电工新手必知，磁性材料的磁特性是什么？

磁滞回线是什么？B-H曲线是什么？在之前学习磁的基本物理量的时候我就提到过这两个概念，当时没有以此展开讲解，其实就是在这等着大家呢。继上次大家学习了什么是磁性材料和非磁性材料后，我们这次继续学习磁性材料的磁特性。

如下图23-1所示的变压器铁芯硅钢片、铣床电磁吸盘、电磁起重机，还有此卡、磁盘等等，铁磁材料的应用与我们的生活息息相关。而磁性材料不同的磁特性可以让它应用在各种不同的领域。那么，磁性材料有着什么样的磁特性呢？

磁性材料的磁导率很大，μ_r≫1，其磁导率可比非磁性材料的要高10²～10⁶倍。这就好比高导电率，导体导电率（电导率） 越大，其电阻越小，导电性能也就越好，在相同电流作用下，其消耗也较小，作为导线用，显然是选择电导率越大的导体越有利。类似的，在需要应用磁力的各种设备中，自然也是磁力越大越好，而高磁导率的磁性材料，在通过很小的电流的情况下，就能产生很大的磁力，达到很好的工作效率。

例如曹老师在《电工基础》课程中所提到的导磁块、铣刨用强力电磁吸盘以及电磁起重机都是利用磁性材料高磁导率的特性得到广泛使用。

2、磁饱和性

磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场（或激励磁场的电流）增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外磁场方向一致，这是的磁感应强度将达到饱和值。我们以通电线圈为例，如图23-2所示，图（a）中流过电流i的通电线圈在真空中时的磁场强度H和磁感应强度B关系与图（b）中流过相同电流i的通电线圈内含有磁性材料介质时的磁场强度H和磁感应强度B关系不同。

若图23-2中的磁介质是变压器铁芯，显然图（b）中的磁感应强度比图（a）的大得多。这是因为铁芯被磁化后使得原磁场得到大大增强。而上文提到，磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，也就是说铁芯对磁场的增强效果是有限的。

在上一次的学习内容中我们已经知道，非磁性物质的磁导率约等于真空磁导率，真空的磁感应强度B和所处的磁场强度H成正比，它们的特性曲线呈线性关系；同样的，其磁通φ与产生磁场的电流I成正比，也是呈线性关系。

而含有磁介质的情况下的磁化曲线却不是线性的，如图23-3所示。磁性物质的磁化现象使得在相同的磁场强度（或者是相同的励磁电流）下，磁介质中总的磁感应强度比真空情况下（没有磁介质）的磁感应强度大；另外，磁性物质的磁导率也不是常数。因为此时的B与H不是线性关系，所以磁通量φ与H也不存在正比关系。

当磁化的磁感应强度达到饱和值，即全部磁畴都会转向与外磁场方向一致的时候，B_J-H曲线趋于平缓，此时再增加磁场强度H，总的磁感应强度B的变化趋势与B₀基本相同。由B=μH，我们也可以看到，随着H的增大，μ在增大，即B-H曲线的斜率在增大。显然B-H曲线就是磁化曲线，它表示表示磁性物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B之间的关系。

3、磁滞性

在上一次的学习中我们也已经知道了，磁性材料按磁化后去磁的难易程度可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁材料剩磁较小，硬磁材料剩磁较大。也就是说，磁性材料通过磁化具有磁性后，其磁性并不是简单的随着磁场强度（或者是励磁电流）的消失而消失，而是通过采用某种手段才能去掉磁性。

我们以铁芯线圈为例讲解，当铁芯线圈通有交变电流时，铁芯将受到交变磁化。但当H减少为零时，B并未回到零值，出现剩磁B_r。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图23-4为磁性物质的磁滞回线。

此后若减小H，磁化曲线从点“1”开始并不沿原来的起始磁化曲线返回，这表明磁感应强度B的变化滞后于H的变化。当H减小为零时，B并不为零，而等于剩磁B_r（点“2”）。要使剩磁消失，通常需进行反向磁化，即加一反向磁化场（反向磁场强度H），而当反向磁化场加强到-H_c时，B才为零。将B=0时的H值称为矫顽磁力，即H_c称为矫顽磁力，如图23-4中的点“3”和点“6”,。

如果反向磁场强度H的大小继续增大，磁性材料将沿反方向磁化到达饱和状态，相应的磁感应强度继续达到饱和值（点“4”）。

此后若使反向剩磁磁-B_r减小到零，然后磁场强度H又沿正方向增加。磁性材料磁化状态将沿曲线5-6-1回到正向饱和磁化状态。

如图23-4中这种在磁场强度周期性变化时，磁性物质由于磁滞现象的闭合磁化曲线叫做磁滞回线。磁性材料在循环磁化过程中是伴随着能量的损耗的，即磁滞损耗，它是磁畴反复转向引起的能量损失。另外，可以证明，B-H磁滞回线所包围的面积正比于在一次循环磁化中的能量损耗，在此也不展开讲述。

接触过变压器的电工朋友们应该知道铜损和铁损，其中铁损是指铁磁材料在交变磁场中的磁滞损耗和涡流损耗之和。这里的磁滞损耗就是上文所指的磁滞损耗，它会使变压器铁芯发热。

学到这里，我们已经可以很好地回到前面所提的的问题了，磁性材料的磁特性是：导磁能力强，磁通与励磁电流为非线性关系，具有磁滞性和磁饱和性。磁特性的根源在于磁性材料内部存在磁畴。

知道了磁性材料的磁特性后，结合磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料这点，我们可以很快的知道，硬磁材料一经外磁场磁化后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部分或大部分原磁场方向的磁性。这类材料的剩余磁感应强度B_r高，矫顽磁力H_c大。

根据磁滞回线和磁化曲线的不同，磁性物质大致可以被分为三类：软磁材料、硬磁材料及矩磁材料，它们的磁滞回线如图23-5所示。

如图23-5中的三种磁滞回线的形状。软磁材料的矫顽磁力较小，磁滞回线较窄，磁滞损失小，一般为硅钢、纯铁、铸铁、坡莫合金等，用来制造电机、变压器等的铁芯。硬磁材料矫顽磁力较大，磁滞回线较宽，磁滞损失大，一般为铬钢、钴钢、碳钢、钨钢等，适宜制作永久磁铁。矩磁材料剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线近似为矩形，稳定性良好，适用于电子计算机随机存取的记忆装置、磁放大器等。

在《电工基础》中，曹老师还给我们讲解了怎么查看磁化曲线，在这里由于制图原因，我就不再展开讲解，大家可以去看曹老师的课程。

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