铁芯磁化实验

变压器铁芯的磁化（一）
脉冲序列对单激式开关电源变压器铁芯的磁化
 为了简单起见，我们把单激式变压器开关电源等效成如图2-1所示电路，其中我们把直流输入电压通过控制开关通、断的作用，看成是一序列直流脉冲电压，即单极性脉冲电压，直接给开关变压器供电。

这里我们特别把变压器称为开关变压器，以表示图2-1所示电路与一般电源变压器电路在工作原理方面还有区别的。

 在一般的电源变压器电路中，当电源变压器两端的输入电压为0时，表示输入端是短路的，因为电源内阻可以看作为0；而在开关变压器电路中，当开关变压器两端的输入电压为0时，表示输入端是开路的，因为电源内阻可以看作为无限大。

 在图2-1中，当一组序列号为1、2、3、…的直流脉冲电压分别加到开关变压器初级线圈a、b两端时，在开关变压器的初级线圈中就会有励磁电流流过，同时，在开关变压器的铁芯中就会产生磁场，在磁场强度为H的磁场作用下又会产生磁通密度为B的磁力线通量，简称磁通，用“Φ ”表示。

 在变压器铁芯中，磁通密度B或磁通Φ受磁场强度H的作用而发生变化的过程，称为磁化过程；因此，用来描述磁通密度B与磁场强度H之间对应变化的关系曲线，人们都把它称为磁化曲线。

图2-2是单激式开关变压器铁芯被磁化时，磁通密度B与磁场强度H之间对应变化的关系曲线图。

 顺便指出，在分析变压器铁芯的磁化过程中，经常使用磁通密度和磁感应强度这两个名称，这两个名称在本质上没区别，互相可以通用，不同场合使。

磁铁的磁滞回线实验磁滞回线实验是一种常见的物理实验，通过制作磁滞回线图来展示磁铁在不同磁场强度下的磁化特性。

本文将介绍磁滞回线实验的原理、实验步骤和实验结果的分析。

一、实验原理磁滞回线实验是通过改变磁铁的外部磁场，测量磁铁的磁化强度与外部磁场强度的关系。

在应用过程中，磁铁的磁化强度并不是简单地随外部磁场强度的升高而线性增加，而是出现一定的滞后现象，这种滞后现象被称为磁滞。

二、实验步骤1. 准备实验所需材料：一块铁芯、螺线管、直流电源、电流表以及磁场强度计等。

2. 将螺线管绕在铁芯上，固定好，并将电流表接在螺线管两端。

3. 将铁芯置于电磁铁的磁场中，并调整直流电源的电流，使其产生不同的磁场强度。

4. 测量电流表的读数和磁场强度计的读数，并记录下来。

5. 依次改变磁场强度，并重复步骤4，直到得到一条完整的磁滞回线。

三、实验结果分析通过实验得到的磁滞回线图能够直观地表达磁铁的磁滞现象。

在图中，横轴表示外部磁场强度，纵轴表示磁化强度。

磁滞回线的形状会告诉我们关于磁铁的磁化特性。

磁滞回线图的形状可以呈现出以下几种情况：1. 矩形：矩形回线表示磁铁完全磁化时的特征，当外部磁场的方向与磁铁相同时，磁滞回线为一个闭合的矩形。

2. S形：当外部磁场的方向与磁铁相反时，磁滞回线呈现出S 形，这是因为磁铁开始磁化时，其磁感应强度增大速度比较快，而当磁铁接近饱和时，磁感应强度增大速度减慢，因此形成曲线较为平缓的部分。

3. 弯曲：弯曲的磁滞回线表明磁铁的磁化特性具有不对称性，也就是当外部磁场强度减小或增大时，磁滞回线出现了偏移。

通过观察磁滞回线图，我们可以了解磁铁的磁化特性，包括饱和磁感应强度、残余磁感应强度、矫顽力等参数。

在实际应用中，磁滞回线的形状也会对磁铁的使用产生一定的影响，因此对磁滞回线进行研究具有重要的意义。

总结起来，磁滞回线实验是一种用来展示磁铁磁化特性的常见实验方法。

通过测量磁铁在外部磁场作用下的磁化强度，并制作磁滞回线图，可以直观地了解磁铁的磁化特性和滞后现象。

变压器铁芯的磁化（二）
磁场强度H下降到零，但变压器铁芯中的磁通密度不能跟随磁场强度下降到零，而只能下降到某个磁通密度剩余值，这种现象称为变压器铁芯具有磁矫顽力，简称矫顽力，用Hc表示。

变压器铁芯具有磁矫顽力，这是铁磁材料或磁性材料最基本的性质。

同理，当第二个直流脉冲加到变压器初级线圈a、b两端时，变压器铁芯中的磁通密度B将按图2-2中新的磁化曲线2-3上升，磁通密度被磁场强度磁化到第二个最大值Bm2，使磁通密度产生一个增量ΔB，ΔB = Bm2－Br1 。

 第二个直流脉冲结束以后，流过变压器初级线圈中的励磁电流下降到零，变压器初、次级线圈产生的反电动势，又会使磁通密度按另一条新的退磁化曲线3-4返回到第二个剩余磁通密度Br2处；当然，Br2同样也只是变压器铁芯被退磁时磁通密度变化过程中的又一个临时剩余值。

 其余依次类推，第3、4个直流脉冲电压同样也会让磁通密度增加一个增量ΔB，即：
 ΔB = Bm3－Br2 = Bm4－Br3 = Bm1－0 （2-9）
 （2-9）式中，ΔB为磁通密度增量；只要作用于开关变压器线圈上的脉冲电压的幅度U和脉冲宽度τ不变，则变压器铁芯片的磁化过程就会在磁通密度增量为常数（∆B = 常数）的条件下进行。

 但在直流脉冲的幅度和宽度不变的情况下，磁通密度的增量ΔB不改变，并不意味着磁场强度的增量可以保证不变，这是磁强度度与磁场强度之间的一个重要区别。

 经过n个直流脉冲电压之后，变压器铁芯中的最大磁通密度Bm和剩余磁通密度Br才能基本稳定在某个数值之上，即：脉冲序列的作用达到稳定状态。

铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。

如航天、通信、自动化仪表及控制等都无不用到铁磁材料(铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质)。

因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有重大的意义。

本实验使用单片机采集数据，测量在交变磁场的作用下，两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。

1)铁磁材料的磁化及磁导率铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁滞的特性。

一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的。

图20—1起始磁化曲线和磁滞回线图20—2基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，即图20—1中B～H曲线的坐标原点0。

随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。

当H增加到一定值时，B不再增加(或增加十分缓慢)，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。

Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中a点)。

如果再使H逐渐退到零，则与此同时B也逐渐减少。

然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹a0返回，而是沿另一曲线ab下降到Br，这说明当H下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称为磁滞，Br称为剩磁。

将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H=-Hc，磁感应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁场Hc。

Hc称为矫顽力。

它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。

图20—1表明，当磁场按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序变化时，B所经历的相应变化为Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。

于是得到一条闭合的B～H曲线，称为磁滞回线。

所以，当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心)，它将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。

在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗。

可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

应该说明，对于初始态为H=0，B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图20—2所示。

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线实验报告一、实验目的1、认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。

2、测定样品的基本磁化曲线，作μ－H 曲线。

3、测定样品的 Hc、Br、Bm 和（Hm，Bm）等参数。

4、了解磁滞回线的概念以及如何用示波器观察磁滞回线。

二、实验原理1、铁磁材料的磁化特性铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。

铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。

其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。

另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图 1 为铁磁物质的磁感应强度B 与磁化场强度 H 之间的关系曲线。

图 1 铁磁质 B H 曲线铁磁材料的磁化过程为：其未被磁化时的状态称为去磁状态，这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场 H，则铁磁材料内部的磁场强度 B 随 H 的增加而增加，开始时 B 的增加较慢，而后随着 H 的增加，B 的增加变快，再继续增加 H 时，B 的增加又变慢，当 H 增加到 Hm 时，B 达到饱和值Bm 。

从图中可以看出，B 和H 的关系不是线性的，而是非线性的。

2、磁滞回线当 H 从 Hm 逐渐减小至零，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也减小，但 B 的变化滞后于 H 的变化，这一现象称为磁滞。

当 H ＝ 0 时，B ＝ Br，Br 称为剩余磁感应强度。

要使 B 减到 0，必须加一反向磁场 Hc，Hc 称为矫顽力。

若再使反向磁场逐渐增加到 Hm，B 就沿图 1 中 S'R'C'变化，继而在 Hm 到 0 时，B 又沿 S'C 变化。

当 H 在 0 和 Hm 之间反复变化时，就得到一系列闭合的 B H 曲线，称为磁滞回线。

3、基本磁化曲线对于同一铁磁材料，选择不同的最大磁化电流 I，可得到不同的磁滞回线，将各条磁滞回线的顶点连接起来，所得到的曲线称为基本磁化曲线。