Какво е хистерезисна загуба?

Какво е хистерезисната загуба?

Хистерезисната загуба се отнася до разсейването на енергия, което се случва в феромагнитни материали (като жълезните ядра) поради хистерезисния ефект по време на процеса на намагничаване. Когато външното магнитно поле се променя, намагничаването на феромагнитния материал не следва незабавно промяната в магнитното поле; вместо това има забавяне. По-специално, когато силата на магнитното поле се върне към нула, намагничаването не се връща напълно до нула, а изисква обратно магнитно поле, за да се елиминира остатъчното намагничаване. Това забавяне води до разсейване на енергия като топлина, което се нарича хистерезисна загуба.

Хистерезисният цикъл е графично представяне на този феномен, показвайки връзката между силата на магнитното поле (H) и плътността на магнитния поток (B). Площта, обхваната от хистерезисния цикъл, представлява загубата на енергия за единица обем на материала за всеки пълен цикъл на намагничаване.

Ролята на хистерезисната загуба в магнитните вериги

Загуба на енергия:

В трансформаторите, двигатели и други електромагнитни устройства, ядрото обикновено е направено от феромагнитен материал. По време на работа на тези устройства, магнитното поле във ядрото често сменя посоката и силата си. Всяка промяна в магнитното поле води до хистерезисни загуби, които резултират в разсейване на енергия като топлина.

Тази загуба на енергия намалява общата ефективност на устройството, тъй като част от входящата енергия се губи в нагоряването на ядрото, вместо да бъде използвана за предвидената работа.

Нагоряване на температурата:

Топлината, произведена от хистерезисните загуби, може да доведе до повишаване на температурата на ядрото. Ако температурата стане твърде висока, тя може да повреди изолационни материали, да съкрати жизнения цикъл на оборудването или дори да доведе до отказ.

Поради това, при проектиране и избор на феромагнитни материали, е важно да се вземат предвид техните хистерезисни характеристики, за да се минимизира ненужното производство на топлина.

Влияние върху производителността на устройството:

Високите хистерезисни загуби могат да намалят ефективността на устройството, особено в приложения с висока честота, където тези загуби са особено значителни. За подобряване на ефективността, често се избират материали с ниска коерцитивна сила и ниски хистерезисни загуби, като силиконовата стомана или аморфни сплави.

В някои случаи, дизайна на магнитната верига може да бъде оптимизиран, за да се намали честотата на промените в плътността на магнитния поток, което води до минимизиране на хистерезисните загуби.

Изчисление на хистерезисната загуба:

Хистерезисната загуба може да бъде оценена с уравнението на Штайнемец:

където, Wh е хистерезисната загуба за единица обем (ват на кубичен метър);

kh е константа, свързана с материала;

f е честотата на промените в магнитното поле (херц);

Bm е максималната плътност на магнитния поток (тесла);

n е емпиричен показател, обикновено в интервала между 1,6 и 2,0.

Резюме

Хистерезисната загуба е разсейването на енергия, причинено от хистерезисния ефект в феромагнитни материали, основно проявяващо се като топлина. В магнитните вериги, тя влияе върху ефективността и нагоряването на температурата на устройствата, така че трябва внимателно да се вземат предвид изборът на материали и дизайнът. Чрез избор на подходящи материали и оптимизиране на дизайна, хистерезисните загуби могат да бъдат ефективно намалени, подобрявайки общата производителност и жизнения цикъл на оборудването.