Jak są powiązane straty ferromagnetyczne i straty histeretyczne

Związek między stratami w rdzeniu a stratami hysteresyjnymi

Straty w rdzeniu (Core Loss) i straty hysteresyjne (Hysteresis Loss) to dwa powszechne typy strat w urządzeniach elektromagnetycznych. Są one blisko spokrewnione, ale mają wyraźne cechy i mechanizmy. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie tych dwóch strat i ich związku:

Straty w rdzeniu

Straty w rdzeniu odnoszą się do całkowitej utraty energii, która występuje w materiałach rdzenia w wyniku procesu magnetyzacji w zmiennym polu magnetycznym. Straty w rdzeniu składają się głównie z dwóch składników: strat hysteresyjnych i strat wirowych.

Straty hysteresyjne

Straty hysteresyjne to utrata energii wynikająca z zjawiska hysteresy w materiałach rdzenia podczas procesu magnetyzacji. Hysteresa to opóźnienie indukcji magnetycznej B w stosunku do natężenia pola magnetycznego H. Każda cykliczna magnetyzacja zużywa pewną ilość energii, która jest rozpraszana jako ciepło, tworząc straty hysteresyjne.

Straty hysteresyjne można wyrazić za pomocą następującego wzoru:

gdzie:

• Ph to straty hysteresyjne (jednostka: wat, W)

• Kh to stała związana z właściwościami materiału

• f to częstotliwość (jednostka: hercy, Hz)

• Bm to maksymalna indukcja magnetyczna (jednostka: tesla, T)

• n to wykładnik hysteresy (zwykle pomiędzy 1,2 a 2)

• V to objętość rdzenia (jednostka: metry sześcienne, m³)

Straty wirowe

Straty wirowe to utrata energii wynikająca z prądów wirowych indukowanych w materiałach rdzenia przez zmienny pol magnetyczny. Te prądy wirowe płyną wewnątrz materiału i generują ciepło Joule'a, prowadząc do utraty energii. Straty wirowe są związane z opornością materiałów rdzenia, częstotliwością i indukcją magnetyczną.

Straty wirowe można wyrazić za pomocą następującego wzoru:

gdzie:

• Pe to straty wirowe (jednostka: wat, W)

• Ke to stała związana z właściwościami materiału

• f to częstotliwość (jednostka: hercy, Hz)

• Bm to maksymalna indukcja magnetyczna (jednostka: tesla, T)

• V to objętość rdzenia (jednostka: metry sześcienne, m³)

Związek

Wspólne czynniki:

Częstotliwość

f: Obie straty w rdzeniu i straty hysteresyjne są proporcjonalne do częstotliwości. Wyższa częstotliwość powoduje więcej cykli magnetyzacji w rdzeniu, co prowadzi do wyższych strat.

Maksymalna indukcja magnetyczna

Bm: Obie straty w rdzeniu i straty hysteresyjne są związane z maksymalną indukcją magnetyczną. Wyższa indukcja magnetyczna powoduje bardziej intensywne zmiany pola magnetycznego, co prowadzi do wyższych strat.

Objętość rdzenia

V: Obie straty w rdzeniu i straty hysteresyjne są proporcjonalne do objętości rdzenia. Większe objętości powodują większe ogólne straty.

Różne mechanizmy:

• Straty hysteresyjne: Głównie spowodowane zjawiskiem hysteresy w materiałach rdzenia, które jest związane z historią magnetyzacji materiału.

• Straty wirowe: Głównie spowodowane prądami wirowymi indukowanymi w materiałach rdzenia przez zmienny pol magnetyczny, które są związane z opornością materiału i natężeniem pola magnetycznego.

Podsumowanie

Straty w rdzeniu składają się ze strat hysteresyjnych i strat wirowych. Straty hysteresyjne są głównie związane z właściwościami magnetyzacyjnymi materiałów rdzenia, podczas gdy straty wirowe są głównie związane z prądami wirowymi indukowanymi przez zmienny pol magnetyczny. Obie są wpływane przez częstotliwość, indukcję magnetyczną i objętość rdzenia, ale mają różne fizyczne mechanizmy. Zrozumienie natury i związku tych strat jest kluczowe dla optymalizacji projektowania urządzeń elektromagnetycznych i poprawy ich efektywności.