铁心材料的磁特性参数分析

铁心材料的磁化过程是不可逆的，铁心在直流激磁作用下，当磁场强度H 先增加，然后再减少时，磁感应强度B（以下简称磁感应）的变化在两种情况下是不重合的，亦即铁磁材料的磁状态变化与激磁的历史情况有关。这一性能称为磁滞。激磁电流为直流时，磁场强度及相应的磁感应变化速度均为零，因此，所得到的B＝f（H）曲线称为静态磁特性；激磁电流为交流时，磁场强度及磁感应以一定的频率变化，与静态磁特性相区别，称为动态磁特性。本节主要讨论静态磁特性，关于动态磁化过程将在第2.3节内叙述。

如上所述，铁磁材料的静态磁特性具有回线形状，称为磁滞回线。图2.1表示铁磁材料磁化到稳定状态的磁滞特性（一般用完全退磁以后的环形铁心作为测试样品），所谓稳定是指从零点（B＝0，H＝0）开始磁化起，反复磁化10 余次，即得到这一封闭回线。

在不可逆磁化过程中，部分电磁能转换为热能散发，称为磁滞损失。铁磁材料单位体积的磁滞损失由图2.1中磁滞回线所包括的面积决定，即

例如铁镍合金的磁滞损失为0.4～1W·s/m3，Bm＝0.5T。

测定磁特性时，改变激磁电流最大值（令磁场强度幅值Hm＜Hs），则得到一族对称的磁滞回线，随Hm的减小，磁滞回线变窄（如图2.2 所示），但Hm大到一定极限值（例如Hs）时，得到极限磁滞回线，这时再改变Hm，回线形状不变。一般谈到铁磁材料的磁特性及参数时，总是指极限磁滞回线（Major Loop）而言，其他回线称为局部回线（Minor Loop）。

图2.1　静态磁滞特性

Hc—静态矫顽磁力；Br—剩磁感应；Bs—铁心到达磁饱和状态的磁感应；Hs—与Bs相应的磁场强度

图2.2　对称磁滞特性曲线族

将各对称的磁滞回线顶点连接起来，即得到基本磁化曲线（如图2.3所示），由于它比较容易测定，并且表示磁化的基本物理状态，因此，电工技术中常利用这一曲线来表达材料的磁性能。

由基本磁化曲线可得磁导率曲线μ＝f（H）。弱磁场中，磁场强度趋于零时，磁导率约为常数，称为初始磁导率μ0，可由式（2.2）求得

图2.3　基本磁化曲线及相应的磁导率曲线

当H 为一定值时（例如，某些铁磁材料H＝1.2～1.4Hc），μ 为最大，称为最大磁导率μm，由图2.3可知，μm＝tanα，μ0及μm均表示铁磁材料的导磁性能。

在饱和电抗器中，对铁磁材料性能的主要要求是：

（1）饱和磁感应Bs要高，它决定了所能取的磁感应设计值，从而影响到单位铁心体积所能输出的功率。(www.xing528.com)

（2）表示剩磁感应的Br与饱和磁感应Bs比值的矩形系数要高。这是饱和电抗器对铁磁材料所提出的特殊要求。矩形系数越高，负载所能得到的功率越大。

（3）矫顽磁力Hc要小。它决定了饱和电抗器的激磁电流大小，也影响到饱和电抗器的特性X＝f（Ik）。

（4）铁心动态磁回线接近矩形，即不饱和段磁导率要很大。

目前饱和电抗器用得较多的铁磁材料按其性能及化学组成可分为以下3类：

（1）电工钢片（硅钢片），主要应用于工频大功率饱和电抗器及电源变压器等。

（2）高导磁铁镍合金，主要应用于直流电流互感器、磁调制器、磁放大器、有特殊要求的电源变压器及小功率灵敏高频脉冲饱和电抗器。

（3）铁氧体（Ferrite）一般应用于高频和脉冲激磁的元件。

第2.3节将主要介绍工频大功率饱和电抗器所用铁磁材料的性能。