磁滯損失

磁滯損失（hysteresis loss）是指在錄音、放音、消音磁頭中由於鐵芯材料受反覆磁化，使磁疇反覆摩擦而引起的損失。它與材料磁滯回線所包圍的面積和每秒鐘反覆磁化的次數成正比，是磁性記錄中頻率損失的一種。

基本介紹

• 中文名：磁滯損失
• 外文名：hysteresis loss
• 產生：鐵芯材料受反覆磁化
• 因素：磁感應強度最大值的平方成正比例
• 能量轉化：磁能變為內能
• 學科：物理學

簡介

交變磁通在鐵芯中不但引起渦流損失，同時還要產生磁滯損失。鐵芯在磁化和去磁的過程中，有磁滯現象。在交流磁路中，磁場強度H的大小與方向不斷地變化，鐵芯被反覆地磁化和去磁。在這個過程中，外磁場不斷地驅使磁疇轉向，就需要克服磁疇間的阻礙作用而消耗能量。這種能量的損耗就叫做磁滯損失。實驗和數學分析都可以證明，在單位體積的鐵芯中所產生的磁滯損失，與磁滯回線的面積（圖中磁滯回線所包圍的陰影部分）成正比。所以，磁滯回線所包圍的面積愈大，磁滯損失就愈大。勵磁電流的頻率愈高，即單位時間內磁場強度H所完成的循環次數愈多，磁滯損失也愈大。當頻率一定時，磁滯損失大致上與磁感應強度最大值的平方成正比。

磁滯回線

由此可見，交流勵磁的磁路應儘量採用磁滯回線狹小的軟磁材料，如矽鋼等。在電子和高頻方面用的高頻元件採用鐵氧體等軟磁材料，可以減少磁滯損失。

交變磁通在鐵芯中所產生的渦流損失和磁滯損失加起來叫做鐵芯損失，簡稱鐵損砸ΔP_Fe，這兩種損失都要從電源吸取能量，並轉化為熱能而使鐵芯發熱。因此，在設計大容量的交流發電機、變壓器和電動機時，要計算鐵芯發熱的情況，並採取各種相應的冷卻措施，如風冷、油冷、水冷等。在運行過程中，要注意監視鐵芯的溫度，以防過熱。電工設備的鐵損可以用試驗的方法測出。

鐵芯線圈的簡化相量圖是沒有考慮鐵芯中能量損失畫出來的。那么，鐵芯中的磁滯和渦流損失的存在，對於鐵芯線圈電路的相量圖會有什麼樣的影響呢?為了供給鐵芯損失所需要的能量，線圈必須從電源吸取有功功率。也就是說，即使不考慮線圈電阻所消耗的功率，線圈吸取的有功功率也不再等於零而應等於鐵損。即

P = VIcosφ=ΔP_Fe

因此，鐵芯線圈的功率因數不等於零，而應該是cosφ= ΔP_Fe/VI，電壓與電流之間的相位差φ必定小予90°，而大於0°，即0°<φ<90°。

考慮鐵損時鐵芯線圈電路的相量圖

這時，電流I應比Φ_m越前α角。這樣，鐵芯線圈電路的相量圖就如圖所示。可見如果考慮鐵損，勵磁電流和主磁通就不同相了。鐵芯損失愈大，α角也愈大，所以α角叫做鐵內損失角。

磁滯損失的產生

磁滯損失的產生，是由於鐵心在磁化過程與去磁過程中，在B-H曲線上以不同的路線進行，這一路線曲線就稱為磁滯回線。在這種情況下不僅磁路所需的瞬時功率不為0，而且平均功率也不等於0。磁滯損耗的能量轉換為熱能而使鐵心發熱。

磁滯損失公式

交變磁通在鐵芯中不但引起渦流損失，同時要引起磁滯損失。磁滯損失用ΔP_z表示。

為什麼會引起磁滯損失呢?前面在分析磁滯影響使基波電流和線圈兩端電壓之間相位差小於π/2的情況時已作了簡單說明。現在從磁化角度出發再說明一下原因。鐵芯在交變磁化的過程中，磁性材料磁疇不停地改變方向，磁疇之間會產生相互摩擦現象而使鐵芯發熱，所以要消耗能量。

實驗和數學分析可以證明，計算磁滯損失時常用下面的經驗公式，即

ΔP_z = δ_zfB_m²

式中ΔP_z是磁滯的功率損失，單位是瓦；δ_z是與磁性材料性質有關的係數；f是主磁通的頻率，單位是赫，B_m是磁感應強度的最大值，單位是高斯，V是鐵芯的體積，單位立方厘米。

磁滯損失與主磁通頻率、磁感應強度最大值的平方成正比例。要減小磁滯損失，就要選擇磁滯回線狹窄的磁性材料（軟磁性材料），因為它的δ_z小。

由此可見，為了減小磁滯損失，在交流磁路中應採用磁滯回線狹窄的軟磁性材料，如矽鋼片等。

相關

鐵磁質的剩磁現象

鐵磁材料除了具有高的磁導率外，另一重要的磁性特點就是磁滯。設鐵磁性材料已沿起始磁化曲線磁化到飽和，磁化開始飽和時的磁感應強度值用表示。如果在達到飽和狀態之後使H減小，這時B的值也要減小，但不沿原來的曲線下降，而是沿著上一條曲線段下降，對應的值比原先的值大，說明鐵磁質磁化過程是不可逆的過程。當 H=0時，B不為零，而是大於零，稱為剩餘磁感應強度，簡稱剩磁，這是鐵磁質的剩磁現象。

要消除剩磁，使鐵磁質中的恢復為零，需加反向磁場，反向磁場強度稱為矯頑力。繼續增加反向磁場 。材料又可被反向磁化達到反方向的飽和狀態，以後再逐漸減小反方向的磁場至零值時，和的關係將沿左下段變化，這時改變線圈中的電流方向，即又引入正向磁場。當磁場強度變化一個周期後，鐵磁質的磁化曲線形成一個閉合曲線。

磁滯現象

磁感應強度值的變化總是落後於磁場強度的變化，這種現象稱為磁滯，是鐵磁質的重要特性之一，上述閉合曲線常稱為磁滯回線。各種不同的鐵磁性材料有不同的磁滯回線，主要是磁滯回線的寬、窄不同和矯頑力的大小有別。磁滯回線是介質內部磁場強度和磁感應強度的關係曲線。 一般說來，鐵磁體等強磁物質的磁化強度M或磁感應強度B，不是磁場強度H的單值函式而依賴於其所經歷的磁狀態的歷史。以磁中性狀態（H =M=B=0）為起始態,當磁狀態沿起始磁化曲線0ABC磁化到 C點附近（如圖）時，此時磁化強度趨於飽和，曲線幾乎與H軸平行。將此時磁場強度記為H_s，磁化強度記為M_s。此後若減小磁場，則從某一磁場（B點）開始，M隨H的變化偏離原先的起始磁化曲線，M的變化落後於H。當H 減小至零時，M不減小到零，而等於剩餘磁化強度M_r。為使M減至零，需加一反向磁場，稱為矯頑力。反向磁場繼續增大到-H_s時，強磁體的M將沿反方向磁化到趨於飽和-M_s，反向磁場減小並再反向時，按相似的規律得到另一支偏離反向起始磁化曲線的曲線。於是當磁場從Hs變為-H_s，再從-H_s變到H_s時，強磁體的磁狀態將由閉合回線CBDEFEGBC描述，其中BC及EF兩段相應於可逆磁化，M為H的單值函式。而BDEGB為磁滯回線。在此回線上，同一H可有兩個M值，決定於磁狀態的歷史。這是由不可逆磁化過程所致。若在小於H_s的±H_m間反覆磁化時，則得到較小的磁滯回線。稱為小磁滯回線或局部磁滯回線（見磁化曲線圖）。相應於不同的H_m，可有不同的小回線。而上述 BDEGB為其中最大的。故稱為極限磁滯回線。H大於極限回線的最大磁場強度H_s時，磁化基本可逆；H小於此值時，M為H的多值函式。通常將極限磁滯回線上的Mr及定義為材料的剩磁及矯頑力，為表征該材料的磁特性的重要參量。

磁滯回線