铁磁材料的磁性能及简单磁路的分析方法

变压器和电动机是两种最常用的动力设备，就其原理而言，它们都是以电磁感应作为工作基础的。本节首先介绍磁路的基本知识，然后介绍变压器的工作原理和基本特性。

常用的电工设备，例如变压器、电动机以及许多电器和电工仪表等，都是以电磁感应为工作基础的，因此，在工作时都会产生磁场。为了把磁场聚集在一定的空间范围内，以便加以控制和利用，就必须用高磁导率的铁磁材料做成一定形状的铁心，使之形成一个磁通的路径，使磁通的绝大部分通过这一路径而闭合。把磁通经过的闭合路径称为磁路。下面先介绍铁磁材料的磁性能，再说明简单磁路的分析方法。

1、铁磁材料的磁性能

铁磁材料是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，它有广泛的用途，是制造变压器、电动机和电器铁心的主要材料。

（1）磁化曲线与磁滞回线。

铁磁材料被放入磁场强度为H的磁场内，会受到强烈的磁化。当磁场强度H由零逐渐增加时，磁感应强度B随之变化的曲线称为磁化曲线，如图1.1所示。由图可见，开始时，随着H的增加B增加较快，后来随着H的增加B增加缓慢，逐渐出现饱和现象，即具有磁饱和性。在磁化曲线上任一点的B和H之比就是磁导率μ，它是表征物质导磁性能的一个物理量。显然，在该磁化曲线上各点的μ不是一个常数，它随H而变，并在接近饱和时逐渐减小（如图1.1所示）。也就是说，铁磁材料的磁导率是非线性的。

虽然每一种铁磁材料都有自己的磁化曲线，但它们的μ值都远大于真空磁导率μ，具有高导磁性。非铁磁材料的磁导率接近真空的磁导率μ，μ=4π×10-7而铁磁材料的磁导率远大于非铁磁材料，两者之比可达103～104倍。因此，各种变压器、电机和其他电器的电磁系统几乎都用铁磁材料构成铁心，在相同的励磁绕组匝数和励磁电流的条件下，采用铁心后可使磁感应强度增强几百倍甚至几千倍。

铁磁物质在交变磁化过程中H和B的变化规律如图1.2所示。当磁场强度H由零增加到某个值H（=+Hm）后，如减少H，此时B并不沿着原来的曲线返回而是沿着位于其上部的另一条轨迹减弱。当H=0时B=Br，Br称为剩磁感应强度，简称剩磁。只有当H反方向变化到?Hc时，B才下降到零，Hc称为矫顽力。由此可见，磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，这种现象称为磁滞现象。也就是说，铁磁材料具有磁滞性。

如果继续增大反向磁场强度，到达H=?Hm时，把反向磁场强度逐渐减小，到达H=0时，再把正向磁场强度逐渐增加到+Hm，如此在+Hm和?Hm之间进行反复磁化，得到的是一条如图1.2所示的闭合曲线，这条曲线称为磁滞回线。

图1.1 磁化曲线和μ-H 曲线

图1.2 磁滞回线