大学物理设计性实验 软磁材料静态磁特性的测定

(1)退磁 首先把 K 闭合到一端，在磁化线圈中通以电流，然后通过改变磁化电路的电阻来慢
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慢的减小磁化电流，并把开关 K 不断的上下来回调节，以使在电流减小区间里有尽可能 多的磁化电流循环通过试样。 （2）测定基本磁化曲线 去磁后，就可以测定磁化曲线。闭合 K1，K2，通过改变磁化电路的电阻，确定磁化电 流。试样中的磁感应强度在短时间内有一个增量（从 0 增加到某个 B1 值），在冲击电流 计上观察偏转，即为 d1,由 R、S、d1、N2、 B1=
cb ：
Rc bd 1 ； N 2S
同样可以计算出 H 1
N1 I 1 ; l
改变电流，增加电流，记为 I2，可以计算出 H2，同时冲击电流计的冲程会增加 d 1 ，可 以计算出 B1 。 B2= B1+ B1 ； 用类似的方式，增加 H 值，测出对应的 B 值，直到 H 的最大值为止。就能测得试样的 B-H 曲线。 （3）测量软磁材料的磁滞回线 为测得磁滞回线，在测量 B-H 曲线的时候，当获得最大的 H 值后，不断减小磁化 电路的电流 I，使磁化电流逐渐减小到 0，此过程中记录冲击电流计的冲程 d.计算相应的 H、B 值。 等激磁电流减小到零后，再把 S1 倒向，以获得负的 H 值，此后增加磁化电流 I，方 式如同（2） ；等 H 达到负的最大值，再减小磁化电流，此后方式如同前面介绍的，再减 小磁化电流，直到激磁电流为零时，S1 再倒向，增加磁化电流，直到达到 H 的最大值。 在以上过程中，对应每一磁化电流下的 H、B 值都要通过记录的 d、I 计算出来。至此整 个磁滞回线的测量工作结束。
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有一个增量，在冲击电流计上有一个偏转，从而可以计算出相应的 H1.B1。通过 改变磁化电路的电阻逐渐增加磁化电流。如：增加电流后，使磁场强度增加到 H2，并根据所观察到的检流计的冲程确定出磁感应强度相应的增加量 B ，则与 H2 对应的 B2=H1+ B ，直到得到 H 的最大值为止。即可绘制出 B-H 曲线。 为求得试样的磁滞回线，在测定 B-H 图线的过程中，当获得最大的 H 值时， 通过改变磁化电路电阻使磁化电流逐渐减小到零。励磁电流减小到零后，又把电 流反向开关倒向，以获得负的 H 值，在此以后，当 H 达到负的最大值后，在减小 磁化电流，使励磁电流减小到零，然后在把反向开关倒向，再使 H 从零增加到最 大值。至此整个磁滞回线的测量工作结束。 （2）示波器法： 示波器主要用于测量在交流的情况下的软磁的磁特性。 磁性材料在交流磁场下的特性比起直流特性要复杂得多。这是由于涡流和 磁滞造成的。 在交流情况下的特点是用种种方法测得的磁性参数都不再象直流情 况下那样仅仅取决于被测材料本身的磁性，而与材料的厚度、试样的尺寸以及测 量时磁化电源频率等因素有关。
软磁材料静态磁特性的测定
一、实验任务 首先要学习设计性实验的基本内容、基本的类型以及一般的程序，以此为基 础掌握设计性实验的一般步骤。设计测定软磁材料静态特性的实验，掌握冲击电 流计的工作原理、 结构及特性。 利用实验室所提供的器材测量冲击电流计的冲击 常数，并利用冲击电流计来测量软磁材料的静态特性。 二、实验要求 要求对冲击电流计的结构、 工作原理有充足的认识，这是做好用冲击电流计 测量软磁静态特性实验的基础，同时要知晓冲击电流计的冲积常数的测量方法， 设计相应的实验电路来测量。 设计电路利用冲击电流计测量并绘制出软磁材料的 静态磁特性曲线。 三、实验方案 1、物理模型的比较与选择 在各种电器的铁芯中软磁材料大多形成闭合磁路，所以采用闭合样品进行测 量与实际应用场合符合最好， 同时也可以消除退磁场带来的影响。常见的闭合磁 路的环状样品形状如图所示。
由H l =N1I= N1 UR/ RH，得到样品中的磁化场H为：
H
N1U R NU 1 H RH l RH lAH
鉴于在实验室所提供的仪器情况，选择冲击法来研究软磁材料的静态磁特性。 3、仪器的选择与配套（系统误差分析） 实验仪器： 一个冲击检流计、一个 0.01H 的标准电感器、一个电源、一个滑线变阻器、一个电 流表、一个电阻箱、一个双刀双掷电键、一个单刀双掷电键、一个软磁芯以及漆包线、 导线若干。 说明：其中需要双刀双掷开关作为电路的换向开关。 误差分析:
N 2
通过测量线圈的电流为
d N 2 S dB dt R dt
2
i
通过线圈的电量为

R

N 2 S dB R dt
N 2S R
q idt
得到 时 B=
dB
B
0
N 2 SB R
Rc bn B= 。若励磁电流由 I 变为-I，则磁感应强度由 B 变为-B。此 N 2S Rc bn 2 N 2S
I+和 I+
I-，得到平均值 n,由
,计算
（3）励磁电流停留在 A 点(最大电流 350mA)，以便测量磁滞回线。 （4）r 及 r‘的测量
求平均值 nr，计算 Br
Cb R0 nA ( nr ) N2S 2
（5）测量 C1-C4: 前面测量回到 A 点。迅速调节励磁电流，使 H 到 C1 点。
由取样电阻取出的与磁化电流（即磁场强度）有关的信号，加到示波器的 X 轴上;取自测量线圈的磁通密度信号,经积分器加到示波器的 Y 轴。 此时,可在示 波器的荧光屏上展示出材料试样的动态磁特性回线。 此回线反映在材料中存在磁 滞与涡流效应时的磁特性。 （3）电子积分法： 采用RC积分法，通过自动记录磁通随磁场的变化，描绘磁滞回线，然后， 由饱和磁滞回线求取BS、Br、Hc。基本原理电路见图。
测量饱和磁滞回线的操作要点： （1）螺绕环磁化，从小电流测起（取 10 到 15 个点，达到最大电流 350mA） ，每 个测量点先“锻炼”10 次，再测量。做 II+和 ICR 转格数，取平均，计算 B b 0 n。注意切断检流计。 2N2S I+，记录左右偏
B
Cb R0 n 2N2S
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（2）测量 A 点，做 IBA (Bs)。
GX——磁滞回线及 BS、Br、HC 的记录 （显示）器。 N1——样品测试线圈初级绕组； N2——样品测试线圈次级绕组； R——无电抗电阻； C——电容； UC——电容 C 上电压；
u2 N 2 A
dB dt
由于A1为高增益放大器，则下列式成立：
u2 N 2 A
dB iR dt
N 2 AB R i d t R C U c
;
Cb
2 MI Rn '
;
M 为标准互感器的互感系数，n’为 K 倒向 Y 时冲击电流计的最大偏格数，R 是 回路的总电阻。 2、实验方法的比较与选择 （1）冲击法: 冲击法主要用于测量在直流情况下的软磁的静态磁特性。 在开始测量之前， 要进行退磁， 用于消除在试样中可能存在着的剩磁。 为此， 应把检流计的短路电键闭合， 是检流计中没有电流通过， 在磁化绕组里通以电流， 其大小应使作用在试样上的磁场强度 H 比测量时所需要的最大值略大一点。 然后 慢慢的减小磁化电流并把开关 S 不断调节， 以使在电流减少区间内有尽可能多的 磁化电流循环通过式样。 去磁后，就可以开始测定磁化曲线，把开关 S 合上后，此时式样中感应强度
；
其中 cb 为冲击电流计的冲积常数， n 为电流计上光标的最大偏转格数,R 是回路的 总电阻。 冲积常数的测量:
cb 的的测量也可以采用冲击法，
通过换向开关使互感器原边电流由+I 变为-I，同样可得： q’= 最后可得：


0
i ' dt

0
M dI 2 IM dt R dt R
N1
HmL Im
2.给冲击电流计定标 （1）给定 I’,并将 S2 合到 d 端，R 取 1000Ώ，闭合 S3 和 S1，通过调节 R’，使电流表的
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读数为给定的 I’。断开 S3，读出冲击电流计的偏转值 d’右(或 d’左)。再迅速打开 S1，记 录下 d’左（或 I’（mA） 350 350 350 350 350 350 d’右），根据这两个数值求 d 的平均值 d 。 d’右(mm) 155.0 156.0 150.0 154.0 155.0 153.0 d’左(mm) 245.0 248.0 242.0 247.0 247.0 248.0
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C Uc L N1 G RH UR A2 UH GX N2 R
i
u2
A1 UB
G——励磁电源； L——被测样品； UB——A1 放大器输出 电压； A1——B 通道高增益放大器； RH——电流取样无电抗电阻； UR——电阻 RH 上电压； UH——A2 放大器输出电压； A2——H 通道高增益放大器； 图中N2绕组的端电压为
闭合环路样品 在环路样品上绕 N1 匝初级线圈和 N2 匝次级线圈。初级线圈里通过电流 i1,在磁 环中产生磁场，其场强：
Байду номын сангаас
H
N1i1 N1 u1 l R1l ，
l 是样品的平均长度，R1 是与初级线圈串联的电阻，u1 是 R1 两端的电压。 电路图如下：
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测量螺绕环的参考电路 进行软磁的静态测量，电流由直流电源来提供。 样品被磁化后， 进而在测量线圈中产生感应电动势。设在测量线圈中产生的磁场 垂直于匝数为 N2，截面积为 S 的测量线圈的截面。当励磁电流有一突然变化时 （由 I—>0） ，磁感应强度由 B 变为 0，则，
d (mm)
200.0 202.0 196.0 200.5 201.0 200.5
2MI m 计算 Cb ,n 取 n0(刻度尺最大偏格 22cm) R0 n0 的 90%，留出余量。 Cb =3.5×10-6
由公式 Cb 估算
N2
Cb R0 n Bm S 2
3 探究软磁材料的静态特性 根据第一次课的估算数据，绕制螺绕环的初级次级线圈。