变压器铁心的磁滞有哪些特性

进入变压器绕组的直流电流在铁心磁路中产生直流磁化强度，由于变压器铁心的磁滞特性，直流磁化强度与交流磁化强度相互影响，造成交流磁化强度发生变化，于是产生直流偏磁现象。铁心的磁滞特性研究是变压器直流偏磁研究的关键所在。

铁磁材料中磁场强度H增大时，磁感应强度B并非随之呈正比增大，而是增大到一定值后逐渐趋向饱和，呈非线性特性，如图2.1中0–A段所示；另外在H减小过程中，磁感应强度也并不是沿着起始磁化曲线减小，而是B减小比H有“滞后”现象，如图2.1中A–B–C段所示。这样H周期性变化时，B对H的关系曲线形成闭合的回线，称为磁滞回线。故铁磁材料的磁化特性具有非线性和滞后特性的双重特征。

                    图2.1铁磁材料磁滞回线

  图2.1中，H从最大值减小到0时的磁化强度Br称为剩磁，B从最小值增大到0时的磁场强度HC称为矫顽力，铁磁材料饱和时的磁化强度Bs称为饱和磁感应强度。剩磁、矫顽力和饱和磁感应强度均是衡量铁磁材料磁特性的重要参量。

  关于铁磁材料的磁特性，目前从微观物理学上还不能完全解释，但已经发展出了一些理论，磁畴理论是较为成熟的一种。磁畴(Magnetic Domain)理论用量子理论从微观上说明铁磁质的磁化机理。磁畴是指铁磁物质中的“自发磁化区”，在自发磁化区内，电子自旋磁矩在没有外磁场的作用下“自发地”排列起来。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。磁畴内各电子自旋磁矩排列后方向相同，有很强的磁性；但磁畴区域很小，各磁畴的自发磁化方向不同。宏观物体包含很多自发磁化方向不同的磁畴，故对外不显磁性，如图2.2(a)所示。

               (a) 无外磁场

                 (b) 有外磁场

             图2.2磁畴结构示意图

  当磁性材料处于磁场中，即被磁化时，磁畴随外磁场方向逐渐发生偏转，如图2.2(b)所示，磁性材料对外显示出磁性。随着外磁场的增强，磁畴偏转程度增加，直至所有磁畴均与外磁场方向一致，即进入饱和状态。

  目前磁学的理论发展尚不完备，对磁滞现象的解释模型并不多，Preisach模型和JA模型为应用较为广泛的两种。Preisach模型最初由德国科学家Preisach针对铁磁体的磁滞特性提出，后来人们在铁电、超导、光学、机械等材料中都发现类似的滞回现象，于是Preisach模型被剥离其物理内含，抽象成为一种描述滞回现象的数学理论。由于用Preisach模型描述磁滞现象时，仅从现象上进行描述，而不具备物理本质内在属性，故其只能描述通过原始试验数据获取的模型工作状态，而外延性较差，不能由已知状态外推其他状态。Preisach模型在描述铁磁质磁滞现象方面已经获得了较为成功的应用，并且有应用于电流互感器特性的研究。

  JA模型由D.C. Jiles和D.Atherton两位学者于1983年提出，该模型运用磁畴壁的概念将磁畴磁化过程分解成具有摩擦效应不可逆分量Mirr和弹性可逆分量Mrev，利用修改的朗之万函数描述磁化强度M与磁场强度H之间的关系，并最终获得磁感应强度B与H之间的关系。基于磁畴理论的JA模型具有较强的物理本质性，因而外延性较好，可利用无直流偏磁时的状态数据外推发生直流偏磁时的特殊工作状态，因而适用于研究变压器直流偏磁现象。JA模型可以较好地描述磁滞现象，但是其模型较为复杂，依靠5个参数的不同取值来区别不同材料具有的不同磁滞特性。