Histerez i gubici od vrtložne struje

Tijekom preokreta magnetiziranja s izmjeničnim magnetskim poljem gubi se dio energije magnetskog polja koji sudjeluje u preokretu magnetizacije. Specifični dio snage, koji se naziva "specifični magnetski gubitak", rasipa se po jedinici mase određenog magnetskog materijala u obliku topline.

Specifični magnetski gubici uključuju dinamičke gubitke kao i gubitke histereze. Dinamički gubici uključuju gubitke uzrokovane vrtložnim strujama (induciranim u materijalu) i magnetskom viskozitetom (tzv. Magnetski utjecaj). Gubici uslijed magnetske histereze objašnjavaju se nepovratnim pomicanjem granica domene.

Svaki magnetski materijal ima vlastiti gubitak histereze proporcionalan frekvenciji magnetizirajućeg polja koji se namaže, kao i površini histerezijske petlje ovog materijala.

Petlja histereze:

Za pronalaženje snage gubitaka povezanih s histerezom u jedinici mase (u W / kg) koristi se sljedeća formula:

Za smanjenje gubitaka histereze najčešće se pribjegavaju upotrebi takvih magnetskih materijala čija je prisilna sila mala, odnosno materijala s tankom petljom histereze. Takav se materijal otpali kako bi se ublažili naponi u unutarnjoj strukturi, smanjio broj dislokacija i drugih nedostataka, a također povećao zrno.

Vijačne struje također uzrokuju nepovratne gubitke. Nastaju zbog činjenice da magnetiziranje magnetiziranjem inducira struju unutar magnetizacijskog materijala. Gubici uzrokovani vrtložnim strujama ovise o električnom otporu magnetiziranog magnetizacijskog materijala i o konfiguraciji magnetskog kruga.

Dakle, što je veća otpornost (lošija vodljivost) magnetskog materijala, manji će biti gubici uzrokovani vrtložnim strujama.

Gubici zbog vrtložne struje proporcionalni su učestalosti magnetizirajućeg polja magnetiziranja u kvadratu, stoga magnetski krugovi izrađeni od materijala visoke električne provodljivosti nisu primjenjivi u uređajima koji rade na dovoljno visokim frekvencijama.

Za procjenu snage gubitaka vrtložne struje za jediničnu masu magnetskog materijala (u W / kg), koristite formulu:

 

Budući da gubitak vrtložne struje kvantitativno ovisi o kvadratu frekvencije, za rad u području visoke frekvencije prije svega je potrebno uzeti u obzir gubitak vrtložne struje.

Da bi ove gubitke sveli na minimum, pokušavaju upotrijebiti magnetske jezgre s većim električnim otporom.

Da bi se povećala otpornost, jezgre se sastavljaju iz više međusobno izoliranih listova feromagnetskog materijala s dovoljno visokim unutarnjim električnim otporom.

Magnetski materijal u prahu prešan je dielektrikom tako da se čestice magnetskog materijala međusobno odvajaju dielektričnim česticama. Zato nabavite magnetodielektrike.

Druga je mogućnost upotreba ferita - posebna ferrimagnetska keramika, karakterizirana visokim električnim otporom, blizu otpora dielektrika i poluvodiča. U stvari, feriti su čvrste otopine željezovog oksida s oksidima nekih dvovalentnih metala, što se može opisati općenitom formulom:

 

S opadanjem debljine lima metalnog materijala, gubici uzrokovani vrtložnim strujama smanjuju se u skladu s tim. Ali istodobno se povećavaju gubici povezani s histerezom, jer se prorjeđivanjem lista smanjuje i veličina zrna, što znači da se povećava sila prisile.

Gotovo s povećanjem učestalosti, gubici vrtložne struje povećavaju se više od gubitaka histereze, to se može vidjeti usporedbom prve dvije formule. I s određenom frekvencijom, vrtložni gubici struje počinju sve više prevladavati nad gubicima histereze.

To znači da iako debljina lima ovisi o radnoj frekvenciji, ipak, za svaku frekvenciju mora se odabrati određena debljina lima kojom će se magnetski gubici u cjelini svesti na minimum.

Magnetski materijali obično odgađaju promjenu vlastite magnetske indukcije, ovisno o trajanju magnetizirajućeg polja.

Ova pojava uzrokuje gubitke povezane s magnetskim utjecajem (ili tzv. Magnetskom viskoznošću). To je zbog inercije procesa remagnetizacije domene. Što je kraće trajanje primijenjenog magnetskog polja, duže je kašnjenje, a samim tim i magnetski gubitak uzrokovan "magnetskom viskoznošću", više. Ovaj faktor se mora uzeti u obzir pri projektiranju impulsa u uređaju s magnetskim jezgrama.

Gubici snage iz magnetskog utjecaja ne mogu se izravno izračunati, ali mogu se naći neizravno - kao razlika između ukupnih specifičnih magnetskih gubitaka i zbroja gubitaka uslijed vrtložne struje i magnetske histereze:

Dakle, u procesu preokreta magnetizacije dolazi do neznatnog zaostajanja magnetske indukcije od intenziteta magnetizirajućeg polja magnetiziranja u fazi. Razlog tome su opet vrtložne struje koje prema Lenzovom zakonu sprječavaju promjene magnetske indukcije, pojave histereze i magnetskog utjecaja.

Fazni kut kašnjenja naziva se kut magnetskog gubitka δm. Karakteristike dinamičkih svojstava magnetskih materijala ukazuju na takav parametar kao tangenta magnetskog kuta gubitka tanδm.

Evo ekvivalentnog kruga i vektorskog dijagrama toroidne zavojnice sa jezgrom magnetskog materijala, gdje je r1 ekvivalentni otpor svih magnetskih gubitaka:

Vidi se da je tangenta kuta magnetskog gubitka obrnuto proporcionalna faktoru kvalitete zavojnice. Indukcija Bm koja nastaje pod tim uvjetima u magnetizirajućem materijalu može se rastaviti u dvije komponente: prva se podudara u fazi s intenzitetom polja magnetiziranja, a druga zaostaje 90 stupnjeva iza nje.

Prva komponenta izravno je povezana s reverzibilnim procesima tijekom preokreta magnetizacije, druga s nepovratnim. Korišteni u izmjeničnim krugovima, magnetski materijali karakterizirani su u vezi s ovim parametrom poput složene magnetske propusnosti: