磁滞现象,包括 B-H 曲线——磁滞回线的意义
B-H 曲线或磁化曲线
B-H 曲线或磁化曲线是磁通密度 (B) 和磁场强度 (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 μr 不是常数,而是取决于磁通密度。
磁滞现象
在磁性材料经受磁化循环(即先在一个方向磁化,然后在另一个方向磁化)时,磁通密度 (B) 落后于磁场强度 (H) 的现象称为磁滞现象。
磁滞回线
考虑一个绕在未磁化的铁棒 AB 上的 N 匝线圈(参见图)。线圈产生的磁场强度(H = NI/l)可以通过改变线圈中的电流来改变。可以看出,当铁棒经受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回路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$\mathit{(+B_{max})}$。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**(参见磁滞回线)。
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**。在点 **b**,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。
为了使铁棒消磁,即去除剩余磁性 **(ob)**,通过反转线圈电流来反转磁场强度。当 H 在反方向上逐渐增加时,B-H 曲线遵循路径 bc,因此当 H = oc 时,剩余磁性为零。完全消除剩余磁性所需的 H = oc 值称为矫顽力 (Hc)。
现在,如果 H 在反方向上进一步增加,则材料在反方向上再次饱和(点 **d**)。将 H 减小到零,然后在正方向上增加它,则会描绘出曲线 defa。因此,当铁棒经受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合回路 abcdefa。
磁滞回线的意义
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,这些铁芯会经受快速的磁化反转。
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,它用于制造电磁铁的铁芯。