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圖22-2中的式子表明,在同樣磁場強(qiáng)度的情況下,磁場空間某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)媒質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān),若媒質(zhì)的磁導(dǎo)率為μ,則磁感應(yīng)強(qiáng)度將是真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度的μr倍。
不同材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μr相差很大。自然界的所有物質(zhì)根據(jù)磁導(dǎo)率的大小,大體分可以為非磁性物質(zhì)和磁性物質(zhì)兩大類:
其中磁介質(zhì)是指磁場中的物質(zhì),類似于電場中的電介質(zhì)。而導(dǎo)磁性是指物質(zhì)對(duì)磁場的影響能力。
在之前學(xué)習(xí)磁場的基本物理量的時(shí)候也提到過,磁導(dǎo)率μ與磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間存在著某種關(guān)系,即H=μB或H=B/μ。根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率的定義,我們可以很快地推導(dǎo)出相對(duì)磁導(dǎo)率μ、磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的關(guān)系如圖22-2所示。
這是因?yàn)楣桎撈歉叽艑?dǎo)率(磁阻低)的鐵磁性材料,能使磁通絕大部分通過由硅鋼片疊成的鐵芯而形成閉合回路。這就好比電流都是流過導(dǎo)體的原理,只有微小的漏電流會(huì)流過絕緣物質(zhì),但是磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率是*不同數(shù)量級(jí)的數(shù),所以漏電流和漏磁通的數(shù)量級(jí)也是是*不同的。
磁導(dǎo)率,在之前的學(xué)習(xí)分享中已經(jīng)學(xué)過,是一個(gè)用來表示磁場媒質(zhì)磁性即磁介質(zhì)的物理量,也就是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力(即導(dǎo)磁性)的物理量,用符號(hào)μ表示,單位是H/m(亨/米),其值由媒質(zhì)的性質(zhì)所決定真空中的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù),用μ0表示,即μ0=4π×10-7H/m。其它任一媒質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱為相對(duì)磁導(dǎo)率,用μr表示,即μr=μμ0。
如圖23-5中的三種磁滯回線的形狀。軟磁材料的矯頑磁力較小,磁滯回線較窄,磁滯損失小,一般為硅鋼、純鐵、鑄鐵、坡莫合金等,用來制造電機(jī)、變壓器等的鐵芯。硬磁材料矯頑磁力較大,磁滯回線較寬,磁滯損失大,一般為鉻鋼、鈷鋼、碳鋼、鎢鋼等,適宜制作磁鐵。矩磁材料剩磁大而矯頑磁力小,磁滯回線近似為矩形,穩(wěn)定性良好,適用于電子計(jì)算機(jī)隨機(jī)存取的記憶裝置、磁放大器等。
接觸過變壓器的電工朋友們應(yīng)該知道銅損和鐵損,其中鐵損是指鐵磁材料在交變磁場中的磁滯損耗和渦流損耗之和。這里的磁滯損耗就是上文所指的磁滯損耗,它會(huì)使變壓器鐵芯發(fā)熱。
學(xué)到這里,我們已經(jīng)可以很好地回到前面所提的的問題了,磁性材料的磁特性是:導(dǎo)磁能力強(qiáng),磁通與勵(lì)磁電流為非線性關(guān)系,具有磁滯性和磁飽和性。磁特性的根源在于磁性材料內(nèi)部存在磁疇。
知道了磁性材料的磁特性后,結(jié)合磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料,不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁性材料這點(diǎn),我們可以很快的知道,硬磁材料一經(jīng)外磁場磁化后,即使在相當(dāng)大的反向磁場作用下,仍能保持一部分或大部分原磁場方向的磁性。這類材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br高,矯頑磁力Hc大。
如果反向磁場強(qiáng)度H的大小繼續(xù)增大,磁性材料將沿反方向磁化到達(dá)飽和狀態(tài),相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度繼續(xù)達(dá)到飽和值(點(diǎn)“4")。
此后若使反向剩磁磁-Br減小到零,然后磁場強(qiáng)度H又沿正方向增加。磁性材料磁化狀態(tài)將沿曲線5-6-1回到正向飽和磁化狀態(tài)。
如圖23-4中這種在磁場強(qiáng)度周期性變化時(shí),磁性物質(zhì)由于磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線叫做磁滯回線。磁性材料在循環(huán)磁化過程中是伴隨著能量的損耗的,即磁滯損耗,它是磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向引起的能量損失。另外,可以證明,B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗,在此也不展開講述。
如圖23-4所示,將沒有磁化過的磁性材料從磁場強(qiáng)度H=0開始,然后逐漸增大磁場強(qiáng)度H,磁場材料被磁化,隨著強(qiáng)度的增大,磁化的磁感應(yīng)強(qiáng)度也沿O-1曲線增大,直至到達(dá)磁飽和狀態(tài)。此時(shí)再增大H,磁性材料的磁化狀態(tài)將基本保持不變。O-1曲線稱為起始磁化曲線。
此后若減小H,磁化曲線從點(diǎn)“1"開始并不沿原來的起始磁化曲線返回,這表明磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化滯后于H的變化。當(dāng)H減小為零時(shí),B并不為零,而等于剩磁Br(點(diǎn)“2")。要使剩磁消失,通常需進(jìn)行反向磁化,即加一反向磁化場(反向磁場強(qiáng)度H),而當(dāng)反向磁化場加強(qiáng)到-Hc時(shí),B才為零。將B=0時(shí)的H值稱為矯頑磁力,即Hc稱為矯頑磁力,如圖23-4中的點(diǎn)“3"和點(diǎn)“6",。
在上一次的學(xué)習(xí)中我們也已經(jīng)知道了,磁性材料按磁化后去磁的難易程度可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料,不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁性材料。一般來講軟磁材料剩磁較小,硬磁材料剩磁較大。也就是說,磁性材料通過磁化具有磁性后,其磁性并不是簡單的隨著磁場強(qiáng)度(或者是勵(lì)磁電流)的消失而消失,而是通過采用某種手段才能去掉磁性。
我們以鐵芯線圈為例講解,當(dāng)鐵芯線圈通有交變電流時(shí),鐵芯將受到交變磁化。但當(dāng)H減少為零時(shí),B并未回到零值,出現(xiàn)剩磁Br。這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁滯性。如圖23-4為磁性物質(zhì)的磁滯回線。西門子PLC CPU ET200模塊西門子PLC CPU ET200模塊