軟磁材料的磁滯回路

通常稱為<磁>磁滯的磁性材料的滯后或延遲涉及材料的磁化特性，通過該材料，磁化材料首先被磁化然后去磁。

我們知道電磁線圈產(chǎn)生的磁通量是給定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)或力線的量，它通常被稱為“磁通密度”。給定符號(hào)B，其中磁通密度的單位是特斯拉，T。

我們從前面的教程中也知道，電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度取決于線圈的匝數(shù)，電流的流動(dòng)通過線圈或使用的芯材類型，如果我們?cè)黾与娏骰蛟褦?shù)，我們可以增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，符號(hào) H 。

以前，相對(duì)磁導(dǎo)率，符號(hào)μ r 定義為絕對(duì)磁導(dǎo)率μ與自由空間磁導(dǎo)率μ<的比值sub> o （真空），這是一個(gè)常數(shù)。然而，磁通密度 B 與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系 H 可以通過相對(duì)磁導(dǎo)率μ r的事實(shí)來定義。 不是常數(shù)，而是磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，從而使磁通密度為： B =μH。

然后是磁通密度由于材料的相對(duì)磁導(dǎo)率與真空中的磁通密度（μ o H ）和空氣相比，材料中的材料將增加一個(gè)更大的因子-cored線圈這種關(guān)系如下：

因此對(duì)于鐵磁材料，磁通密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比（ B / H ）不是恒定的，而是隨著磁通密度而變化。但是，對(duì)于空心線圈或任何非磁性介質(zhì)核心（如木材或塑料），此比率可視為常數(shù)，此常數(shù)稱為μ o ，自由空間的滲透率，（μ o =4.π.10 -7 H / m ）。

通過繪制磁通密度值（ B ）與場(chǎng)強(qiáng)（ H ）的關(guān)系，我們可以產(chǎn)生一組稱為磁化曲線的曲線，磁滯曲線或更常見的BH曲線用于如下所示的每種類型的核心材料。

磁化或BH曲線

上面的磁化曲線集 M 表示 B <之間關(guān)系的一個(gè)例子/ span>和 H 用于軟鐵和鋼芯，但每種類型的芯材都有自己的一套磁滯曲線。您可能會(huì)注意到磁通密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地增加，直到達(dá)到一定值為止，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的不斷增加，磁通密度不再增加，幾乎達(dá)到水平和恒定。

這是因?yàn)橛捎阼F中的所有區(qū)域完全對(duì)齊，因此核心可以產(chǎn)生的通量密度的量存在限制。任何進(jìn)一步的增加都不會(huì)對(duì) M 的值產(chǎn)生影響，并且圖表中磁通密度達(dá)到其極限的點(diǎn)稱為磁飽和，也稱為核心的飽和度以及我們?cè)阡撉€飽和點(diǎn)上方的簡單示例中，每米約3000安培匝數(shù)開始。

飽和發(fā)生是因?yàn)槲覀儚闹暗拇艑W(xué)教程中記得包括韋伯的理論，隨著材料中的微小分子磁體變得“排列”，核心材料內(nèi)分子結(jié)構(gòu)的隨機(jī)偶然排列發(fā)生變化。

隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，（ H ）增加，這些分子磁體變得越來越對(duì)齊，直到它們達(dá)到完美對(duì)齊，產(chǎn)生最大磁通密度，并且由于磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增加。流過線圈的電流幾乎沒有影響。

保持性

讓我們假設(shè)我們的電磁線圈由于電流流過而具有高場(chǎng)強(qiáng)，并且鐵磁芯材料已達(dá)到其飽和點(diǎn)，即最大磁通密度。如果我們現(xiàn)在打開一個(gè)開關(guān)并去除流過線圈的磁化電流，我們可以預(yù)期線圈周圍的磁場(chǎng)會(huì)隨著磁通量減小到零而消失。

然而，磁通量并沒有完全消失因?yàn)殡姶判静牧霞词乖陔娏饕呀?jīng)停止在線圈中流動(dòng)時(shí)仍然保留其一些磁性。在磁化過程停止后，線圈在磁芯內(nèi)部保留一些磁性的能力被稱為保持性或剩磁，而磁芯中仍然保留的磁通密度的量稱為殘留磁性， B R

原因是一些微小的分子磁體沒有恢復(fù)到完全隨機(jī)的模式，仍然指向原始磁場(chǎng)的方向，給它們一種“記憶”。一些鐵磁材料具有高保持性（磁性硬），因此非常適合生產(chǎn)永磁體。

其他鐵磁材料具有低保持性（軟磁），非常適合用于電磁鐵，電磁閥或繼電器。將該剩余磁通密度減小到零的一種方法是通過反轉(zhuǎn)流過線圈的電流的方向，從而使 H 的值，磁場(chǎng)強(qiáng)度為負(fù)。此效應(yīng)稱為矯頑力， H C 。

如果此反向電流進(jìn)一步增加，磁通密度將反向也增加，直到鐵磁芯再次達(dá)到飽和，但是從之前的反方向。將磁化電流 i 再次降低到零將產(chǎn)生相似量的剩余磁力但反向。

然后通過不斷改變磁化電流的方向通過如在AC電源中那樣，可以產(chǎn)生從正方向到負(fù)方向的線圈，可以產(chǎn)生鐵磁芯的磁滯磁環(huán)。

磁滯回線

上面的磁滯磁循環(huán)，以圖形方式顯示鐵磁芯的行為 B 與 H 之間的關(guān)系是非線性的。從非磁化核心開始， B 和 H 將在磁化曲線上為零，點(diǎn) 0 。

如果磁化電流 i 沿正方向增加到某個(gè)值，磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 隨 i 線性增加，磁通密度 B 也將增加，如點(diǎn) 0 到點(diǎn)a的曲線所示，當(dāng)它朝向飽和時(shí)。

現(xiàn)在，如果線圈中的磁化電流減小到零，圍繞磁芯循環(huán)的磁場(chǎng)也減小到零。然而，由于磁芯內(nèi)存在剩余磁力，線圈磁通量不會(huì)達(dá)到零，這顯示在從點(diǎn)a到b的曲線上。

為了將點(diǎn) b 處的磁通密度降低到零，我們需要反轉(zhuǎn)流過線圈的電流。必須施加以使剩余磁通密度為零的磁化力稱為“矯頑力”。該矯頑力使磁場(chǎng)重新排列，重新排列分子磁體，直到核心在點(diǎn)c處未被磁化。

此反向電流的增加導(dǎo)致磁芯在相反方向上磁化，并且進(jìn)一步增加磁化電流將導(dǎo)致磁芯達(dá)到其飽和點(diǎn)，但在相反方向上，點(diǎn)d曲線。

這一點(diǎn)與點(diǎn)b對(duì)稱。如果磁化電流再次降低到零，則磁芯中存在的剩余磁力將等于先前的值，但是在e處反向。

再次反轉(zhuǎn)磁化電流通過線圈這次進(jìn)入正方向?qū)?dǎo)致磁通量達(dá)到零，曲線上的點(diǎn)f并且如前所述進(jìn)一步增加磁化電流將導(dǎo)致磁芯達(dá)到飽和點(diǎn)a。

然后 BH 曲線遵循abcdefa的路徑，因?yàn)榱鬟^線圈的磁化電流在正負(fù)值，例如交流電壓的周期。該路徑稱為磁滯回線。

磁滯效應(yīng)表明鐵磁芯的磁化過程因此磁通密度取決于曲線的哪一部分鐵磁芯被磁化，因?yàn)檫@取決于過去的電路，給核心一種“記憶”。然后鐵磁材料具有記憶性，因?yàn)樗鼈冊(cè)谕獠看艌?chǎng)被去除后仍保持磁化。

然而，軟鐵磁材料如鐵或硅鋼具有非常窄的磁滯回線，導(dǎo)致極少量的剩余磁性使它們成為繼電器，螺線管和變壓器的理想選擇，因?yàn)樗鼈兛梢院苋菀椎卮呕腿ゴ拧?/p>

由于必須施加矯頑力來克服這種剩磁，因此必須在關(guān)閉磁滯回路時(shí)完成工作。所使用的能量在磁性材料中作為熱量消散。這種熱量稱為磁滯損耗，損耗量取決于材料的矯頑力值。

通過在硅等鐵金屬中添加添加劑，可以制成矯頑力非常小的材料。具有非常窄的磁滯回線。具有窄磁滯回線的材料易于磁化和去磁，稱為軟磁材料。

軟磁材料的磁滯回路

磁滯導(dǎo)致以熱量形式浪費(fèi)的能量耗散，浪費(fèi)的能量與磁滯回線的面積成比例。磁滯損耗在交流變壓器中始終是一個(gè)問題，因?yàn)殡娏鞑粩喔淖兎较?，因此磁芯中的磁極會(huì)因?yàn)樗鼈儾粩喾聪蚨鴮?dǎo)致?lián)p耗。

直流電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)線圈也會(huì)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象因?yàn)樗鼈兘惶娴叵虮蓖ㄟ^南極磁極而損失。如前所述，磁滯回線的形狀取決于所使用的鐵或鋼的性質(zhì)，并且在鐵經(jīng)受大量磁力反轉(zhuǎn)的情況下，例如變壓器鐵芯，重要的是BH磁滯回線如同盡可能小。