Kako su međusobno povezane gubitke jezgre i gubitke histerese

Odnos između gubitaka u jezgru i gubitaka zahvaljujući histeresiji

Gubitci u jezgru (Core Loss) i gubitci zahvaljujući histeresiji (Hysteresis Loss) su dva uobičajena tipa gubitaka u elektromagnetskim uređajima. Oni su blisko povezani, ali imaju određene karakteristike i mehanizme. Ispod slijedi detaljno objašnjenje ova dva gubitka i njihovog odnosa:

Gubitci u jezgru

Gubitci u jezgru se odnose na ukupnu gubitku energije koja se događa unutar materijala jezgra zbog procesa magnetizacije u alternirajućem magnetskom polju. Gubitci u jezgru uglavnom sastoje se od dvije komponente: gubitaka zahvaljujući histeresiji i gubitaka zahvaljujući vrtložnim strujama.

Gubitci zahvaljujući histeresiji

Gubitci zahvaljujući histeresiji su gubitci energije zbog fenomena histeresije u materijalu jezgra tijekom procesa magnetizacije. Histeresija je zaostajanje magnetske indukcije B iza jakosti magnetskog polja H. Svaki ciklus magnetizacije potroši određenu količinu energije, koja se ispušta kao toplina, stvarajući gubitak zahvaljujući histeresiji.

Gubitci zahvaljujući histeresiji mogu se izraziti sljedećom formulom:

gdje:

• Ph su gubitci zahvaljujući histeresiji (jedinica: vat, W)

• Kh je konstanta vezana uz svojstva materijala

• f je frekvencija (jedinica: herc, Hz)

• Bm je maksimalna magnetska indukcija (jedinica: tesla, T)

• n je eksponent histeresije (obično između 1.2 i 2)

• V je volumen jezgra (jedinica: kubični metar, m³)

Gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama 

Gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama su gubitci energije zbog vrtložnih struja induciranih u materijal jezgra alternirajućim magnetskim poljem. Ove vrtložne struje teku unutar materijala i generiraju joulovu toplinu, što dovodi do gubitka energije. Gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama su povezani s otpornosti materijala jezgra, frekvencijom i magnetskom indukcijom.

Gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama mogu se izraziti sljedećom formulom:

gdje:

• Pe su gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama (jedinica: vat, W)

• Ke je konstanta vezana uz svojstva materijala

• f je frekvencija (jedinica: herc, Hz)

• Bm je maksimalna magnetska indukcija (jedinica: tesla, T)

• V je volumen jezgra (jedinica: kubični metar, m³)

Odnos

Zajednički faktori:

Frekvencija 

f: Gubitci u jezgru i gubitci zahvaljujući histeresiji su proporcionalni frekvenciji. Viša frekvencija rezultira više ciklusa magnetizacije unutar jezgra, što dovodi do većih gubitaka.

Maksimalna magnetska indukcija 

Bm : Gubitci u jezgru i gubitci zahvaljujući histeresiji su povezani s maksimalnom magnetskom indukcijom. Viša magnetska indukcija rezultira intenzivnijim varijacijama magnetskog polja, što dovodi do većih gubitaka.

Volumen jezgra 

V: Gubitci u jezgru i gubitci zahvaljujući histeresiji su proporcionalni volumenu jezgra. Veći volumeni rezultiraju većim ukupnim gubitcima.

Različiti mehanizmi:

• Gubitci zahvaljujući histeresiji: Uglavnom uzrokovani fenomenom histeresije u materijalu jezgra, koji je povezan s poviješnjom magnetizacije materijala.

• Gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama: Uglavnom uzrokovani vrtložnim strujama induciranim u materijal jezgra alternirajućim magnetskim poljem, koje su povezane s otpornosti materijala i jakosti magnetskog polja.

Sažetak

Gubitci u jezgru sastoje se od gubitaka zahvaljujući histeresiji i gubitaka zahvaljujući vrtložnim strujama. Gubitci zahvaljujući histeresiji uglavnom su povezani s karakteristikama magnetizacije materijala jezgra, dok su gubitci zahvaljujući vrtložnim strujama uglavnom povezani s vrtložnim strujama induciranim alternirajućim magnetskim poljem. Obje su utjecane frekvencijom, magnetskom indukcijom i volumenom jezgra, ali imaju različite fizičke mehanizme. Razumijevanje prirode i odnosa ovih gubitaka ključno je za optimizaciju dizajna elektromagnetskih uređaja i poboljšanje njihove učinkovitosti.