铁心在交变磁场下的磁特性探究

第2.4节所述的磁性材料基本特性以直流激磁所得静态磁特性表示（也有的文献中所给出的材料特性参数是工频交流激磁所得动态特性）。

本节讨论周期性的交变磁场作用下的铁心特性，脉冲激励及交直流同时激磁也属于交变磁场范围。

在交变磁场下工作的铁心特性（称为动态特性）与直流激磁时的特性不同。图2.6表示静态磁特性（曲线a）及400 Hz激磁时的动态磁特性（曲线b），显然，铁心的动态磁回线有很大变化，形状虽然与直流磁回线相似，但动态回线的Br升高了；由于涡流等附加损耗，为产生同样大小的磁感应要有更大的磁场强度，动态回线较静态磁滞回线更宽，动态特性上B＝0时磁场强度称为动态矫顽磁力，较静态矫顽磁力大好多倍。

交变激磁情况下，沿铁心截面磁感应及磁场强度分布不均匀，铁心表面B 及H 最大。越深入内层，磁导率μ、B 及H 越小，这种现象称为表面效应（可解释为交变磁场作用下铁心内发生宏观及微观涡流，它们所产生的磁通在任一时刻都与外磁场产生的磁通方向相反）。表面效应与铁心材料的磁性能（如电阻系数ρ、磁导率μ 等）有关，也与铁心尺寸、钢片厚度、电源频率及温度等有关。

显然，铁磁合金片越厚、频率越高，则涡流损失越大（当然，磁材料的电阻系数ρ低、磁导率μ 高也有相同的结果），因而动态磁回线就越宽。

温度变化的影响要更复杂些。如图2.7所示低温时电阻系数下降，从而涡流更大，使动态回线变宽，但同时铁心磁感应也降低了。

图2.6　铁心的磁特性

1—静态；2—动态

图2.7　温度对铁心磁特性的影响

1—19℃；2—－16℃

激磁时保持磁通为正弦或保持电流为正弦，所得磁特性也是不同的。

在绕组两端所加电压为正弦时称为电压源激磁，则铁心中磁感应为正弦，但磁场强度H 为非正弦的，如图2.8（a）所示。在激磁绕组内串入很大的阻抗（或者令激磁绕组只有一匝，强迫通以正弦交流电流），则可得正弦的激励电流，称为电流源激磁，但这时B是非正弦的，如图2.8（b）所示。

比较图2.8（a）、（b）可见，H 为正弦时，铁心中磁感应变化速度较B 为正弦时大，所以动态磁回线也较宽。一般情况下，B 及H 均不为正弦。

图2.8　两种激磁的磁回线(www.xing528.com)

（a）正弦电压源激磁，B 为正弦；（b）正弦电流源激磁，H 为正弦

改变交流激磁电流的大小，可得动态磁特性回线族如图2.10 所示。外加激磁电流较小时，不足以使铁心达到磁饱和，则在正弦电压作用下，铁心中B 及H 均为正弦，动态磁特性近似地呈椭圆形。当高频激磁作用时，或激磁绕组中有短路匝数时，或由于铁心受到应力作用时，或磁通分布不均匀时，都会使磁特性畸变，接近椭圆形。

图2.9　铁心动态磁特性

a—B 为正弦；b—H 为正弦

图2.10　不同Hm值时，交流（动态）磁特性回线族

因此，实际铁心的磁化过程即使在周期性交变磁场作用下也是非常复杂的，动态磁特性既与电路参数有关，又与磁性材料本身的物理性能、铁心结构参数、测试时的外界条件等有关。有时为了更清楚地掌握铁心磁状态的变化规律，必须测定磁感应变化速度dB

dt（或绕组感抗压降）对时间或对磁感应的函数关系。

为了工程应用方便，常用动态基本磁化曲线表示交变磁场工作下的铁心磁特性。它由对称的动态磁回线族顶端连接而得，根据动态基本磁化曲线可以得到有关的动态参数如μ、Bs等。由于正弦交流磁化曲线测试方便，H 正比于电流，B 正比于绕组感应电压，因而这种曲线有工程实际意义。只要用伏特表及安培表测出绕组电压及电流，就可以得出B＝f（H）曲线。