磁性材料特性 8 (2)磁滞回线 B 当磁化对齐后，减小外磁场，磁化强 Bs 度减小缓慢，即使磁场强度减小到零， 仍有足够强的磁化强度，对应的磁感 B 应强度称为剩余磁感应强度Br; Hm -Hc H 只有反方向增强磁场，磁化强度才能 H Hm 减小，磁感应强度为零的反向磁场强 -B, 度称为矫顽力Hc; Bs 反向继续增大磁场强度，材料反向磁 化，同样可达到饱和磁感应强度B,; 交流磁化曲线磁滞回线 其反向磁场强度减小的过程正好与正 B 向相反。 形成的闭合磁化曲线称为磁滞回线。 0 局部磁滞回线：存在直流偏置的交变 磁场的磁化曲线，如PWM调制； 2022-3-12 11
2022-3-12 11 磁性材料特性 （2）磁滞回线 ◦ 当磁化对齐后，减小外磁场，磁化强 度减小缓慢，即使磁场强度减小到零， 仍有足够强的磁化强度，对应的磁感 应强度称为剩余磁感应强度Br； ◦ 只有反方向增强磁场，磁化强度才能 减小，磁感应强度为零的反向磁场强 度称为矫顽力Hc； ◦ 反向继续增大磁场强度，材料反向磁 化，同样可达到饱和磁感应强度Bs； ◦ 其反向磁场强度减小的过程正好与正 向相反。 ◦ 形成的闭合磁化曲线称为磁滞回线。 ◦ 局部磁滞回线：存在直流偏置的交变 磁场的磁化曲线，如PWM调制； H B Hc Br Bs -Hc -Bs Hm -Hm -Br 交流磁化曲线磁滞回线 H B
磁性材料特性 8 磁滞损耗 0 软磁材料在交变磁场作用下，反复 磁化形成磁滞回线，相应的能量损 耗称为磁滞损耗。 磁滞现象是电工钢等软磁材料的基 Pas=fOwI⊙H·dB]dW 本特性。 一个周期内磁滞损耗能量体密度是 磁滞回线的面积。 单位质量磁滞损耗 。磁滞损耗功率等于交变频率与空间 磁场能量体密度积分的乘积。 Pis u f 0 磁场强度和磁感应强度都是时间和 空间坐标的函数。 硬磁材料在交变磁场作用下，也存 在磁化动态，消耗能量。 2022-3-12 12
2022-3-12 12 磁性材料特性 磁滞损耗 ◦ 软磁材料在交变磁场作用下，反复 磁化形成磁滞回线，相应的能量损 耗称为磁滞损耗。 ◦ 磁滞现象是电工钢等软磁材料的基 本特性。 ◦ 一个周期内磁滞损耗能量体密度是 磁滞回线的面积。 ◦ 磁滞损耗功率等于交变频率与空间 磁场能量体密度积分的乘积。 ◦ 磁场强度和磁感应强度都是时间和 空间坐标的函数。 ◦ 硬磁材料在交变磁场作用下，也存 在磁化动态，消耗能量。 phys = f H · dB ò c [ ]dV òW phys µ fBm a 单位质量磁滞损耗
磁性材料特性 8 (3)涡流 0 磁性材料在交变磁 场中产生交变电场， 当材料的电导率不 是零时就会产生涡 涡流 流，涡流分布存在 V×E=- B B 趋肤效应； t 0 电场强度E与磁感 J=sE 应强度B的关系 电流密度刻与电场 p=J·E 强度E的关系 0 损耗功率密度p与 涡流分布 2022-3-12 电流密度和电场强 13 度E的关系
2022-3-12 13 磁性材料特性 （3）涡流 ◦ 磁性材料在交变磁 场中产生交变电场， 当材料的电导率不 是零时就会产生涡 流，涡流分布存在 趋肤效应； ◦ 电场强度E与磁感 应强度B的关系 ◦ 电流密度J与电场 强度E的关系 ◦ 损耗功率密度p与 电流密度J和电场强 度E的关系 B d 涡流分布 涡流 E = - ¶B ¶t J = s E p = J · E
磁性材料特性 宫8 涡流损耗 0 涡流引起的损耗称为涡流损耗；单位质量涡流损耗 功率与频率和磁感应强度幅值平方呈正比。 。考虑单位体积内的涡流损耗，磁场在区域内是均 dx 匀对称垂直纸面出来，根据Maxwell方程 0 B=B sinwt E (rB coswt 2 B 圆截面 panv d 硅钢片 p-flE-dVjli-5p-(B.div 单位质量涡流损耗 peaaμ(fBn） 2022-3-12 14
2022-3-12 14 磁性材料特性 涡流损耗 ◦ 涡流引起的损耗称为涡流损耗；单位质量涡流损耗 功率与频率和磁感应强度幅值平方呈正比。 考虑单位体积内的涡流损耗，磁场在区域内是均 匀对称垂直纸面出来，根据Maxwell方程 peddy = f s E 2dV òW [ ]dt òT = s p 2 16 ( fBmd) 2V x y B dx d h 0 Ej (r) = rw 2 Bm B = Bm sinwt coswt 圆截面 peddy = f s E 2dV òW [ ]dt òT = s p 2 6 ( fBmd) 2 硅钢片 V peddy µ ( fBm ) 2 单位质量涡流损耗
磁性材料特性 三8 。铁心损耗 0 电机内磁性材料在交变磁场作用下， 反复磁化，磁化特性形成磁滞回线， 铁心内形成蜗旋电场，不仅产生磁滞 损耗，而且在电机铁心中产生涡流和 单位质量铁心损耗 涡流损耗； 0 磁滞损耗和涡流损耗统称为铁心损耗， 简称铁耗。 Pfe=Pnys+Peddy ·减小铁耗的方法 0 采用矫顽力小和剩余磁感应强度小的 =knfBa+ke(fB) 软磁材料做铁心； 。采用厚度薄导磁性能好的电工钢片， 表面涂绝缘漆： 频率高的场合采用非晶材料； 磁路不能太饱和； 2022-3-12 15
2022-3-12 15 磁性材料特性 铁心损耗 ◦ 电机内磁性材料在交变磁场作用下， 反复磁化，磁化特性形成磁滞回线， 铁心内形成蜗旋电场，不仅产生磁滞 损耗，而且在电机铁心中产生涡流和 涡流损耗； ◦ 磁滞损耗和涡流损耗统称为铁心损耗， 简称铁耗。 减小铁耗的方法 ◦ 采用矫顽力小和剩余磁感应强度小的 软磁材料做铁心； ◦ 采用厚度薄导磁性能好的电工钢片， 表面涂绝缘漆； ◦ 频率高的场合采用非晶材料； ◦ 磁路不能太饱和； pfe = phys + peddy = kh fBm a + ke ( fBm ) 2 单位质量铁心损耗