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铁磁材料的磁导率

2020-8-23 19:38| 发布者: admin| 查看: 290| 评论: 0|原作者: 佚名|来自: 网络

摘要:   电磁学中定义磁介质的磁导率为               (1)   式中,B为磁感应强度(习惯叫磁通密度)矢量,H为磁场强度矢量,μ为磁导率。对于均匀各向同性磁介质,B和H显然是同方向的。   铁磁材 ...

  电磁学中定义磁介质的磁导率为

              (1)

  式中,B为磁感应强度(习惯叫磁通密度)矢量,H为磁场强度矢量,μ为磁导率。对于均匀各向同性磁介质,B和H显然是同方向的。

  铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金。实验表明,所有非导磁材料的磁导率都是常数,并且都接近于真空磁导率=4π×10-7H/m。但铁磁材料却是非线性的,即其中B与H的比值不是常数,磁导率在较大的范围内变化,而且数值远大于,一般为的数百乃至数千倍。对电机中常用的铁磁材料来说,在2000~6000之间。因此,当线圈匝数和励磁电流相同时,铁心线圈激发的磁通量比空心线圈的大得多,从而电机的体积也就可以减小。

  铁磁材料之所以有高导磁性能,依磁畴假说,从微观角度看,就在于铁磁材料内部存在着很多很小的具有确定磁极性的自发磁化区域,并且有很强的磁化强度,就相当于一个个超微型小磁铁,称之为磁畴,见图1(a)。磁化前,这些磁畴随机排列,磁效应相互抵消,宏观上对外不显磁性。但在外界磁场作用下,这些磁畴将沿外磁场方向重新作有规则排列,与外磁场同方向的磁畴不断增加,其它方向上的磁畴不断减少,甚至在外磁场足够强时全部消失,被完全磁化,见图1(b)。结果内部磁效应不能相互抵消,宏观上对外显示磁性,也就相当于形成了一个附加磁场叠加在外磁场上,从而使实际产生的磁场要比非铁磁材料中的磁场大很多,用特性参数磁导率来表示,就是>>

图 1 铁磁材料中的磁范畴

(a)磁化前      (b)完全磁化后

图 2 铁磁材料的基本磁化曲线

  在外磁场H作用下,磁感应强度B将发生变化,二者之间的关系曲线称为磁化曲线,记为B=f(H)。相应地,还可以描绘磁导率与磁场强度的关系曲线,记为μ=f(H),叫做磁导率曲线。铁磁材料的基本磁化曲线如图2所示,该曲线一般由材料生产厂家的型式试验结果提供。

  将图2中的磁化曲线分为四段。在oa段,外磁场H较弱,与外磁场方向接近的磁畴发生偏转,顺外磁场方向的磁畴缓缓增加,B增长缓慢。在ab段,H较强,且不断增加,绝大部分非顺磁方向的磁畴开始转动,甚至少量逆外磁场方向的磁畴也发生倒转,B迅速增加。在bc段,外磁场进一步加强,非顺磁或逆磁方向磁畴的转动不断减少,B的增加逐渐缓慢下来,开始出现了所谓磁饱和现象。至c点以后,所有磁畴都转到与外磁场一致的方向H再增加,B的增加也很有限,出现了深度饱和,B和H的关系最终类似于真空中的情况。图2中还画出了磁导率曲线。由于饱和现象在bc段开始出现,其标志就是磁导率随H的增加反而变小,故存在最大值μmax


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