用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线_实验报告.doc
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1、 1 B H a B Bs c a b H Hm o Br Hc 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 Hc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 Bs、剩磁 Br 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 【
2、 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
3、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 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
4、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 SSRD SDR 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。
5、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 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HB ,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 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
6、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 LiNH 1L为样品的平均磁路 11RUiH11 ULRNH ( 1) (1)式中的 N1、 L、1R均为已知常数,所以由 HU 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 CR2 电路
7、给定的,根据法拉第电磁感应定律,由于样品中的磁通的变化,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 与 H 并系曲线 3 (2) S 为样品的截面积。如果忽略自感电动势和电路损耗,则回路方程为 BURi 222 式中2i为感生电流, UB为积分电容 C 两端电压 ,设在 t 时间内, i2向电容2C的充电电量为Q,则 CQUB CQRi 222 如果选取足够大的 R2和 C,使 i2R2 Q/C,则 222 Ri dtdUCdtdQi B22 dtdURC B222 (3) 由( 2)、( 3)两式可得
8、B22 USNCRB ( 4) 上式中 C、 R2、 n和 S均为已知常数。所以由 UB可确定 B0 综上所述,将图 5 中的 UH和 UB分别加 到示波器的“ X输入”和“ Y输入”便可观察样品的 B H曲线;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 BS、剩磁Rr、矫顽力 HD、磁滞损耗 WBH以及磁导率 等参数。 【实验内容与步骤】 一 根据线圈阻值估计线圈匝数 1 按照图示连接电路 ; 2 移动滑动变阻器 ,使电流表和电压表的示数超过 2/3表盘 ,然后记录电压表电流表的示数 . 3 分别测左线圈和右线圈的阻值 ; 4 测量线圈直径 ,计算线圈的横截面积 .
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