铁磁材料的磁化曲线及其分类
铁磁材料的磁化与磁化曲线
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
如果把铁磁材料置入外磁场中，这时大多数磁畴都会趋 向与外磁场的方向规则的排列，因而在铁磁材料内部形 成了很强的与外磁场同方向的附加磁场，从而大大地增 强了磁感应强度，即铁磁材料被磁化了，如图8-1b所示。 当外加磁场进一步加强，所有磁畴的方向都几乎转向外 加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁 饱和，如图8-1c所示。
第二节 磁路与此路定律
一、磁路
在电机，变压器及其它各种电磁器件中，常 用铁磁材料做成一定形状的铁心。其目的一是用 较小的励磁电流能够产生足够大的磁通；二是将 磁通限定在一定的范围之内。如图8-7所示。
在图8-7b中，磁感应线几乎都是沿着铁心形 成闭合回路。因此这种由铁磁材料构成的，让磁 通集中通过的闭合路径叫磁路。
（二） 磁化曲线
不同种类的铁磁性物质，其磁化性能是不同的。工 程上常用磁化曲线表示各种铁磁性物质的磁化特性。 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强B与外磁场的磁
场强度H之间的关系曲线，所以又 B H叫曲线。
铁磁物质的磁化曲线可用试验测定。测量铁磁物质 磁化曲线的装置如图8-2所示。
1.起始磁化曲线
4、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，取不同的Hm反复磁化， 将得到一系列磁滞回线，如图8-4b所示。 各磁滞回线的顶点联成的曲线 ON称为基本 磁化曲线，简称磁化曲线。工程上常用基 本磁化曲线进行磁路计算。
二、铁磁材料的磁性能
磁化曲线
Hm
b
c
d
单位体积 磁滞损耗
e
f
g j
t
wm
HdB
L
B
磁带去磁原理：
i
t
磁头
o
H i
H
H
t
o H
NSNSNSNSNSSNNSNSNSNSNSNSSNSNSNSNSNS
H t
t
四）磁性材料的分类 1）按矫顽磁力分：
软磁性材料--Br小Hc小磁滞回线细长，适用 制造电机、变压器等。
硬磁性材料--Br大Hc大磁滞回线“肥胖”，适 用制造永久磁铁、磁电式仪表等。
B
tg
H
B
H
2）铁磁性材料的磁化曲线
实验电路： A
R
铁磁质
磁 通 计
起始磁化曲线：
BB
cc
bb
aa O
Oa段 H B,
起始段（a点称为跗点）
HH
ab 段 H B
直线段（b点称为膝点）
bc段
饱和段
起始磁化曲线： B
d
BH 关系是非线性的
定义：
静态磁导率
H B tg 1
H
动态磁导率
t
HcHm
0Bj
（剩磁）
b 反复十多次磁化后的磁化曲线--“磁滞回线”
Bc
b
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBr
j
d
gH
o
Hc
Hc
f e
o
物质
居里点
二）温度对铁磁质的影响
存在居里点--使铁磁质变为 顺磁质的温度。
铁 1043K
钴 1400K
镍 637K
综上所述：磁性材料特点：
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
一、测量样品之前为什么要退磁？
答：铁磁材料被磁化后，当外磁场强度H减为0后，铁磁材料还保留磁感应强度，称其为铁磁材料的剩磁，只有消除声磁我们在测基本磁化曲线时，对较小的磁场强度H的电压U对应的样品的磁感应强度B才是正确的，才能显示正确的图形。
二、什么叫做初始磁化曲线？
答：当铁磁材料从未磁化状态（H=0且B=0）开始磁化时，B随H的增加而非线性增加。
当H增大到一定值Hm后，B增加十分缓慢或基本不再增加，这时磁化达到饱和状态，称为磁饱和。
达到磁饱和时的Hm和Bm分别称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度。
B~H曲线称为初始磁化曲线。
三、怎样使样品完全退磁，使初始状态在H＝0，B＝0点上？
答：打开实验仪电源，对样品退磁。
顺时针方向转动励磁电压“U选择”旋钮，使U从0增加到3V，然后逆时针方向转动旋钮，将U从３Ｖ降至0。
退磁的目的是使样品处于磁中性状态，即B＝0，H＝0。
四、什么叫铁刺损耗？
答：当铁磁材料沿着磁滞回线经历磁化→去磁→反向磁化→反向去磁的循环过程中，由于磁滞效应，要消耗额外的能量，并且以热量的形式耗散掉。
这部分因磁滞效应而消耗的能量，叫做磁滞损耗]
[BH。
一个循环过程中单位体积磁性材料的磁滞损耗正比于磁滞回线所围的面积。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
现磁滞回线。
操作指南（续1）
观察基本磁化曲线。对样品进行退磁，从 U=0开始提高励磁电压，将在显示屏上得到 面积由小到大的一族磁滞回线。这些磁滞回 线的顶点就是样品的基本磁化曲线，长余辉 示波器，便可观察到该曲线的轨迹 。
观察比较样品1和2的磁化性能。 测绘曲线。接通实验仪和测试仪之间的连线。
基本磁化曲线。磁滞回线顶点的连线为铁
磁材料的基本磁化曲线，磁导率。
B
H
3，实验仪器
数码照片 磁滞回线实验组合分为实验仪和测试仪两大部
分。
4，操作指南
电路连接。选样品1按实验仪上所给的电路图 连接线路，令 R1 2.5，“U选择” 置于0 位。U 1 和 U 2 分别接示波器的“X输入”和 “Y输入”。
铁磁材料的磁滞回线 和基本磁化曲线
1，简介
铁磁材料（镍、钴、铁及其合金）在电力、通 讯等领域有着十分广泛的应用。磁滞回线磁滞 回线反映磁性材料在外磁场中的磁化特性。
2，实验原理
铁磁物质。在外磁场作用下，能被强烈磁化，磁导率很 高。磁场作用停止后，仍保持磁化状态，即磁滞。
磁化曲线。O点为磁中性状态，即BH0，当磁场H
结语谢谢大家！来自从0开始增加时，B随之缓慢上升，并当H到 H s 时，B达
到饱和值 B s ，到此为磁化曲线。当H减小到0时，B不
为0，而保留剩磁 B r 。 当磁场反向从0逐渐变为时，B消失，即要消除剩磁，必 须加反向磁场。H c 为矫顽力，反映保持剩磁状态的能力。
磁化曲线和磁滞回线
实验原理（续）
磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中， 将沿磁滞回线反复运动，在此过程中要消 耗额外的能量，并以热的形式释放，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。
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线铁磁材料分为硬磁和软磁两类。
硬磁材料（如铸钢）的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力较大（120-20000安/米，甚至更高），因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜制作永久磁铁。
软磁材料（如硅钢片）的磁滞回线窄，矫顽磁力小（一般小于120安/米），但它的磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故常用于制造电机、变压器和电磁铁。
可见，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性，也是设计电磁机构或仪表的依据之一。
通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。
一 实验目的1、 掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的测绘方法2、 观察磁滞现象，加深对铁磁材料主要物理量（如矫顽力、剩磁和磁导率等）的理解。
二 实验原理(一)起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线铁磁材料（如铁、镍、钴和其他铁磁合金）具有独特的磁化性质。
取一块未磁化的铁磁材料，譬如以外面密绕线圈的钢圆环样品为例。
如果流过线圈的磁化电流从零逐渐增大，则钢圆环中的磁感应强度B 随激励磁场强度H 的变化如图1中oa 段所示。
这条曲线称为起始磁化曲线。
继续增大磁化电流，即增加磁场强度H 时，B 上升很缓慢。
如果H 逐渐减小，则B 也相应减小，但并不沿ao 段下降，而是沿另一条曲线ab 下降。
B 随H 变化的全过程如下：当H 按 O →H m →O →－c H →－H m →O →c H →H m 的顺序变化时，B 相应沿 O →m B →r B →O →－m B →－r B →O →m B 的顺序变化。
将上述变化过程的各点连接起来，就得到一条封闭曲线abcdefa,这条曲线称为磁滞回线。
从图1可以看出：BH B mB r a b －H m f o HC c d H m－H C－B r－B me图 1（1）当H ＝0时，B 不为零，铁磁材料还保留一定值的磁感应强度r B ，通常称r B 为铁磁材料的剩磁。
铁芯磁化曲线
铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。
如航天、通信、自动化仪表及控制等都无不用到铁磁材料(铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质)。
因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有重大的意义。
本实验使用单片机采集数据，测量在交变磁场的作用下，两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。
1)铁磁材料的磁化及磁导率铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁滞的特性。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的。
图20—1起始磁化曲线和磁滞回线图20—2基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，即图20—1中B～H曲线的坐标原点0。
随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。
当H增加到一定值时，B不再增加(或增加十分缓慢)，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中a点)。
如果再使H逐渐退到零，则与此同时B也逐渐减少。
然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹a0返回，而是沿另一曲线ab下降到Br，这说明当H下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称为磁滞，Br称为剩磁。
将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H=-Hc，磁感应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁场Hc。
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。
图20—1表明，当磁场按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序变化时，B所经历的相应变化为Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。
于是得到一条闭合的B～H曲线，称为磁滞回线。
所以，当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心)，它将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。
在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，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。
应该说明，对于初始态为H=0，B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图20—2所示。
磁性材料的磁化曲线
一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数•饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；•剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；•矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；•磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；•初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；•居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；•损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；•在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换•设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料；•合理确定磁芯的几何形状及尺寸；•根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m磁芯(S,l):f～F器件(N):U～I,LI ～H: H = IN/l磁势F =ò Hdl=HlNf = ò UdtL～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9U ～B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6二、常用软磁磁芯的特点及应用(一).粉芯类1.磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
测定铁磁材料的磁化曲线实验报告
测定铁磁材料的磁化曲线实验报告实验目的：通过测定铁磁材料的磁化曲线，了解在外加磁场下铁磁材料的磁性及基本磁性参数，并探究磁矩、磁滞、磁饱和及饱和磁感应强度的概念。
实验原理：铁磁材料在外加磁场的作用下，会形成相应的磁矩，磁矩随着外界磁场的改变而改变。
磁化曲线描述了铁磁材料在外加磁场下磁化强度的变化规律。
在铁磁材料受到逐渐增加的外场磁场作用下，会经历磁化、磁导、磁饱和三个阶段，磁化曲线也呈现出相应的变化。
实验器材：铁磁材料、实验仪器包括万用表、电源、电流表、磁感应计等。
实验过程：1. 将待测铁磁材料放置在磁场计中间位置。
2. 打开电源，设定电源输出电压大小，并且设置电流计，记录下外加磁场的大小。
3. 记录下磁感应计的读数，调整外加磁场大小并录入数据，逐步增加，直到材料饱和，记录下饱和时的磁感应值Bmax。
4. 逐步降低外加磁场，记录下各个时刻的磁感应值。
实验结果：根据实验测量数据，我们得到了铁磁材料的磁化曲线，它是一条典型的S形曲线。
在开始的阶段，磁化随着外界磁场的增加而增加，这个阶段叫做磁化区。
在这个阶段，铁磁材料的磁矩不断增加，但是达到某一值后，磁矩的增加就呈现出饱和状态，铁磁材料不再具有显著的磁应性，这个阶段叫做磁饱和区。
实验结论：通过本次实验，我们得到了铁磁材料的磁化曲线，并且了解了铁磁材料的磁性及基本磁性参数，研究了磁矩、磁滞、磁饱和及饱和磁感应强度的概念。
实验结果表明，随着外加磁场的增加，铁磁材料的磁化强度也随之增强，但在一定程度上会出现饱和现象。
本实验的结果有助于我们更加深入地了解铁磁材料的磁性质，对于未来研究和应用铁磁材料有着重要的指导意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述 明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分 “重计 算”及“重概念”两类区别对待，编排讲究逐步引深的 递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续 课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文 印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时 数。适用于应用型本科及高职高专电力类、自动化类、 机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专 业。
i 这时B 随H（随 ）迅速增长；
在磁路进入磁饱和以后，绝大部分磁畴已经转向，再
i 增加H（增加 ），磁畴贡献的附加磁场B′不再增加，此
时增加的B仅为电流本身产生，曲线2上升的斜率几乎与曲 线1相同，导致µ值下降。
进入磁饱和的铁磁材料其特性与非磁性材料 相近，丧失了高导磁性能，所以通常要求铁磁材 料工作在磁化曲线的b点附近。
此闭合曲线称为磁滞回线。当线圈处于交变电流作用时， 铁心将沿磁滞回线反复磁化→退磁→反向磁化→反向退磁。
8.2.3基本磁化曲线
一组磁滞回线正顶点的连Байду номын сангаас称为基本磁化曲线。 基本磁化曲线是磁路设计、计算的依据 。
8.2.4 铁磁材料的分类
软磁材料——硅钢、坡莫合金、铸铁、铸钢、纯铁等， 其磁滞回线狭长，矫顽力、剩磁和磁滞损耗较小，是变压 器、电机铁心的材料，其基本磁化曲线与磁滞回线近似程 度较好。
oa 段 B 随 H 缓慢上升， 较小。 ab 段 B 随 H 迅速增长，反映铁磁材料的高导磁性， 较大。 bc 段 B 的增长又趋缓慢，c点称为曲线的磁饱和点， 下降。 cd 段则进入较深磁饱和，这时 B 随 H 仅略有增加。 更小。
B
H
“磁饱和”的含义是“磁路进入磁饱和后，增加励磁电流，
B（或 ）不再随电流迅速增长，使磁导率下降”。
通逆时针方向；双刀双掷开关扳至3、4点， i 0 为负 值，激起的磁通顺时针方向。
励磁电流大小与方向发生变化时，用特制的磁通表测 试环形材料中磁通的大小与方向。
B
H
韦-安
特性曲线
B S
H Ni l
B- H曲线
曲线1是非磁性材料的磁化曲线，B 随H缓慢线性增长。 曲线2称为铁磁材料的起始磁化曲线。
起始段磁导率较小；ab段µ值迅速增加，b点前达到 最大；随后µ值下降。可见磁材料的磁导率µ不是常数， 反映了磁化曲线的非线性。磁化曲线还与温度有关，磁 导率µ一般随温度的升高而下降 。
有关铁磁材料 的磁畴理论
未被磁化时，磁畴的极性杂乱无章，对外不显示 统一极性；
线圈通入电流产生的磁场激励这些磁畴逐渐转向， 使其极性统一为外加磁场的方向，极大加强了外磁场，
硬磁材料——铬、钨、钴、镍的合金，其磁滞回线较宽， 矫顽力及剩磁较大，用来制造永久磁铁。
铁心线圈磁饱和将严重影响铁心变压器、电机等设备 的正常工作,如出现高次谐波电流，增加铁损和温升等。
8.2.2 铁磁材料的磁滞回线
B r 称为剩磁 Hc称为矫顽力
磁畴周期性转向引起 磁滞损耗，使铁心变热。
当H按HS→O→-Hc→-HS→O→Hc→HS次序变化时，
相应的磁感应强度B则沿 SRDSRDS 闭合曲线变化，
第8章 磁路和铁芯线圈电路的概念
第一节、磁路的主要物理量和基本性质 第二节、铁磁材料的磁化曲线及其分类 第三节、磁路定律及磁路、电路的比较 第四节、交流磁路中电压、磁通及电流间的关系 第五节、 交流铁心线圈的电路模型
8.2.1 铁磁材料的起始磁化曲线
双刀双掷开关扳至1、2点，i 0 为正值，激起的磁