Què és la pèrdua per histerèsis?
Què és la pèrdua d'histerèsis?
La pèrdua d'histerèsis es refereix a la dissipació d'energia que ocorre en materials ferromagnètics (com els nuclis de ferro) deguda a l'efecte d'histerèsis durant el procés de magnetització. Quan el camp magnètic extern canvia, la magnetització del material ferromagnètic no segueix immediatament el canvi del camp magnètic; en lloc d'això, hi ha un retard. Específicament, quan la força del camp magnètic torna a zero, la magnetització no torna completament a zero sinó que requereix un camp magnètic invers per eliminar la magnetització residual. Aquest retard resulta en una dissipació d'energia com a calor, coneguda com a pèrdua d'histerèsis.
El bucle d'histerèsis és una representació gràfica d'aquest fenomen, mostrant la relació entre la força del camp magnètic (H) i la densitat de flux magnètic (B). L'àrea tancada pel bucle d'histerèsis representa la pèrdua d'energia per unitat de volum del material per cada cicle complet de magnetització.
Rol de la pèrdua d'histerèsis en circuits magnètics
Pèrdua d'energia:
En transformadors, motors i altres dispositius electromagnètics, el nucli sol ser de material ferromagnètic. Quan aquests dispositius funcionen, el camp magnètic dins del nucli canvia sovint de direcció i força. Cada canvi en el camp magnètic porta a pèrdues d'histerèsis, resultant en una dissipació d'energia com a calor.
Aquesta pèrdua d'energia redueix l'eficiència general del dispositiu perquè part de l'energia d'entrada es desperdicia en escalfar el nucli en lloc d'utilitzar-se per al treball previst.
Augment de temperatura:
El calor generat per les pèrdues d'histerèsis pot causar un augment de la temperatura del nucli. Si la temperatura esdevé massa alta, pot danar els materials d'aislament, reduir la vida útil dels equips o fins i tot provocar-ne l'aturada.
Per tant, en dissenyar i seleccionar materials ferromagnètics, és crucial considerar les seves característiques d'histerèsis per minimitzar la generació innecessària de calor.
Impacte en el rendiment del dispositiu:
Les pèrdues d'histerèsis elevades poden reduir l'eficiència del dispositiu, especialment en aplicacions d'alta freqüència on aquestes pèrdues són particularment significatives. Per millorar l'eficiència, sovint es trien materials amb coercivitat baixa i pèrdues d'histerèsis baixes com l'acer siliciós o les lligatures amorfs.
En alguns casos, el disseny del circuit magnètic es pot optimitzar per reduir la freqüència de canvis en la densitat de flux magnètic, minimitzant així les pèrdues d'histerèsis.
Càlcul de la pèrdua d'histerèsis:
La pèrdua d'histerèsis es pot estimar utilitzant l'equació de Steinmetz:
on, Wh és la pèrdua d'histerèsis per unitat de volum (vatios per metre cúbic);
kh és una constant relacionada amb el material;
f és la freqüència de canvis del camp magnètic (hertz);
Bm és la densitat de flux magnètic màxima (tesla);
n és un exponent empíric, que sol oscil·lar entre 1,6 i 2,0.
Resum
La pèrdua d'histerèsis és la dissipació d'energia causada per l'efecte d'histerèsis en materials ferromagnètics, manifestant-se principalment com a calor. En circuits magnètics, afecta l'eficiència i l'augment de temperatura dels dispositius, per tant, s'ha de donar una atenció cuidadosa a la selecció del material i al disseny. Triant materials adequats i optimitzant els dissenys, es poden reduir eficientment les pèrdues d'histerèsis, millorant el rendiment general i la vida útil dels equips.
