2022年铁磁材料动态磁滞回线的观测和研究的实验报告 .pdf

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1、铁磁材料动态磁滞回线的观测和研究的实验报告铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【实验目的】1 认识铁磁物质的磁化规律比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。2 测定样品的基本磁化曲线作H 曲线。3 测定样品的 Hc、Br、Bm 和Hm? 6? 1Bm 等参数。4 测绘样品的磁滞回线。【实验原理】1 起始磁化曲线和磁滞回线铁磁物质是一种性能特异用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物铁氧体均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化故磁导率很高。另一特征是磁滞即磁化场作用停止后铁磁质仍保留磁化状态图2-1为铁磁物质的磁感应强度 B 与磁化场强度 H 之间的关系曲线。图 2-1 铁磁质

2、起始磁化曲线和磁滞回线图 2-2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线图中的原点 O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态即BH0 当磁场 H 从零开始增加时磁感应强度B 随之缓慢上升如线段Oa所示继之 B 随 H 迅速增长如 ab所示其后 B 的增长又趋缓慢并当H 增至 Hm 时 B 到达饱和值 BmOabs称为起始磁化曲线。 图 2-1 表明当磁场从 Hm 逐渐减小至零磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O ”点而是沿另一条新的曲线 SR下降比较线段 OS和 SR可知 H 减少 B 相应也减小但 B的变化滞后于 H 的变化这现象称为磁滞磁滞的明显特征是当H0 时 B不为零而保留剩磁Br。 当磁场反

3、向从 0 逐渐变至 Hc 时磁感应强度B 消失说明要消除剩磁必须施加反向磁场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线段RD 称为退磁曲线。图 2-1 还表示当磁场按 Hm 0Hc-Hm 0HcHm次序变化相应的磁感应强度 B 则沿闭合曲线 SRDS RDS 变化这闭合曲线称为磁滞回线。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 所以当铁磁材料处于交变磁场中时如变压器中的铁心将沿磁滞回线反复被磁化 去磁反向磁化

4、 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。2 基本磁化曲线应该说明当初始态为 HB0 的铁磁材料在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线如图2-2所示这些磁滞回线顶点 A1、A2、A3、的连线为铁磁材料的基本磁化曲线由此可近似确定其磁导率因 B 与 H 非线性故铁磁材料的不是常数而是随 H 而变化如图 2-3 所示。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万这一特点是它用途广泛的主要原因之一。图 2-3 铁磁材料 与 H关系曲线图 2-4 不同铁磁材料的磁滞回线可以说磁化曲线和

5、磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据图2-4为常见的两种典型的磁滞回线其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽矫顽力大剩磁强可用来制造永磁体。3 利用示波器观测磁滞回线的原理图 2-5 原理电路图利用示波器观测磁滞回线的原理电路如图 2-5 所示。 待测样品为 EI 型矽钢片其上均匀地绕以磁化线圈 N 及副线圈 n。 交流电压 u 加在磁化线圈上线路中串联了一取样电阻 R1。将 R1 两端的电压 UH 加到示波器的 X 输入端上对 DC4322B示波器为通道。副线圈n 与电阻 R2 和电容 C 串联成一回路。电

6、容C 两端的电压 UB 加到示波器的 Y 输入端上对 DC4322B 示波器为通道。下面我们来说明为什么这样的电路能够显示和测量磁滞回线。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - UHX 输入与磁场强度H 成正比设矩形样品的平均周长为l 磁化线圈的匝数为 N 磁化电流为 i1 注意这是交流电流的瞬时值根据安培环路定律有 HlNi1 即 i1Hl/N 。而 UHR1i1 所以可得2-1 式中 R1、l和 N 皆为常数可见 U

7、H 与 H 成正比。它表明示波器荧光屏上电子束水平偏转的大小与样品中的磁场强度成正比。 UBY 输入在一定条件下与磁感强度 B 成正比 设样品的截面积为S根据电磁感应定律在匝数为 n 的副线圈中感应电动势应为2-2 若副边回路中的电流为i2且电容 C 上的电量为 q 则应有 2-3 在上式中已考虑到副线圈匝数n较少因而自感电动势可忽略不计。在选定线路参数时有意将R2 与 C都选成足够大使电容C 上的电压降 UBq/C 比起电阻上的电压降R2i2小到可以忽略不计。于是式2-3 可以近似地改写成2-4 将关系式代入式 2-4得 2-5 将上式与式 2-2比较不考虑其负号在交流电中负号相当于相位差为

8、 时应有将等式两边对时间积分时由于B 和 UB 都是交变的积分常数为0。 整理后得 2-6 至此可以看出在磁化电流变化的一周期内示波器的光点描绘出一条完整的磁滞回线。以后每个周期都重复此过程结果在示波器的荧光屏上看到一稳定的磁滞回线图形。如将 UH 和 UB 加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度 Bm、剩磁 Br、矫顽力 HC、磁滞损耗 BH 以及磁导率等参数。 图2-6 实际测量中的示意线路图实际测量中的示意线路如图2-6 所示。为了使 R1上的电压降 UH 与流过的电流 i1 二者的瞬时值成正比相位相同 R1 必须是无感或电感极小的电阻。其次为了操作安全和调节方便在线路中采用了

9、一个隔离降压变压器B 以避免后面的电路元件与名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 220 V 市电直接相连。调压变压器用来调节输入电压u 以控制磁化电流 i1 的大小。 【实验仪器】THMHC 型磁滞回线实验仪与磁滞回线测试仪、示波器。 【实验内容及步骤】1 电路连接选样品1 按图 2-9在实验仪上所给的电路图连接线路并令R12.5“U选择” 置于 0 位。UH 和 UB 即 U1 和 U2 分别接示波器的 “X输入”

10、 和“Y输入”“插孔 ”为公共端。2 样器退磁开启实验仪电源对试样进行退磁即顺时针方向转动 “U选择” 旋钮令 U 从 0 增至 3V 然后逆时针方向转动旋钮将U从最大值降为 0 其目的是消除剩磁确保样品处于磁中性状态即BH0如图 2-7 所示。 3 观察磁滞回线开启示波器电源令光点位于坐标网格中心令 U1.5V 并分别调节示波器x 和 y 轴的灵敏度使显示屏上出现图形大小合适的磁滞回线若图形顶部出现编织状的小环如图2-8 所示这时可降低励磁电压U 予以消除。 图 2-7 退磁示意图图 2-8 UH 和B 的相位差等因素引起的畸变4 观察基本磁化曲线按步骤2 对样品进行退磁从 U0 开始逐档提

11、高励磁电压将在显示屏上得到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线。 这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线。5 观察、比较样品 1 和样品 2 的磁化性能判定两样品的软、硬磁性。 U1.5 V 或 U2.0 VR12.5 6 测绘 H 曲线仔细阅读测试仪的使用说明见参考资料接通实验仪和测试仪之间的连线。开启电源对样品进行退磁后依次测定U0.51.0 3.0V时的十组 Hm 和Bm 值作 H 曲线。 7 令 U1.5VR12.5测定样品 1 的 Bm、Br、Hc 和BH 等参数。 8 取步骤 7 中的 H 和其相应的 B 值用坐标纸绘制BH曲线如何取数取多少组数据自行考虑并估算曲线所围面积。

12、【数据名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 处理】 表 2-1 基本磁化曲线与 H 曲线 UV Hm 103 安/米 Bm 10特斯拉 B/H 亨利/米 0.5 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 表 2-2 BH 曲线 U1.5 VR12.5Hc Br Hm Bm BH No H103A/m B10T No H103A/m B 10/m No H 103A/m B 10A/m 【思考题】1 铁磁物质的特点是什么2 什么是硬磁材料与软磁材料3 如何确定磁导率如何判断铁磁材料的磁滞损耗的大小4 实验中如何对材料进行退磁使材料处于磁中性状态名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -