材料物理性能5(120).ppt

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4.8 动态磁化特性 为什么研究动态磁化? 铁磁材料主要作为铁芯广泛用于各种电机和变压器。 因交变的磁化过程和高磁通密度,考虑到铁芯的损耗(铁耗)。 另外,对高频条件下工作的磁芯因能耗而引起磁芯品质因子Q降低的问题----引入----动态磁化. 4.8.1 磁滞和涡流损耗 铁磁材料在交变磁场中反复磁化时,由于磁化处于非平衡状态,磁化曲线表现出动态特性。 交流磁化曲线的形状介于直流磁滞回线和椭圆之间。 当外场的振幅不大时(磁化基本是可逆的)的磁滞回线称为瑞利磁滞回线,形状为椭圆形。 瑞利磁化曲线的磁滞损耗(曲线包围的面积): 变化的磁场在其空间将产生涡旋电场,在涡旋电场的作用下,铁磁材料内部将产生涡旋电流—涡流。 涡流产生的能量损耗—涡流损耗。 均匀磁化时: 非均匀磁化时: 非均匀磁化的磁滞损耗是均匀磁化的 4 倍。 涡旋电流将产生一个磁场来阻止外磁场引起的磁通变化,使得铁磁体内的实际磁场的变化总是要滞后于外磁场。 涡流对磁化的滞后效应 若交变磁场的频率很高,铁磁体的电阻率较小,可能出现材料内部无磁场,磁场只存在于铁磁体表层的“趋肤效应”。 涡流对工作于交变磁场的铁磁体是非常有害的。 4.8.2 磁后效应及复数磁导率 磁化强度(或磁感应强度)跟不上磁场变化的延迟现象。 磁后效应 主要原因:(1)涡旋电流产生的抗磁场。 (2)点阵间隙位置杂质原子的扩散弛豫。 (3)畴壁移动的弛豫。 由于在交变磁场中存在的磁滞后效应,利用复数的形式表示磁场及其参量。 复数磁导率 磁导率实部 磁导率虚部 磁导率的实部与磁场强度同相位,虚部比磁场强度落后90o。 由于磁导率虚部的存在,B落后于H,引起铁磁材料在动态磁化过程中不断地耗能。 处于均匀交变磁场中的单位体积铁磁体,单位时间的平均能耗(磁损耗功率密度)为: 交变磁场在 铁磁体内的储能密度为: 品质因子 磁损耗系数(损耗角的正切) 4.8.3 磁导率减落及磁共振损耗 起始磁导率随时间的推移而降低的现象,称为磁导率减落。 减落系数: 减落系数越小越好 磁导率减落的原因: 由材料中电子或离子的扩散后效所造成。因磁性材料退磁时处于亚稳态,随时间的推移,为使磁性体的自由能达到最小值, 电子或离子将不断向有利的位置扩散,把畴壁稳定在势阱中,导致了铁氧体起始磁导率随时间的减落。 磁损耗随频率而变,在某一频率下出现明显增大的损耗就是一种共振损耗。随磁场频率的变化,将出现不同形式的共振损耗。 在铁磁材料中一般都存在着磁各向异性场Hk,微观磁化强度将绕着Hk进动。其进动的频率为 当进动的频率与高频磁场的频率一致时,出现共振损耗。这种由磁各向异性场形成的共振现象,称为自然共振。v为旋磁系数。 4.9 射频铁氧体 铁氧体的可贵之处是其高电阻率,金属铁磁材料的电阻率是不可能做得10-4Ω.cm,而铁氧体的电阻率可达=1~1012 Ω.cm。 低电阻会引起过大的涡流损耗,该项损耗正比于D2f/ρ(D为蕊厚度,f为交流场频率,ρ 为电阻率)。磁性材料 ρ 越低,应用频率越高,涡流损耗越大。因此,在磁性元件中采用高电阻率的大块铁氧体磁蕊是一项相当大的节约,它即使应用到光频6×1014HZ也未表现出过大的涡流损耗。 4.9.1 射频铁氧体按用途的分类 1. 约1MHz以下频率用的铁氧体 2. 在1MHz以上频率用的铁氧体 3. 射频振荡电路调谐用的铁氧体 4. 做非线性电路元件用的铁氧体 5. 其他有更重意义的铁氧体 4.9.2 低频铁氧体 1、在低频下,变压器用铁氧体的主要要求是高磁导率,以便减少杂散电感和做成尽可能小的尺寸,损失并不重要。 2、电视接收机线路中的变压器要求变换大信号的各种应用场合,要求有高的磁感应强度和低矫顽力。 3、滤波器线圈的铁氧体要求是应有小的损失角正切和小的可变性及高磁导率。 铁氧体的磁损耗包括磁滞和涡流损耗两部分,铁氧体的B随H变化的磁滞回线可决定磁滞损耗: ah可小到2×10-11T-1,在起始磁率范围不出现磁滞损耗。 4.9.3 高频铁氧体 在1-100MHz的频率范围内主要采用Ni-Zn铁氧体,磁导率频散的频率随着Ni的含量增加而增高。

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