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材料磁性能(磁性材料基本参数)

材料磁性能(磁性材料基本参数) 材料的静态磁性参数

材料在稳恒磁场作用下定义和测量的磁参数就是所谓的静态磁参数,或称DC磁参数,不考虑磁化的时间效应。

如果材料样品上施加的磁化强度H从零开始单调增加,磁化后样品上的磁感应强度B也从零开始增加,两者之间的关系曲线就是初始磁化曲线。

如果每增加一次磁场强度,经过反复换向后,样品的磁感应强度在这种状态下会处于一个稳定值。实际性能测量中的这种反复换向操作称为磁锻炼,这样得到的B与H的关系曲线称为基本磁化曲线,也称为换向磁化曲线。

在很低的磁化场下,磁化是可逆的,即H减小到零,B也减小到零。它们之间是线性关系,没有滞后现象。这个低磁场区域的大小随着材料和材料的状态而变化。在该区域中,磁导率(即,指示磁化困难程度的磁参数)是恒定的,其通常被定义为初始磁导率μ。我:

在较高的磁化场强下,磁化场强下降到零,磁感应强度不再归零,但仍有一定的剩余磁感应强度。在该区域测量的初始或基本磁化曲线上,最大磁导率&μ;m(图1)。当磁化场强度增加时,磁感应强度也增加。当磁化场强达到饱和磁化场强Hs时,此时对应的磁感应强度称为技术饱和磁感应强度Bs,在工程技术中简称为饱和磁感应强度。此后磁场强度再次增大,磁感应强度虽然增大,但与H成线性关系,现阶段在工程技术上用处不大。

如果磁化场强在+Hs和-Hs之间来回变化,就会形成磁滞回线。不同的磁化场有不同的磁滞回线。而且磁化场强从+Hs到零再反向增加,磁滞回线对应的部分称为回线的下降分支;磁滞回线对应于绝对值减小到零,然后从-Hs开始正增大的部分称为回线的上升分支。在磁滞回线上,H=0对应的磁感应强度为剩磁Br,B=0对应的反磁化场强为矫顽力Hc。

上述对应于饱和的正常磁滞回线也称为极限磁滞回线。极限磁滞回线上的饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br和矫顽力Hc,加上初始磁导率&μ;和I最大渗透率μ;对于特定的材料样品,m是唯一的。因此,这五个参数常被用作评价软磁材料静态磁性能的主要参数。为方便测试,在中国,初始渗透率&μ;I类高磁导率材料的磁化场强为0.0796A/m,一般软磁材料的磁化场强为0.796A/m..在国外,很多国家规定初始磁导率是磁感应强度为2mT时的磁导率。

磁滞回线第二或第四象限的曲线称为退磁曲线。退磁曲线包括B-H曲线和J-H曲线(图2),J为磁极化强度。-h退磁曲线上各点对应的磁感应强度B与磁化场强H的乘积称为磁能积(BH),其中最大的称为最大磁能积(BH)max。因此,剩磁感应强度Br、矫顽力Hcb和退磁曲线上的最大磁能积(BH)max构成了评价硬磁材料性能的主要磁性参数。

退磁曲线上磁能积最大点对应的磁感应强度和磁化场强的坐标值通常用Bd和Hd表示。在永磁磁路设计中,磁体的静态工作点选在点(BH)max,即图7-2中的点D,使磁体处于最佳工作状态。假设磁铁的工作点由于某种原因在B’点,一个外部扰动磁场DH使磁铁的状态从B’点到达E点,磁感应强度变化△B(图2)。δh变化一次,形成一个小的磁滞回线,称为恢复曲线。δb/δh称为恢复渗透率&μ;rec,& muRec也称为可逆渗透率。显然,& murec越接近1,硬磁材料的磁性越好。在永磁材料特别是超高矫顽力稀土永磁材料的研发中,B-H退磁曲线往往不满足需要,需要测量J-H退磁曲线。这时,根据公式B = & muOH+J,从测得的B-H曲线得到J-H曲线。

除了上述两类软磁和硬磁材料的静态磁参数外,还有一些结合材料的具体应用提出的磁参数。一个是矩形比&α,它测量磁滞回线的方形度。

显然,& alpha的最大值是1。在要求磁芯具有矩形回路的情况下,例如磁放大器和调制器的设计,α;是一个非常重要的参数。并要求& alpha倾向于1。相反,在用作单极脉冲变压器的铁芯中,&α;0,即要求磁滞回线平坦,剩磁增量磁导率&μ;△有较大的值,

其次,微分渗透率&μ;d,定义为从磁化曲线或磁滞回线上的任意点P开始(图1)。磁化场强△H每增加或减少一次,就可以得到相应的磁感应强度△B的变化。

第三个是磁滞回线的面积A1。实际是一个磁化周期,外加磁化场强克服磁性物体中各种阻挡效应所消耗的能量称为磁滞损耗Wh,单位为J/m3:是沿磁滞回线的面积分数。假设A1的单位为cm2,每厘米的H坐标表示HoA/m,每厘米的B坐标表示BoT,则公式(5)的积分值为Wh是分析软磁材料损耗成分时的必要参数之一。对于磁滞电机使用的铁芯,需要测量相应的最大磁导率&μ;点M的磁滞回线面积A1 & mumoA1 & mum对应于该点的磁感应强度B&μ;m磁化场强H &μ;乘积M的4倍之比称为凸性系数Kr:从公式中可以看出,Kr越接近1,材料以μ;M点的磁滞回线越方,用这种材料制造的磁滞电动机的性能就越好。

 
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