点的水平位置和CH2的垂直位置，使光点位于坐标网格的中心令U=，分别适当调节CH1和CH2的灵敏度使显示屏上出现大小适当的磁滞回线，若滞回线顶部出现编织状小环，可以适当降低励磁电压予以消除　　4观察、比较样品1和样品2的磁滞回线请注意，在将测试线路从一个样品移向另一个样品时，请关闭测试电源接入样品后，首先应退磁　　5测绘样品的曲线，关闭示波器和实验仪电源，撤去示波器，输入探笔，将实验仪的Y，和Ｘ同测试仪的三个相应端子用给定的粗线连接起来，开启电源，对样品退磁，依次测定U=、……、的10组Hm和Bm值填入表一，计算出μ值，用坐标纸画出基本磁化曲线B-H曲线和μ–H线　　6、令U=、R=，先退磁，使用测试仪的功能7做一次给定条件下的磁滞回线测试，用功能8，读出本次测试中近300个点的B，H值，记入表一，并用功能11读出Bm,用功能9读出本次磁滞回线的Hc和Br，用功能10读出本次磁滞回线的磁滞损耗[HB]，填入表二,填表时请注意所使用的倍数。

记下所用倍数代号和倍数值　　7、根据步骤6中所测得的B、H值用坐标纸绘制出磁滞回线(B-H曲线)，如何取数，取多少个数，请自行考虑　　四、实验记录　　表一、基本磁化曲线和μ－H曲线　　测试条件：样品号：仪器号：　　单位：H：B：μ：　　表二磁滞回线　　测试条件：U=R1=测试样品号：仪器编号：　　所用倍数代码：倍数及单位：H：B：Hc=Br=Bm=[HB]=　　磁性材料基本磁化曲线的测量　　一、实验目的　　1.通过实验了解铁磁材料基本磁化曲线测试的原理，熟悉磁锻、去磁的过程，以及用数字　　磁通计测量磁通的方法，掌握用冲击法测量铁磁材料基本磁化曲线的方法；2、通过实验熟练掌握数字磁通计的使用方法　　二、磁性材料的静态磁特性的测量原理1.原理　　磁性材料静态磁特性的测试，主要包括基本磁化曲线和磁滞回线及有关磁参量的测试静态磁特性测量的基本原理式根据电磁感应原理，当磁化回路中的磁化电流改变时，试样中的磁通量随之改变，在测量线圈两端产生感应电动势，根据冲击检流计偏转和磁化电流确定试样的直流磁性参数　　磁轭由高导磁材料制成，其截面积大于试样截面积50倍磁轭与试样间的气隙极小，因此磁轭与试样构成的磁路中，可近似地认为磁势全部降落在试样上。

根据磁路中的安培环路定律试样中的磁场强度H为　　H?　　式中L为试样的有效长度　　根据电磁感应定理可知，当磁化电流增加?I时，试样中的磁通量增加??，则测试线圈W2中的磁通链增加??，即???W2??将使数字磁通计产生偏转，其最大偏转值??因此磁感应强度B的增量为：　　?B?　　式中S为试样的截面积　　常用的测量装置见图1所示，图中：　　T～220——去磁用交流调压器220/0~250V，500VA；A——监视去磁电流用的交流安培表，选用量程1A；E——直流稳压电源；R2——多档可选电阻；　　a.——磁轭截面积为4900mm2；　　b.——试样截面积S=100mm，试样的有效长度L=230mm；W1——试样的磁化绕组XX匝；W2——磁测试线圈30匝；mA——直流毫安表；　　Φ——数字磁通计，选用量程10mWb；K1、K2、K3一双刀双向开关；　　2　　W1IL　　??S　　?　　??W2S　　　　图1冲击法测量铁磁材料基本磁化曲线的原理图　　2.实验装置使用介绍　　图2实验装置的面板图　　在实验装置图2中，交流回路已经接线完毕，无需用户接线只需将直流励磁回路按图1接线即可其中稳压电源输出控制在10V以内；滑线变阻器R2换用多当电阻选择开关来代替，分为18档，“ON”为电阻接通、“OFF”为电阻短路。

　　三、实验内容与步骤1.基本磁化曲线的测量　　按图1电路在实验装置上接线注意：交流回路已在装置内部接好，无需用户接线；退磁；　　K1合向AC，将交流调压器从0增大调节使监测用交流安培表回路中的去磁电流不超过1A，再缓慢调节输出至0V，以此对试样进行退磁；调节磁化电流Im：　　K3合向短路，K1合向DC，K2合向任一方选择多档电阻选择开关R2的档位1在ON上，其它档位2～18均置于OFF上，调节磁化电流Im为某一确定的的值磁锻：　　K1合向DC把K2反复合向“上”和“下”，使试样磁锻循环在10次以上，最后K2合在“上”或“下”上　　K3合向测量，把K2由“上”断开，同时读出数字磁通计的读数值??1，此时??1与?B1?Bm?Br成正比；　　数字磁通计复位清零稳定后，把K2从断开位置合向“下”b→a1），同时读出数字磁通计的读数值??2，此时??2与?B2?Bm?Br成正比；根据上述现象和测量结果；利用式、求出Bm和Hm以及μ的数值；分别选择多档电阻选择按钮R2的不同档位2～18，调节磁化电流Im重复步骤～，测出另一组Bm、Hm和?值要求Im最小值测量到10mA，共测量18组值，将结果分别填入表1，并绘出基本磁化曲线。

　　图3磁滞回线　　表1基本磁化曲线的测试数据　　'　　'　　四、报告要求　　1．简述磁材料静态磁特性的测试原理；　　2．填写实验数据表格，根据测试基本磁化曲线的数据，画出给定铁磁材料基本磁化曲线、　　磁导率曲线，并求出相应最大磁导率μ；3．回答思考题　　五、思考题　　1．在实验过程中，若实验步骤操作出错，应重新哪些操作？2．如何较为准确地找出最大磁导率μm的值？　　3．根据电路中各参数和实验要求，如何确定出应取的十八个电阻值，使测试点在基本磁化曲线上的均匀分布？　　六、注意事项　　1．实验前，应根据铁磁材料的磁性质，将实验步骤中各开关前后动作的次序从道理上弄清楚，并熟练掌握；　　2．电阻R2是测量过程中调节磁化电流的电阻实验时，为了确定最大磁化电流。