电感饱和及电感测量的研究.docx

电感饱和及电感测量的研究 一、 从物理特性上了解磁性材料的磁饱和 1、磁性材料的磁化 (a)(b) (a) 图 1.1 铁磁物质的未磁化(a)和被磁化(b)时的磁畴排列 2、磁材料的磁化曲线  铁磁物质之所以能被磁化，是因为这类物质不同于非磁物质，在其内部有许多自发磁化的小区域—磁畴。在没有外磁场作用时，这些磁畴排列的方向是杂乱无章的 (图1.1(a))，小磁畴间的磁场是相互抵消的，对外不呈现磁性。如给磁性材料加外磁场，例如将铁磁材料放在一个载流线圈中，在电流产生的外磁场作用下，材料中的磁畴顺着磁场方向转动，加强了材料内的磁场。随着外磁场加强，转到外磁场方向的磁畴就越来越多，与外磁场同向的磁感应强度就越强(1.1(b))。这就是说材料被磁化了。 磁性物质磁化过程和初始磁化曲线 如将完全无磁状态的铁磁物质进行磁化，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度，得到磁通密度和磁场强度之间关系，并用B-H 曲线表示，该曲线称为磁化曲线，如图1.2(e)曲线C 所示。没有磁化的磁介质中的磁畴完全是杂乱无章的，所以对外界不表现磁性 （图 1.2(a)）。当磁介质置于磁场中，外磁场较弱时，随着磁场强度的增加，与外磁场方向相差不大的部分磁畴逐渐转向外磁场方向(图1.2(b))，磁感应B 随外磁场增加而增加(图1.2 中oa 段)。如果将外磁场H 逐渐减少到零时，B 仍能沿ao 回到零，即磁畴发生了“弹性”转动，故这一段磁化是可逆的。 当从磁场继续增大时，与外磁场方向相近的磁畴已经趋向于外磁场方向，那些与磁场方向相差较大的磁畴克服“摩擦”，也开始转向外磁场方向（图 1.2(c)），因此磁感应 B 随 H增大急剧上升，如磁化曲线 ab 段。如果把 ab 段放大了看，曲线呈现阶梯状，说明磁化过程是跳跃式进行的。如果这时减少外磁场，B 将不再沿ba 段回到零，过程是不可逆的。 BacCBH B a c C B H H b B H HB b=μ H B b =μ A 0 B c a tgα H H H o α H (c) (d) (e) 图 1.2 铁磁物质的磁化特性 磁化曲线到达 b 点后，大部分磁畴已趋向了外磁场，从此再增加磁场强度，可转动的磁畴越来越少了，故 B 值增加的速度变缓。这段磁化曲线附近称为磁化曲线膝部。从 b 进一步 增大磁场强度，只有很少的磁畴可以转向（图1.2（d），因此磁化曲线缓慢上升，直至停止上升(c 点)，材料磁性能进入所谓饱和状态，随磁场强度增加 B 增加很少，该段磁化曲线称为饱和段。这段磁化过程也是不可逆的。 铁磁材料的B和H的关系可表示为 B ? J ? ? H (1.1) 0 ?式中 —真空磁导率；J—磁化强度。上式表示磁芯中磁通密度是磁性介质的磁感应强度J(也 ? 0 称磁化强度)和介质所占据的空间磁感应强度之和。当磁场强度很大时，磁化强度达到最大 值，即饱和(图1.2(e)曲线B)，而空间的磁感应强度不会饱和，仍继续增大(图1.2(e)中曲线A)。合成磁化曲线随着磁场强度H增大，B仍稍有增加(图1.2(e)曲线C)。 从材料的零磁化状态磁化到饱和的磁化曲线通常称为初始磁化曲线。 饱和磁滞回线和基本参数 sr如果将铁磁物质沿磁化曲线 OS 由完全去磁状态磁化到饱和 B （如图 1.3 所示），此时如将外磁场 H 减小，B 值将不再按照原来的初始磁化曲线(OS)减小，而是更加缓慢地沿较高的 B 减小，这是因为发生刚性转动的磁畴保留了外磁场方向。即使外磁场H=0 时，B?0，即尚有剩余的磁感应强度 B 存在。这种磁化曲线与退磁曲线不重合性能称为磁化的不可逆性。磁感应强度 B 的改变滞后于磁场强度 H 的现象称为磁滞现象。 s r c如要使 B 减少，必须加一个与原磁场方向相反的磁场强度-H，当这个反向磁场强度增加到-H 时，才能使磁介质中 B=0。这并不意味着磁介质恢复了杂乱无章状态，而是一部分磁畴仍保留原磁化磁场方向，而另一部分在反向磁场作用下改变为外磁场方向，两部分相等时，合成磁感应强度为零。 c s sr r C s ss C s C ss r S r s如果再继续增大反向磁场强度，铁磁物质中反转的磁畴增多，反向磁感应强度增加， 随着-H 值的增加，反向的 B 也增加。当反向磁场强度增加到-H 时，则 B=-B 达到反向饱和。如果使-H=0,B= -B ，要使-B 为零，必须加正向 H 。如 H 再增大到 H 时，B 达到最大值 B ， 磁介质又达到正向饱和。这样磁场强度由H →0→- H →- H →0→H →H , 相应地, 磁感应强度由 B →B →0→- B →- B →0→B ，形成了一个对原点O 对称的回线 s s r r C s s s C s C s s r S r s 在饱和磁