磁滞损耗

折叠 编辑本段 简介

磁滞损耗 是铁磁体等在反复磁化过程中因磁滞现象而消耗的能量。 磁滞指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度B与磁场强度 H之间呈现磁滞回线关系。经一次循环，每单位体积铁芯中的磁滞损耗正比于磁滞回线的面积。这部分能量转化为热能，使设备升温，效率降低，它是电气设备中铁损的组成部分，这在交流电机一类设备中是不希望的。软磁材料的磁滞回线狭窄，其磁滞损耗相对较小。硅钢片因此而广泛应用于电机、变压器、继电器等设备中。

折叠 编辑本段 起因

磁滞现象是指铁磁性物理材料(例如:铁)在磁化和去磁过程中，铁磁质的磁化强度不仅依赖于外磁场强度，还依赖于原先磁化强度的现象。当外加磁场施加于铁磁质时，其原子的偶极子按照外加场自行排列。即使当外加场被撤离，部分排列仍保持:此时，该材料被磁化。 一但被磁化了，其磁性会继续保留。要消磁的话，只要施加相反方向的磁场就可以了。这亦是硬盘的记忆运作原理。

磁滞回线

在铁磁质中，磁场强度(H)和磁感应强度(B)之间的关系是非线性的。如果在增强场强条件下，此二者关系将呈曲线上升到某点，到达此点后，即使场强H继续增加，磁感应强度B也不再增加。该情况被称为磁饱和(magnetic saturation)。

此后若减小磁化场，磁化曲线从B点开始并不沿原来的起始磁化曲线返回，这表明磁化强度M的变化滞后于H的变化。当H减小为零时，M并不为零，而等于剩余磁化强度Mr。要使M减到零，必须加一反向磁化场，而当反向磁化场加强到-Hcm时，M才为零，Hcm称为矫顽力。

故画出铁磁质在反复磁化过程中的磁场强度(H)和磁感应强度(B)之间的关系曲线如图1所示，该曲线被称为磁滞回线。

可见，磁滞损耗表现为磁化过程中有一部分电磁能量不可逆转地转换为热能。在准静态反复磁化过程中，单位体积的铁磁体被交变磁场磁化一周所产生的磁滞损耗正比于磁滞回线所包围的面积，即∮H dB。设交变磁场的频率为f，则单位时间、单位体积的磁滞损耗为f·∮HdB。

在电气设备的铁芯损耗一般就由磁滞损耗和涡流损耗组成。为了最小化磁滞损耗的影响和减小相关的能量损失，从而采用具有低矫顽力和低迟滞损失的铁磁性物质，例如坡莫合金(铁镍合金，透磁合金)。

折叠 编辑本段 计算

为使铁芯磁化，必须供给铁芯能量。当铁芯材料磁化时，它的磁通密度B与磁场强度之间呈现磁滞回线关系。经一个循环，铁芯每单位体积所得到的能量为

式中积分是环绕磁滞回线进行的。上式表明，每单位体积的铁心经一循环，铁心中的磁滞损耗正比于磁滞回线的面积，这一能量转化为热能。如果B的单位为特(斯拉)，H的单位为安/米，则能量以焦(耳)/米表示。

C.P.施泰因梅茨曾找到表示磁滞损耗的经验公式，按照此式，每单位体积每周的磁滞损耗W可表示为

式中f为工作频率;Bm为磁滞回线上磁感应强度的最大值;K1为取决于材料性质及其他有关因素的常数;η为施泰因梅茨系数。施泰因梅茨得到许多种材料的指数η约为1.6，而其他材料的η值约在1.5至2.5之间。各类材料的η值可查表得知。

在交流电机中，大量铁芯中都有周期地变化其大小、方向的磁通，从而引起磁滞损耗。磁滞损耗将转化为热能，使电机温度升高，效率降低，这是不希望的。因此选择磁滞回线面积小的材料和降低工作频率来减少磁滞损耗。