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什么是磁滞回线和磁化曲线
发布时间:2019-07-17 15:29:52

很多客户说磁滞回曲线复杂看不明白,退磁曲线、内禀曲线、磁能积曲线容易搞混。这些实操中容易产生问题,其实是因为没有搞明白磁性能的一些基本概念,现结合磁滞回曲线带大家温习一下磁性材料的基础知识


硬磁性材料,如钕铁硼强磁,有两个显著特征,一是在外磁场作用下能被强烈磁化,另一个是磁滞,即撤走外磁场后硬磁材料仍保留磁化状态,下图为硬磁材料的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。

一文读懂磁滞回线和磁化曲线(图1)


当磁场按Hm→Hc→O→-Hc→-Hm→-Hc→O→Hc→Hm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(上图蓝色曲线)


起始磁化曲线

图中的原点0表示磁化之前硬磁物质处于磁中性状态,即B=H=0,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Bm,这条红色曲线称为起始磁化曲线。


磁滞

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“0”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=0时,B不为零,而保留剩磁Br。


退磁曲线

当磁场反向从O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,它的大小反映磁性材料保持剩磁状态的能力,紫色线段称为退磁曲线。


基本磁化曲线

对同一铁磁材料以不同的磁场强度H分别进行多次反复磁化,可得到多个大小不等的磁滞回线,如下图。将各磁滞回线的顶点连接起来,所得到的一条曲线称为基本磁化曲线或平均磁化曲线。基本磁化曲线和起始磁化曲线不是一条线,但二者差别不大,直流磁路计算时所用的磁化曲线都是基本磁化曲线。

一文读懂磁滞回线和磁化曲线(图2)

内禀曲线

永磁材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度,称为内禀磁感应强度Bi,又称磁极化强度J。描述内禀磁感应强度Bi(J)与磁场强度H关系的曲线是F反映永磁材料内在磁性能的曲线,称为内禀退磁曲线,简称内禀曲线。

内禀退磁曲线上磁感应强度B为0时,相应的磁场强度称为内禀矫顽力Hcj。内禀矫顽力的值反应永磁材料抗退磁能力的大小。

一文读懂磁滞回线和磁化曲线(图3)



我们常听说的内禀退磁曲线矩形度或方形度,是指内禀曲线图中Hk与Hcj的比值。比值越大,即图上橙色线段越短,磁性能越稳定。Hk是内禀退磁曲线上当Bi=0.9Br时所对应退磁磁场强度值,是永磁材料必测参数之一。

一般说来,永磁材料生产厂家会提供各牌号产品在不同使用温度下的退磁曲线,如下图。看似复杂,但本质就是将多个退磁曲线和内禀曲线放在一张图上呈现。

一文读懂磁滞回线和磁化曲线(图4)


永磁材料的主要参数

永磁材料磁滞回曲线的形状和特征可用若干参数表示,在实际应用中可根据这些参数在数量上的差异对磁材进行分类,并决定他们的用途,这些参数也是磁路设计中的主要依据。


  1.  饱和磁场强度Hm

在磁性材料磁化过程中,使其感应强度B达到饱和值Bm的磁场强度称为饱和磁场强度Hm。磁材在充磁时应完全磁化,即充磁磁场强度H应达到Hm值,才能得到最大可能磁化的退磁曲线。这样的退磁曲线最稳定,能够展现出材料的最优磁性能。若充磁磁场强度H低于Hm值,则将有不同形状的磁滞曲线,其退磁曲线会不稳定,磁铁表现出的磁性能也较低。

由此可见,在磁材生产过程中应知道所用磁性材料的Hm值,在充磁过程中磁场务必达到甚至超过该值。


2. 剩余磁感应强度Br

磁滞回曲线与纵坐标轴的交点,即退磁曲线的起始点的B值,叫做剩余磁感应强度,简称剩磁,用Br表示。它是磁性材料在去除外磁场后,磁铁中的磁感应强度值。


3. 磁感应矫顽力Hc

在负向磁场作用下,磁铁中的磁感应强度B随着退磁磁场的增大而减弱。使磁铁中磁感应强度B达到零所需的去磁磁场强度,称为磁感矫顽力,简称矫顽力,用Hc或Hcb表示。


4. 磁导率

起始磁化曲线与磁滞回曲线上的任意一点的斜率,即任意一点上B和H的增量之比,叫做磁导率,它随运行点的不同而变化。软磁材料的磁导率很大,而永磁材料/硬磁材料的磁导率较小。

一般说来,剩余磁感应强度Br与矫顽力Hc之比越小,磁导率越小。对于永磁体,人们通常关心的是起始磁导率、最大磁导率和可逆磁导率这三个量,懂磁帝会在近期为大家详细讲解。

可以说磁化曲线和磁滞回线是磁性材料分类和选用的主要依据,下图为常见的几种典型的磁滞回线。

一文读懂磁滞回线和磁化曲线(图5)

5. 磁能积和最大磁能积

永磁体的退磁曲线上任意一点的磁通密度/磁感应强度B与磁场强度H的乘积,称为磁能积BH,它的大小与该磁体在给定工作状态下所具有的磁能密度成正比。磁能积与磁感应强度B的关系曲线叫做磁能积曲线,它是以永磁体退磁曲线上各点B和H值乘积为横坐标,磁通密度B为纵坐标求得的曲线。

一文读懂磁滞回线和磁化曲线(图6)

退磁曲线中间某个位置磁能积达到最大值,成为最大磁能积(BH)max。对于退磁曲线为直线的永磁材料,在(Br/2,Hc/2)处磁能积最大。


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