磁性材料的靜態(tài)磁參數(shù) 磁性材料在穩(wěn)恒磁場作用下所定義和測量得到的磁參數(shù)不計(jì)及磁化的時(shí)間效應(yīng),就是所謂的靜態(tài)磁參數(shù),或稱直流磁參數(shù)。 若作用在材料樣品上的外加磁化場強(qiáng)度H由零單調(diào)地增加,則被磁化的樣品上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B也由零增加,兩者構(gòu)成的關(guān)系曲線就是起始磁化曲線。 若每增加一個(gè)磁場強(qiáng)度,強(qiáng)經(jīng)反復(fù)換向而使樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度處在該狀態(tài)下的穩(wěn)定的數(shù)值上,實(shí)際性能測量時(shí)的這種反復(fù)換向的操作稱為磁鍛煉,這樣得到的B和H之間的關(guān)系曲線就叫作基本磁化曲線,又稱換向磁化曲線。 在很低的磁化場下,磁化是可逆的,即H減為零,B也退為零,它們之間呈線性關(guān)系,沒有滯后現(xiàn)象。這一低磁場的區(qū)域的大小隨材料和材料的狀態(tài)而異。在此區(qū)域中,磁導(dǎo)率(即表示磁化難易程度的一個(gè)磁參數(shù))為常數(shù),通常定義該磁導(dǎo)率為初始磁導(dǎo)率μi: (1) 在較高磁化場強(qiáng)度下,磁化場強(qiáng)度減為零,磁感應(yīng)強(qiáng)度不再退為零,而保留有一定的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。在這個(gè)區(qū)域中測得的起始或基本磁化曲線上,過坐標(biāo)原點(diǎn)O作直線與其相切,可得******磁導(dǎo)率μm(圖1)。磁化場強(qiáng)度再增加,磁感應(yīng)強(qiáng)度也有增加。當(dāng)磁化場強(qiáng)度到達(dá)飽和磁化場強(qiáng)度Hs時(shí),對(duì)應(yīng)此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱技術(shù)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs,在工程技術(shù)上就簡稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。此后,磁場強(qiáng)度再增大,磁感應(yīng)強(qiáng)度雖有增加,但已與H成線性關(guān)系,這一階段工程技術(shù)上用途不大。 若磁化場強(qiáng)度在+Hs和-Hs往返變化時(shí),將形成通稱的磁滯回線。不同的磁化場強(qiáng)度對(duì)應(yīng)有不同大小的磁滯回線。并且,磁化場強(qiáng)度從+Hs開始減少到零再反向增大所對(duì)應(yīng)的部分磁滯回線稱回線的下降支;而從-Hs開始絕對(duì)值減少到零再正向增大所對(duì)應(yīng)的部分磁滯回線稱回線的上升支。磁滯回線上對(duì)應(yīng)于H=0的磁感應(yīng)強(qiáng)度為剩磁Br,對(duì)應(yīng)于B=0的反向磁化場強(qiáng)度為矯頑力Hc。 上面所說的對(duì)應(yīng)飽和時(shí)的正常磁滯回線又稱極限磁滯回線。極限磁滯回線上的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br和矯頑力Hc,再加上基本磁化曲線上的初始磁導(dǎo)率μi和******磁導(dǎo)率μm,對(duì)某一具體材料的樣品來說,都是唯一的。所以,常把這五個(gè)參數(shù)作為考核軟磁材料靜態(tài)磁性能好壞的主要參數(shù)。為測試方便,在我國,初始磁導(dǎo)率μi對(duì)高導(dǎo)磁材料規(guī)定在磁化場強(qiáng)度為0.0796A/m、對(duì)一般軟磁材料規(guī)定在0.796A/m的數(shù)值下進(jìn)行測量。在國外,不少國家則規(guī)定在磁感應(yīng)強(qiáng)度為2mT時(shí)的磁導(dǎo)率為初始磁導(dǎo)率。 極限磁滯回線上第二象限或第四象限中的那段曲線稱退磁曲線。退磁曲線有B-H和J-H曲線兩種(圖2),J為磁極化強(qiáng)度。B-H退磁曲線上每點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁化場強(qiáng)度H的乘積稱磁能積(BH),
圖1 靜態(tài)磁化曲線和磁滯回線示意圖 圖2 硬磁材料的B-H、J-H退磁曲線和(BH) 曲線示意圖 其中的******者叫******磁能積(BH)maxo于是,退磁曲線上的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力HcB和******磁能積(BH)max三者構(gòu)成考核硬磁材料性能的主要磁參數(shù)。 對(duì)應(yīng)退磁曲線上******磁能積那點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁化場強(qiáng)度的坐標(biāo)值通常用Bd和Hd來表示。在永磁磁路的設(shè)計(jì)中,磁體的靜態(tài)工作點(diǎn)都選在(BH)max點(diǎn),即圖7-2的D點(diǎn)上,以便使磁體處于******工作狀態(tài)。設(shè)因某種原因,磁體的工作點(diǎn)處于B''點(diǎn),一外加干擾磁場DH使磁體的狀態(tài)由B''到達(dá)E點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度改變了△B(圖2)。△H變化一周,構(gòu)成一個(gè)小的磁滯回環(huán),稱回復(fù)曲線,由△B/△H稱回復(fù)磁導(dǎo)率μrec,μrec也被稱為可逆磁導(dǎo)率。顯然,μrec越接近于1,硬磁材料的磁性能越佳。在永磁材料,特別是超高矯頑力的稀土永磁材料的研制中,B-H退磁曲線常不滿足需要,而要求測量J-H退磁曲線,這時(shí)可根據(jù)公式B=μoH+J,由測得的B-H曲線求得J-H曲線。 除上述兩類軟磁和硬磁材料的靜態(tài)磁參數(shù)外,尚有若干結(jié)合材料具體應(yīng)用而提出的磁參數(shù)。其一是衡量材料磁滯回線方形程度的矩形比α (2) 很明顯,α的******值為1。在要求鐵心具有矩形回線的場合,例如磁放大器、磁調(diào)制器的設(shè)計(jì)中,α是很重要的一個(gè)參數(shù)。并要求α趨于1。相反地,在用作單極性脈沖變壓器的鐵心中,又要求α趨于0,即要求磁滯回線扁平,同時(shí)要求剩磁增量磁導(dǎo)率μ△有較大的值,定義μ△如下: (3) 式中,Bn、Hn和Brn各為樣品基本磁化曲線上第n點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁化場強(qiáng)度及剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。 其次為微分磁導(dǎo)率μd,它定義為以磁化曲線或磁滯回線上任一點(diǎn)P為出發(fā)點(diǎn)(圖1),每增加或減少一個(gè)磁化場強(qiáng)度△H,可得相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度改變量△B,則μd可表示為: (4) 第三是磁滯回線的面積A1,實(shí)際上它是磁化一周,外加磁化場強(qiáng)度為克服磁性物體中存在的各種阻滯作用而消耗掉的能量,稱磁滯損耗Wh,單位為J/m3: (5) 是沿磁滯回線的一個(gè)面積分。設(shè)A1的單位為cm2,H坐標(biāo)每厘米代表HoA/m,B坐標(biāo)每厘米代表BoT,則式(5)的積分值為 (6) 在分析軟磁材料的損耗組成時(shí),Wh是必要的參數(shù)之一。而對(duì)在磁滯電機(jī)中用的鐵心,則要求測量對(duì)應(yīng)******磁導(dǎo)率μm點(diǎn)的磁滯回線面積A1μmoA1μm與對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bμm和磁化場強(qiáng)度Hμm乘積的4倍之比稱凸度系數(shù)Kr: (7) 由式可見,Kr越接近于1,材料在μm點(diǎn)處的磁滯回線就越方,用這樣的材料制成的磁滯電機(jī)的性能就越好。








|