带气隙的磁路:解释和示例


B-H 曲线或磁化曲线

B-H 曲线或磁化曲线是磁通密度 (B) 与磁场强度 (H) 之间的曲线图。B-H 曲线表示磁通密度随磁场强度变化的方式。

下图显示了磁性材料 B-H 曲线的总体形状。曲线的非线性表明磁性材料的相对磁导率 $μ_{r}$ 不是常数,而是取决于磁通密度。

磁滞

在经历磁化循环(即先在一个方向磁化,然后在另一个方向磁化)的磁性材料中,磁通密度 (B) 落后于磁场强度 (H) 的现象称为 *磁滞*。

磁滞回线

考虑一个绕在未磁化铁棒 AB 上的 N 匝线圈(见图)。线圈产生的磁场强度 *(H = NI/l)* 可以通过改变流过线圈的电流来改变。可以看出,当铁棒经过一个完整的磁化循环时,所得的 B-H 曲线会描绘出一个称为 *磁滞回线* 的环路 *abcdefa*。

解释

  • 当线圈中的电流为零时,H 为零,因此铁棒中的 B 也为零。当通过增加线圈电流来增加 H 时,磁通密度也会增加,直到达到最大磁通密度 $\mathit{(+B_{max})}$ 点。此时,材料达到饱和,超过此点,无论磁场强度 (H) 如何增加,磁通密度都不会增加。为此,B-H 曲线遵循路径 **oa**(见磁滞回线)。

  • 现在,如果通过减小线圈电流来逐渐减小 H,则发现磁通密度不会沿路径 oa 减小,而是遵循路径 **ab**。在 **b** 点,磁场强度为零,但材料中的磁通密度具有有限值(等于 **ob**),称为剩余磁通密度 $\mathit{(+B_{r})}$。磁性材料保持剩余磁性的能力称为该材料的 *剩磁率*。

  • 为了对铁棒进行退磁,即去除剩余磁性 **(ob)**,通过反向线圈电流来反向磁场强度。当 H 在反向逐渐增加时,B-H 曲线遵循路径 bc,因此当 H = oc 时,剩余磁性为零。完全去除剩余磁性所需的 H = oc 值称为 *矫顽力 $(H_{c})$*。

  • 现在,如果 H 在反方向进一步增加,则材料在反方向再次饱和(**d** 点)。将 H 减少到零,然后在正方向增加它,将描绘曲线 defa。因此,当铁棒经过一个完整的磁化循环时,B-H 曲线会描绘出一个称为 *磁滞回线* 的闭环 abcdefa。

磁滞回线的重要性

磁滞回线的形状和大小取决于材料的性质。特定应用中磁性材料的选择取决于磁滞回线的形状和大小。

考虑以下磁滞回线的情况,以了解其重要性:

  • 磁性材料的磁滞回线面积越小,磁滞损耗越小(例如硅钢)。 因此,硅钢广泛用于制造变压器和旋转电机铁芯,这些铁芯会经历快速的磁化反转。

  • 磁性材料的磁滞回线面积越大,磁滞损耗越大(例如硬钢)。 因此,硬钢用于制造永磁体,因为这种材料具有高剩磁率和矫顽力。

  • 熟铁的磁滞回线具有相当好的剩余磁性和矫顽力。因此,它用于制造电磁铁铁芯。

更新于:2021年7月26日

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