帶氣隙的磁路:解釋和示例


B-H 曲線或磁化曲線

B-H 曲線或磁化曲線是磁通密度 (B) 與磁場強度 (H) 之間的曲線圖。B-H 曲線表示磁通密度隨磁場強度變化的方式。

下圖顯示了磁性材料 B-H 曲線的總體形狀。曲線的非線性表明磁性材料的相對磁導率 $μ_{r}$ 不是常數,而是取決於磁通密度。

磁滯

在經歷磁化迴圈(即先在一個方向磁化,然後在另一個方向磁化)的磁性材料中,磁通密度 (B) 落後於磁場強度 (H) 的現象稱為 *磁滯*。

磁滯回線

考慮一個繞在未磁化鐵棒 AB 上的 N 匝線圈(見圖)。線圈產生的磁場強度 *(H = NI/l)* 可以透過改變流過線圈的電流來改變。可以看出,當鐵棒經過一個完整的磁化迴圈時,所得的 B-H 曲線會描繪出一個稱為 *磁滯回線* 的環路 *abcdefa*。

解釋

  • 當線圈中的電流為零時,H 為零,因此鐵棒中的 B 也為零。當透過增加線圈電流來增加 H 時,磁通密度也會增加,直到達到最大磁通密度 $\mathit{(+B_{max})}$ 點。此時,材料達到飽和,超過此點,無論磁場強度 (H) 如何增加,磁通密度都不會增加。為此,B-H 曲線遵循路徑 **oa**(見磁滯回線)。

  • 現在,如果透過減小線圈電流來逐漸減小 H,則發現磁通密度不會沿路徑 oa 減小,而是遵循路徑 **ab**。在 **b** 點,磁場強度為零,但材料中的磁通密度具有有限值(等於 **ob**),稱為剩餘磁通密度 $\mathit{(+B_{r})}$。磁性材料保持剩餘磁性的能力稱為該材料的 *剩磁率*。

  • 為了對鐵棒進行退磁,即去除剩餘磁性 **(ob)**,透過反向線圈電流來反向磁場強度。當 H 在反向逐漸增加時,B-H 曲線遵循路徑 bc,因此當 H = oc 時,剩餘磁性為零。完全去除剩餘磁性所需的 H = oc 值稱為 *矯頑力 $(H_{c})$*。

  • 現在,如果 H 在反方向進一步增加,則材料在反方向再次飽和(**d** 點)。將 H 減少到零,然後在正方向增加它,將描繪曲線 defa。因此,當鐵棒經過一個完整的磁化迴圈時,B-H 曲線會描繪出一個稱為 *磁滯回線* 的閉環 abcdefa。

磁滯回線的重要性

磁滯回線的形狀和大小取決於材料的性質。特定應用中磁性材料的選擇取決於磁滯回線的形狀和大小。

考慮以下磁滯回線的情況,以瞭解其重要性:

  • 磁性材料的磁滯回線面積越小,磁滯損耗越小(例如矽鋼)。 因此,矽鋼廣泛用於製造變壓器和旋轉電機鐵芯,這些鐵芯會經歷快速的磁化反轉。

  • 磁性材料的磁滯回線面積越大,磁滯損耗越大(例如硬鋼)。 因此,硬鋼用於製造永磁體,因為這種材料具有高剩磁率和矯頑力。

  • 熟鐵的磁滯回線具有相當好的剩餘磁性和矯頑力。因此,它用於製造電磁鐵鐵芯。

更新於:2021年7月26日

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