Hoe zijn kernverlies en hysteresisverlies met elkaar verbonden

Relatie tussen kernverlies en hysteresisverlies

Kernverlies (Core Loss) en hysteresisverlies (Hysteresis Loss) zijn twee veelvoorkomende soorten verliezen in elektromagnetische apparaten. Ze staan nauw met elkaar in verband, maar hebben onderscheidende kenmerken en mechanismen. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van deze twee soorten verliezen en hun relatie:

Kernverlies

Kernverlies verwijst naar het totale energieverlies dat optreedt binnen het kernmateriaal als gevolg van het magnetiseringsproces in een wisselend magnetisch veld. Kernverlies bestaat voornamelijk uit twee componenten: hysteresisverlies en stroomkringverlies.

Hysteresisverlies

Hysteresisverlies is het energieverlies als gevolg van het hysteresisfenomeen in het kernmateriaal tijdens het magnetiseringsproces. Hysteresis is het achterblijven van de magnetische inductie B ten opzichte van de magnetische veldsterkte H. Elke magnetiseringscyclus consumeert een bepaalde hoeveelheid energie, die als warmte wordt afgevoerd, waardoor hysteresisverlies ontstaat.

Hysteresisverlies kan worden uitgedrukt door de volgende formule:

waarbij:

• Ph is het hysteresisverlies (eenheid: watt, W)

• Kh is een constante gerelateerd aan de materiaaleigenschappen

• f is de frequentie (eenheid: hertz, Hz)

• Bm is de maximale magnetische inductie (eenheid: tesla, T)

• n is de hysteresisexponent (meestal tussen 1,2 en 2)

• V is het volume van de kern (eenheid: kubieke meter, m³)

Stroomkringverlies 

Stroomkringverlies is het energieverlies als gevolg van stroomkringen die in het kernmateriaal worden geïnduceerd door het wisselende magnetisch veld. Deze stroomkringen stromen binnen het materiaal en genereren joulewarmte, wat leidt tot energieverlies. Stroomkringverlies hangt samen met de weerstand van het kernmateriaal, de frequentie en de magnetische inductie.

Stroomkringverlies kan worden uitgedrukt door de volgende formule:

waarbij:

• Pe is het stroomkringverlies (eenheid: watt, W)

• Ke is een constante gerelateerd aan de materiaaleigenschappen

• f is de frequentie (eenheid: hertz, Hz)

• Bm is de maximale magnetische inductie (eenheid: tesla, T)

• V is het volume van de kern (eenheid: kubieke meter, m³)

Relatie

Gemeenschappelijke factoren:

Frequentie 

f: Zowel kernverlies als hysteresisverlies zijn evenredig met de frequentie. Een hogere frequentie resulteert in meer magnetiseringscycli binnen de kern, wat leidt tot hogere verliezen.

Maximale magnetische inductie 

Bm: Zowel kernverlies als hysteresisverlies hangen samen met de maximale magnetische inductie. Een hogere magnetische inductie resulteert in intensere variaties van het magnetisch veld, wat leidt tot hogere verliezen.

Kernvolume 

V: Zowel kernverlies als hysteresisverlies zijn evenredig met het volume van de kern. Grootere volumes leiden tot grotere totale verliezen.

Verschillende mechanismen:

• Hysteresisverlies: Voornamelijk veroorzaakt door het hysteresisfenomeen in het kernmateriaal, wat gerelateerd is aan het magnetiseringsverleden van het materiaal.

• Stroomkringverlies: Voornamelijk veroorzaakt door stroomkringen die in het kernmateriaal worden geïnduceerd door het wisselende magnetisch veld, wat gerelateerd is aan de weerstand van het materiaal en de magnetische veldsterkte.

Samenvatting

Kernverlies bestaat uit hysteresisverlies en stroomkringverlies. Hysteresisverlies is voornamelijk gerelateerd aan de magnetiseringskenmerken van het kernmateriaal, terwijl stroomkringverlies voornamelijk gerelateerd is aan de stroomkringen die worden geïnduceerd door het wisselende magnetisch veld. Beide worden beïnvloed door frequentie, magnetische inductie en kernvolume, maar ze hebben onderscheidende fysische mechanismen. Het begrijpen van de aard en het verband van deze verliezen is cruciaal voor het optimaliseren van het ontwerp van elektromagnetische apparaten en het verbeteren van hun efficiëntie.