用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线-实验报告
2025-11-11
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用示波器观察铁磁材料的动态
磁滞回线-实验报告
B
H
a
B
B
s
c
a'
b'
HH
m
o
B
r
H
c
图1 起始磁化曲线和磁滞回线
用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线
【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线,反映该
材料的重要特性。软磁材料的矫顽力
H
c小于 100A/m,常用做电机、电力变压器的铁芯和电
子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫
顽力和饱和磁感应强度
B
s、剩磁
B
r
P
等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材
料研制、生产、应用是的重要依据。
【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H
【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的
X 输入端和 Y 输入端在屏幕上显示的图形以及
相关数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,
并根据数据的处理得出动态磁滞回线的大致图
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 HD、Br、BS和(Hm·Bm)等
参数。
3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损
耗。
【实验仪器】
电阻箱(两个),电容(3-5 微法),数字万用
表,示波器,交流电源,互感器。
【实验原理】
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 μ 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 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。
图中的原点 O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即 B=H=O,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 HS时,B 到达饱和值 BS,oabs 称为起始磁化曲线。
图1表明,当磁场从 HS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 减小 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 H=O 时,B 不为零,而保留剩
磁 Br。
当磁场反向从 O 逐渐变至-HD时,磁感应强度 B 消失,说明要消除剩磁,必须施加反
向磁场,HD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1还表明,当磁场按 HS→O→HD→-HS→O→HD´→HS次序变化,相应的磁感应强度 B 则
沿闭合曲线 变化,这闭合曲线称为磁滞回线。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→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。
应该说明,当初始态为 H=B=O 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 所示,这些磁滞回线顶点的连线称
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 μ 不是常数而是随H而变化(如图 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。
可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要
依据,图 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。
观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。
待测样品为 EI 型矽钢片,N为励磁绕组,n为用来测量磁感
应强度 B 而设置的绕组。R1为励磁电流取样电阻,设通过 N 的交流励磁电流为 i,根据安培
环路定律,样品的磁化场强
L为样品的平均磁路
∵
(1)
(1)式中的 N1、L、 均为已知常数,所以由可确定 H。
在交变磁场下,样品的磁感应强度瞬时值 B 是测量绕组 n 和 电路给定的,根据法
拉第电磁感应定律,由于样品中的磁通φ的变化,在测量线圈中产生的感生电动势的大小
为
图 2 同一铁
磁材料的
一簇磁
滞回线
图 1 铁 磁
质起始 磁
化
曲 线 和
磁滞回线
图 3 铁 磁 材
料µ与 H 并 系
曲线
摘要:
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摘要本实验通过示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线铁磁材料分为硬磁和软磁两类磁化曲线和磁滞回线是反映其特性的重要曲线其中的矫顽力、饱和磁感应强度、剩磁等参数是铁磁材料研制、生产、应用的重要依据。实验旨在认识铁磁物质磁化规律比较典型铁磁物质动态磁化特性测定样品参数测绘磁滞回线并估算磁滞损耗。实验运用示波器显示图形及数据来分析影响磁滞回线的因素并得出大致图线。实验原理是铁磁物质在外磁场下被强烈磁化有磁滞特性磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。实验步骤包括估计线圈匝数、测量不同电压下磁滞回线数据、观察磁滞回线与基本磁化曲线、测绘H曲线、测定参数并绘制BH曲线。实验存在线圈内阻、参数估算等误差改进方法是利用低电阻测量阻值。实验还发现磁化特性随磁化信号频率变化且磁滞回线面积与R1、R2有关。实验时要注意示波器档位及电阻、电容值的选择。
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