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电磁场中的磁导率

来源: 编者:梅开行 伍家驹 李小兵 发布时间:2014-01-24

摘要:文章详细阐述了磁性材料的各种磁导率的概念,并结合图形理解各种磁导率的导出公式,对工程电磁场的计算分析有一定的参考作用。
关键词:磁导率;磁性材料;工程磁场
Abstract:
Keyword:

在电磁理论以及磁阻表达式中均包含有磁导率,多值强非线性的磁导率不但与所选铁磁质有关而且与磁件的工作状态密切相关,这给磁导率的阐述增加诸多不便。磁导率的运用一直是电力电子技术瓶颈,常使研发人员困惑,电路分析时常把铁芯磁导率当作常数来对待是一种不得已地的简化。在应用电感量和磁阻等物理量进行分析时都需要涉及到磁导率,因此为深入研究,有必要进一步的理清各种电感率。

2、各种磁导率

磁性材料在充磁和退磁过程中,磁感应强度和磁场强度会表现出一种非线性关系的曲线,在循环进行充磁、退磁、反向充磁、反向退磁的过程中,会形成如图1所示的磁滞回线图形。

图1 某磁性材料的磁滞回线示意图

磁介质中磁通密度B与磁场强度H 之比,即

μdB/dH

式中μ为磁导率,在国际单位制中其单

 

基金项目:国家自然科学基金

51167014,50967003,50467003

位为亨米。各向异性磁介质的磁导率为张量。真空的磁导率记为μ0,在国际单位制中规定为4π×10-7亨/米。由此定义了材料的基本磁导率μ,磁滞回线中不同点之间的磁导率是不同的,为了正确利用磁导率,理解各种磁导率是非常必要的。
 2.1真空磁导率μ0

真空状态下的磁导率,4π×10 -7 H/m,量纲式:L-1MT -2-2,为常用相对磁导率的比较基准。

2.2相对磁导率μ

某材料磁导率相对于真空磁导率的倍数。

2.3初始导磁率μi

表示B-H曲线在原点的斜率,是在很小的测量范围内(如便携式仪表)测量得到的结果。

图2 初始磁导率示意图

2.4、直流磁导率μdc

周期地改变磁场强度H可形成磁滞回线,改变H的最大值可形成不同的磁滞回线,连接不同磁滞回线顶点的曲线为基本磁化曲线,H以远小于工频的周期变化所得的基本磁化曲线为直流基本磁化曲线,直流磁导率μdc为该曲线上BH之比。

图3直流磁导率示意图

2.5、特定频率的基本磁导率μf

以直流极限磁滞回线饱和点(Hmax,Bmax)为定点,周期地改变磁场强度H可形成同心磁滞回线,H变化的频率越高,矫顽磁力越来越大、同心磁滞回线的面积也越大,越不容易饱和,提示B不仅与H有关,而且与磁化方向H/t有关。

在特定频率下,改变H的最大值可形成不同的磁滞回线,连接不同磁滞回线顶点的曲线为特定频率下的磁化曲线,特定频率的基本磁导率μf为该曲线上BH之比。

对普通硅钢片而言,其工作频率越高磁导率越小。商品铁磁质所提供的磁导率通常是直流磁导率或工频磁导率,而逆变器用磁件的实际工况往往有直流、工频倍频和甚至开关频率分量。

图4基本磁导率示意图

2.6、微分磁导率μd

特定频率下,基本磁化曲线各点的斜率,反映了H增量导致B增量的急剧程度。           

μd = dB/dH 

                (1)

 

图5 微分磁导率示意图

 2.7、增量导磁率μΔ

在交直流磁场的共同作用下,小幅度的交变H使得B会围绕着原工作点形成局部磁滞回线,该局部磁滞回线的斜率即为μΔ,其表达式为μΔ=μΔ(H,ΔB).

图6 增量导磁率示意图

2.8、剩磁增量导磁率μΔr

极限磁滞回线中,连接剩余磁感应强度(0,Br)与最大磁场强度所在点(Hm,Bm)间的直线斜率,μΔr = (BmBr)/Hm .

图7 剩磁增量导磁率示意图

2.9、矫顽增量导磁率μΔc

极限磁滞回线中,通过最大矫顽力Hc所在点(Hc,0)的切线相对于H轴的斜率,为变压器采样模型中参数辨识的优选点。

......



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