图（1）
外磁场方向 图（2） 铁磁性材料居里温度的测定
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征而转变顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以c T 表示。测量c T 不仅对磁性材料、磁性器件的研发、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。 一、[实验目的]
1、初步了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理
2、学习使用JLD -Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法
3、测定5个低温温敏磁环的居里温度 二、[仪器用具]
JLD -Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）、J2458型教学示波器一台
三、[实验原理] 1、基本原理
在铁磁性物质中，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
3610cm -，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，所有磁畴沿着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的平行排列，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T κ（κ是波尔兹曼常数，T 是绝对温度）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，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。居里温度就是对应于这一转变时的温度。 对于铁磁物质来讲，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场的作用下将产生磁滞现象。磁滞回线就是磁滞现象的主要表现。如果将铁磁物质加热一定的温度，由于金属点阵中的热运动的加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将转变为顺磁物质，磁滞现象消失，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波管上显示的磁滞回线的存在与否来观察测量铁磁物质的这一转变温度的。 2、测量装置及原理 （1）测量装置
由居里温度的定义知，要测定铁磁物质的居里温度，其测定装置必须具备四个功能：提供使样品磁化的磁场；改变铁磁物质温度的温控装置；判断铁磁性是否消失的判断装置；测量铁磁物质磁性消失时所对应温度的测温装置，以上四个功能由图（3）所示的系统装置实现。
（2）测量原理
给绕在待测磁环上的励磁线圈1L 通一交变电流如图（4）所示，产生一交变磁场H ，使铁磁物质——磁环往复磁化，样品中的磁感应强度B 与H 的关系B ＝f （H ）为磁滞回线（如图（5）所示）。由于H 正比于i ，i 为通过1L 的电流，因此，可以用i 来代表H ，为此在励磁电路中串接一个采样电阻1R ，将其两端的电压讯号1R i 经适当的调节后送至示波管的x 偏转
板以表示H 。B 是通过副线圈2L 中由于磁通量变化而产生的感应电动势ε来测定的，其感应电动势为：
S dt d dt d β
φε-=-
= 式中的S 为线圈的截面积，将上式积分得： dt S
B ?-
=ε1
由此可见样品的磁感应强度与副线圈2L 的感应电动势的积分成正比，为此将2L 上的感应电动势经过2R 和C 的积分线路，从积分电容C 上
取出B 值，并加以放大后送至示波管的Y 偏转板。从而在示波管上得到了样品的磁滞回线。
当样品被加热到一定温度时，示波管上的磁滞回线消失，对于磁滞回线刚好消失的温度，即为该样品的居里温度——居里点。 四、[实验内容及方法] 1、定性测试
<1> 将加热炉的输入连线插头，插入JLD -Ⅱ型居里点测试仪主机箱后面板上对应的插座
图（3）
图（4） 图（5）
（注意！千万不要接入220V 的市电），将铁磁材料样品与电源箱，用专用线连接，并把样品放入加热炉，将温度传感器、降温风扇的接插件与接在电源箱后面板上的四芯线上的接插件对应相接。
<2> 将B 输出与Y 输入，H 输出与X 输入用专用线相接，“升温——降温”开关打向“升温”，开启电源箱上的电源开关，并适当的调节Y 、X ，示波管上就显示出了磁滞回线。 <3> 关闭加热炉上的两风门（旋钮方向和加热炉的轴线方向垂直），将“测量——设置”开关打向“设置”，设定好炉温后，打向“测量”，加热炉工作，炉温逐渐升向设置的温度。 <4> 当炉温达到此样品的居里点时，磁滞回线消失成一条直线，记录下此时数显温度的温度表显示值——该样品的居里点。
<5> 打开加热炉上的两风门（风门旋钮方向和加热炉的轴线方向平行），把“升温——降温”开关打向降温，让加热炉降温后，换一样品重复上述过程，直到样品测完为止。 2、 定量测试
<1> 测量温度与感应电动势的关系，对应一个温度值，读出相应的感应电动势，测量感应电动势随温度变化的值，从而画出感应电动势——温度曲线。 <2>实验数据列表
注：根据感应电动势随温度变化的快慢合理选择时间间隔。 <3>实验数据处理
作感应电压——温度曲线图（见附图），在斜率最大处作切线，切线与横坐标的交点为所求的居里点Tc 。 附图：
100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020000246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870
T
H
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 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 【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。
钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 物理学院 111120160 徐聪 摘要：本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品 在不同实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论。 关键词：居里温度，钙钛矿锰氧化物，磁化强度，交换作用 1. 引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。 不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 2.居里温度的测量方法 测量材料的居里温度可以采用许多方法。常用的测量方法有： （1）通过测量材料的饱和磁化强度的温度依赖性得到曲线，从而得到降为零时对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及等。 （2）通过测定样品材料在弱磁场下的初始磁导率的温度依赖性，利用霍普金森效应，确定居里温度。 （3）通过测量其他磁学量（如磁致伸缩系数等）的温度依赖性求得居里温度。 （4）通过测定一些非磁学量如比热、电阻温度系数、热电势等随温度的变化，随后根据这些非磁学量在居里温度附近的反常转折点来确定居里温度。 3. 钙钛矿锰氧化物 钙钛矿锰氧化物指的是成分为(R是二价稀土金属离子，为一价碱土金属离子)的一大类具有型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的型(为稀土或碱土金属离子，为离子)钙钛矿具有空间群为的立方结构，如以稀土离子作为立方晶格的顶点，则离子和离子分别处在体心和面心的位置，同时，离子又位于六个氧离子组成的八面体的重心，如图1(a)所示。图1(b)则是以离子为立
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。
钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 摘要：居里温度是指材料可以在铁磁体（亚铁磁体）和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁磁性（亚铁磁性）转变成顺磁性的相变温度。不同材料的居里温度时不同的。本次实验是通过测定弱交变磁场下磁化强度随温度变化来测定样品的居里温度。本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品在实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论 关键词：居里温度、钙钛矿锰氧化物、磁化强度 M-T曲线。 一、引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 二、实验目的 1．了解磁性材料居里温度的物理意义。 2．测定钙钛氧锰氧化物样品的居里温度。 三、实验原理 1.居里点 物体在外磁场下产生不同的磁矩，M=(1+χm)。根据其性质不同可分为抗磁性 （χm<0），顺磁性（χm>0），铁磁性（χm～10?106，自发磁化）等。此外还有反铁磁性和亚铁磁性等其他性质复杂的磁性物质。其中铁磁性物质的磁特性会随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料会由铁磁状态转变为顺磁状态，这个温度称之为居里温度，以T c表示，并且之后χm?T关系服从居里外斯定律，即χm=C/(T?T c)，其中C是居里常数。 2.居里温度的测量方法 通过测定材料的饱和磁化强度和温度依赖性得到Ms—T曲线，从而得打Ms降为零时所对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及SQUID等。图1示出了纯Ni的饱和磁化强度的度依赖性。由图(1)可以确定Ni的居里温度。
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0
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）
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 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
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。
（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。
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
铁磁材料居里温度测量 1、实验目的 1.了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的围观机理。 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. 2、实验仪器 1.FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪； 2.多种居里温度点的铁氧体样品。 3.JLD-Ⅱ型居里温度测试仪 4.10M或20M示波器 3、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。
图1 未加磁场多晶磁畴结构 图2 加磁场时多晶磁畴结构 由于在每个磁畴中元磁矩已完全排列整齐，因此具有很强的磁性。这就是为什么铁磁质的磁性比顺磁质强得多的原因。介质里的掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态，这是造成磁滞现象的主要原因。铁磁性是与磁畴结构分不开的。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。 在各种磁介质中最重要的是以铁为代表的一类磁性很强的物质，在化学元素中，除铁之外，还有过度族中的其它元素（钴、镍）和某些稀土族元素（如镝、钬）具有铁磁性。然而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），铁氧体具有适于更高频率下工作，电阻率高，涡流损耗更低的特性。软磁铁氧体中的一种是以Fe2O3为主要成分的氧化物软磁性材料，其一般分子式可表示为MO·Fe2O3(尖晶石型铁氧体)，其中M为2价金属元素。其自发磁化为亚铁磁性。现在以Ni—Zn铁氧体等为中心，主要作为磁芯材料。
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，