电感饱和以及电感测量的研究.doc

电感饱和及电感测量的研究
从物理特性上了解磁性材料的磁饱和
1、磁性材料的磁化

(a)(b)
图1.1铁磁物质的未磁化(a)和
被磁化(b)时的磁畴排列
铁磁物质之所以能被磁化，是因为这类物质不同于非磁物质，在其内部有许多自发磁化的小区域—磁畴。在没有外磁场作用时，这些磁畴排列的方向是杂乱无章的(图1.1(a))，小磁畴间的磁场是相互抵消的，对外不呈现磁性。如给磁性材料加外磁场，例如将铁磁材料放在一个载流线圈中，在电流产生的外磁场作用下，材料中的磁畴顺着磁场方向转动，加强了材料内的磁场。随着外磁场加强，转到外磁场方向的磁畴就越来越多，与外磁场同向的磁感应强度就越强(1.1(b))。这就是说材料被磁化了。
2、磁材料的磁化曲线
2.1磁性物质磁化过程和初始磁化曲线
如将完全无磁状态的铁磁物质进行磁化，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度，得到磁通密度和磁场强度之间关系，并用B-H曲线表示，该曲线称为磁化曲线，如图1.2(e)曲线C所示。没有磁化的磁介质中的磁畴完全是杂乱无章的，所以对外界不表现磁性（图1.2(a)）。当磁介质置于磁场中，外磁场较弱时，随着磁场强度的增加，与外磁场方向相差不大的部分磁畴逐渐转向外磁场方向(图1.2(b))，磁感应B随外磁场增加而增加(图1.2（e）中oa段)。如果将外磁场H逐渐减少到零时，B仍能沿ao回到零，即磁畴发生了“弹性”转动，故这一段磁化是可逆的。
当从磁场继续增大时，与外磁场方向相近的磁畴已经趋向于外磁场方向，那些与磁场方向相差较大的磁畴克服“摩擦”，也开始转向外磁场方向（图1.2(c)），因此磁感应B随H增大急剧上升，如磁化曲线ab段。如果把ab段放大了看，曲线呈现阶梯状，说明磁化过程是跳跃式进行的。如果这时减少外磁场，B将不再沿ba段回到零，过程是不可逆的。
BBBc
HbC
aB
HH
(b)
HBbBcatgα=μ0A
HoH
HHα
(c)(d)(e)
图1.2铁磁物质的磁化特性
磁化曲线到达b点后，大部分磁畴已趋向了外磁场，从此再增加磁场强度，可转动的磁畴越来越少了，故B值增加的速度变缓。这段磁化曲线附近称为磁化曲线膝部。从b进一步增大磁场强度，只有很少的磁畴可以转向（图1.2（d）），因此磁化曲线缓慢上升，直至停止上升(c点)，材料磁性能进入所谓饱和状态，随磁场强度增加B增加很少，该段磁化曲线称为饱和段。这段磁化过程也是不可逆的。
铁磁材料的B和H的关系可表示为
(1.1)
式中0—真空磁导率；J—磁化强度。上式表示磁芯中磁通密度是磁性介质的磁感应强度J(也称磁化强度)和介质所占据的空间磁感应强度之和。当磁场强度很大时，磁化强度达到最大值，即饱和(图1.2(e)曲线B)，而空间的磁感应强度不会饱和，仍继续增大(图1.2(e)中曲线A)。合成磁化曲线随着磁场强度H增大，B仍稍有增加(图1.2(e)曲线C)。
从材料的零磁化状态磁化到饱和的磁化曲线通常称为初始磁化曲线。
2.2饱和磁滞回线和基本参数
如果将铁磁物质沿磁化曲线OS由完全去磁状态磁化到饱和Bs（如图1.3所示），此时如将外磁场H减小，B值将不再按照原来的初始磁化曲线(OS)减小，而是更加缓慢地沿较高的B减小，这是因为发生刚性转动的磁畴保留了外磁场方向。即使外磁场H=0时，B0，即尚有剩余的磁感应强度Br存在。这种磁化曲线与退磁曲线不重合性能称为磁化的不可逆性。磁感应强度B的改变滞后于磁场强度H的现象称为磁滞现象。
如要使B减少，必须加一个与原磁场方向相反的磁场强度-H，当这个反向磁场强度增加到-Hc时，才能使磁介质中B=0。这并不意味着磁介质恢复了杂乱无章状态，而是一部分磁畴仍保留原磁化磁场方向，而另一部分在反向磁场作用下改变为外磁场方向，两部分相等时，合成磁感应强度为零。
如果再继续增大反向磁场强度，铁磁物质中反转的磁畴增多，反向磁感应强度增加，随着-H值的增加，反向的B也增加。当反向磁场强度增加到-Hs时，则B=-Bs达到反向饱和。如果使-H=0,B=-Br，要使-Br为零，必须加正向HC。如H再增大到Hs时，B达到最大值Bs，磁介质又达到正向饱和。这样磁场强度由Hs→0→-HC→-Hs→0→HC→Hs,相应地,磁感应强度由Bs→Br→0→-BS→-Br→0→Bs，形成了一个对原点O对称的回线(图1.3)，称为饱和磁滞回线，或最大磁滞回线。
在饱和磁滞回线上可确定的特征参数（图1.3）为：
1）饱和磁感应强度BS是在指定温度下，用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近水平时，不再随外磁场增大而明显增大对应的B值。饱和磁感应强度与温度有关。
2）剩余磁感应强度Br铁磁物质磁化到饱和后，又将磁场强度下降到零时，铁磁物质中残留的磁感应强度，即为Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。
3）