Wie sind Kernverlust und Hystereseverlust miteinander verbunden?
Beziehung zwischen Kernverlust und Hystereseverlust
Kernverlust (Core Loss) und Hystereseverlust (Hysteresis Loss) sind zwei häufige Arten von Verlusten in elektromagnetischen Geräten. Sie stehen in enger Beziehung, haben aber unterschiedliche Eigenschaften und Mechanismen. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erklärung dieser beiden Verluste und ihrer Beziehung:
Kernverlust
Kernverlust bezieht sich auf den Gesamtenergieverlust, der im Kernmaterial aufgrund des Magnetisierungsprozesses in einem wechselnden Magnetfeld auftritt. Der Kernverlust besteht hauptsächlich aus zwei Komponenten: Hystereseverlust und Wirbelstromverlust.
Hystereseverlust
Hystereseverlust ist der Energieverlust, der durch das Hysterese-Phänomen im Kernmaterial während des Magnetisierungsprozesses entsteht. Hysterese ist die Verzögerung der magnetischen Induktion B hinter der magnetischen Feldstärke H. Jeder Magnetisierungszyklus verbraucht eine bestimmte Menge an Energie, die als Wärme abgegeben wird und den Hystereseverlust bildet.
Hystereseverlust kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
wo:
Ph ist der Hystereseverlust (Einheit: Watt, W)
Kh ist eine Konstante, die mit den Material Eigenschaften verbunden ist
f ist die Frequenz (Einheit: Hertz, Hz)
Bm ist die maximale magnetische Induktion (Einheit: Tesla, T)
n ist der Hysterese-Exponent (typischerweise zwischen 1,2 und 2)
V ist das Volumen des Kerns (Einheit: Kubikmeter, m³)
Wirbelstromverlust
Wirbelstromverlust ist der Energieverlust, der durch Wirbelströme im Kernmaterial verursacht wird, die durch das wechselnde Magnetfeld induziert werden. Diese Wirbelströme fließen innerhalb des Materials und erzeugen Joule-Wärme, was zu Energieverlust führt. Der Wirbelstromverlust hängt mit dem spezifischen Widerstand des Kernmaterials, der Frequenz und der magnetischen Induktion zusammen.
Wirbelstromverlust kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
wo:
Pe ist der Wirbelstromverlust (Einheit: Watt, W)
Ke ist eine Konstante, die mit den Material Eigenschaften verbunden ist
f ist die Frequenz (Einheit: Hertz, Hz)
Bm ist die maximale magnetische Induktion (Einheit: Tesla, T)
V ist das Volumen des Kerns (Einheit: Kubikmeter, m³)
Beziehung
Gemeinsame Faktoren:
Frequenz
f: Sowohl Kernverlust als auch Hystereseverlust sind proportional zur Frequenz. Eine höhere Frequenz führt zu mehr Magnetisierungszyklen im Kern, was zu höheren Verlusten führt.
Maximale magnetische Induktion
Bm: Sowohl Kernverlust als auch Hystereseverlust hängen mit der maximalen magnetischen Induktion zusammen. Eine höhere magnetische Induktion führt zu intensiveren magnetischen Feldänderungen und damit zu höheren Verlusten.
Kernvolumen
V: Sowohl Kernverlust als auch Hystereseverlust sind proportional zum Volumen des Kerns. Größere Volumina führen zu größeren gesamten Verlusten.
Verschiedene Mechanismen:
Hystereseverlust: Wird hauptsächlich durch das Hysterese-Phänomen im Kernmaterial verursacht, das mit der Magnetisierungsgeschichte des Materials zusammenhängt.
Wirbelstromverlust: Wird hauptsächlich durch Wirbelströme im Kernmaterial verursacht, die durch das wechselnde Magnetfeld induziert werden und mit dem spezifischen Widerstand des Materials und der magnetischen Feldstärke zusammenhängen.
Zusammenfassung
Kernverlust setzt sich aus Hystereseverlust und Wirbelstromverlust zusammen. Hystereseverlust hängt hauptsächlich mit den Magnetisierungseigenschaften des Kernmaterials zusammen, während Wirbelstromverlust hauptsächlich mit den durch das wechselnde Magnetfeld induzierten Wirbelströmen zusammenhängt. Beide werden von der Frequenz, der magnetischen Induktion und dem Kernvolumen beeinflusst, haben jedoch unterschiedliche physikalische Mechanismen. Das Verständnis der Natur und der Beziehung dieser Verluste ist entscheidend für die Optimierung der Auslegung elektromagnetischer Geräte und die Verbesserung ihrer Effizienz.
