磁滞损耗

概念定义

磁滞损耗（hysteresis loss），也称磁滞损失，是铁磁材料在交变磁场中反复磁化时，由磁滞现象产生的能量损耗。损耗过程中，部分电磁能不可逆地转化为材料的内能，并以发热形式表现出来。磁滞损耗常见于变压器和电动机等设备的铁芯，也是定子铁芯运行损耗的重要组成部分。

铁芯损耗主要包括磁滞损耗与涡流损耗。两者都会使铁芯产生热量，但磁滞损耗直接来自铁磁材料反复磁化时的磁滞过程。

工作原理

铁磁材料受到交变磁场作用时，其内部磁畴会随外加磁场反复转向。磁畴转向受到阻碍，使磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞。外加磁场完成一个变化周期后，磁感应强度与磁场强度之间形成闭合的磁滞回线。

磁场减弱后，铁磁材料仍会保留一定磁性，即产生剩磁。若要消除剩磁，需要施加反向磁场并达到相应的矫顽力。在反复磁化、保留剩磁和反向消磁的过程中，外部输入的一部分能量无法完全返回电磁系统，最终转化为热能。磁滞回线包围的面积反映材料在一个磁化循环中的磁滞损耗特性；回线面积越大，损耗越高。

影响因素与工程计算

磁滞损耗与材料的磁滞回线特性、交变磁场的工作频率以及最大磁感应强度有关。工作频率升高意味着单位时间内发生更多次磁化循环，因此单位时间内的损耗随之增加。最大磁感应强度也会影响磁畴转向过程和磁滞回线范围。

工程计算可使用经验关系式 K1·f·Bm² 表示磁滞损耗，其中 f 为工作频率，Bm 为最大磁感应强度，K1 为与材料特性相关的经验系数。这一关系表明，磁滞损耗与频率及最大磁感应强度的平方相关。温度变化也会影响材料的矫顽力；温度升高可使矫顽力减小，并相应降低磁滞损耗。

技术构成与控制方法

控制磁滞损耗的核心是减少铁磁材料在每次磁化循环中消耗的能量。采用磁滞回线较狭窄的软磁材料，可以缩小回线包围面积。硅钢片是用于降低铁芯磁滞损耗的材料之一。磁路设计也可通过控制铁芯中的磁化状态，减少由反复磁化造成的能量损失。

材料选择时，剩磁、矫顽力和磁滞回线形状共同反映其磁滞特性。矫顽力较小、磁滞回线较窄的材料，在交变磁场下通常产生较低的磁滞损耗。NC010电阻合金和Ni29Co17可伐合金也具有低磁滞损失特性，可用于高频设备。

应用场景

磁滞损耗存在于使用铁磁铁芯并承受交变磁场的设备中，包括变压器和电动机。电动机运行时，定子铁芯持续经历磁化方向和磁场强度的变化，磁滞损耗与涡流损耗共同构成定子铁芯损耗。变压器铁芯在交变磁通作用下同样反复磁化，部分输入能量因磁滞过程转化为热能。分析磁滞损耗有助于进行铁芯材料选择、磁路设计和设备热量控制。