软磁材料的磁滞回路

通常称为<磁>磁滞的磁性材料的滞后或延迟涉及材料的磁化特性，通过该材料，磁化材料首先被磁化然后去磁。

我们知道电磁线圈产生的磁通量是给定区域内产生的磁场或力线的量，它通常被称为“磁通密度”。给定符号B，其中磁通密度的单位是特斯拉，T。

我们从前面的教程中也知道，电磁铁的磁场强度取决于线圈的匝数，电流的流动通过线圈或使用的芯材类型，如果我们增加电流或匝数，我们可以增加磁场强度，符号 H 。

以前，相对磁导率，符号μ r 定义为绝对磁导率μ与自由空间磁导率μ<的比值sub> o （真空），这是一个常数。然而，磁通密度 B 与磁场强度之间的关系 H 可以通过相对磁导率μ r的事实来定义。 不是常数，而是磁场强度的函数，从而使磁通密度为： B =μH。

然后是磁通密度由于材料的相对磁导率与真空中的磁通密度（μ o H ）和空气相比，材料中的材料将增加一个更大的因子-cored线圈这种关系如下：

因此对于铁磁材料，磁通密度与磁场强度之比（ B / H ）不是恒定的，而是随着磁通密度而变化。但是，对于空心线圈或任何非磁性介质核心（如木材或塑料），此比率可视为常数，此常数称为μ o ，自由空间的渗透率，（μ o =4.π.10 -7 H / m ）。

通过绘制磁通密度值（ B ）与场强（ H ）的关系，我们可以产生一组称为磁化曲线的曲线，磁滞曲线或更常见的BH曲线用于如下所示的每种类型的核心材料。

磁化或BH曲线

上面的磁化曲线集 M 表示 B <之间关系的一个例子/ span>和 H 用于软铁和钢芯，但每种类型的芯材都有自己的一套磁滞曲线。您可能会注意到磁通密度与磁场强度成比例地增加，直到达到一定值为止，随着磁场强度的不断增加，磁通密度不再增加，几乎达到水平和恒定。

这是因为由于铁中的所有区域完全对齐，因此核心可以产生的通量密度的量存在限制。任何进一步的增加都不会对 M 的值产生影响，并且图表中磁通密度达到其极限的点称为磁饱和，也称为核心的饱和度以及我们在钢曲线饱和点上方的简单示例中，每米约3000安培匝数开始。

饱和发生是因为我们从之前的磁学教程中记得包括韦伯的理论，随着材料中的微小分子磁体变得“排列”，核心材料内分子结构的随机偶然排列发生变化。

随着磁场强度的增加，（ H ）增加，这些分子磁体变得越来越对齐，直到它们达到完美对齐，产生最大磁通密度，并且由于磁场强度的增加，磁场强度会增加。流过线圈的电流几乎没有影响。

保持性

让我们假设我们的电磁线圈由于电流流过而具有高场强，并且铁磁芯材料已达到其饱和点，即最大磁通密度。如果我们现在打开一个开关并去除流过线圈的磁化电流，我们可以预期线圈周围的磁场会随着磁通量减小到零而消失。

然而，磁通量并没有完全消失因为电磁芯材料即使在电流已经停止在线圈中流动时仍然保留其一些磁性。在磁化过程停止后，线圈在磁芯内部保留一些磁性的能力被称为保持性或剩磁，而磁芯中仍然保留的磁通密度的量称为残留磁性， B R

原因是一些微小的分子磁体没有恢复到完全随机的模式，仍然指向原始磁场的方向，给它们一种“记忆”。一些铁磁材料具有高保持性（磁性硬），因此非常适合生产永磁体。

其他铁磁材料具有低保持性（软磁），非常适合用于电磁铁，电磁阀或继电器。将该剩余磁通密度减小到零的一种方法是通过反转流过线圈的电流的方向，从而使 H 的值，磁场强度为负。此效应称为矫顽力， H C 。

如果此反向电流进一步增加，磁通密度将反向也增加，直到铁磁芯再次达到饱和，但是从之前的反方向。将磁化电流 i 再次降低到零将产生相似量的剩余磁力但反向。

然后通过不断改变磁化电流的方向通过如在AC电源中那样，可以产生从正方向到负方向的线圈，可以产生铁磁芯的磁滞磁环。

磁滞回线

上面的磁滞磁循环，以图形方式显示铁磁芯的行为 B 与 H 之间的关系是非线性的。从非磁化核心开始， B 和 H 将在磁化曲线上为零，点 0 。

如果磁化电流 i 沿正方向增加到某个值，磁场强度 H 随 i 线性增加，磁通密度 B 也将增加，如点 0 到点a的曲线所示，当它朝向饱和时。

现在，如果线圈中的磁化电流减小到零，围绕磁芯循环的磁场也减小到零。然而，由于磁芯内存在剩余磁力，线圈磁通量不会达到零，这显示在从点a到b的曲线上。

为了将点 b 处的磁通密度降低到零，我们需要反转流过线圈的电流。必须施加以使剩余磁通密度为零的磁化力称为“矫顽力”。该矫顽力使磁场重新排列，重新排列分子磁体，直到核心在点c处未被磁化。

此反向电流的增加导致磁芯在相反方向上磁化，并且进一步增加磁化电流将导致磁芯达到其饱和点，但在相反方向上，点d曲线。

这一点与点b对称。如果磁化电流再次降低到零，则磁芯中存在的剩余磁力将等于先前的值，但是在e处反向。

再次反转磁化电流通过线圈这次进入正方向将导致磁通量达到零，曲线上的点f并且如前所述进一步增加磁化电流将导致磁芯达到饱和点a。

然后 BH 曲线遵循abcdefa的路径，因为流过线圈的磁化电流在正负值，例如交流电压的周期。该路径称为磁滞回线。

磁滞效应表明铁磁芯的磁化过程因此磁通密度取决于曲线的哪一部分铁磁芯被磁化，因为这取决于过去的电路，给核心一种“记忆”。然后铁磁材料具有记忆性，因为它们在外部磁场被去除后仍保持磁化。

然而，软铁磁材料如铁或硅钢具有非常窄的磁滞回线，导致极少量的剩余磁性使它们成为继电器，螺线管和变压器的理想选择，因为它们可以很容易地磁化和去磁。

由于必须施加矫顽力来克服这种剩磁，因此必须在关闭磁滞回路时完成工作。所使用的能量在磁性材料中作为热量消散。这种热量称为磁滞损耗，损耗量取决于材料的矫顽力值。

通过在硅等铁金属中添加添加剂，可以制成矫顽力非常小的材料。具有非常窄的磁滞回线。具有窄磁滞回线的材料易于磁化和去磁，称为软磁材料。

软磁材料的磁滞回路

磁滞导致以热量形式浪费的能量耗散，浪费的能量与磁滞回线的面积成比例。磁滞损耗在交流变压器中始终是一个问题，因为电流不断改变方向，因此磁芯中的磁极会因为它们不断反向而导致损耗。

直流电机中的旋转线圈也会产生滞后现象因为它们交替地向北通过南极磁极而损失。如前所述，磁滞回线的形状取决于所使用的铁或钢的性质，并且在铁经受大量磁力反转的情况下，例如变压器铁芯，重要的是BH磁滞回线如同尽可能小。