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磁滯損耗（因磁滯現(xiàn)象而消耗的能量）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

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磁滯損耗

因磁滯現(xiàn)象而消耗的能量

磁滯損耗是鐵磁體等在反復(fù)磁化過程中因磁滯現(xiàn)象而消耗的能量。磁滯指鐵磁材料的磁性狀態(tài)變化時(shí)，磁化強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度，它的磁通密度B與磁場強(qiáng)度 H之間呈現(xiàn)磁滯回線關(guān)系。經(jīng)一次循環(huán)，每單位體積鐵芯中的磁滯損耗正比于磁滯回線的面積。這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使設(shè)備升溫，效率降低，它是電氣設(shè)備中鐵損的組成部分，這在交流電機(jī)一類設(shè)備中是不希望的。軟磁材料的磁滯回線狹窄，其磁滯損耗相對較小。硅鋼片因此而廣泛應(yīng)用于電機(jī)、變壓器、繼電器等設(shè)備中。

基本信息

中文名	磁滯損耗
外文名	hysteresis loss
計(jì)算方法	正比于磁滯回線所圍面積
作用材料	鐵磁材料

起因

磁滯回線

磁滯現(xiàn)象是指鐵磁性物理材料（例如：鐵）在磁化和去磁過程中，鐵磁質(zhì)的磁化強(qiáng)度不僅依賴于外磁場強(qiáng)度，還依賴于原先磁化強(qiáng)度的現(xiàn)象。當(dāng)外加磁場施加于鐵磁質(zhì)時(shí)，其原子的偶極子按照外加場自行排列。即使當(dāng)外加場被撤離，部分排列仍保持：此時(shí)，該材料被磁化。一但被磁化了，其磁性會(huì)繼續(xù)保留。要消磁的話，只要施加相反方向的磁場就可以了。這亦是硬盤的記憶運(yùn)作原理。

在鐵磁質(zhì)中，磁場強(qiáng)度（H）和磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）之間的關(guān)系是非線性的。如果在增強(qiáng)場強(qiáng)條件下，此二者關(guān)系將呈曲線上升到某點(diǎn)，到達(dá)此點(diǎn)后，即使場強(qiáng)H繼續(xù)增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度B也不再增加。該情況被稱為磁飽和（magnetic saturation）。

此后若減小磁化場，磁化曲線從B點(diǎn)開始并不沿原來的起始磁化曲線返回，這表明磁化強(qiáng)度M的變化滯后于H的變化。當(dāng)H減小為零時(shí)，M并不為零，而等于剩余磁化強(qiáng)度

。要使M減到零，必須加一反向磁化場，而當(dāng)反向磁化場加強(qiáng)到

時(shí)，M才為零，

稱為矯頑力。

故畫出鐵磁質(zhì)在反復(fù)磁化過程中的磁場強(qiáng)度（H）和磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）之間的關(guān)系曲線如圖1所示，該曲線被稱為磁滯回線。

可見，磁滯損耗表現(xiàn)為磁化過程中有一部分電磁能量不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)換為熱能。在準(zhǔn)靜態(tài)反復(fù)磁化過程中，單位體積的鐵磁體被交變磁場磁化一周所產(chǎn)生的磁滯損耗正比于磁滯回線所包圍的面積，即

。設(shè)交變磁場的頻率為f，則單位時(shí)間、單位體積的磁滯損耗為

。

在電氣設(shè)備的鐵芯損耗一般就由磁滯損耗和渦流損耗組成。為了最小化磁滯損耗的影響和減小相關(guān)的能量損失，從而采用具有低矯頑力和低遲滯損失的鐵磁性物質(zhì)，例如坡莫合金（鐵鎳合金，透磁合金）。

計(jì)算

為使鐵芯磁化，必須供給鐵芯能量。當(dāng)鐵芯材料磁化時(shí)，它的磁通密度B與磁場強(qiáng)度之間呈現(xiàn)磁滯回線關(guān)系。經(jīng)一個(gè)循環(huán)，鐵芯每單位體積所得到的能量為

式中積分是環(huán)繞磁滯回線進(jìn)行的。上式表明，每單位體積的鐵心經(jīng)一循環(huán)，鐵心中的磁滯損耗正比于磁滯回線的面積，這一能量轉(zhuǎn)化為熱能。如果B的單位為特（斯拉），H的單位為安/米，則能量以焦(耳)/米表示。

C·P·施泰因梅茨曾找到表示磁滯損耗的經(jīng)驗(yàn)公式，按照此式，每單位體積每周的磁滯損耗W可表示為

式中f為工作頻率；B為磁滯回線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值；K為取決于材料性質(zhì)及其他有關(guān)因素的常數(shù)；η為施泰因梅茨系數(shù)。施泰因梅茨得到許多種材料的指數(shù)η約為1.6，而其他材料的η值約在1.5至2.5之間。各類材料的η值可查表得知。

在交流電機(jī)中，大量鐵芯中都有周期地變化其大小、方向的磁通，從而引起磁滯損耗。磁滯損耗將轉(zhuǎn)化為熱能，使電機(jī)溫度升高，效率降低，這是不希望的。因此選擇磁滯回線面積小的材料和降低工作頻率來減少磁滯損耗。

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