什么是磁滯回線有什么應(yīng)用技巧
什么是磁滯回線有什么應(yīng)用技巧
磁滯回線表示磁場強度周期性變化時，強磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線，那么你對磁滯回線了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是磁滯回線，希望大家喜歡!
磁滯回線的基本概念
物理過程
將強磁性材料(包括鐵磁性和亞鐵磁性材料)樣品從剩余磁化強度M=0開始，逐漸增大磁化場的磁場強度H，磁化強度M將隨之沿圖1中OAB曲線增加，直至到達磁飽和狀態(tài)B?，F(xiàn)增大H，樣品的磁化狀態(tài)將基本保持不變，因此直線段BC幾乎與H軸平行。當(dāng)磁化強度到達飽和值Ms時，對應(yīng)的磁場強度H用Hs表示。OAB曲線稱為起始磁化曲線。
此后若減小磁化場，磁化曲線從B點開始并不沿原來的起始磁化曲線返回，這表明磁化強度M的變化滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯。當(dāng)H減小為零時，M并不為零，而等于剩余磁化強度Mr。要使M減到零，必須加一反向磁化場，而當(dāng)反向磁化場加強到-Hcm時，M才為零，Hcm稱為矯頑力。
如果反向磁化場的大小繼續(xù)增大到-Hs時，樣品將沿反方向磁化到達飽和狀態(tài)E，相應(yīng)的磁化強度飽和值為-Ms。E點和B點相對于原點對稱。
此后若使反向磁化場減小到零，然后又沿正方向增加。樣品磁化狀態(tài)將沿曲線EGKB回到正向飽和磁化狀態(tài)B。EGKB曲線與BNDE曲線也相對于原點O對稱。由此看出，當(dāng)磁化場由Hs變到-Hs，再從-Hs變到Hs反復(fù)變化時，樣品的磁化狀態(tài)變化經(jīng)歷著由BNDEGKB閉合回線描述的循環(huán)過程。曲線BNDEGKB稱為磁滯回線。
BC及EF兩段相應(yīng)于可逆磁化過程，M為H的單值函數(shù)。由于磁滯現(xiàn)象，磁滯回線上任一給定的H，對應(yīng)有兩個M值。樣品處于哪個磁狀態(tài)，決定于樣品的磁化歷史。可以證明，B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗。
正常磁化曲線
若磁化場的最大|H|值在小于|Hs|的范圍內(nèi)反復(fù)磁化，將得到小一些的磁滯回線(見圖2)。所有磁滯回線中上述BNDEGKB為最大的一個，常稱為極限磁滯回線。各磁滯回線兩端頂點的連線稱為正常磁化曲線，如圖2中虛線所示，它和起始磁化曲線基本重合。
用B-H表示的強磁性材料的磁滯回線其走向和形狀與M-H磁滯回線大致相同。在電工技術(shù)中更多使用B-H表示的磁滯回線。
上述磁滯回線是在磁場作緩慢變化時得到的，也稱為準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線。在交變磁場作用時，仍然有磁滯現(xiàn)象，磁滯回線也是一閉合回線，稱為動態(tài)磁滯回線。由于渦流效應(yīng)等影響，動態(tài)磁滯曲線的形狀和面積大小等都與準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線的不同。
可以證明，B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗。對準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線，此損耗僅為磁滯損耗，對于動態(tài)磁滯回線，此能量損耗包括磁滯損耗和渦流損耗等。
矯頑力
當(dāng)H=-Hc時， B=0(B≈μ0(H+M) ，所以此時M≈0)，這說明使鐵磁質(zhì)完全消除剩磁需加反向磁場Hc，Hc稱為矯頑力。因為H=B/μ0-M，嚴(yán)格地說使B=0與使M=0所需的矯頑力不一樣，應(yīng)當(dāng)區(qū)分使M=0與使B=0的矯頑力。
在矯頑力不大時(即在H≪M時，B=μ0(H+M)≃μ0M)認為二者矯頑力一致(即B=0時M=0)。矯頑力的大小反映了鐵磁材料保存剩磁狀態(tài)的能力。正是按矯頑力的大小把鐵磁質(zhì)分成硬磁材料和軟磁材料。
磁滯回線的分類
磁滯回線一般可分為下面幾種類型：
(1)正常磁滯回線。 這是絕大多數(shù)磁性材料所具有的回線形狀與原點是對稱的，或稱S型回線。
(2)矩形磁滯回線，指Br/Bm>0.8的磁滯回線，這一般可以用熱處理或脅強處理材料的方法來得到。
(3)退化磁滯回線。 若某種材料經(jīng)過磁場熱處理或脅強處理后在一定方向獲得了矩形磁滯回線，若當(dāng)在其垂直方向進行磁化的，常常會得到近于直線的磁滯回線，Br/Bs<0.2。
(4)蜂腰磁滯回線。在少數(shù)磁性材料中，例如某些含鈷的鐵氧體和叵明伐(perminvar)合金，在中等磁場強度下的磁滯回線呈現(xiàn)特殊的形狀，即在Br附近的B值顯著降低形如蜂腰。
(5)不對稱磁滯回線。前面4種都稱為對稱回線(Hc=Hc)。而對同時含有鐵磁性和反鐵磁性成分的材料(例如粉末狀鈷表面有氧化鈷層)，或者在恒定磁場中經(jīng)過熱處理的鐵氧體，其磁滯回線常出現(xiàn)不對稱，即Hc≠Hc。
(6)飽和磁滯回線。當(dāng)磁化場足夠大，使磁化達到飽和狀態(tài)，這樣得到的正常磁滯回線即為飽和磁滯回線。通常在這一狀態(tài)下定義Hc和Br的大小。
磁滯回線的應(yīng)用
磁滯回線具有結(jié)構(gòu)靈敏的性質(zhì)，很容易受各種因素的影響。 磁滯回線的產(chǎn)生則是由于技術(shù)磁化中的不可逆過程引起的，這種不可逆過程在疇壁移動和磁疇轉(zhuǎn)動的過程中都可能發(fā)生。磁滯回線所包圍的面積，表示鐵磁物質(zhì)磁化循環(huán)一周所需消耗的能量，這部分能量往往轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉。
磁滯回線反映了鐵磁質(zhì)的磁化性能。它說明鐵磁質(zhì)的磁化是比較復(fù)雜的，鐵磁質(zhì)的M、B和H之間的關(guān)系不僅不是線性的，而且不是單值的。亦即對于一個確定的H，M、B的值不能唯一確定，同時還與磁化歷史有關(guān)。
不同的鐵磁質(zhì)有不同形狀的磁滯回線，不同形狀的磁滯回線有不同的應(yīng)用。例如永磁材料要求矯頑力大，剩磁大;軟磁材料要求矯頑力小;記憶元件中的鐵心則要求適當(dāng)?shù)偷某C頑力。為了滿足生產(chǎn)、科研中新技術(shù)的需要就要研制新的鐵磁材料使它們的磁滯回線符合應(yīng)用的要求。磁滯回線為選材提供了依據(jù)。由于B—H磁滯回線所圍面積與磁滯損耗成正比，在交流電器中磁滯損耗是有害的，它的存在既浪費了電能又使鐵心發(fā)熱，對設(shè)備不利，所以軟磁材料的磁滯回線所圍面積要盡量減小，以減少損耗。
磁滯回線的用途
在外加磁場中，處于退磁狀態(tài)的磁性材料的磁感應(yīng)強度，將隨外加磁場沿O→①變化，直到達到飽和狀態(tài)三如將這時的外加磁場減小為0，磁感應(yīng)強度將沿曲線①→②達到②點，在②點，材料仍將保留一部分磁感應(yīng)強度，稱為剩余磁感應(yīng)強度或剩磁。這時如施加反向磁化場，磁感應(yīng)強度將沿曲線②→③→④變化，④為反向飽和狀態(tài)。
在③點，材料的磁感應(yīng)強度為零，所對應(yīng)的外加磁化場強度稱為材料的矯頑力。減小反向磁化場并進一步施加正向磁化場，磁感應(yīng)強度將沿曲線④→⑤→⑥→①變化，形成閉合的磁滯回線①→②→③→④→⑤→⑥→①。當(dāng)外加磁化場小于飽和磁化場(如圖所示的H′)時，根據(jù)外加磁化場的大小和方向的不同，材料的磁感應(yīng)強度將沿曲線O→⑦或O→⑨變化，外加磁化場減小為零時得到的剩磁將分別為O→⑧和O→⑩，描述剩磁隨外加磁化場之間關(guān)系的曲線稱為剩磁曲線。
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