在電子電路和磁性材料領(lǐng)域,軟磁材料的磁滯回線是理解其磁性能的關(guān)鍵。今天,我們就來(lái)一步步拆解,帶你輕松看懂軟磁材料的磁滯回線 。
01磁滯回線的基本構(gòu)成
磁滯回線是描述磁性材料在磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)變化時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)響應(yīng)規(guī)律的曲線,軟磁材料的磁滯回線有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位和線段 :
1.起始磁化段(of 段)
當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 從 0 開(kāi)始逐漸增大,軟磁磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 也隨之上升。這一階段,磁疇開(kāi)始逐漸轉(zhuǎn)向、規(guī)整排列,B 隨 H 增大而快速變化,就像給磁性材料 “充磁” 的起步過(guò)程 。
2.飽和段(fa 段)
隨著 H 繼續(xù)增大到一定程度,磁芯內(nèi)部磁疇基本都沿外磁場(chǎng)方向整齊排列,再增大 H,B 增加變得很緩慢,直至趨于穩(wěn)定的最大值 B?,此時(shí)磁芯達(dá)到 “飽和”,后續(xù) H 增加對(duì) B 影響極小,這就是磁飽和現(xiàn)象 。
3.退磁段(ab 段)
當(dāng) H 達(dá)到最大值 H?后開(kāi)始減小,B 并不會(huì)沿原來(lái)的起始磁化曲線回落,而是沿著一條新曲線下降。即便 H 回到 0,B 也不會(huì)回到 0,而是保留一定數(shù)值 B?,這就是剩磁,體現(xiàn)磁芯被磁化后 “記住” 磁性的能力,軟磁材料剩磁一般相對(duì)較?。ㄓ泊挪牧鲜4糯?,用于做永磁體) 。
4.反向磁化與矯頑力(bc 段)
為了讓 B 回到 0,需要施加反向的磁場(chǎng)強(qiáng)度 -H?(即矯頑力 H?)。H 反向增大過(guò)程中,B 逐漸減小到 0,H?反映軟磁磁芯抗拒退磁的能力,軟磁材料矯頑力小,說(shuō)明容易被退磁,這也是軟磁材料適合高頻、快速變化磁場(chǎng)場(chǎng)景的原因(比如變壓器、電感磁芯,需要快速響應(yīng)磁場(chǎng)變化) 。
5.反向飽和與循環(huán)(cd、de 段等)
繼續(xù)增大反向 H 到 -H?,磁芯會(huì)達(dá)到反向飽和(-B? ),之后再讓 H 從 -H? 變回 H?,就會(huì)重復(fù)類(lèi)似正向磁化的過(guò)程,形成完整的閉合回線,這就是 “磁滯” 的體現(xiàn) ——B 的變化滯后于 H 的變化 。
02軟磁磁芯磁滯回線的特點(diǎn)
軟磁材料(像硅鋼片、鐵氧體磁芯等)的磁滯回線,和硬磁材料(永磁體)相比,有明顯不同:
1.回線形狀:軟磁的回線更 “瘦長(zhǎng)”,意味著剩磁 B?小、矯頑力 H?小。硬磁回線寬而 “肥胖”,剩磁和矯頑力大,能長(zhǎng)久保持磁性 。2.能量損耗:磁滯回線包圍的面積,反映磁滯損耗大?。ń蛔兇艌?chǎng)下,磁芯反復(fù)磁化,磁疇來(lái)回翻轉(zhuǎn)消耗的能量,轉(zhuǎn)化為熱量)。軟磁回線面積小,磁滯損耗低,適合高頻、高頻率磁化反轉(zhuǎn)的場(chǎng)景,比如開(kāi)關(guān)電源里的電感磁芯,要頻繁在磁場(chǎng)變化中工作,小損耗能保證效率、避免過(guò)熱 。
03
磁滯回線的實(shí)際意義
1.選材依據(jù)
不同軟磁材料磁滯回線不同,設(shè)計(jì)電路時(shí),比如做高頻變壓器,要選磁滯回線瘦長(zhǎng)、高頻損耗小的鐵氧體磁芯;做低頻大功率變壓器,硅鋼片(一種軟磁材料)因磁導(dǎo)率合適、成本低等,成為常用選擇,其磁滯回線特性適配低頻大電流場(chǎng)景 。
2.性能評(píng)估
通過(guò)觀察磁滯回線,能判斷軟磁磁芯質(zhì)量。回線是否規(guī)整、矯頑力和剩磁是否穩(wěn)定在合理范圍,反映磁芯一致性、是否存在缺陷(比如內(nèi)部應(yīng)力大,可能讓回線變形、損耗增加) 。
3.應(yīng)用適配
在電磁感應(yīng)、濾波、儲(chǔ)能等應(yīng)用里,磁滯回線決定了磁芯工作表現(xiàn)。比如電感,磁滯回線的飽和特性會(huì)限制電感最大工作電流(超過(guò)飽和,電感量會(huì)大幅下降,電路性能受影響),設(shè)計(jì)時(shí)得依據(jù)磁滯回線把控參數(shù) 。