磁路中的B-H關係：磁化曲線探索

磁路中的B-H關係：磁化曲線探索

目錄

• 介紹 bh 關係
• 非磁性材料中的 bh 關係
• 磁性材料中的 bh 關係
• 磁化曲線和飽和效應
• 磁化曲線對旋轉電機和變壓器的設計的重要性
• 磁化曲線和能量儲存
• 磁化曲線和效率設計
• 使用交流源的磁路特性
• 總結

磁路分析與設計中的 bh 關係

在磁路分析和設計中，磁場密度（B）和磁場強度（H）之間存在著一個重要的關係，這就是 B-H 關係。B-H 關係指出，磁場強度 H 在存在於任何介質或任何介質中時，產生了磁場密度 B。這兩個磁場變量彼此相關，關係如下：

B = μH

其中，B 的單位是韋伯/平方米，μ 是介質的磁導率，也被稱為介質的滲透率。滲透率可以被定義為材料對磁場的影響，即材料對磁場的抗拒程度。如果材料具有高滲透率，意味著材料對磁場的抗拒程度很低，磁場密度 B 將會更高。鐵、鈷、鎳鋼和鐵氧體等磁性材料的相對滲透率 μr 的值通常在幾百至幾千之間變化。

如果選擇適當的磁性材料，則相同的磁場激磁 H 將產生更高的磁場密度 B。這種關係稱為 B-H 關係曲線，它可以用圖形表示。磁化曲線顯示了磁場密度 B 隨著磁場激磁 H 的變化而變化的情況。

非磁性材料中的 B-H 關係

首先，讓我們來討論在非磁性材料（如空氣、鋁、塑料、木材和銅等）中的 B-H 關係。在這些材料中，相對滲透率 μr 的值為 1，因此磁導率 μ 等於 μ0（即真空的磁導率）。因此，在這些材料中，磁場密度 B 將等於 μ0H，其中 μ0 為真空的磁導率。

值得注意的是，真空的磁導率 μ0 等於 4π×10^-7 亨利/米。因此，在非磁性材料中，磁場密度 B 的單位是韋伯/平方米。

磁性材料中的 B-H 關係

接下來，讓我們來討論磁性材料（如鐵、鈷、鎳鋼和鐵氧體等）中的 B-H 關係。這些材料的相對滲透率 μr 的值通常在幾百至幾千之間變化。因此，磁場密度 B 將等於 μ0μrH。

磁化曲線顯示了磁場密度 B 隨著磁場激磁 H 的變化而變化的情況。在磁性材料中，磁場密度 B 的增長在低磁場強度 H 範圍內幾乎呈線性增長。然而，在較高的磁場強度 H 值下，磁場密度 B 的變化趨於非線性。這被稱為飽和效應，意味著在高磁場強度下，即使增加磁場激磁 H，磁場密度 B 的增長也很小。

磁化曲線的形狀和斜率取決於磁性材料的特性和滲透率。通常，設計師儘量將操作點保持在磁化曲線的線性區域內或略微超出該區域，以避免不必要的損耗，並保持高效率設計。這對於任何旋轉式電機或變壓器的設計都是非常重要的。

磁化曲線和能量儲存

我們需要注意的是，磁化曲線上的陰影區域表示儲存在磁場中的能量。旋轉式電機會將電能轉換為旋轉機械能，只有在存儲了一定量的能量後，它才能正常運行。這些儲存的能量是由磁場來表示的，並被包括在磁化曲線的陰影區域中。

磁化曲線和效率設計

正確設計磁化曲線的重要性在於確保旋轉式電機運行在磁化曲線的線性區域，這樣可以減少不必要的損耗並保持高效率設計。因此，磁化曲線設計是設計任何旋轉式電機或變壓器時的重要部分。

磁化曲線的設計通常需要考慮電機或變壓器的大小、功率和應用要求。例如，設計師可以選擇具有特定滲透率和磁場激磁 H/磁場密度 B 特性的磁性材料，以確保電機具有所需的能量儲存能力和效率。

使用交流源的磁路特性

如果我們將交流源應用到磁路中，磁化曲線上的完整周期（正的和負的部分）將在每秒 60 次的頻率下重複（在 60 赫茲系統中）或在每秒 50 次的頻率下重複（在 50 赫茲系統中）。

這是由於在交流系統中，電流的方向和大小會隨著時間的變化而變化。因此，在相同的時間段內，磁化曲線上的完整週期將重複多次。

總結

在磁路分析和設計中，B-H 關係是一個非常重要的概念。這個關係指出了磁場密度（B）和磁場強度（H）之間的關係。在非磁性材料中，B-H 關係為 B = μ0H，而在磁性材料中，B-H 關係為 B = μ0μrH。設計師在設計旋轉式電機或變壓器時需要考慮磁化曲線的形狀和斜率，以確保高效率和最佳性能。磁化曲線也可以用於表示儲存在磁場中的能量。在應用中，設計師需要選擇合適的磁性材料和滲透率，以確保電機具有所需的能量儲存和效率。

預期亮點

• B-H 關係的重要性和應用
• 非磁性材料和磁性材料中的 B-H 關係
• 磁化曲線的形狀和斜率對電機設計的影響
• 飽和效應的解釋和影響
• 磁化曲線和能量儲存的關係
• 磁化曲線和效率設計的重要性
• 使用交流源的磁路特性