2022-2023学年高二物理竞赛课件：常用铁磁材料及其特性

常用铁磁材料及其特性 常用铁磁材料及其特性 为了在一定的励磁磁动势作用下能激励较强的磁场，以使电机和变压器等装置尺寸缩小，重量减轻，性能改善，必须增加磁路的磁导率。因此电机和变压器的铁心常用磁导率较高的铁磁材料制成。 磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫电流定律（磁通连续性定律/第一） 在磁路中，穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零 或 （2）磁路的基尔霍夫电压（第二）定律 是一段磁路上的磁位降， 是作用在磁路上的总的磁动势。 沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的代数和 常用铁磁材料及其特性 一、铁磁物质的磁化 在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。 非铁磁材料的磁导率接近于真空磁导率 电机中常用的铁磁材料的磁导率 二、磁化曲线和磁滞回线 1、起始磁化曲线 将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增加时，磁通密度B将随之增加。用B=f (H)描述的曲线就称为起始磁化曲线。 膝点：磁化曲线开始拐弯的b点，亦称为饱和点。 在各种电机、变压器的主磁路中，为了获得较大的磁通量又不过分增大磁动势，通常把铁心内工作点的磁通密度选择在饱和点附近 2、磁滞回线 剩磁——当H从零增加到Hm时，B相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小H，B值将沿曲线ab下降。当H=0 时，B值并不等于零，而是Br。这种去掉外磁场后铁磁材料仍然保留的磁通密度称为剩磁。 矫顽力——要使磁密从Br减小到0，需外加一个方向的外磁场，此反向外磁场的强度成为矫顽力Hc 磁滞回线——当H在Hm和－ Hm之间反复变化时，呈现磁滞现象的B－H闭合曲线，称为磁滞回线。 3、基本磁化曲线 对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本（平均）磁化曲线。 磁路计算时所用的磁化曲线都是基本磁化曲线。 三、铁磁材料 1、软磁材料 2、硬磁材料 剩磁和矫顽力小，磁导率较高 电工硅钢片、铸铁、铸钢 用来制造电机、变压器的铁心 剩磁和矫顽力大 铝镍钴、铁氧体、稀土钴、钕铁硼 用来制成永久磁铁 四、铁心损耗 1、磁滞损耗——材料被交变磁场反复磁化，磁畴相互摩 擦而消耗的能量（以产生热量的形式表现出来）。 2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的 热能损耗。 3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 直流磁路的计算 磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势 磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量 磁路计算正问题的步骤： 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段； 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 3）计算各段磁路的平均磁通密度Bk ，Bk=Φk/Ak； 4）根据Bk求出对应的Hk； 5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑ Hklk。 磁路计算逆问题——因为磁路为非线性的，用试探法。 解：铁心内磁通密度为 从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m 空气隙中： 铁心段的磁位降： 所以，励磁磁势为 F=HFelFe+Hδlδ=655A $