Как связаны потери на магнитный нагрев и потери от гистерезиса

Связь между потерями в сердечнике и потерями на гистерезис

Потери в сердечнике (Core Loss) и потери на гистерезис (Hysteresis Loss) являются двумя распространенными типами потерь в электромагнитных устройствах. Они тесно связаны, но имеют отличительные характеристики и механизмы. Ниже приведено подробное объяснение этих двух видов потерь и их взаимосвязи:

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике относятся к общим потерям энергии, происходящим в материале сердечника из-за процесса намагничивания в переменном магнитном поле. Потери в сердечнике в основном состоят из двух компонентов: потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи.

Потери на гистерезис

Потери на гистерезис — это потери энергии, обусловленные явлением гистерезиса в материале сердечника во время процесса намагничивания. Гистерезис — это запаздывание магнитной индукции B за силой магнитного поля H. Каждый цикл намагничивания потребляет определенное количество энергии, которая рассеивается в виде тепла, образуя потери на гистерезис.

Потери на гистерезис можно выразить следующей формулой:

где:

• Ph — потери на гистерезис (единица: ватты, Вт)

• Kh — постоянная, связанная с свойствами материала

• f — частота (единица: герцы, Гц)

• Bm — максимальная магнитная индукция (единица: тесла, Т)

• n — показатель гистерезиса (обычно от 1,2 до 2)

• V — объем сердечника (единица: кубические метры, м³)

Потери на вихревые токи

Потери на вихревые токи — это потери энергии, обусловленные вихревыми токами, наводимыми в материале сердечника переменным магнитным полем. Эти вихревые токи протекают внутри материала и генерируют джоульское тепло, что приводит к потерям энергии. Потери на вихревые токи связаны с удельным сопротивлением материала сердечника, частотой и магнитной индукцией.

Потери на вихревые токи можно выразить следующей формулой:

где:

• Pe — потери на вихревые токи (единица: ватты, Вт)

• Ke — постоянная, связанная с свойствами материала

• f — частота (единица: герцы, Гц)

• Bm — максимальная магнитная индукция (единица: тесла, Т)

• V — объем сердечника (единица: кубические метры, м³)

Взаимосвязь

Общие факторы:

Частота

f: как потери в сердечнике, так и потери на гистерезис пропорциональны частоте. Более высокая частота приводит к большему числу циклов намагничивания в сердечнике, что вызывает большие потери.

Максимальная магнитная индукция

Bm: как потери в сердечнике, так и потери на гистерезис связаны с максимальной магнитной индукцией. Более высокая магнитная индукция приводит к более интенсивным изменениям магнитного поля, что вызывает большие потери.

Объем сердечника

V: как потери в сердечнике, так и потери на гистерезис пропорциональны объему сердечника. Более крупные объемы приводят к большим общим потерям.

Различные механизмы:

• Потери на гистерезис: в основном вызваны явлением гистерезиса в материале сердечника, которое связано с историей намагничивания материала.

• Потери на вихревые токи: в основном вызваны вихревыми токами, наводимыми в материале сердечника переменным магнитным полем, которые связаны с удельным сопротивлением материала и силой магнитного поля.

Заключение

Потери в сердечнике состоят из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи. Потери на гистерезис в основном связаны с характеристиками намагничивания материала сердечника, а потери на вихревые токи в основном связаны с вихревыми токами, наводимыми переменным магнитным полем. Оба вида потерь зависят от частоты, магнитной индукции и объема сердечника, но имеют различные физические механизмы. Понимание природы и взаимосвязи этих потерь является ключевым для оптимизации проектирования электромагнитных устройств и повышения их эффективности.