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铁磁性材料居里点的测定

铁磁性材料居里点的测定
铁磁性材料居里点的测定

1 铁磁性材料居里点的测定

一实验目的

1.通过实验,对感应电压输出随温度升高而下降的现象进行观察,初步了解铁磁性材料在居里温度点由铁磁性变为顺磁性,从了解整个磁性材料参数变化的微观机理。

2.用感应法测定磁性材料的)(B eff ε—T 曲线并求出其居里温度。

二实验设备

居里点实验仪 (QS —CT 型)

三实验原理

1. 基本原理

物质的磁化可分为抗磁性,顺磁性和铁磁性三种。具有铁磁性的物质称为铁磁体。铁、镍、钴、镝等元素的多种合金就是铁磁体。在铁磁体中,相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用,这种相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来,形成一个自发磁化达到饱和状态的区域。自发磁化只发生在微小的区域(体积约为8

10-m 3,其中含有1017-1021个原子),这些区域称为磁畴。在没有外磁场作用时,在每个磁畴中,原子的分子磁矩均取向同一方位,但对不同的磁畴,其分子磁矩的取向各不相同,见图1,其中图1(a )为单晶磁畴结构示意图,图1(b )为多晶磁畴结构示意图。磁畴的这种排列方式,使磁体能量处于最小的稳定

状态。因此,对整个铁磁体来说,任何宏观区域的平均磁矩为零,物体不显示磁性。

在外磁场作用下,磁矩与外磁场同方向排列时的磁能低于磁矩与外磁场反向排列时的磁能。结果是自发磁化磁矩与磁场成小角度的磁畴处于有利地位,磁畴体积逐渐扩大;而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强,取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失,留存的磁畴将向外磁场的方向旋转,以后再继续增加磁场,使所有磁畴沿外磁场方向整齐排列,这是磁化达到饱和,图2是某单晶结构磁体磁化过程的示意图。

铁磁性物质的磁化与温度有关,存在一临界温度T C 称为居里温度(也称居里点)(如图

3)。当温度增加时,由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列,但在未达到居里温度T C 时,铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列,此时物质仍具有铁磁性,仅其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续升高达居里点时,物质的磁性发生突变,磁化强度M (实为自发磁化强度)剧烈下降!因为这时分子热运动足以使相邻原子(或分子)之间的交换耦合作用突然消失,从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列。此时磁畴消失,铁磁性变为顺磁性。

磁畴的出现或消失,伴随着晶格结构的改变,所以是一个相变过程。居里点和熔点一样,因物质不同而不同。例如铁、镍、钴的居里点分别为1043K 、631K 、1393K 。 (a) (b)

2.实验原理

在磁环上分别绕线圈A ,B ,并在A 线圈上通激励电流,则B 线圈上感应电动势的有效值为:

)(B e f f ε=4.44fN φm (1)

f 为频率,N 为线圈的匝数,φm 为最大磁通。

φm =B m ?S (2)

S 是磁环的截面积,B m 是最大磁感应强度,即磁感应强度正弦变化的幅值。

又因为 μB

H = (3)

μ是磁导系数或磁导率,在SI 制中单位为亨/米。

把(2)(3)式代入(1),得: )(B e f f ε=4.44fNS μm H

m H 是磁场强度的幅值,当激励电流稳定成正弦变化,则m H 稳定,即得)(B eff ε∝μ 即当μ=0时,感应电动势)(B eff ε=0,此时温度T C 称居里点,该状态有居里点之称。

显然,我们完全可用测出的)(B eff ε—T 曲线来确定温度T C 。具体说,在)(B eff ε—T 曲线图 2 图 3 图 4

斜率最大处作其切线,并与横坐标轴相交的一点即为温度T C 。如图4所示,这是因为在居里点时,铁磁材料的磁性才发生突变,所以要在斜率最大处作切线。又因为在居里点以上时,铁磁性已转化为顺磁性。因本实验交变磁场较弱,所以对顺磁性物质引起的磁化是很弱的,但是有一个很小的值,故)(B eff —T 曲线不能与横坐标相交。

四、实验装置

1.耐高温绝缘玻璃管

2.加热电炉丝

3.集成温度传感器

4.铁氧铁(被测样品)

5.固定架

6.印刷板

7.提供加热电流的电源部分

8.测温显示部分

9.激励电源10、感应电流测量部分 实验仪分测量部分和实验部分。

(1)实验部分:如上图所示,包括①被测样品和加热电炉丝;②集成温度传感器;③激励线圈和感应线圈,以上各部分都要装在一个底座上。

(2)测量部分:(面板图)如图6

接线柱“接激励线圈”为线圈A 提供激励电源,使m H 稳定,激励电源的输出电流应稳定;接线柱“接电热丝”为电炉丝提供加热直流电流;B 线圈的感应电动势从接线柱“接感应线圈”一端输入;接线柱“接温度传感器”接的是集成传感器AD590的输入,通过内部电路的补偿、放大,在“温度显示”框中显示当前温度值;切换开关打到“接感应线圈”

一边时,“电压显示”框中显示的是串在线圈A 上的取样电阻(51Ω)上的电压。利用面板上的两个调节器可分别调节“加温控制”电流大小和加在线圈A 上的激励电压的大小。温度图 5

图 5

图6

定标在出厂已经完成。

仪器的安装

(1)对照接线柱的颜色,把实验部分中加热电流的手枪插头插到面板对应的接线柱上。(2)再参照颜色把实验部分的感应电压,激励电压的手枪插头接到面板对应的接线柱上。(3)集成温度传感器的手枪插头接到面板温度测量的接线柱上。

五、实验内容

ε—T曲线,并从中求出居里温度T C。

对样品逐点测出

eff

)

(B

六、实验步骤

1、参照仪器安装步骤,连好实验部分和测量部分。(加温电流暂不接)

ε—T曲线的测量:

2、

eff

)

(B

(1)合上测量部分的电源开关,“温度显示”显示出室温温度。“电压显示”显示激励电压或感应电压值。

(2)接上加温电流,把电流调到较小(看发光二级管明暗指示)。

ε的值,直到其显示值接近零。

(3)温度每升高5℃记下对应的

eff

)

(B

ε的值直到炉温(4)停止电炉加热(把连接线去掉),让其自然冷却,并记录

eff

(B

)

接近室温。

七、数据记录和误差分析

实验前应先列出记录数据的表格,记录时准确定出有效数字位。

1.作图大小约为8×12平方厘米,横坐标和纵坐标的参数数据比例要适当,使曲线接近布满所用的毫米方格纸的面积。

2.实验数据的点在图中要明显点出,如×××或000等,画曲线要求做到一笔落,曲线要圆滑、粗细要均匀。

3.对实验数据要处理、实验现象和误差要进行分析讨论。

八、思考题

1.样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是什么?试用磁畴理论进行解释。

ε—T曲线,为什么与横坐标没有交点。

2.测出的

eff

)

(B

九、参考文献

1.物理实验教程(第二版).丁慎训张连芳主编清华大学出版社2002.9

2.大学物理张三慧主编清华大学出版社2000

课外资料:

1.磁性材料(Magnets)概述

磁性材料(Magnets)主要是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质.

磁性材料从材质和结构上讲,分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类,铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。

从应用功能上讲,磁性材料分为:软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料;而旋

磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了,因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应,导致金属磁性材料无法使用,而铁氧体的电阻率非常高,将有效的克服这一问题、得到广泛应用。

磁性材料从形态上讲。包括粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。

磁性材料(Magnets)的应用很广泛,可用于电声、电信、电表、电机中,还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。

2.磁性材料(Magnets)的磁化曲线与磁滞回线

磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H 作用下,必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B,它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M~H或B~H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时,磁化强度M 达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr 曲线变化。材料的工作状态相当于M~H曲线或B~H曲线上的某一点,该点常称为工作点。

当铁磁质达到磁饱和状态后,如果减小磁化场H,介质的磁化强度M(或磁感应强度B)并不沿着起始磁化曲线减小,M(或B)的变化滞后于H的变化。这种现象叫磁滞。在磁场中,铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示,当磁化磁场作周期的变化时,铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线,这条闭合线叫做磁滞回线。

铁磁材料居里点的测定实验报告

铁磁材料居里点的测定实验报告

铁磁材料居里点的测定实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 (1)了解示波器测量动态磁滞回线的原理和方法; (2)学会一种测量铁磁材料居里点的方法。 2.实验仪器 用于测量环状磁性介质样品的JLD-Ⅲ居里点测量仪(含五种样品)。 二、实验原理 1.铁磁材料和居里点 铁磁材料在很小的磁场作用下就被磁化到饱和,不但磁化率大于零,而且达到 χ~10 —106 数量级,当铁磁性物质的温度高于临界温度Tc(居里点温度)时,铁磁性物质

转变成为顺磁性。即在居里点附近,材料的磁性发生突变。 反复磁化铁磁材料时会出现磁滞现象。另一重要的特点就是磁滞。磁滞现象是材料磁化时,材料内部的磁感应强度B 不仅与当时的磁场强度 H 有关,而且与以前的磁化状态有关。 2.示波器测量磁滞回线的原理 如图所示,给待定铁心线圈(N匝)通50Hz交流电,次级线圈产生的感应电动势为 ε = - WS dB ,次级回路电压方程为ε = Ri + u C,dt

当R >> 1 2πfC 时,Ri >> u C,则 i = ε R =- WS R dB dt . t时刻, u C =q C = q0 C +1 C ∫idt t =(q0 C +WS RC B0 ) -WS RC B 上式中,前一项为t = 0 时,电容初始状态和铁芯初始状态决定的直流电压值,若其为0,则 u C = -WS RC B,即u C∝B,将u C输入示波器y轴,则水平方向偏转与B成正比。 在初级线圈中,u H = R H i H,而H = ni H,则u H = R H n H,将u H输入示波器x轴,则竖直方向偏转与H成正比。 综上,示波器上能够显示出稳定的B-H曲线。 三、实验步骤 测量环状磁性介质的居里点 1.接线:将加热接口与居里点测试仪接口用专线相连;将铁磁材料样品与居里点测试仪用专线

铁磁材料居里点的测量论文样板 辽宁科技大学

铁磁材料居里点的测量 作者(学生)名 (辽宁科技大学某某学院自动化10-2 千门公子昊)嘻嘻好东西要分享 摘要:本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量,通过对测量结果的对比发现,采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异,并对产生差异的原因进行了简要的分析。 关键词:铁磁材料;居里点;测量方法(3-5个,用分号隔开) 0引言 什么是铁磁材料。 铁磁材料的重要应用。 (先叙述铁磁材料的重要应用,不重要还研究什么意思)。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量,并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。(再叙述本文你做什么了) 1实验原理 1.1磁滞回线 当H增加到一定值时,B的增加十分缓慢,磁化接近饱和。以H m和B m 表示饱和值,H从H m减小时,B随之减小,但不沿原曲线返回,而沿ab变化。当H减小为零时,铁磁材料中仍有一定剩磁B r,使磁场反向增加到-H c时,B 下降为零。继续增加反向磁场到-H m,B达到负向最大值-B m,使磁场从-H m减小到零,铁磁质中有负向剩磁-B r,再正向增大磁场到饱和值H m,则得到闭合曲线abcdefa,称为磁滞回线。铁磁质磁化状态的变化总是落后于外加磁场变化的性质称为磁滞。

图1 磁滞回线曲线图 1.2 铁磁质磁化过程的微观解释 铁磁质内相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行排列,形成一个个小的自发磁化区,无外磁场时各磁畴磁化方向杂乱无章,因而对外不显示磁性。若外加磁场较弱则自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大,反之则逐渐缩小(畴壁运动);若磁场较强,缩小着的磁畴消失,其它磁畴的磁化方向转向外场方向,外场越强,转向越充分,当所有磁畴都沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态,铁磁质表现出较强的磁性。去除外磁场时分裂成许多磁畴,由于掺杂和内应力等原因,磁畴之间存在摩擦阻力,使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态,因而表现出磁滞现象。温度升高时,分子热运动加剧,T>T c时,磁畴全部被破坏,铁磁质转变为顺磁质。 磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述,它们满足一定的关系 (1) 式中:x m是磁化率,M为磁化强度,H为磁场强度,B为磁感应强度,μ为磁导率,μ0为真空中磁导率。 磁介质大体可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三类。但对于不同类型的磁介质,x m和μ的情况很不一样。对于顺磁质,x m>0,μ>μ0;对于抗磁质,x m<0,μ<μ0。这两类磁介质的磁性都很弱,它们的|x m|<<1,μ μ0,而且都是与H无关的常数。而铁磁质的情况要复杂一些,一般说来M与H不成比例,甚至没有单值关系,即M的值不能由H的值唯一确定,它还与磁化的历史有关,所以x m和μ不再为常数。而是H的函数,即x m=x m(H),μ=μ(H)。铁磁质的x m和μ一般都很大,所以铁磁质属于强磁性介质。 1.4 用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线

铁磁材料居里温度测试实验

铁磁材料居里温度测试实验 【实验目的】 1.了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。 2.利用交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度。 3.分析实验时加热速率和交流电桥输入信号频率对居里温度测试结果的影响。 【实验仪器】 FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪,示波器检 【实验原理】 一、概述:磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用,近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料,因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变,当温度上升至某一温度时,铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质,这个温度称为居里温度,居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量,它仅与材料的化学成分和晶体结构有关,几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关,因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制,而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性,采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度,该方法具有系统结构简单,性能稳定可靠等优点,通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量,加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统,可以通过计算机自动扫描分析, 二、实验原理 1.铁磁质的磁化规律 由于外加磁场的作用,物质中的状态发生变化,产生新的磁场的现象称为磁性,物质的磁性可分为反铁磁性(抗磁性)、顺磁性和铁磁性三种,一切可被磁化的物质叫做磁介质,在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的”交换耦合“作用,在无外磁场的情况下,它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域,称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中,虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向,有很大的磁性,但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。如图1所示,给出了多晶磁畴结构示意图。当铁磁质处于外磁场中时,那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。另一些自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴其体积则逐渐缩小,这时铁磁质对外呈现宏观磁性。当外磁场增大时,上述效应相应增大,直到所有磁畴都沿外磁场排列好,介质的磁化就达到饱和。

铁磁材料居里温度测试

铁磁材料居里温度的测试 1.实验数据表格 表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值: 表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值: 样品编号1(室温)初始(输出)感应电压328mV,磁滞回线消失时所对应的温度值63.2℃ 样品编号2 (室温)初始(输出)感应电压425mV,磁滞回线消失时所对应的温度值91.7℃ 2.各样品的U~T曲线 图1 样品1的U—T曲线

I n d u c e d v o l t a g e (m v ) 示波器法测得Tc= 图2 样品2的U —T I n d u c e d v o l t a g e (m V ) 示波器法测得Tc=91.7℃(室温25℃);U~T 曲线用切线法测得Tc=92.8℃ 3.实验结果分析: 从数据处理的结果可以看出,用示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定的居里点Tc 和通过感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度略有出入,但基本上相等。

4.思考题: (1)、样品的磁化强度在温度达到居里点时发生的微观机理是什么? 答:由于外加磁场的作用,物质中的状态发生变化,产生新的磁场的现象称为磁性,物质的磁性可分为反铁磁性(抗磁性)、顺磁性和铁磁性三种,一切可被磁化的物质叫做磁介质,在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用,在无外磁场的情况下,它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域,称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中,虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向,有很大的磁性,但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。当铁磁体受到强烈的震动,或在高温下由于剧烈运动的影响,磁畴便会瓦解,这时与磁畴联系的一系列铁磁性质(如高磁导率、磁滞等)全部消失。对于任何铁磁物质都有这样一个临界温度,高过这个温度铁磁性就消失,变为顺磁性,这个临界温度叫做铁磁质的居里点。 (2)、通过测定感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度时,为什么要由曲线上斜率最大处的切线与温度轴的交点来确定T C,而不是由曲线与温度轴的交点来确定T C? 答:因为温度升高到居里点时,铁磁性材料的磁性才发生突变,所以要在斜率最大处作切线;又因为在居里点附近时,铁磁性已基本转化为顺磁性,故曲线不可能与横坐标相交。 (3)、为什么尽可能选择高的“激励电压”,以得到尽可能高的(室温)初始(输出)感应电压(“电压测量”框中显示的数值),可以提高测试结果的精度? 答:因为高的“激励电压” 有利于抵抗由互感引起的感应电压的影响,提高测试结果的精度。另外,由于随温度的升高,感应电动势是减小的,如果初始电压小,则不易观察到温度升高时,电压降低的幅度变化,影响居里温度的确定,因此选择高的“激励电压”有利于获得全面准确的数据,并在绘制U~T 曲线时易观察到随温度的降低,感应电动势降低的幅度的变化,有利于作图的准确性和确定居里温度以提高测试结果的精度。

居里温度的测量

实验十一 居里温度的测量 居里温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量,测量磁导率和居里温度的仪器很多,例如磁天平、振动样品磁强计、磁化强度和居里温度测试仪等,测量方法有感应法、谐振法、电桥法等. 【实验目的】 1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理. 2. 学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法. 3. 学会测量不同铁磁样品居里点的方法. 【实验原理】 磁性是物质的一种基本属性,从微观粒子到宏观物体,以至宇宙天体,无不具有某种程度的磁性,只是其强弱程度不同而已,这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。使物质具有磁性的物理过程叫做磁化,一切可以被磁化的物质都叫做磁介质.磁介质的磁化规律可用磁感应强度B 、磁化强度M 、磁场强度H 来描述,当介质为各向同性时,它们满足下列关系: ()()H H H M H B r m μμμχμμ==+=+=0001 (1) 其中m r χμ+=1,r μ称为相对磁导率,是个无量纲的量.为了简便,常把r μ简称为介质磁导率,m χ称为磁化率,m H /1047 0-?=πμ称为真空磁导率,r μμμ0=称为绝对磁导率.H M m χ=. 在真空中时0=M ,H 和B 中只需一个便可完全描述场的性质.但在介质内部,H 和B 是两个不同的量,究竟用H 还是用B 来作为描述磁场的本征量,根据磁场的性质有各种不同的表现来选择.因为H 和B 两者描述了不同情况下磁场的性质,它们都是描述磁场性质的宏观量,都是真正的物理量.在某些问题中,比如在电磁感应、霍尔效应、测量地磁水平分量等问题中,由于起作用的是磁通量的时间变化率,牵涉到的是B ;而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时,起作用的就是H ,比如求退磁能及磁矩所做的功等。 从H B r μμ0=的关系看,表面上B 与H 是线性的,但实际上,由于r μ是一个与m χ值有关的量,而m χ值又与温度、磁化场有关,所以r μ是一个复杂的量,不能简单地从B 与H 的形式上来判断它们之间是线性的,或是非线性的关系. 磁体在磁性质上有很大的不同,从实用的观点,可以根据磁体的磁化率大小和符号来分为五个种类。 (1)抗磁性:是一种原子系统在外磁场作用下,获得与外磁场方向反向的磁矩的现象。某些物质当它们受到外磁场H 作用后,感生出与H 方向相反的磁化强度,其磁化率0m χ,但数值很小,仅显示微弱磁性。这种磁性称为顺磁性。多数顺磁性物质的m χ与温度T 有密切关系,服从居里定律,即

FD-FMCT-A型铁磁材料居里温度测试实验仪仪器使用说明要点

仪器使用指导 TEACHER'S GUIDEBOOK FD-FMCT-A 铁磁材料居里温度测试实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.

FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪仪器说明 一、概述 磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用,近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料,因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变,当温度上升至某一温度时,铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质,这个温度称为居里温度,居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量,它仅与材料的化学成分和晶体结构有关,几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关,因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制,而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性,采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度,该方法具有系统结构简单,性能稳定可靠等优点,通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量,加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统,可以通过计算机自动扫描分析,该仪器可以用于普通物理电磁学实验或者近代物理实验。 二、仪器简介 FD-FMCT-A型铁磁材料居里温度测试实验仪主要包括实验主机两台、手提实验箱一个,如下所示: 1 2 3 4 图1 实验主机(信号发生器和频率计)

应用MATLAB_SIMULINK仿真研究铁磁谐振

第30卷第9期?30?2004年9月 高电压技术 HighVoltageEngineering V01.30NO.9 Sep.2004 应用MATLAB/SIMULINK仿真研究铁磁谐振 杜志叶,阮江军,王伟刚 (武汉大学电气工程学院,武汉430072) 摘要:鉴于中性点直接接地的电力系统中屡屡因投切断路器或隔离开关而激发铁磁谐振现象,分析了该现象产生的原因和条件,建立了母线电压互感器(TV)的仿真模型,利用MATl.AB内建的仿真工具实现了铁磁谐振(由母线TV非线性励磁电感同断路器均压电容和系统对地电容匹配所致)暂态过程数字仿真。仿真结果表明,TV的励磁电阻(铁损)对铁磁谐振有重要影响。铁损越大,谐振越强烈。铁损减小,利于抑制谐振。最后,仿真比较了两种不同消谐方法的作用及效果,验证了消谐方案(通过间接降低TV励磁电阻来抑制铁磁谐振)的切实可行。 关键词:MATI,AB仿真铁磁谐振铁损消谐 中图分类号:TM864文献标识码:A文章编号:1003—6520(2004)09—0030~03 ResearchofRerroresonanceSimulationUsingMATLAB/SIMULINK DUZhiye,RUANJian。gJun,WANGWeigang (SchoolofEleetriealEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,China) Abstract:Intheneutral—groundedpowersystem。ferroresonanceovervoltagecausedbyswitchingcircuitbreakersordisconnectorsoccursfrequently.ThissimulationmodelofbusTV,employssimulationimplementofMATI。ABtoachievedigitalcalculationandsimulationoftheferroresonancetransientprocessduetOmatchingofnon-linerexcitinginductanceofthebusTVandthebreakers'gradingcapacitanceandthecapacitancetogroundofsystem.ItisprovedfromtheresultsthatthevalueofcorelossofTVistheimportantfactortOferroresonance.Thegreaterthevalueis。theintensertheresonanceis.Decreasingthevalueisthekeytosuppressingthiskindofresonance.Atlast l totesti—fythefeasibilityofsuppressingtheferroresonancebyindirectlydecreasingthecorelossofTV。tWOwaysaboutfer—roresonancesuppressionandtheireffectsaresimulatedandcompared.Thefeasiblemeasuresofpreventingandsup—pressingferroresonancearepresentedaswell. Keywords:MATI。ABsimulationferroresonancecorelossresonancesuppression 0引言 电力系统中变压器、电磁式TV等铁心电感器件具有非线性电磁特性,它们与系统内的容性元件在一定条件下会发生铁磁谐振,且会因其铁心深度饱和而产生极大谐振过电压和过电流,严重威胁电网的安全运行。近年来,铁损较低的节能型TV的大量采用,使110kV及以上中性点直接接地系统中铁磁谐振的发生率有所增加。因此,有必要系统分析此现象,建立一个相对可靠、准确的系统仿真模型和仿真方法,以提高预测准确性n]。 1铁磁谐振的机理和特征 1.1理论分析口叫1 某110kV中性点直接接地系统见图1。两侧的隔离开关GO、G1闭合时,断口接有均压电容的断路器DI。0、DI。1任一只断开将会激发谐振,DI。0、DI。1断开时,GO、G1任一只断开或合上也会激发谐振。当母线处于空载状态时,由于断路器均压电容和系统对地电容的作用,任何引起母线电压波动的开关操作都可能引起谐振。考虑两段母线的对称性,对其中一段作等效简化(见图2)。 Ⅳ母线l、1.1L0,+……。 1IU…KV捱 ,\,Ⅱ人、 _T1b曲I九9TV2h吉 l三;DL. i'VI / 图1110kV变电站系统图 Fig.1Diagramofa110kVsubstation ksino)t 图2等效简化电路 Fig.2Reducedequivalentcircuit 图2中E。sinwt为系统电源,C。为均压电容,C2为等效系统对地电容;R。、L、U分别为TV’:9铁  万方数据万方数据

铁磁性材料居里温度的测试

铁磁性材料居里温度的测试 铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。温度上升到某一温度时,铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质,这个温度称之为居里 表示。居里温度是磁性材料的本征参量之一,它仅与材料的化学成分和晶体结温度,以T c 构有关,几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等组织结构因素无关,为组织和结构不敏感参量。测定铁磁性材料的居里温度不仅对磁性材料、磁性器件的研究和研制,而且对工程技术应用都具有十分重要的意义。 一、数据记录、处理及误差分析 1、实验前应列出记录数据的表格(参见表9—1、9—2),记录时准确定出有效数字位数。注意:要求记录不同样品的(室温)初始(输出)感应电压值。 表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值及初始(输出)感应电压值 表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值

2、绘出每个样品的U~T 曲线,按照图9—5的方法确定各自的居里点Tc ,并与通过示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定居里点Tc 方法得到的结果进行比较,并加以分析讨论。 20 30 40 50 60 70 80 90 050100150200250300 350400 i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-1 试样一的U~T 曲线 示波器法测得Tc=85℃(室温26℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=85.2℃ 050100150200250300 350400i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-2 试样二的U~T 曲线 示波器法测得Tc=130.6℃(室温25℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=130.2℃

铁磁谐振

铁磁谐振的几个特点 1)对于铁磁谐振电路,在相同的电源电势作用下回路可能不只一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况。 2)PT的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因,但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时,就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。 3)串联谐振电路来说,产生铁磁谐振过电压的的必要条件是因此铁磁谐振可在很大 的范围内发生。 4)维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量,其转化过程必须是周期性且有节律的,即…1/2(1,2,3…) 倍频率的谐振。 5)铁磁谐振对PT的损坏。电磁谐振(分频)一般应具备如下三个条件。 ①铁磁式电压互感器(PT)的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。 ②PT感抗为容抗的100倍以内,即参数匹配在谐振范围。 ③要有激发条件,如PT突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统 操作产生的过电压等。 据试验分频谐振的电流为正常电流的240倍以上,工频谐振电流为正常电流的40~60倍左右,高频谐振电流更小。在这些谐振中,分频谐振的破坏最大,如果PT的绝缘 良好,工频和高频一般不会危及设备的安全 当系统发生单相接地时,故障点流过电容电流,末接地的两相相电压长高√3,这将严重影响线路和电气设备的安全运行(此时电压互感器的励磁阻抗很大,故流过的电流很小)。但是,一旦接地故障点消除,非接地相在故障期间已充的电荷只能通过电压互感器高压线圈经其自身的接地点接入大地。在这一瞬间电压突变过程中,电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大,甚至饱和、由此构成相间串联谐振。由于接地电弧熄灭时间不同,故障点的切除就不一样。因此,不一定在每次出现单相接地故障时,电压互感器高压线圈中都要产生很大的激磁电流,其高压侧熔断器的情况也有所不同。 铁磁谐振的常用消除办法 根据以上分析配电系统铁磁谐振的特性,就不难找到加以解决的办法。通常的解决办法有: 1)PT一次的中性点加装阻尼电阻。该方法在已广泛采用,生产定型产品的厂家比较多,在实际运用中都取得了满意的效果。如西安电瓷厂生产的RXQ系列消谐器,该消谐器串接于PT一次绕组中性点与地之间,内部材料为大容量的非线性碳化硅电阻片及散热片等串联组装于瓷套内而成。其工作原理为:在低压下消谐器呈高电阻值(可达几百千欧)使谐振在起始阶段不易发展,单相接地时,消谐器上出现千余伏电压,它的非线性电阻下降,使其不影响接地保护的工作。 2)在PT开口三角侧并联固定(或可变)阻尼,一些要求不太高的变电所或配电系统常在PT开口三角处并联电灯泡或电炉丝。其缺点是:电灯泡或电炉丝易损坏,当其损坏后将不会有消谐作用;当系统发生单相接地时,在开口三角侧将产生100 V的电压,而由于电灯泡或电炉丝的冷态电阻是较小的,这将在PT开口三角侧流过较大的电流引起PT损坏。 针对这些办法的不足,一些厂家相继开发生产出了一些较高级的产品。如云南昆明

铁磁材料居里温度的测量

铁磁材料居里温度的测量 一、实验目的 1、了解物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。 2、学会一种测量铁磁材料居里点的实验方法。 3、测定铁磁环样品的居里温度。 二、实验原理 1、磁介质与物质的磁性 在磁场的作用下发生变化并反过来影响磁场的物质叫磁介质。磁介质在磁场作用下发生变化的过程叫磁化(任何物质都就是磁介质) 2、磁化的微观机制 安培的分子电流假说:每个分子内部电荷运动的总效果相当于一个圆形电流——分子电流 物质磁性的根源:原子内部电荷运动。 温度对磁性有显著影响。分子热运动,对磁畴磁矩有序排列有破坏作用,温度升高到一定数值,铁磁性消失。 居里点——铁磁材料失去磁性或者从铁磁相转变为顺磁相的温度(相变)。 测量原理: 给绕在待测样品磁环上的线圈L1通交变电流i(励磁电流),产生交变磁场H,使铁磁环反复磁化。样品中B与H的关系B=f(H)为磁滞回线。 由于H正比于L1的电流,因此可以用电流的信号代表H的信号。 在励磁电路中串接采样电阻R1,将其两端的电压讯号(与电流正比)经放大后, 送至示波器的X轴输入以表示H。

B就是通过副线圈L2中因磁通量变化而产生的感应电动势来测定的。 所以,磁环中B与L2上感应电动势积分成正比。将L2上经过R2C积分电路,从积分电容上取出B值,放大处理送至示波器Y轴输入。 示波器x轴输入反映H,Y轴输入反映B,示波器显示磁滞回线。当磁环被加热到一定温度,磁滞回线消失。对应温度即居里点。 三、实验仪器 JHD-Ⅱ型居里点测试仪: 1、电源箱(电源部分,温度设置控制,H、B信号处理部分); 2、加热炉 3、铁磁材料样品; 4、示波器。 四、注意事项 1、实验过程中适当调节X衰减,以显示较理想的磁滞回线。 2、每次须让加热炉降至常温再放入样品,以免温度传感器响应时间不同引起测量误差。 3、谨慎换放样品,不能拉扯金属插头外导线。 4、测800以上样品,小心高温烫伤。 5、观察磁滞回线时,两线圈有互感,故始终有感应电压。因此,当磁滞回线变为直线时,不能将Y轴输入衰减无限减小。 五、实验内容 一、观察材料升温过程中磁滞回线消失及居里点 1、连线、放样品。连线加热炉与电源箱面板;样品与电源箱专用线连接,放入

铁磁性材料居里温度的测试

实验九铁磁性材料居里温度的测试 铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。温度上升到某一温度时,铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质,这个温度称之为居里 表示。居里温度是磁性材料的本征参量之一,它仅与材料的化学成分和晶体结温度,以T c 构有关,几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等组织结构因素无关,为组织和结构不敏感参量。测定铁磁性材料的居里温度不仅对磁性材料、磁性器件的研究和研制,而且对工程技术应用都具有十分重要的意义。 一、数据记录、处理及误差分析 1、实验前应列出记录数据的表格(参见表9—1、9—2),记录时准确定出有效数字位数。注意:要求记录不同样品的(室温)初始(输出)感应电压值。 表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值及初始(输出)感应电压值 表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值

样品编号3 (室温)初始(输出)感应电压332 mV,磁滞回线消失时所对应的温度值104.6 ℃ 2、绘出每个样品的U~T曲线,按照图9—5的方法确定各自的居里点Tc,并与通过示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定居里点Tc方法得到的结果进行比较,并加以分析讨论。 图1-1 试样一的U~T曲线 示波器法测得Tc=65.9℃(室温25℃) U~T曲线用切线法测得Tc=65.2℃

图1-2 试样二的U~T曲线示波器法测得Tc=104.7℃(室温25℃) U~T曲线用切线法测得Tc=103.2℃ 图1-3 试样三的U~T曲线 示波器法测得Tc=104.6℃(室温25℃)

U~T曲线用切线法测得Tc=103.5℃ 答:从数据处理的结果我们可以看出,用示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定的居里点Tc比通过感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度略大,但基本上相等。影响示波器测量结果的因素有(1)待测样品上的线圈L1、L2互绕在一起有一定的互感,始终存在一定感应电压,使示波器显示的磁滞回线不能准确地反映待测样品的真实磁滞回线的情况。(2)由于人眼的分辨率的影响,当磁滞回线变为一直线时,人们对形成直线的判断不同,因此在读取磁滞回线消失时的温度时造成误差。影响通过感应电动势随温度变化的曲线推断居里点温度结果的因素有(1)由于磁芯有温度滞后效应,所以加热速率的快慢对居里点Tc测试结果会略有影响。(2)在绘制U~T曲线后,切线作图的准确性和坐标点的读取也会对测试结果产生影响。 3、实验数据点在图中要明显点出,画曲线要求做到一笔落成,曲线要光滑、粗细要均匀。答:请见图1—1、1—2、1—3。 4、对实验现象和误差进行分析讨论。 答:在实验开始时,通过调节示波器,我们可以观察到B~H曲线为一闭合曲线,即磁滞回线。这是因为铁磁物质最大的特点是当它被外磁场磁化时,其磁感应强度B和磁场强度H 的关系不是非线性的,也不是单值的,而且磁化情况还与它以前的磁化历史有关。开始时,随着温度的升高,感应电动势缓慢降低,在50℃或60℃以后,感应电动势迅速降低,直至为0mV;而磁滞回线随温度的升高逐渐变扁变宽,在某一温度(居里温度)时,磁滞回线消失变成一条直线,这是因为铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时,铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质,这个温度就是居里温度。在实验数据处理后,用磁滞回线和U~T曲线做切线方法所得到的居里温度Tc不同,所造成的误差可能有,磁滞回线法:(1)待测样品上的线圈L1、L2互绕在一起有一定的互感,始终存在一定感应电压,使示波器显示的磁滞回线不能准确地反映待测样品的真实磁滞回线的情况。(2)由于人眼的分辨率的影响,当磁滞回线变为一直线时,人们对形成直线的判断不同,因此在读取磁滞回线消失时的温度时造成误差。U~T曲线做切线法:(1)由于磁芯有温度滞后效应,所以加热速率的快慢对居里点Tc测试结果会略有影响。(2)在绘制U~T曲线后,切线作图的准确性和坐标点的读取也会对测试结果产生影响。 二、思考题 1.样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是什么?试用磁畴理论进行解释。 答:样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是,铁磁性物质的磁化与温度有关,存在一临界温度Tc称为居里温度(也称为居里点)。当温度增加时,由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列,但在未达到居里温度Tc时,铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列,此时物质仍具有铁磁性,仅其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续升高达居里点时,物质的磁性发生突变,磁化强度M(实为自发磁化强度)剧烈下降,因为这时分子热运动足以使相邻原子(或分子)之间的交换耦合作用突然消失,从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列,此时磁畴消失,铁磁性变为顺磁性。 2.通过测定感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度时,为什么要由曲线上斜率最大处的切线与温度轴的交点来确定Tc,而不是由曲线与温度轴的交点来确定Tc? 答:在εeff(B)~T曲线斜率最大处作切线,与横坐标轴(温度)相交的一点即为居里温度Tc,

铁磁材料基本特性的测量与研究

课题四铁磁材料基本特性的测量与研究 一、课题意义 磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用.磁滞回线和居里温度是表征磁性材料的两个基本特性.磁滞回线反映磁性材料在外磁场中的磁化特性,而居里温度则是磁性材料由铁磁性转变为顺磁性的相变温度. 本实验通过对软磁铁氧体材料居里温度及动态磁滞回线的测量,加深对这一磁性材料基本特性的理解. 二、参考文献及资料 【1】自编. 普通物理电磁学实验讲义(内部用). 【2】张兆奎.大学物理实验(第二版).高等教育出版社. 【3】马文蔚.物理学教程.高等教育出版社. 【4】网选资料(自选). 三、提供仪器及材料 仪器:数字万用表1块,铂电阻数字温度计1块,加热装置1套,实验接线板,功率函数信号发生器1台,双踪示波器1台等. 材料:实验配件(包括精密电阻、磁性材料样品、短接桥、电容器、电阻、电位器、环型磁性材料样品线圈等);导线若干。 四、开题报告及问题 学生作此课题时,要先查阅文献资料,对以下问题有初步了解,写出简要开题报告交教师审阅合格后,才能做此课题。 1、什么是四臂阻抗电桥?如何用交流电桥测量居里温度? 2、测量铁磁物质的基本磁化曲线和磁滞回线各有什么意义?

3、如何用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线? 4.通过实验后,能否说明在测量基本磁化曲线和磁滞回线必须先退磁的原因? 5、简述研究此课题各子课题的设计方案。 五、课题的内容及要求 根据所给仪器及器件,要求设计实验方案和装置研究测量软磁铁磁性材料基本特性的实验。 1、测量软磁铁材料动态磁滞回线。 2、测量软磁铁氧体材料居里温度。 3、讨论磁性材料的基本特性和一些应用。 六、结题报告及论文 1、写明本课题的研究意义及目的。 2、阐述本课题的研究原理。 3、记录研究全过程的步骤及观察的现象。 4、列表处理数据,对结果进行分析研究。 5、介绍磁性材料在科研中的用途。 6、谈谈对本课题研究的体会及收获。 7、在本课题研究中你是否有创新的见解和方案。

铁磁谐振原理

(1) 铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式,是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用续性、高幅值谐振过电压现象。其主要特点为: 1、谐振回路中铁心电感为非线性的,电感量随电流增大、铁心饱和而下降; 2、铁磁谐振需要一定的激发条件,使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。如电源电压暂时升高、系统受到较强烈的电流冲击等; 3、铁磁谐振存在自保持现象。激发因素消失后,铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在; 4、铁磁谐振过电压一般不会非常高,过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。 (2) 中文词条名:铁磁谐振过电压现象和消除办法是什么? 英文词条名: 答:现象:三相电压不平衡,一或两相电压升高超过线电压。 消除办法:改变系统参数。 (1)断开充电断路器,改变运行方式。 (2)投入母线上的线路,改变运行方式。 (3)投入母线,改变接线方式。 (4)投入母线上的备用变压器或所用变压器。 (5)将TV开口三角侧短接。 (6)投、切电容器或电抗器。 发生铁磁谐振的防范措施 中国电力网 2008年1月9日13:47 来源:点击直达中国电力社区 110 kV良站10 kV系统为中性点不接地系统,在10 kV系统出现A相单相接地时,发生10 kV母线干式电压互感器烧坏的故障。事后检查,母线电压互感器本体炸裂、内部绝缘物喷

出,非接地相B、C相一次熔丝熔断,母线电压互感器的避雷器未动作,中性点所接消谐电阻正常,中性点绝缘正常,励磁特性在正常范围,二次回路绝缘正常。现分析单相接地时,电压互感器烧坏及铁磁谐振产生的原因。 电力系统中存在着许多储能元件,当系统进行操作或发生故障时,变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振,对电力系统安全运行构成危害。在中性点不接地的非直接接地系统中,铁磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是常见的,是造成事故较多的一种内部过电压。这种过电压轻则使电压互感器一次熔丝熔断,重则烧毁电压互感器,甚至炸毁瓷绝缘子及避雷器造成系统停运。在一定的电源作用下会产生串联谐振现象,导致系统中出现严重的谐振过电压。 1 电压互感器引起铁磁谐振的原因分析 在中性点不接地系统中,为了监视对地绝缘,母线上常接有Y接线的电磁式电压互感器,如图1所示,图中u0为电源电势,C为线路等设备的对地电容,L为电压互感器激磁电感,R0为中性点串联消谐电阻。

铁磁材料居里点的测量大物论

铁磁材料居里点的测量 辽宁科技大学 机械工程与自动化学院 机械设计11-A1 毕帅 [摘要]:本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量,通过对测量结果的对比发现,采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异,并对产生差异的原因进行了简要的分析。 [关键词]:铁磁材料;居里点;测量方法 引言;铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变,当温度上升至某一温度时,铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质,这个温度称为居里温度,以T c 表示。居里温度是磁性材料的本征参数之一,它仅与材料的化学成分和晶体结构有关,几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关,因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制,而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量,并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。 一、实验原理 1.1基本理论 在铁磁物质中,相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用,这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来,形成一个自发磁化达到饱和状态的区域,这个区域的体积约为10-8m 3 ,称之为磁畴。在没有外磁场作用时,不同磁畴的取向各不相同,如图1所示。因此,对整个铁磁物质来说,任何宏观区域的平均磁矩为零,铁磁物质不显示磁性。当有外磁场作用时,不同磁畴的取向趋于外磁场的方向,任何宏观区域的平均磁矩不再为零,且随着外磁场的增大而增大。当外磁场增大到一定值时,所有磁畴沿外磁场方向整齐排列,如图2所示,任何宏观区域的平均磁矩达到最大值,铁磁物质显示出很强的磁性,我们说铁磁物质被磁化了。铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。 铁磁物质被磁化后具有很强的磁性,但这种强磁性是与温度有关的,随着铁磁物质温度的升高,金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列,但在未达到一定温度时,热运动不足以破坏磁畴磁矩基本平行排列,此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零,物质仍具有磁性,只是平均磁矩随温度升高而减小。而当与k T (k 是玻尔兹曼常数,T 绝对温度)成正比的热运动能足以破坏磁畴磁矩的整齐排列时, 磁畴被瓦解,平均磁矩降为零,铁磁物质的磁性消失而转变为顺磁物质,与磁畴相联系的一系列铁磁性 图 1 无外磁场作用的磁畴 图 2 在外磁场作用下的磁畴

铁磁材料居里点的测量

标题:铁磁材料居里点的测量 作者: 摘要:介绍了通过转换出分别与磁化强度和磁场强度成正比的电压信号,来定性观察与定量测量居里点的一种方法。 关键词:铁磁材料;居里点;磁滞回线 引言:铁磁材料的磁性随温度的变化而改变,当温度上升到某一定值时,铁磁材料就失掉铁磁物质的特性而转变为顺磁性物质,这一 转变温度称为居里温度,以表示。对的测定不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用,而且对工程技术乃至家用电器的设计都具有重要的意义。 正文:铁磁材料(又称铁氧体)是铁和其它一种或多种适当的金属元素的复合氧化物.按磁滞回线的形状来分,有软磁材料,硬磁(又叫永久磁性)材料。 铁磁材料在工业上,尤其在电力工业上应用最为广泛,如制造发电机,电动机及电力输送变压器上的永久磁铁和硅钢片。我们日常用的家电里有收音机中的天线棒,中周变压器,电视机中的回扫变压器,录象机中的磁头,磁鼓。计算机中的记忆元件,逻辑元件,扬声器以及电话机中都有磁性材料。 铁磁材料在尖端技术和国防科技中应用也很多,如雷达,微波多路通讯,自动控制,射电天文望远镜,远程操纵等。 1,铁磁材料居里点存在的基本原理 以铁为代表的一类磁性很强的物质叫铁磁质。在纯化学元素中,

除铁之外,还有过渡族中的其它元素,如钴,镍和某些稀土族元素如钆,镝,钬都具有铁磁性.但常用的铁磁质多数是铁和其它金属或非金属组成的合金,以及某些包含铁的氧化物(铁氧体)。 铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中的电子自旋磁矩可以在小范围内自发地排列起来,形成一个个小的自发磁化区。这种自发磁化区叫做磁畴。 自发磁化只发生在微小的区域(体积约为10 -8 m 3,其中含有1017一1021个原子)内,这些区域叫做磁畴。 如图19-l,其中图19-l(a)为单晶磁畴结构示意图,图19-l(b)为多晶磁畴结构示意图。由图可见在没有外磁场作用时,在每个磁畴中,原子磁矩已经取向同一方位,但对不同的磁畴其分子磁矩的取向各不相同,磁畴的这种排列方式,使磁体处于最小能量的稳定状态.因此对整个铁磁体来说,任何宏观区域的总磁矩仍然为零,整个磁体不显磁性。线条为畴界,箭头为磁畴的磁化方向。 但在外加磁场后将显示出宏观的磁性来。当外加的磁化场不断加大时,磁畴的磁化方向在不同程度上转向磁化场的的磁方向,当所有畴都按磁化场的方向排列好,介质的磁化就达到饱和。饱和时的磁化强度是很大的。介质掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴

基于ATP_EMTP的PT铁磁谐振与消谐措施研究

基于ATP-EMTP的PT铁磁谐振与消谐措施研究 王海棠,窦春霞,王宁,薛辉,贾清泉 (燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004) 摘要:基于ATP-EMTP对单相接地故障消失及重合闸引起的铁磁谐振现象进行了分析。 关键词:变压器;铁磁谐振;EMTP 中图分类号:TM406文献标识码:B文章编号:1001-8425(2008)03-0024-05 ResearchonPTFerroresonanceandResonanceEliminationMeasuresBasedonATP-EMTP WANGHai-tang,DOUChun-xia,WANGNing,XUEHui,JIAQing-quan (YanshanUniversity,Qinhuangdao066004,China) Abstract:BasedonATP-EMTP,theferroresonancephonomenoncausedbydisappear-anceofearthconnectionofsingle-phaseandreclosingisanalyzed. Keywords:Transformer;Ferroresonance;EMTP 1引言 我国城乡电网主要有6kV、10kV、35kV和66kV等几个电压等级,这些系统普遍采用中性点不接地、经消弧线圈接地或经电阻接地等不直接接地方式。系统中有许多带铁心的非线性电感元件(如变压器和电压互感器),这些元件在一定条件下与系统中容性元件会发生铁磁谐振现象。回路参数及外界激发条件的不同,可造成分频、工频或高频铁磁谐振。当铁磁谐振发生时,由于参与谐振的电感元件的铁心严重饱和,会产生谐振过电压和过电流,严重威胁电网的安全运行。 多年来,国内外许多专家学者对铁磁谐振现象做了大量理论研究和试验分析,揭示了铁磁谐振的内在规律,并研发了多种消谐措施,在电网运行中发挥了一定作用。然而,研究还存在诸多不足之处,在实际应用中仍然存在大量的问题。一方面谐振的激发条件与谐振类型之间的关系不明确;另一方面对于各种消谐措施的性能缺乏系统的总结。为此,笔者以ATP-EMTP电磁暂态计算程序为试验平台,以单相接地消失和非同期合闸为激发条件,对铁磁谐振进行了全面、细致的研究。在确定激发条件与谐振类型之间关系的同时,着重分析了各种消谐措施的特点。其仿真结果以及相应的结论,对准确判断铁磁谐振的类型有着重要的意义。对各种消谐措施特点的研究总结,为实际工程中线路采取何种消谐措施提供了理论依据。 2ATP-EMTP软件介绍 EMTP程序主要用于电力系统中电磁暂态过程的计算,是在原美国邦纳维尔电力局(BPA)编制的电磁暂态程序的基础上,由W.SxottMeyer等开发完善形成的。现已有许多国家使用该程序进行电力系统各种暂态过程的研究,其中ATP程序(AlternativeTransientsProgram)是使用较为广泛的一个版本,ATP-EMTP可在大多数类型的计算机上运行。我国于1980年初,从美国BPA公司引进了EMTP程序,1988年引进了微机版电磁暂态计算程序ATP,并在此基础上做了一定的修改和完善。 该软件的典型应用,为电力系统在某个扰动(如开关投切或故障)之后,对其感兴趣的变量随时间变化的规律的计算,比如电力系统谐振过电压的计算。此外,ATP-EMTP程序还广泛应用于暂态保护装置的综合选择、高压并联电抗器的选择、氧化锌避雷器的选择以及机电暂态的计算。 3铁磁谐振模型的建立 第45卷第3期 2008年3月TRANSFORMERVol.45 March No.3 2008

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