磁滯損耗

磁滯損耗 是鐵磁體等在反覆磁化過程中因磁滯現象而消耗的能量。磁滯指鐵磁材料的磁性狀態變化時，磁化強度滯後於磁場強度，它的磁通密度B與磁場強度 H之間呈現磁滯回線關係。經一次循環，每單位體積鐵芯中的磁滯損耗正比於磁滯回線的面積。這部分能量轉化為熱能，使設備升溫，效率降低，它是電氣設備中鐵損的組成部分，這在交流電機一類設備中是不希望的。軟磁材料的磁滯回線狹窄，其磁滯損耗相對較小。矽鋼片因此而廣泛套用於電機、變壓器、繼電器等設備中。

基本介紹

• 中文名：磁滯損耗
• 外文名：hysteresis loss
• 作用材料：鐵磁材料
• 計算方法：正比於磁滯回線所圍面積

起因

磁滯現象是指鐵磁性物理材料（例如：鐵）在磁化和去磁過程中，鐵磁質的磁化強度不僅依賴於外磁場強度，還依賴於原先磁化強度的現象。當外加磁場施加於鐵磁質時，其原子的偶極子按照外加場自行排列。即使當外加場被撤離，部分排列仍保持：此時，該材料被磁化。 一但被磁化了，其磁性會繼續保留。要消磁的話，只要施加相反方向的磁場就可以了。這亦是硬碟的記憶運作原理。

磁滯回線

在鐵磁質中，磁場強度（H）和磁感應強度（B）之間的關係是非線性的。如果在增強場強條件下，此二者關係將呈曲線上升到某點，到達此點後，即使場強H繼續增加，磁感應強度B也不再增加。該情況被稱為磁飽和（magnetic saturation）。

此後若減小磁化場，磁化曲線從B點開始並不沿原來的起始磁化曲線返回，這表明磁化強度M的變化滯後於H的變化。當H減小為零時，M並不為零，而等於剩餘磁化強度Mr。要使M減到零，必須加一反向磁化場，而當反向磁化場加強到-Hcm時，M才為零，Hcm稱為矯頑力。

故畫出鐵磁質在反覆磁化過程中的磁場強度（H）和磁感應強度（B）之間的關係曲線如圖1所示，該曲線被稱為磁滯回線。

可見，磁滯損耗表現為磁化過程中有一部分電磁能量不可逆轉地轉換為熱能。在準靜態反覆磁化過程中，單位體積的鐵磁體被交變磁場磁化一周所產生的磁滯損耗正比於磁滯回線所包圍的面積，即∮H dB。設交變磁場的頻率為f，則單位時間、單位體積的磁滯損耗為f·∮HdB。

在電氣設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的能量損失，從而採用具有低矯頑力和低遲滯損失的鐵磁性物質，例如坡莫合金（鐵鎳合金，透磁合金）。

計算

為使鐵芯磁化，必須供給鐵芯能量。當鐵芯材料磁化時，它的磁通密度B與磁場強度之間呈現磁滯回線關係。經一個循環，鐵芯每單位體積所得到的能量為

式中積分是環繞磁滯回線進行的。上式表明，每單位體積的鐵心經一循環，鐵心中的磁滯損耗正比於磁滯回線的面積，這一能量轉化為熱能。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驗公式，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_m為磁滯回線上磁感應強度的最大值；K₁為取決於材料性質及其他有關因素的常數；η為施泰因梅茨係數。施泰因梅茨得到許多種材料的指數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。磁滯損耗將轉化為熱能，使電機溫度升高，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。