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磁饱和

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9种铁磁性材料表示磁饱和的磁化曲线。1.钢板,2.硅板,3.钢铸件,4.钨钢,5.磁钢,6.铸铁,7.镍,8.钴,9.磁铁矿

在很多磁性材料中,我们可以看见一种现象,当增大外加的磁场场强 H 时,不能再进一步使材料磁化,所以整体上的磁感应强度 B 或多或少的表现出一种平稳状态(但仍会因为真空磁导率而缓慢增加)即磁饱和。这是一种磁性金属(或亚磁性金属)的特征,例如和它们的合金。

说明[编辑]

在一种物质的磁化曲线(也叫BH曲线或磁滞曲线)中磁饱和是一种非常明显的现象,即该曲线向右弯曲的部分(见右图)。当磁场强度 H 增加时,磁感应强度 B 逐渐趋于一个最大值,即为该物质的饱和度。事实上,饱和之后,磁感应强度 B 也在逐渐增加,但比达到饱和度前的增长速率小了3个数量级

磁场强度 H 和磁感应强度 B 的关系可以用磁导率\mu = B / H或相对磁导率\mu_r = \mu/\mu_0表达,当中的 \mu_0是真空磁导率。磁性金属的磁导率不是一个恒定不变的量,而是取决于磁场强度 H 。在可饱和的金属中,相对磁导率随磁场强度 H 的增加达到一个最大值,然后随着它的饱和发生转变再减小.

不同的材料有着不同的饱和度。例如,被用于变压器中的高导磁性铁合金在1.6-2.2特斯拉(T)饱和,然而铁氧体在0.2-0.5T饱和 。某些非晶态金属合金在1.2-1.3T达到饱和 ,特殊金属在0.8T达到饱和。

解释[编辑]

磁性金属(像铁)在微观上由一个个铁磁畴构成,它们的作用就像微小的永磁体,可以改变它们磁化的方向。在外部的磁场施加在金属上之前,这些铁磁畴的磁场随机转换互相抵消,所以整体上的磁场小到足以忽略。当一个外部的磁场强度H施加在金属上时,它侵入金属然后重新排列铁磁畴,造成那些小磁场转变方向然后与外磁场平行,相加后形成一个从金属中发出的大磁场。这就被叫做磁化。施加的磁场强度H越大,铁磁畴转变方向而形成的磁感应强度B越大。当全部铁磁畴都在同一方向时,磁饱和就发生了,再增加磁场强度H无法增加磁感应强度B。

影响和用途[编辑]

磁饱和限制了铁磁芯磁铁变压器能达到的最大磁场(约为2T),即限制了它们的最小磁芯,这也是为什么高功率电动机、发电机、变压器的体积那么大的一个重要原因,因为它们必须有一个大磁芯。

在电子电路、变压器与电感器这些用铁芯磁运转的东西中,当足够大的电流通过它们时它们的的磁芯也会达到饱和,此时它们的运转时非线性的,也就是说通过改变电流可以使这些磁芯的电感系数与其他性质随之改变。在线性电路中这通常被视为一种不希望出现的现象。当施加交流电信号的时候,这种非线性会造成一次谐波互调失真。为了避免这种现象,施加在铁芯电感上的信号强度必须被限制使它不会达到饱和。为了减小这种影响,在一些变压器磁芯中会有一些气隙。在饱和电流的情况下,通过电流的线圈需要使磁芯饱和,这由不同规格电感器与变压器的厂商来处理。

另一方面,磁饱和被利用在一些电子设备中。例如被用于在弧焊中,用饱和变压器芯限制电流,可饱和变压器在这里的作用相当于一个稳压器。当原电流超过某一特定值时,芯进入一种饱和状态,限制次级电流的进一步递增。在更复杂的应用中,饱和铁芯感应器磁放大器使用一个直流电通过一个独立离的线圈来控制电感器的阻抗。在控制绕组中,变化的电流使操作点在饱和曲线中上下移动,控制通过电感器的交流电。也被用于变化的萤光灯镇流器中和功率控制系统中。

參見條目[编辑]

参考[编辑]